에너지자립섬

에너지자립섬 개요

에너지자립섬은 기후변화 대응을 위한 에너지분야의 탈 화석연료의 방안으로 전력분야에서 신재생에너지 및 에너지저장장치를 활용한 발전시스템의 전환, 그리고 교통수송 분야에서 전기차의 도입이 빠르게 확산되고 있으며 특히 이러한 흐름은 인구가 작아 대규모 발전시스템의 건설이나 중앙집중식 송배전망 건설이 어려운 도서지역 국가들을 중심으로 활발히 추진되고 있다. 현재 우리나라 에너지자립섬 정책은 연구개발 관점에서 진행되어 오고 있으며, 특히 에너지저장장치(ESS) 보급에 초점이 맞추어져 있다. 2015년 정부가 공모를 통해 선정한 국내 5개 도서 에너지자립섬 사업의 경우, 당초 ESS 용량을 신재생설치량의 최소 4배 이상으로 규정하고, 신재생에너지의 전력공급 비중도 전체 전력공급량의 30~60%를 요구조건으로 진행되었다. 이는 신재생에너지의 출력 변동과 계통안정화의 관점에서 아주 높은 수준의 통합운전 설계 및 운영의 기술이 담보되어야 가능한 사업조건이며, 높은 ESS 가격 및 계통의 안정적인 운영의 부담으로 인해, 참여한 민간사업자로 하여금 높은 전력생산가격을 제시할 수 밖에 없도록 한 요인이 된다. 현재 국내에는 가파도*(제주, ‘11~’14년), 가사도**(전남, ‘13~’15년) 사업 기추진 중이며 울릉도에 에너지 자립섬 조성사업 착공되었다. 또한 덕적도, 조도, 거문도, 삽시도, 추자도 등 5개 도서에 대해서는 2015년 7월 도서별 최종사업자를 선정하여 현재 진행 보류되어 있다. 우리정부는 이러한 해외 에너지자립섬 시장의 잠재력에 주목하고, 우리나라가 보유한 전력 및 IT 분야의 기반기술과 융합기술의 세계적인 경쟁력을 무기로 적극적으로 해외 에너지자립섬 시장을 개척하기 위해 정책연구조사, 국내외 기술 실증 사업지원, 해외 타당성조사 지원 등 다양한 정책적 수단을 추진해오고 있다. 잠재적으로 해외 에너지자립섬 시장의 대상국가 대부분이 인구가 100만 명 미만의 소국으로, 관광, 수산물 생산 및 유통이 주 산업이며, 외화 수입의 상당부분을 발전 및 수송용 화석연료의 수입에 지출하게 되어 국가의 재정운영에 상당한 압박이 되고 있어 탈 화석연료의 에너지자립화에 적극적인 의지를 보이고 있다. 그러나 이들 대부분 나라들이 전력 및 IT 분야의 산업기반이 부재하여 독자적으로 에너지자립섬 인프라 구축 역량을 확보하지 못하고 있어서 잠재적으로 우리나라와 시장, 기술 분야에서 Win-Win의 가능성이 높은 정책사업으로 평가받고 있다.

연혁

• 2015년: 에너지자립섬 정부공모 시행

해외사례

• 호주: 호주의 공공전력회사인 Hydro Tasmania사는 호주 배스 해협에 위치한 킹 섬 (King Islnad)에 풍력, 태양광, ESS와 디젤발전을 결합한 마이크로그리드를 운영해오고 있음. 이 섬에 전력공급권을 갖고 있던 Tasmania 사는, 1998년 기존 6MW 디젤발전 시스템에 750kW 풍력발전기 1기의 건설 및 운영을 시작으로, 20년 가까운 기간 동안 점진적으로 태양광 및 풍력을 포함한 다양한 에너지원을 추가하면서 신재생에너지로의 시스템 전환 및 최적화를 추구해오고 있음., 킹섬은 2015년 현재, 평균 부하 2.5MW에, 기존 디젤 2.95MW, 풍력 2.45MW, 분산형 태양광 390kW, Storage Battery 3MWh, Dynamic Resister, Diesel UPS를 운영 중이며, 기존 디젤유 사용의 65%를 절감하고 있다고 알려짐, 킹섬은 에너지관리시스템(EMS), 동기식 플라이휠, 에너지저장장치(EES), 고객 수요 관리 및 동적 주파수 제어기 등의 다양한 제어기술을 약 20년간 경험적으로 적용 하여 디젤과 재생에너지를 혁신적인 접근방식으로 통합 운영한 사례로 호주의 Energy Supply Association와 호주 유엔협회로부터 각각 Innovation Award 2013와 Best Environment Initiative 2014를 수상함, 호주 킹섬의 마이크로그리드는 현재 기술적으로 가장 앞선 에너지자립섬 운영수준을 보임. 이와 함께 기존 100% 디젤 시스템과 비교하여 경제적으로도 저렴한 시스템의 성공적인 사례를 제시하고 있음. 호주 킹섬의 사례가 구축될 수 있었던 배경으로 다음과 같은 요소를 제시할 수 있고, 이는 앞으로 우리나라 기업의 국내, 외 도서지역 에너지자립섬 사업개발에서 중요한 참고 및 시사점이 된다고 판단
• 카리비안령 사바섬: 2017년 12월 공고된 사업으로 카리비안 지역에 위치한 Saba Island의 Utility업자 (민간사업자)가 태양광 + ESS를 포함하는 Hybrid 시스템의 IPP 사업 입찰임, 최근 공고된 에너지자립섬 IPP사업으로 태양광 및 ESS가 기존 디젤과 연동하는 시스템으로, 일정 수준의 Integration 기술 수준이 요구되는 사업임. 해외 에너지자립섬 IPP 사업의 진화를 보여주는 좋은 사례임, 최근 진행된 카리비안 도서지역 입찰 사업으로, 향후 전개될 해외 에너지자립섬 입찰사업의 전형적인 역무, 기술규격, 평가기준을 제시하고 있는 프로젝트임

연구동향

• 정금호(2010)의 연구의 목적은 여수의 에너지 자립 섬에 대한 모델을 만드는 것입니다. 이를 위해 신재생에너지 설비의 경제성 및 에너지 사용량, 여수의 기후 등을 분석했습니다. 에너지 부하의 적정성 분석에는 Homer V2.67이 사용되었습니다. 기후 분석과 논문 연구를 통해 태양광과 풍력 조합이 여수 에너지 자립섬 조성에 적합하다는 것을 확인할 수 있었습니다. 호머를 이용해 섬의 크기와 기후를 기준으로 시뮬레이션을 진행했으며, 그 결과는 다음과 같습니다. 첫째, 20가구로 구성된 평도에 풍력과 태양광을 활용한 에너지 자립섬을 조성할 경우, 최대 83%의 에너지 자립률을 얻을 수 있습니다. 발전소 운영 및 관리를 위해 연간 55,128달러가 필요하며, 가구당 2,756달러의 에너지 비용이 소요될 것으로 예상됩니다. 둘째, 상화도의 경우 재생에너지를 활용한 에너지 자립률은 최대 96%까지 가능하며, 운영 및 관리비용은 연간 48,301달러로 가구당 1,610달러가 소요될 것으로 예상됩니다. 소요도의 경우 최대 96%까지 가능할 것으로 예상되며, 운영 및 관리비는 연간 48,839달러가 소요될 것으로 예상됩니다. 마지막으로 100가구로 구성된 요자도의 경우, 최대 96%까지 에너지 자립률이 가능할 것으로 예상됩니다. 소요 금액은 O&M에 연간 125,855달러가 소요됩니다.
• 이웅규(2023)의 연구는 해양에너지를 활용한 에너지 자립섬의 정책 방향을 검토했습니다. 즉, 에너지 자립섬 사업계획 수립 시 전략적 해양환경영향평가를 실시해 해양의 환경적 특성을 고려해야 한다고 제안했다. 또한 선제적인 입지 선정을 추진할 것을 제안했다. 특히, 해양에너지 개발사업 건설과 운영 과정에서 해양환경에 대한 지속적인 모니터링을 실시해야 한다고 강조했습니다. 또한, 해양에너지를 활용한 도서지역 자립화 추진에 있어 중요한 해양환경영향자료 확충과 도서주민의 적극적인 참여와 지원 방안을 모색할 필요성을 강조했습니다. 이는 정부 주도의 스마트그리드 사업단과 한전이 서로 협력할 때 성공 가능성이 높다고 할 수 있습니다. 문헌 고찰을 통해 분석한 연구 결과는 다음과 같습니다. 첫째, 주민이 주도하는 사업에 대한 적극적인 참여와 지원이 필요하다. 둘째,. 한전은 스마트그리드사업단 등 전문 공공기관과 협업해야 한다. 셋째, 전략적 해양환경영향평가를 도입해야 한다. 넷째, 지속적인 해양환경영향조사를 실시해야 한다.
• 권조영 외(2018)의 연구는 마이크로그리드 기술을 활용한 에너지자립섬 모형설계와 새로운 평가체계를 구축하고자 한 다. 대상지역은 가사도를 선정하여 ESS(Energy Storage System)가 연계된 신재생 발전시스템의 시뮬레이션 분석, 경 제성 평가, 이산화탄소 배출저감에 따른외부비용 평가를 실시하였다. 분석결과, 가사도의 기후조건 및 부하패턴을 고려하였을때, 태양광-풍력-디젤발전과 ESS가 연계된 발전시스템이 가장 적합한 것으로 나타났다. 새로운모형을 통해 도출된 발전단가는 $0.462/kWh로 디젤발전 중심의 운영시스템 보다 $0.134/kWh 낮게 산정되었고, 외부비용은 디젤 중심의 발전시스템 대비 연간 $7,511를 비용절감효과를 나타내는 것으로 분석되었다.
• 황미용과 이승권(2022)의 연구는 에너지 자립 마을에 관한 연구 동향을 살피고, 국·내외 에너지 주요 정책과 사례를 분석한다. 문화자원 관점에서 자연적 자원, 문화적 자원, 사회적 자원 등의 유형에 따라 에너지 자립 섬의 지속 가능한 방안을 살피면 다음과 같다. 첫째, 자연적 자원 활용 시 섬 지역 특성이 반영된 적합한 시설 및 부지 검토 후 재생 가능한 에너지를 생산해야 한다. 이후 섬의 경관과 생태 자원까지 연계한 녹색 에너지 관광과 고용 창출로 확대시킨다. 둘째, 문화적 자원 활용이다. 특히 교육은 매우 중요한 역할을 한다. 교육을 통해 에너지 전환의 필요성을 자각하고, 주민들의 자발성을 강화하고, 주민 참여형 에너지 자립섬으로 자생하는 힘을 기르도록 한다. 이는 주민 수용성과 지속 가능한 에너지 자립 마을이 되는 선순환 구조를 만들게 한다. 셋째, 사회적 자원 활용이다. 이제 에너지 자립 섬을 분산형 그리드로 조성하고, 운영하는 제도적 기반을 마련해야 한다. 이를 위해 제도문화 자원인 정책과 제도, 행정 등이 뒷받침 되어야 한다. 인적 자원은 에너지 자립에 있어 아주 중요한 핵심 자원이지만 정부와 지자체는 여전히 소극적인 태도를 보인다. 경제적 자원(사업비, 보조금 포함)도 중요 하지만 그 보다 더 중요한 것이 사업비의 효율적인 운영과 사업 종료 후 지속 가능한 운영 구조(금적적 측면)이다. 추진 과정에서 갈등을 거쳐야 할 과정으로 받아드리고, 거버넌스 문화자원을 활용하여 대립적이거나 상충 되는 갈등들을 융통성 있게 풀어야 한다. 더불어 주민들과 이익을 함께 나누는 ‘이익 공유제’ 도입이 좋은 대안이 될 수 있다. 향후 에너지 자립 섬 사업을 가시적 성과 위주로 접근해서는 안된다. 정부 주도의 일방적인 하향식 지원 사업도 지양해야 한다. 단순 재생 에너지 생산을 넘어 문화와 지역 발전의 전략으로 추진해야 할 것이다.

참고문헌

• 강태일 외. (2017). 해외 에너지자립섬 시장진출 전략. 산업통상자원부 연구용역보고서.
• 정금호. (2010). 신, 재생에너지를 이용한 에너지 자립섬에 관한 연구. 한국도서연구, 22(4), 275-293.
• 이웅규. (2023). 해양에너지를 활용한 에너지 자립 섬 구축방안. Journal of Digital Convergence, 21(2).
• 권조영, 김주한, & 김진수. (2018). 이산화탄소의 외부비용을 고려한 친환경 에너지자립섬 최적화. 한국자원공학회지, 55(4).
• 황미용, & 이승권. (2022). 에너지 자립 섬을 위한 문화자원 활용고찰. 한국도서연구, 34(2), 19-37.