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신재생에너지 해상풍력 발전단지의 경제성분석

Title
신재생에너지 해상풍력 발전단지의 경제성분석
Author(s)
권영기
Keyword
신재생에너지, 해상풍력, 시스템다이내믹스, 경제성 분석
Publication Year
2018
Publisher
한국해양대학교 대학원
URI
http://repository.kmou.ac.kr/handle/2014.oak/11685
http://kmou.dcollection.net/common/orgView/200000016285
Abstract
신재생에너지는 최근 대두되는 환경문제에 대한 사회적 관심 속에 기존의 석유석탄과 같은 화석연료와 원자력을 대체하는 새로운 에너지원으로 주목받고 있다. 이 가운데 해상풍력의 경우 해저지형이 완만한 지리적 이점과 양질의 풍황자원을 이용한 유럽을 중심으로 최근 급성장세를 보이고 있으며, 이런 유럽의 사례는 삼면이 바다이고 활용 가능한 국토면적에 한계가 있는 국내에도 시사하는 바가 크다.

이에 따라 해상풍력발전단지 사업을 효율적으로 추진할 수 있도록 개발착수에 앞서 충분한 사전조사가 이루어져야 하며 해상풍력 사업을 추진하는 판단기준인 경제성 분석에 대한 연구도 함께 진행되어야 할 것이다.

이를 위하여 본 연구에서는 시스템다이내믹스 기법을 활용하여 해상풍력발전단지의 수익성에 대한 구조를 모델링하고 수입과 비용에 대한 하위요소들 간의 인과관계를 정량적으로 분석하였으며 해상풍력발전단지의 수익성을 결정하는 주요 요인인 발전단지 규모 및 발전기 사양, 정부지원금, 자본비용의 변화에 따른 수익성 모델의 동태적 특성을 파악하였다.

발전기 용량을 2MW, 3MW, 4MW, 6MW 4개 Case로 설정하고, 발전단지규모를 48MW, 96MW, 144MW, 192MW, 240MW 5개 Case로 각각 설정하여 총 20개의 Case에 대한 수익성 분석 결과 발전기 용량이 6MW이고, 단지규모가 192MW, 240MW인 2개의 Case에서만 (+)수익이 발생하였고 나머지 18개의 Case에서는 수익성 확보가 불가능한 것으로 나타났다. 이는 발전기 및 해상설치 기술발전, 해상풍력발전단지의 운영실적 증가, 관련 산업의 성장 등 여러 요인을 통해 해상풍력발전의 경제성이 꾸준히 증가되어 왔으나 아직까지 정책적인 지원 수단 없이는 충분한 경제성 확보가 어려움을 나타낸다.

이렇듯 해상풍력발전의 활성화를 위해선 정부지원이 불가피하며 이러한 정부지원의 효과를 검증하기 위하여 정부지원금을 통하여 30%의 추가수익이 발생한다고 가정하여 앞서 분석한 20개 Case에 대하여 동일한 방법으로 분석하였다. 그 결과 (+)수익 확보가 가능한 Case가 기존 2개에서 11개로 증가하였으며, 발전기용량 3MW이상, 단지규모 144MW 이상에서는 (+) 수익성 확보가 가능한 것으로 나타났다.

해상풍력단지 건설이 활발한 유럽, 특히 영국의 경우 ROC(신재생에너지의무공급)와 같은 지원정책을 통해 전력판매수익이상의 추가수익 발생이 가능함을 고려하면 유럽에서 해상풍력발전단지 건설이 활발히 진행되고 있는 가장 큰 이유가 이러한 정부지원을 통한 경제성 확보임을 알 수 있다.

또 다른 중요 요소인 자본비용의 변동에 따른 수익성분석을 위해 발전기 용량 3MW, 규모 144MW인 발전단지에 대하여 WACC = 8.30%, 6.53%, 4.77%, 2.99%, 1.22%, 5개의 Case에 대하여 분석하였다. 그 결과 4.77%이하의 WACC에서는 (+)수익이 발생하는 것으로 나타났다. WACC가 4.77%로 감소함으로써 줄어들게 되는 자본비용은 앞서 분석한 전력판매수익의 30%를 추가수익으로 지원 하였을 때의 정부지원금 규모와 동일한 규모로써, ROC와 같이 추가수익을 보존해주는 직접적인 지원방식도 수익성 증가에 효과적이지만 저금리 자금 제공 등 자본비용을 낮출 수 있도록 하는 지원방식이 더 효과가 있다는 점을 제시하고 있다.|Renewable Energy is regarded as a new energy source to replace existing energy like fossil fuel and nuclear energy in the glare of public attention for environmental issues.

Offshore wind energy is making high growth rate in these alternative energy in Europe that has geometrical benefits of gentle subsea slope and good wind resources, recent high growth rate in Europe has great implications for us considering our geographical characteristic that is surrounded by water on three sides and is a limit on the land area to be developed.

For this reason, pre-inspection should be conducted to push ahead with offshore wind farm before construction of offshore wind farm, and an economic analysis should be conducted with pre-inspection because it is a good criterion for project execution.

For economic analysis, using system dynamics, make a modeling for profit structure of offshore wind farm, define quantitative causal relationship between child element of income & cost, and analyze the dynamic properties of system by the change of wind farm scale, wind turbine capacity, government grant, cost of capital.

20EA analysis case is defined according to the combination of wind turbine capacity (2MW, 3MW, 4MW, 6MW) and wind farm scale (48MW, 96Mw, 144MW, 192MW, 240MW), the result shows profits can be made in only two case (wind turbine capacity 6MW, wind farm scale 192MW and 240MW). It shows that offshore wind farm has not been economically viable if there is no government grant, although economics of offshore wind farm has been improved due to improvement of wind turbine technology, installation technology, operation record of wind farm, relative industry.

As we have seen in result, government grant is inevitable to boost construction of offshore wind farm. To verify the effect of government grant, additional 20EA case are analyzed the same way, with assumed government grant of 30% for electricity sales revenue. The result shows that the number of case to make a profits increase from 2EA to 2EA, and profits can be made on condition that wind turbine larger than 3MW is installed and has wind farm scale larger than 144MW.

When we consider that additional profits can be made in Europe, especially UK, by government grant like ROC, we can understand that government grant is important factor to promote construction of offshore wind farm by profit improvement.

For cost of capital, other important factor in wind farm profits analysis, 5EA cases are analyzed in offshore wind farm that 3MW wind turbine is installed and has scale of 144MW, with assumed WACC of 8.30%, 6.53%, 4.77%, 2.99% and 1.22%. The results shows profits can be made on condition that WACC is lower than 4.77%.

Cost that is reduced by decrease of WACC from 8.30% to 4.77% is the same with government grant of 30% for electricity sales revenue. The result shows that government grant by low cost loan is more efficient than government grant by additional profits.
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