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[전문가오피니언] ASEAN의 지속가능한 에너지 개발을 위한 태양광 발전과 배터리 저장 시스템 통합
동남아시아 일반 Dimas Yunianto Putro Indonesian Professionals Association in South Korea(IPA KR) MBA, PhD Indonesian Professionals Association in South Korea(IPA KR) 2024/06/11
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개요
배터리 에너지 저장 시스템(BESS: Battery Energy Storage System)은 잉여 전기 에너지를 추후 필요시 사용할 수 있도록 저장해 두는 시스템이다. 일반적으로 충전 가능한 배터리, 배터리 관리 시스템(BMS), 전력 변환 시스템으로 구성된다. 전력망 또는 태양광이나 풍력과 같은 재생 에너지원에서 전력이 생성되면 BESS 배터리가 충전되고, 이후 전력 발전 대비 수요가 높은 지역에 전달되거나 재생 가능한 에너지원의 전력 생산이 중단될 때 저장된 에너지를 사용하여 전력망 또는 특정 부하에 전력을 공급한다. 석탄, 천연가스, 원자력 발전소와 같은 전통적인 에너지 시스템이 동기식 발전(Synchronous generation)에 전적으로 의존하는 반면, BESS는 전력 수요가 낮은 시간의 잉여 에너지를 저장하고 피크타임이나 재생 가능 에너지원이 전력을 생산하지 않을 때 이를 방출함으로써 전력 공급망에 유연성을 확보하게 한다.
태양광(PV) 시스템은 태양광 전지(Photovoltaic Cell)로 만들어진 패널을 이용해 태양광을 전기로 변환한다. 이 과정에서 온실가스가 배출되지 않아 기존의 화석연료 기반 발전의 지속 가능한 대안으로 각광받고 있다. 다만 야간이나 흐린 날에는 발전이 불가능하다는 단점이 있는데, 이는BESS와 PV 시스템의 통합으로 극복할 수 있다. 예를 들어, PV 시스템이 필요 이상으로 많은 전기를 생산해 잉여 전력이 발생하면, 전력망으로 보내 낭비하는 대신 BESS의 배터리에 충전하여 전력을 저장해 둔다. 이렇게 저장된 전력은 에너지 수요가 높은 날이나 PV 시스템이 충분한 전력을 생산하지 못할 때 사용할 수 있다. BESS와 PV 시스템의 통합은 날씨 등과 같은 외부 요인으로 인한 태양광 에너지의 출력량 변화라는 리스크를 완화하는 데 필수적이다. 이는 보다 일관되고 신뢰할 수 있는 전력 공급을 보장하여 재생에너지의 신뢰성을 높여준다.
BESS와 PV 시스템 결합은 지속 가능한 에너지 개발을 위해 반드시 도입되어야 하는 중요한 기술로, 전체 시스템 효율을 현저히 증가시켜 에너지 변환 및 저장 부문에서 평균 15%의 효율 개선을 가져온다.1) 향상된 효율은 온실가스 배출 감소에 기여하고 더 깨끗한 에너지원으로의 전환 목표 달성을 가능하게 한다. 또한 BESS와 PV 시스템의 통합은 경제적인 측면에서도 이점이 큰데, 10년 동안 BESS와 PV 결합 시스템을 사용하면 평균 비용의 25%를 절감하는 효과가 있는 것으로 나타났다.2)
빠르게 성장하고 있는 ASEAN 역내 국가들의 전력 수요는 향후 수 년간 큰 폭으로 증가할 것으로 전망된다. 장기 에너지대안계획시스템(LEAP: Long-range Energy Alternatives Planning system)3)을 사용하여 수행한 시뮬레이션에 따르면, ASEAN 지역의 전력 수요는 2050년까지 3,713 테라와트시(TWh)에 도달할 것으로 예상되며, 이는 2020년 전력 수요의 약 세 배에 달하는 수치이다(<그림 1> 참조). 1인당 전력 소비량은 2050년까지 3,948 킬로와트시(kWh)에 이를 것으로 예상된다. 특히 인도네시아와 베트남이 2050년까지 ASEAN 지역 전체 전력 수요의 58%를 차지할 것으로 전망된다. 캄보디아와 필리핀의 전력 수요 증가율은 각각 1, 2위를 차지할 것으로 보인다. 이처럼 지역 내 증가하는 에너지 수요를 충족하기 위해서는 상당한 규모의 전력 생산 설비 확충이 필요적이다. 충분한 전력 생산 인프라를 갖추지 못한 상태에서 수요가 급증하면 전력부족 그 자체뿐만 아니라 에너지 안보, 경제 성장, 환경 지속 가능성과 관련된 다양한 문제가 발생할 수 있다.
<그림 1> ASEAN 전력 수요 전망(2020~2050년)
자료: Handayani, K et al.(2022)
<그림 2> 2050년 ASEAN 국가별 전력 생산량 전망치(단위: 테라와트시(TWh)
자료: Handayani, K et al.(2022)
BESS와 PV 시스템 통합
BESS와 PV 시스템의 통합의 이점은 정량적 분석을 통해 입증되었다. 먼저, 통합 시스템은 태양광 발전의 단점인 간헐적 발전 중단 문제를 해결하여 에너지 신뢰성을 향상시킨다. 또한 에너지 변동성을 최대 30% 감소시키며, 통합 시스템을 통한 에너지 출력 안정화는 에너지 신뢰성 지표를 15%가량 향상시키는 것으로 나타났다.4) 이는 시스템 통합이 변동성을 완화하고 일관된 에너지 공급을 보장하여 전력망 안정성에 상당한 영향을 미친다는 것을 보여준다.
통합 시스템은 또한 피크타임의 전력망 수요를 최적화하는 데에도 중요한 역할을 한다. 피크 저감 알고리즘에 따르면, 통합 시스템은 보다 균형 있고 효율적인 전력 공급을 가능하게 하여 피크 부하를 20% 감소, 전력 인프라에 가중되는 스트레스를 25% 감소시키는 효과가 있는 것으로 나타났다. 이처럼 피크 수요 관리에서 보여지는 정량적 개선점은 통합 시스템이 전력망 운영 효율화에도 크게 기여한다는 점을 시사한다.5)
통합 시스템은 또한 전력계통운영 보조서비스(Ancillary Service)에도 상당한 이점을 제공한다. 부하의 변동 없이 발전의 변동이 있는 경우 전력 시스템의 주파수가 안정 범위를 벗어나며 계단식 오류 또는 정전까지도 발생할 수 있는데,6) 이러한 전력 시스템의 불안정을 막기 위해 사용되는 주파수 제어 보조서비스에 통합 시스템이 도입되면 주파수가 초당 최대 0.1Hz까지 개선되는 것으로 나타났다. 또한, 전압 제어가 최적화되어 전압 변동도 18% 감소하는 것으로 측정되었다.7) 이러한 정량적 향상은 전력계통운영 보조서비스에도 통합 시스템의 역할이 중요하며, 전력망 안정화와 신뢰성 향상에 기여하는 바가 크다는 점을 다시 한번 보여준다.
성공적인 통합을 위해서는 BESS의 크기 조정과 용량 매칭에 특히 주의해야 한다. BESS의 크기를 PV 시스템 출력에 맞추기 위해서는 철저한 정량적 분석이 필수적인데, 크기 조정을 최적화하면 전반적인 에너지 저장 효율성이 15% 증대된다.8) 이처럼 부하 프로필과 수요 패턴 등 정량적 지표를 기반으로 한 세심한 기술적 분석을 바탕으로 한 통합 시스템은 전력망 안정성과 신뢰성 향상에 중추적인 역할을 하게 된다.
투자 분석
ASEAN 시장에서 BESS와 PV 시스템 통합에 필요한 투자액은 지역적 상황, 채택 기술, 프로젝트 규모에 따라 차이 가 있다.9) 평균적으로 BESS 설치 비용은 kWh당 400 달러(약 55만 원)에서 1,200달러(약 165만 원) 사이이며, PV 시스템 설치 비용은 설치된 와트당 약 800달러(약 110만 원)에서 2,500달러(약 344만 원) 정도이다.10) 조달, 설치 및 시스템 통합을 포함한 전체 비용은 kWh당 대략 1,200달러에서 2,500달러 사이이다.11) 연간 유지 관리 비용은 초기 자본 지출(CapEx)의 약 1~2%로 추정된다.12) 이러한 분석은 통합 시스템의 수명 주기 동안 발생한 운영 비용에 대한 대략적인 예측치를 제공한다.
ASEAN 시장에 특화된 투자 수익률(ROI) 분석을 수행하는 것은 재정 타당성을 평가하는 데 중요하다.13) ROI는 초기 투자에 대한 순이익을 기준으로 계산된다. 연구에 따르면 BESS와 PV 통합 시스템의 ROI는 20년 동안 10%에서 18% 사이인 것으로 나타났다. 여기에는 에너지 절감, 피크 수요 감소 및 부가 서비스에서 발생할 수 있는 잠재적 수익이 포함된다. ASEAN 시장에서의 투자 회수 기간은 프로젝트 특성에 따라 일반적으로 6년에서 10년 사이이다. 이러한 정량적 지표는 투자자에게 재정적 성과와 초기 투자 회수 기간에 대한 통찰력을 제공한다.14)
ASEAN 시장에서 정부 인센티브와 정책에 대한 정량적 데이터는 해당 국가의 금융 환경을 이해하는 데 매우 중요하다.15) ASEAN 국가 정부는 재생 에너지 투자 촉진을 위해 세금 공제, 발전차액지원제도(FIT), 보조금과 같은 다양한 인센티브를 제공하고 있는데,16) 예를 들어 태국은 태양광 프로젝트에 kWh당 약 0.18달러(약 248원)을 지급하는 발전차액지원제도를 운영하고 있다.17) 말레이시아는 적격 재생 에너지 프로젝트에 70% 투자세액공제를 포함한 세금 인센티브를 제공한다.18) 이러한 인센티브는 ASEAN 시장에서 BESS와 PV 통합에 대한 투자 매력도를 증가시킨다. 정부 인센티브로 인한 잠재적 절감액과 혜택을 정량화하면 투자자들이 지역정책에 맞춰 현명한 의사 결정을 내릴 수 있고, 명확한 혜택은 지속 가능한 에너지에 대한 투자를 촉진하게 된다.
도전과제 및 향후 전망
ASEAN의 지속 가능한 에너지 개발, 특히 BESS와 PV 시스템 통합의 미래 전망에는 다면적 접근이 필요하다. 규제 문제와 정책 권고는 ASEAN에서 재생 에너지 미래를 형성하는 중요한 측면이다. 규제 환경은 BESS와 PV 시스템의 투자에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 명확하지 않거나 제한적인 규제는 기술의 성장을 저해할 수 있으며, 정책 권고는 투자와 혁신을 장려하는 지원 환경을 조성하는 데 중점을 두어야 한다. 베트남 정부의 경우를 보면, 풍력 발전 프로젝트에 대한 발전차액지원제도(FiT)를 도입하여 풍력 에너지 발전에 대한 투자를 촉진하고 있다. 해당 FiT는 특정 기간 풍력 발전 프로젝트에서 생성된 전력에 대한 고정 가격을 보장하여 투자자에게 경제적 확실성을 제공하고 풍력 에너지 인프라의 성장을 촉진한다. 반면, 인도네시아 정부는 휘발유, 디젤, 액화석유가스(LPG)를 포함한 화석 연료에 대한 보조금 지급을 통한 간접적 규제를 계속하고 있다. 민생 안정을 목표로 낮은 에너지 가격을 유지하기 위한 에너지 보조금 지급은 세계 각국에서 널리 시행되고 있기는 하지만, 이러한 규제는 재생 에너지 채택을 저해하고 화석 연료에 대한 의존도를 확장해 지속 가능한 목표 달성을 방해하는 요소로 작용할 수 있다.
BESS와 PV 시스템 통합을 통한 지속 가능한 에너지 개발은 유망한 분야이다. 재생 에너지 채택을 위한 전 세계적인 노력과 저탄소 경제로의 전환에 대한 ASEAN의 의지는 일맥상통한다. BESS와 PV 시스템의 통합은 ASEAN의 에너지 문제를 해결하기 위한 신뢰할 수 있고 유연한 솔루션을 제공한다. 기술 발전과 지원 정책이 따라온다면 해당 부문에 대한 투자는 확대될 것으로 예상되며, 이는 보다 회복력 있고 지속 가능한 에너지 인프라 구축에 이바지할 것이다. ASEAN 국가들의 재생 에너지 목표 달성을 위한 노력은 BESS와 PV통합 기술을 통해 에너지 신뢰성, 환경 지속 가능성 및 경제 성장 간의 균형을 달성하는 데 기여할 수 있을 것이다.
현재 말레이시아는 BESS와 PV 시스템 확대에 가장 유리한 국가 중 하나로 꼽힌다. 말레이시아 정부는 재생 에너지원, 특히 태양광 PV 시스템으로 자체 전기를 생산하고 초과 전기를 전력망에 판매할 수 있는 넷 에너지 계량(NEM) 프로그램을 포함, 다양한 이니셔티브를 시행하고 있다. 또한 말레이시아는 재생 에너지 프로젝트에 유리한 발전차액지원제도(FiT)와 세액 공제를 제공하여 BESS 및 PV 설치에 대한 투자를 장려하고 있다. 말레이시아의 재생 에너지 목표와 탄소 배출량 감축에 대한 의지는 BESS와 PV 시스템 투자에 유리한 환경을 만들어 재생에너지 투자 목적지로서 말레이시아의 위상을 제고한다.
결론
BESS와 PV 시스템 통합 관련 정량적 조사 및 연구 결과를 바탕으로 ASEAN 지역은 지속 가능한 에너지 개발을 위한 적절한 투자처라는 결론을 도출할 수 있다. BESS 설치와 PV 시스템 비용까지 정량적으로 분석한 재정적 이해, 20년 기준 10~18%에 이르는 높은 ROI, 세금 공제와 발전차액지원제도(FiT)와 같은 정부 인센티브와 정책은 ASEAN 지역이 BESS와 PV 시스템 통합 관련 매력적인 투자처임을 보여준다.
ASEAN이 지속 가능한 에너지의 선두 주자로 자리매김하기 위해서는, BESS와 PV 시스템 통합 솔루션을 적극 활용해야 한다. 해당 부문 투자 촉진을 위해 규제를 완화하고, 추가 재정적 인센티브를 제공하며, 연구 및 개발 이니셔티브를 촉진하기 위한 민관 협력도 적극 추진해야 한다. BESS 및 PV 통합 시스템 기술 발전은 ASEAN 에너지 생태계에서 조화로운 균형을 이루기 위한 촉매제로 작용할 것으로 기대되며, 전 세계적인 기후 목표와 일치하는 이러한 방향성은 ASEAN 지역의 경제 성장, 에너지 신뢰성 제고 및 환경 보호에도 기여할 것이다.
* 각주
1) Zhang et al. 2021
2) Tanaka et al. 2019
3) (편집자주) 스톡홀름 환경 연구소(SEI: Stockholm Environment Institute)에서 개발한 에너지 정책 분석 및 기후 변화 완화 평가를 위한 소프트웨어
4) Smith et al. 2020
5) Johnson and Brown 2018
6) (편집자주) 주파수 제어 보조 서비스 Frequency Control Ancillary Services https://arena.gov.au/blog/what-is-frequency-control-ancillary-services/
7) Chen et al. 2019
8) Brown and Johnson 2021
9) IRENA, 2021
10) NREL, 2021
11) Chen et al., 2020
12) IRENA, 2021
13) Chen et al., 2020
14) Ibid.
15) ACE, 2022
16) IRENA, 2021
17) Thailand Ministry of Energy, 2021
18) ACE, 2022
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