System dynamics

Abstract

지난 10년간 태양광발전 시장은 비약적으로 성장하였다. 모든 낙관적인 시나리오들이 예측한 2020년의 시장규모를 2015년에 이미 넘어섰다. 이처럼 급격한 성장의 원인은 태양광발전 가격하락 때문이다. 태양광발전균등화원가(LCOE) 개념으로 봤을 때 독일이나 캘리포니아와 같이 전력요금이 높은 지역을 중심으로 태양광발전이 가격경쟁력을 갖추기 시작했다. \t그러나 최근의 태양광발전가격의 급락에도 불구하고 개발도상국 정책결정자들은 태양광발전에 대한 인식이 낮다. 태양광발전을 주요 발전원으로 고려하기보다는 여전히 틈새시장의 전원으로 보는 경향이 크다. 마찬가지로 관련 학술연구도 급변한 현실을 반영하지 못하고 있다. \t선진국의 제도ㆍ예산ㆍ사례를 중심으로 신재생에너지 보급정책에 관한 연구는 활발하나, 개발도상국을 대상으로 한 태양광발전 확산연구는 드물다. 주로 개발도상국의 잠재량에 관한 연구, 현행 보급에 대한 실증적 사례연구 정도이다. \t에너지수요가 급성장하는 개발도상국의 에너지전환 문제는 국제적으로도 매우 중요한 사안이다. 특히 일사량이 좋은 선벨트 지역에 위치한 개발도상국은 태양광발전이 화석연료에 대해 빠르게 경쟁력을 갖출 수 있어 에너지전환의 가능성이 높다. 따라서 태양광잠재량이 높은 개발도상국을 중심으로 에너지전환을 조기에 실현하기 위한 국제사회의 지원전략을 재조명할 필요가 있다. \t한편, 신재생에너지 보급정책에 대한 연구방법론의 측면에서는 확산과 비용감소를 주로 단선적 회귀방정식으로 연구하는 경향이 높다. 정부 개입에 의한 보급효과는 확산과 비용감소의 두 가지 측면으로 동시에 나타난다. 그런데 확산과 비용은 별개의 독립적인 과정으로 결정되는 것이 아니라 서로 상호작용하는 관계임에도 불구하고 연구방법론의 한계로 양방향의 상호작용이 고려되지 못해 왔다. 또한 확산보다는 비용 감소에 대한 연구가 더 활발한 경향이 있다. \t이런 배경 하에 본 연구는 기존의 단선적 사고에서 벗어나 순환적 피드백 구조를 강조하는 동태적 사고에 기반을 두고 개발도상국의 태양광발전 확산전략을 분석하였다. 태양광발전 확산에 관련된 이론과 문헌연구를 통해 확산에 관련된 주요변수의 인과성과 의존성을 분석하고 이를 토대로 태양광확산의 행태를 시뮬레이션 할 수 있는 시스템 다이내믹스 모형을 개발하였다. \t본 연구에서 다룬 시스템 다이내믹스의 문제정의는 다음과 같다. \t국제 무상원조에 의존해 태양광발전을 보급하는 개발도상국에서 초기에는 태양광발전이 성장하는 듯 보이나 사실상 정체되는 문제를 안고 있다. 개도국의 태양광 보급 확산이 정체되는 이유는 무엇인가? 또한 개발도상국의 태양광발전 보급 확산을 높이기 위한 전략은 무엇인가? \t이러한 문제와 처방전략을 분석하기 위해 본 연구는 우선, 인과지도(Causal Loop Diagram)를 작성하였다. 문헌연구를 기초로 인과지도를 분석한 결과, 개발도상국은 태양광 개발여건이 좋아도 국가리스크가 높은 경향을 보였다. 이에 태양광사업에 대한 민간기업과 금융이 투자를 기피하거나 자본비용이 상승해 같은 일사량 조건의 선진국보다 태양광발전원가가 높아지는 경향을 보였다. 국가리스크와 자본비용은 개발도상국 태양광확산의 주요한 제약요인 중 하나로 분석되었다. \t또한 개도국의 태양광을 지원하는 개발금융의 사업이 있지만, 개발재원은 주로 무상원조형 소규모 독립형 태양광발전사업에 지원하는 경향을 보였다. 그러나 소규모 무상원조 사업은 배터리 가격이 높고 유지관리가 까다로워 가격이 크게 떨어지지 않았다. 또한 사업규모가 작아 민간의 개입이 잘 이뤄지지 않는 단점이 있었다. \t인과지도를 토대로 개발도상국의 태양광 확산을 촉진할 수 있는 저량유량모형(Stock Flow Diagram)을 설계하였다. SFD를 통해 높은 일사량과 높은 전력요금, 높은 에너지수요와 낮은 에너지공급율의 조건을 갖춘 개발도상국의 태양광확산의 악순환 구조를 전환하기 위한 전략적 레버리지 요소를 찾고자하였다. 모형은 크게 정부주도의 확산모듈, 학습곡선ㆍ규모의 경제의 모듈, 시장주도의 확산모듈의 세 가지 모듈의 조합으로 설계한 후 사례지역의 기존 태양광가격의 학습율과 글로벌 태양광학습율을 캘리브레이션하여, 시뮬레이션을 위한 최적화된 모수 값을 추정하였다. \t개발된 모형의 타당성 검증을 위해 대상국가를 선정하고, 이를 대상으로 분석에 필요한 변수 값들을 도출하였다. 설계된 모형의 사례연구를 위해 전력요금이 높고 일사량이 좋아 태양광발전의 사업성이 충분하지만, 국가리스크가 커서 민간의 투자가 쉽게 유인되지 않는 국가로 캄보디아를 선정하여 확산전략을 분석하였다. 다자간개발은행(MDB)의 차관을 일부 활용하여 100MW의 대규모 계통연계형 태양광발전소를 짓는다고 가정하여 MDB 개입조건에 따른 태양광발전균등화원가(LCOE)의 차이를 6가지 조건으로 구분하였다. LCOE 값을 구하기 위해 LCOE 방법론을 활용하였다. 6가지의 LCOE 값은 모형에 외생변수로 입력되었다. \t정책실험은 크게 3가지 시나리오 즉, 현행 솔라홈시