태양광발전소 O&M 관리를 통한 발전성능 향상 방안

2.1 해외 사례

미국전력연구소(Electric Power Research Institute, EPRI)는 SunEdison사가 설치한 태양광발전소를 대상으로 2008년 1월부터 2009년 9월까지의 고장 횟수 및 고장 원인별 에너지 손실량을 분석하여 주요 원인들을 제시하였다(Table 1). EPRI (2010)에 따르면 각 원인별 고장 발생 횟수 및 에너지 손실량은 결과적으로 태양광발전소의 발전성능에 부정적인 영향을 미치지만, 적절한 O&M 활동을 통해 발전성능 저하를 미연에 방지할 수 있는 것으로 분석되었다.

Table 1.

Ranking of PV system failure areas and relative frequencies

Achim et al.(2013)은 1980년대부터 2000년대까지 설치된 태양광발전소에 대해 설치시기에 따른 평균 발전성능을 분석하여 Table 2와 같은 결과를 도출하였다. 1980년도에 설치된 태양광발전소는 0.50∼0.75의 PR을 보인 반면, 2000년대에 독일에 설치된 태양광발전소의 경우에는 상대적으로 높은 수준인 0.7∼0.9의 PR을 나타내었다. 이러한 차이는 최근에 설치된 태양광발전소의 경우, 지속적인 O&M을 통해 고장 발생을 일으킬 수 있는 높은 온도, 오염 및 에너지 변환손실 등에 대한 관리가 가능해졌기 때문이라고 설명하고 있다.

Table 2.

Average values and ranges of performance ratio for installations from different decades

Benjamin(2011)은 2005년부터 2009년까지 유럽 중앙부에 설치된 태양광발전소를 대상으로 2010년도 PR비교를 위한 연구를 진행하였고, 이 중 운영‧관리(O&M)가 실시된 태양광발전소의 경우 평균 81.3%의 높은 PR을 나타낸 반면, O&M이 실시되지 않은 태양광발전소의 평균 PR 수준은 76.9%에 머무는 것으로 나타났다. Fraunhofer ISE(2014)는 전 세계에 위치한 300개의 태양광발전소를 대상으로 2013년도 PR비교를 진행한 결과, 조사 대상 태양광발전소의 PR은 최저 60%에서 최대 90%까지의 분포를 나타내었다. 이 중 초기 품질 보증 및 지속적인 O&M이 실시된 신규 발전소들의 경우 대부분 80% 이상의 PR을 나타냈다. 이처럼 해외 사례연구들을 살펴보면 태양광발전소에 대한 운영‧관리(O&M)가 지속적으로 이뤄지는 경우에는 그렇지 않은 경우에 비해 고장 발생 가능성도 낮고, 발전성능 역시 매우 우수함을 알 수 있다.

2.2 국내 태양광발전소 사례 분석

우리나라의 경우, 상주시에 위치한 두 태양광발전소(이하, 발전소 A, 발전소 B) 사례를 통해 O&M에 따른 발전량 변화를 확인할 수 있다. 발전소 A와 발전소 B의 설치용량은 각 1.49 MW로 같은 시기인 2008년도부터 상업발전을 시작하였다. 두 태양광발전소는 동일한 지역에서 약 23 km의 거리를 사이에 두고 설치되었고, 유사한 환경 조건을 보유하고 있다. 따라서 환경적 요인의 차이가 아닌 O&M 자체가 발전성능(PR)에 미치는 영향을 보다 정확히 분석할 수 있을 것으로 판단되어 본 연구의 사례로 선정하였다. 두 발전소는 상업운전 개시 이후 PR 저하 현상이 발생하였고, O&M의 일환으로 2012년에 제3자 인증기관으로부터 발전소 검사를 실시하였다. 그 결과, 제품 및 구조물 결함이 PR 저하를 일으키는 원인으로 지목되어 2013년에 결함 제품 및 구조물에 대한 교체 및 수리작업이 수행되었다.

그 후 한국전력거래소(KPX)에 따른 발전소 A 및 발전소 B의 전력거래량 및 연도별 일평균 발전시간이 전반적으로 전년도 동기 대비 크게 상승한 것으로 나타났다(Table 3, Table 4). 특히 Plant A의 경우, 2012년 대비 2013년의 일평균 발전시간이 2.74시간에서 3.13시간으로 크게 증가하였는데, 이는 발전소 A에 설치된 트래커(Tracker) 형식의 설치구조물 고장으로 인한 것으로, 동기간의 전력거래량 차이에 대한 중요한 원인으로 지목된다.

Table 3.

Electrical power trading of plant A and plant B (unit: kWh)

Table 4.

Annual average daily operating time (unit: h)

Table 3에 나타난 수치를 이용하여 Fig. 1을 도출하였다. 2014년도 12월 전력거래량은 1일에서 13일까지에 해당되는 값인 점을 고려할 때, 발전소 A와 발전소 B 모두 O&M 전후에 따른 전력거래량 추이가 확연히 달라지는 것을 알 수 있다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 발전소 O&M을 통해 발전성능 저하 원인 분석 및 해결 방안 도출이 가능하며, 지속적인 O&M을 통해 추후 발생 가능한 문제를 미연에 방지함으로써 발전 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되다.

Fig. 1.

Electrical power trading of plant A and plant B.

3.1 태양광발전소 O&M 관련 논의 동향

태양광발전소의 PR 향상 및 태양광산업의 새로운 수익 모델로서 O&M의 중요성이 커져감에 따라 국제전기기술위원회(IEC)에서는 TC82²⁾ 총회를 통해 태양광발전소 O&M에 대한 규격 제정을 위한 논의가 진행 중이다. 태양광 설비가 잘 갖추어진 유럽 시장에서는 O&M이 노인층의 새로운 일자리를 창출해주는 역할을 할 것으로 기대되며, EPIA에서는 주요 회원국 간 Task Force 결성을 통해 유럽의 O&M Performance Guideline을 제시하기 위한 움직임을 보이고 있다. 중국은 중국과학원 전기공학분과(Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences)³⁾산하에 별도의 연구 그룹을 두고, 자체 규격 제정을 위한 움직임을 보이고 있으며, 현재 태양광산업의 최대 시장으로 떠오른 중국에서 자체적인 규격이 마련될 경우, 세계적으로 미치는 파장이 상당할 것으로 보인다.

국내에서도 유관 분야 전문가들의 IEC TC82 총회 참석을 통해 관련 동향을 파악하고, 규격 제‧개정을 위한 노력에 동참하고 있으나, O&M에 대한 국내 규격 제정을 위한 움직임은 미비한 편이며(산업통상자원부, 2013), 현재 일부 대기업 주도로 O&M에 대한 중요성을 인식하고, 관련 부서를 강화해나가고 있는 실정이다.

3.2 풍력 및 수력발전소 O&M 논의 동향

국내 풍력발전사업은 주로 대기업 위주의 사업 특성을 지니고 있으며, 제품 및 시스템의 특성상 전문가의 수준에서 O&M이 이루어질 수밖에 없는 구조를 가지고 있기 때문에, 대부분 발전시스템 제조사 주도의 A/S 및 O&M 활동이 이루어진다. 풍력에 대한 국제인증은 IEC WT 01에 명시되어 있는 인증제도 기준 및 절차를 따르며, 크게 형식인증(Type Certificate), 프로젝트인증(Project Certificate), 부품인증(Component Certificate)으로 나뉜다. 형식인증을 통해 시스템 자체에 대한 설계 및 제작 평가, 형식시험, 최종평가를 진행하고, 프로젝트인증을 통해 지역평가 및 설치평가, 운영‧관리(O&M) 등에 대한 평가가 이루어진다. 또한 부품인증을 통해 부품 단계에서의 설계 및 제작 평가, 형식시험, 최종평가가 이루어진다. 그러나 풍력의 국제 인증제도에서 O&M이 평가항목에 포함되어있는 것과 달리 국내 풍력발전시스템설비인증의 경우, 시스템 용량에 따라 소형 및 중대형으로 구분하여 설계 및 성능평가를 진행하고 있을 뿐, O&M에 대한 별도의 평가 항목은 포함되어 있지 않아 국제 표준과의 부합을 위한 제도 개선이 필요한 것으로 보인다. 현재 국내 풍력 인증 범위의 세분화 및 평가 항목들의 체계적 정립에 대한 필요성이 제기되고 있는 실정이다.

수력발전은 국내외적으로 표준화 초기단계로, 국내에서는 2014년도 하반기부터 한국수자원공사에서 수력발전 설비 인증을 위한 성능 시험의 국제표준화 작업이 진행 중이다. 해당 작업은 2016년도 6월경에 마무리될 예정이며, 차질 없이 완료될 경우 2017년도부터 에너지관리공단 신‧재생에너지센터를 통한 신재생에너지발전설비 인증항목에 포함되어 인증제도가 운영될 예정이다. 수력발전사업의 규모를 고려했을 때 O&M의 중요성 또한 클 것으로 판단되며, 이에 대한 별도의 규정이 표준에 포함되어야할 필요가 있을 것으로 보인다.

풍력 및 수력과는 다르게 비교적 진입장벽이 낮은 국내 태양광산업은 영세사업자의 구성 비율이 높은 편에 속하며, 일반적으로 태양광발전소의 O&M은 발전사업자의 자체 규정을 통해 관리되고 있다. 태양광발전설비에 있어 일반적인 보증기간은 부품별로 짧게는 3년에서 길게는 20년까지이며, 시공업체로부터 준공된 발전설비에 대해 보증을 받을 수 있는 기간은 대략 3년 정도이다. 3년 이후에 문제가 발생될 경우에는 발전사업자가 직접 제품제조사에 A/S 의뢰를 하게 되는데, 일반적으로 태양광제품에 대해 전문적 지식을 가지고 있지 않은 발전사업자가 문제의 원인을 파악하고 A/S를 의뢰하기까지는 큰 어려움이 있으며, 따라서 문제가 발생되었다고 하더라도 제대로 파악하지 못하거나, 그대로 방치함으로써 발전 사업에 차질이 발생되는 경우가 많다. 최근 일부 대기업에서는 O&M에 대한 중요성을 인식함에 따라 O&M 전담부서를 운영함으로써 자체 규정에 따른 O&M을 실시하고 있으나, O&M 실시 활동에 따라 누적된 노하우가 일반 발전사업자들에게까지 전파되는 수준에는 이르지 못하고 있으며, 따라서 발전사업자의 규모에 따른 O&M 활동의 수준에 편차가 큰 실정이다.

명확한 규정 및 제도의 부재로 인해 한편으로는 과도한 기준 설정으로 인한 과투자가 발생됨으로써 투자자의 손실을 유발할 수 있고, 나머지 한편으로는 낮은 기준 설정에 따른 O&M의 결함을 일으킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제도적으로 O&M에 대한 적정 수준을 확립함으로써 O&M 결함에 따른 피해 및 과투자로 인한 투자 손실을 모두 예방할 수 있을 것으로 보인다.

3.3 태양광발전소 O&M 정책화 방안

태양광관련 국내 인증인 신재생에너지설비인증제도는 에너지관리공단 산하 신‧재생에너지센터를 통해 통합적으로 진행되고 있으며, 신재생설비에 대한 신뢰성 제고를 위해 2015년 7월부터 KS 인증으로 전환될 예정이다. 현재 태양광분야의 신재생에너지 인증대상설비는 주로 태양광발전소에 설치되는 부품만으로 구성되어 있으며, 발전소 운영에 따른 지속적인 O&M에 대한 규격 및 제도는 아직 마련되어 있지 않다. 태양광발전소 O&M에 대한 수요는 주로 해외인증기관을 통한 민간 서비스에 의존하고 있는 실정이며, O&M에 대한 규정이 인증기관마다 상이하기 때문에 인증 결과의 상호인정 가능한 범주에 대한 혼선이 발생될 수 있으며, 이에 대한 추가적인 시간적 또는 금전적 부담이 예상된다.

O&M에 대한 국내 인증제도를 확립함으로써 국내 태양광분야 인증에 대한 범주 확장과 동시에, 현재 세계적으로 증가하고 있는 O&M에 대한 관심 및 관련 국제 표준이 제정되지 않은 상황을 고려할 때 해당 분야에 대한 세계 시장을 선점할 수 있는 계기를 마련할 수 있을 것으로 판단된다. 인증제도 운영을 통해 명확한 기술 규정을 준수함으로써 추후 발생할 수 있는 발전량 저하에 대한 위험 부담을 완화시키고, 이를 통해 금융권의 투자를 활성화시키는데 도움이 될 것이며, 아울러 기존의 제품단위 인증과 연계되어, 보다 포괄적이고 효율적인 인증제도 운영이 가능할 것으로 예상된다.