1. 연구의 배경 및 대상

■ 연구의 배경 및 목적

○ 주요 기관의 보고서에 따르면, 태양광 및 풍력 발전을 중심으로 전 세계 재생에너지 발전 비중이 빠르게 증가하는 것으로 나타남.

- 재생에너지는 탄소중립 달성을 위한 주요 수단으로 주목받고 있으며, IRENA(2022)에 따르면 기후변화 대응의 일환으로 발전

○ 한국은 지난 10여 년간 재생에너지 보급 목표를 지속적으로 상향 조정해 왔으며, 2018년 발표된 「재생에너지 3020 이행계획(안)」에서 신규 발전설비의 95% 이상을 재생에너지로 보급하겠다는 계획을 설정

- 2017년 제8차 전력수급기본계획에서는 2030년 신재생에너지 용량 전망치를 58.5GW로 설정했으나, 2023년 제10차 계획에서는 이를 72.7GW로 상향 조정

○ 한국에너지공단의 통계에 따르면, 이러한 노력의 결과로 국내 재생에너지 보급은 꾸준히 확대되고 있으나, 최근 3년간 신규 보급용량이 감소하며 보급 둔화세에 대한 우려가 제기됨.

○ 국내 재생에너지 보급의 주요 장애 요인으로, 주민 수용성 문제, 태양광 이격거리 규제 심화, 전력계통 문제, 비용 효율성 저하 등이 지적됨.

○ 향후 공급용량 목표를 달성하는 데 있어 투입 비용을 최소화하는 것이 효율적 보급의 핵심이며, 본 연구는 태양광 설비 보급의 주요 환경 및 정책 변화가 설비의 지리적 분포와 평균적인 보급비용에 미치는 영향을 분석하여 정책적 시사점을 제시함.

■ 연구 대상 및 방법

○ 국내외 재생에너지와 태양광 보급 현황 및 영향요인 검토

- 세계 재생에너지 및 태양광 보급 현황을 분석 대상 국가별 평균과 비교하여 국내 보급 추세를 살펴보고, 국내 시도 지역별 태양광 보급 경로 및 지역 간 보급 균형 지표를 활용하여 국내 지역별 균형 보급의 방향성 검토

- 국내 태양광 설비보급에 대한 장애 및 영향요인을 전반적으로 검토하고, 관련 현황을 토대로 연구의 필요성 및 방향성 제시

○ 태양광 사업자의 입지선택행동 분석

- 태양광 사업자의 입지 선택 행동을 계량경제학적으로 분석하기 위해 조건부 로짓모델을 활용

- 분석 대상은 시군구 단위의 실제 태양광 설비 위치와 사업자 특성 정보이며, 주요 변수로 자연환경적 요인, 규제적 요인, 전력계통 요인, 사회경제적 요인 등을 고려

○ 시나리오 기반 시뮬레이션 분석

- 태양광 보급 영향 요인에 대한 가상의 시나리오를 상정하여 해당 상황에서의 입지 선택 및 보급 결과를 예측하고, 이를 기존 관측 상황과 비교함으로써 정책적 시사점을 도출

- 주요 시나리오로 태양광 이격거리 규제 완화, 전력계통 인프라 보강, 지역별 차등 경제적 보상 및 개별 시나리오들이 혼합된 혼합 시나리오 검토

- 각 시나리오별로 시군구 단위에서 입지 선호 변화 및 설비 분포의 재조정 결과 및 보급 비용 변화 전망치 도출

2. 연구내용 및 주요 분석 결과

■ 국내외 재생에너지 보급 현황 및 영향 요인 검토

○ 최근 글로벌 재생에너지 보급이 빠르게 확대되고 있으며, 전 세계 재생에너지 발전 비중은 2022년 기준 약 30%로 2012년 대비 약 9%p 증가

- 화석연료 비중은 68%에서 61%로 7%p 감소한 반면, 태양광 및 풍력 비중은 3%에서 12%로 9%p 증가

○ 전 세계 재생에너지 누적 보급용량은 최근 18년 동안 0.95TW에서 4.1TW로 4배 이상 증가하며 가속화된 성장세를 보이는데, 국가별 평균 보급 속도도 유사한 증가세를 보이며, 4.2GW에서 18.3GW로 확대

- 한국의 보급 추세는 2014년 이후 국가별 평균을 초과하며 2023년 기준 세계 평균의 2배 수준에 도달

○ 태양광 발전 보급용량의 글로벌 트렌드는 누적 발전용량이 지수함수적 상승세를 보이며 빠르게 증가하고 있으며, 한국의 보급은 2010년대 중반부터 국가별 평균을 초과한 것으로 파악

○ 국내 지역별 태양광 누적 보급용량의 추세를 보면 2014년~2022년 동안 전라남도와 전라북도가 가장 높은 누적 보급량을 보였으며, 경북과 충남 지역이 그뒤를 기록

- 대도심권(특광역시)에서는 보급량 변화가 거의 없으며, 경기도와 비도심권 중심으로 보급된 것으로 파악

- 보급용량 기준 상위 3개 지역을 하위 3개 지역으로 나눈 보급 불균형 지표로 보면 2014년 29.8에서 2022년 35.9로 증가하였고, 특광역시를 제외하는 경우 2014년 3.5에서 2022년 2.4로 감소했으나 여전히 불균형이 존재

○ 본 분석에서는 지역별 태양광 보급 영향 요인으로 태양광 이격거리 규제, 전력계통 인프라, 지역별 차등 가격신호 제공, 이렇게 3가지를 중점적으로 고려

- 태양광 이격거리 규제는 잠재 설비 입지면적을 감소시킬 우려가 있으며, 2015년 이후 전국적으로 심화되어 2022년 기준 약 130개 지자체가 도입

- 최근 전력계통 설비의 여유 수준이 문제가 되고 있으며, 태양광 설비 보급이 집중된 지역과 현재 계통혼잡 지역이 상당 부분 일치하여 향후 심각한 보급제한 요인으로 고려

- 지역별 차등 가격신호의 제공은 차등화된 인센티브를 통해 재생에너지 설비의 최적 입지선택을 유도할 수 있는 제도로 고려되고 있으며, 태양광 설비의 전국적 분포에 영향을 줄 것으로 예상

■ 입지선택모형 추정을 통한 보급 영향요인 분석

○ 태양광 사업자의 발전사업 수익 극대화를 위한 입지선택 행동을 계량경제학적으로 모형화하여, 효율적 입지선택의 패턴과 주요 결정 요인을 분석

○ 분석 모형은 McFadden(1974)의 확률적 선택이론에 기반한 조건부 로짓모델(Conditional Logit Model)을 활용하며 최대우도추정법(Maximum Likelihood Estimation, MLE)을 통해 수익 함수의 모수값을 추정

○ 분석에는 ’20~’21년 일반부지에 설치된 사업용 태양광 설비 정보와 지역별 독립변수 데이터를 활용

- 지역별 특성 변수로는 시군구별 자연환경적 요인, 규제적 요인, 전력계통 요인, 사회경제적 요인이 활용되며, 사업자 특성을 통제하기 위해 개별 태양광 사업자의 설비용량 활용

○ 계량경제모형 추정 결과, 주요 설명변수에 대해 경제학적, 통계적으로 유의한 결과를 도출

- 일사량이 높은 지역일수록, 잠재 입지면적이 넓은 지역일수록, 계통 인프라 보급률이 높을수록, 공시지가가 낮을수록 사업자가 해당 지역을 선택할 확률이 상승

○ 추정된 입지선택모형으로 예측된 태양광 입지와 실제 데이터상에서 관측된 설비 위치를 비교하여 추정적합성에 대해 검토한 결과 지리적으로 유사한 패턴을 보이는 바, 시뮬레이션 활용에 적합할 것으로 판단

■ 지역별 설비 분포 시뮬레이션을 통한 태양광 보급 및 비용 시나리오 분석

○ 시뮬레이션 분석은 입지선택모형 추정 결과를 활용한 반사실적 분석으로 관측된 현실과 가상의 시나리오를 비교하여 태양광 설비 입지 선택에 미치는 요인과 영향을 분석

○ 주요 분석 시나리오는 태양광 이격거리 규제 완화, 전력계통 인프라 보강, 지역별 차등 경제적 보상으로 구성

- 태양광 이격거리 규제 완화의 경우 주택 이격거리 폐지, 도로 이격거리 폐지, 도로 및 주택 이격거리 규제 폐지의 3가지 세부 시나리오로 구성

- 전력계통 인프라 보강은 계통 용량을 현수준 대비 50% 확대하고, 증가 용량을 혼잡 지역에 많이 배분하는 시나리오 설정

- 지역별 차등 경제적 보상은 공시지가 차이를 상쇄하는 수준의 경제적 보상 상황과 SMP 추가 보상(10원/kWh, 50원/kWh) 시나리오로 구성

○ 태양광 이격거리 규제 폐지의 경우에는 경상북도와 충청남도 지역의 선택 확률이 가장 크게 상승하며, 강원도, 충북 일부 지역에서도 입지 선호 상승이 예상되나, 도심 지역 및 경기도의 75% 이상의 지자체에서 선택 확률 감소

- 주택 이격거리 규제만 폐지하는 경우 경상북도 지역에서 절반 이상의 시군구 입지 선호 상승

- 도로 이격거리 규제 폐지 시, 충청남도의 대부분 시군구에서 선택 확률이 상승하고, 충북 지역에서도 약 40%의 시군구에서 선택 확률 상승

○ 전력계통 인프라 보강 시나리오하에서 계통혼잡 해소 효과로 인해 전라남·북도의 입지 선택 선호 상승이 가장 두드러지며, 경상북도 지역에서도 선택 확률이 전반적으로 상승했으나 상대적으로 낮은 상승폭임을 확인

○ 지역별 차등 경제적 보상 시나리오하에서 경기도 지역의 부지비용 상쇄시 해당 지역 전반에서 선택 확률 70% 이상 상승이 예상되며, 전국 시도 단위 입지선호 순위에서는 경기도가 전국 네 번째 선호지역으로 상승 예상(기존 8순위)

- 다만, 경기도 지역 SMP 10원/kWh 보상 시 선택 확률 상승 폭은 미미하며, SMP 50원/kWh 보상 시 경기도 내 25~30%의 시군구에서 입지 선호 상승이 예측

○ 이격거리 규제 폐지와 함께 경기도 지역 SMP 10원/kWh 추가 보상 시나리오에서는 기존 이격거리 규제 폐지 시나리오와 유사한 결과를 보였으며, SMP 50원/kWh 추가 보상 시에는 경기도 지역 내 선택 확률이 증가하는 지역이 약15% → 25~30%로 증가

○ 이격거리 규제 폐지와 함께 계통 인프라가 보강되는 경우 충남, 전북은 50% 이상의 시군구에서 입지 선호가 상승하며, 강원, 전남, 경북에서는 25~50%의 시군구에서 선택 확률이 상승

○ 이격거리 규제 폐지, 계통 인프라 보강 및 경제적 차등 보상이 함께 이루어지는 경우 SMP 10원/kWh 보상 시 이격거리 규제 폐지 및 계통 인프라 보강 시나리오와 큰 차이가 없으나, SMP 50원/kWh 보상시에는 경기도의 시군구 선호 감소 지역이 90%에서 80%로 변화

○ 비용 변화에 대한 시뮬레이션은 앞서 설정된 개별 및 혼합 시나리오의 상황하에서 각 시군구 지역에 대한 사업자들의 입지 선호 변화를 반영하여 선호가 증가한 지역과 감소한 지역에 대한 보급비용의 분포와 평균적인 수준을 비교

○ 태양광 이격거리 규제가 폐지되는 경우, 선호가 상승하는 지역 그룹의 LCOE는 하락 그룹보다 약 100원/kWh 낮은 수준으로 나타남.

- 이는 규제 폐지로 보급 증가를 초래하는 지역의 LCOE가 평균적으로 낮을것임을 시사하며, 신규 태양광 설비의 평균 비용 하락 가능성을 시사

○ 전력계통 인프라 보강 시나리오에서도 선호 상승 지역 그룹의 LCOE는 약 100원/kWh 낮은 수준으로 확인

- 이는 계통 보강 지역이 주로 전라남·북도 및 경상북도와 같이 LCOE가 낮은 지역에 집중되었기 때문으로 해석되며 계통 인프라 투자 시, 신규 보급 설비는 LCOE가 낮은 지역으로 집중될 가능성이 있음을 시사

○ 경기도 지역의 경제적 보상 증대 시나리오에서는 선호 상승 지역의 LCOE가 250원/kWh 이상 높을 것으로 예상되며, 이는 경기도 지역 대부분의 LCOE가 상대적으로 높기 때문으로 판단

○ 이격거리 규제 폐지와 계통보강이 함께 이루어지는 경우 LCOE가 낮은 지역을 중심으로 보급이 이루어져 평균적인 보급비용 감소 효과를 예상

○ 이격거리 규제 폐지, 계통 인프라 보강 및 경기도 지역 경제적 보상 시나리오에서는 LCOE가 높은 지역으로 설비를 유도하게 되면서 평균 보급 비용이 상승할 것으로 예상

3. 결론

○ 태양광 이격거리 규제 완화 및 전력계통 인프라 보강은 비용효율적 보급에 기여할 것으로 예상

- 이격거리 규제 폐지 시, 잠재 입지면적 확대로 인해 사업자의 선택지가 늘어나면서 비용효율적 입지 선택 가능성이 증가

- 계통 인프라 보강은 효율적인 입지 선택을 저해하는 계통 혼잡 문제를 해결하여 평균 보급비용 감소에 기여

- 비용 시뮬레이션 결과는 이격거리 규제 폐지 혹은 계통 인프라 보강 시 선호지역의 평균 LCOE가 하락하는 것으로 예측

○ 이격거리 규제 폐지 논의 시 실효성 확보를 위해 계통 인프라 보강을 병행할 필요

- 이격거리 규제 폐지 시 충남·경북 지역의 입지선호 증가가 예상되는데 경북지역은 계통 혼잡이 높은 지역으로, 계통 접속 지연 문제를 해결하지 않으면 보급 확대 효과가 제한될 가능성 시사

- 자발적 규제 완화를 유도하기 위한 지자체 인센티브 설계 시 계통 및 입지조건이 양호한 지역 중심으로 적극적 지원 필요

○ 지역별 차등 요금제만으로는 수요지 인근 설비 유도에 높은 비용 소요로 인해 한계가 있을 수 있으므로 보완적 제도 도입 병행 검토 필요

- 예를 들어, 경기도 지역으로의 태양광 설비 유도를 위해서는 타지역 대비 높은 부지비용 상쇄가 필요하나, 이는 매우 높은 비용 발생 혹은 지역간 차등을 초래할 것으로 예상

○ 전력계통 인프라 보강과 지역별 차등 요금제의 설계에 대한 사회적 비용편익 분석 필요

- 비용 기반 시뮬레이션 분석 결과를 보면 이격거리 규제 완화와 계통 보강 시, 선호 지역의 평균 비용이 약 50% 감소하지만 송변전 설비 보강 등 숨겨진 비용이 존재

- 지역별 차등 보상에 따르는 비용과 계통 투자비용에 대한 사회적 비용 분석을 통해 보다 나은 방향으로의 신중한 검토 필요

요약 ⅶ

제1장 서론 1

1. 연구 배경 및 목적 1

2. 연구 대상 및 방법 3

3. 구성 4

제2장 국내외 재생에너지 보급 현황 및 영향 요인 검토 5

1. 국내외 재생에너지 보급 현황 5

2. 태양광 발전설비의 보급영향 요인 및 제도 검토 12

2.1. 태양광 이격거리 규제 12

2.2. 전력계통 설비 14

2.3. 지역별 차등 가격신호 제공 17

제3장 입지선택모형 추정을 통한 보급 영향요인 분석 19

1. 선행연구 검토 19

2. 분석모형 22

3. 데이터 및 기초통계분석 24

3.1. 데이터 24

3.2. 기초통계분석 26

4. 입지선택모형 추정 결과 30

5. 한계효과 분석 32

제4장 지역별 설비 분포 시뮬레이션을 통한 태양광 보급 및

비용 시나리오 분석 43

1. 시뮬레이션 분석 개요 43

2. 분석 시나리오 검토 44

2.1. 태양광 이격거리 규제 시나리오 44

2.2. 전력계통 인프라 보강 시나리오 45

2.3. 지역별 차등 경제적 보상 시나리오 45

2.4. 혼합 시나리오 46

3. 지역별 설비 분포 변화에 대한 시나리오 분석 결과 48

3.1. 태양광 이격거리 규제 시나리오 49

3.2. 전력계통 인프라 보강 시나리오 53

3.3. 지역별 차등 경제적 보상 시나리오 55

3.4. 혼합 시나리오 분석 59

4. 지역별 태양광 보급비용 변화에 대한 시나리오 분석 결과 68

4.1. 개별 시나리오 분석 69

4.2. 혼합 시나리오 분석 72

제5장 결론 및 정책 시사점 77

1. 연구결과 종합 77

2. 정책점 시사점 제시 80

참고문헌 83