고원석 교수 킹사우드 대학교 전기공학과

태양광 발전은 태양의 빛 에너지 광전효과를 이용해 전기 에너지로 바꿔주는 것으로 태양열을 직접 난방에 이용하는 태양열 발전에서 좀 더 진화된 방식이다. 사우디아라비아는 지리적·환경적으로 태양광 발전 잠재력이 높다. 일조량은 물론 인구밀도가 적은 넓은 영토 등 태양광 발전에 매력적인 요소를 다수 갖추고 있고, 또한 무함마드 빈 살만 왕세자가 지난 2019년 2월 인도 순방에서 국제태양광연합에 가입하였고, 4월에는 2030년까지 59기가와트(GW) 규모의 신재생에너지 개발 방안을 발표하는 등 탈(脫)석유 시대를 위한 행보를 가속화하고 있다.

사우디아라비아의 국제태양광연합(ISA) 가입은 사우디아라비아의 태양광 발전을 새삼 주목하게 한다. 지난 2019년 3월 11일, 인도 뉴델리에서 개최된 회의에서 아프리카와 인도양의 섬나라 등 일사량이 많은 적도 주변 국가와 지역을 중심으로 60개국이 태양광 에너지를 촉진하려는 행동 계획에 찬성했다. 국제태양광연합은 에마뉘엘 마크롱 프랑스 대통령과 나렌드라 모디 인도 총리가 공동 선언한 연합체로서 지난 2015년 11월 인도 나렌드라 모디 총리의 제안으로 창설 계획이 세워졌으며, 파리에서 개최된 기후변화 당사국총회에서 당초 미국, 중국 등 121개국이 참여하기로 약속했지만, 최종적으로 60개국으로 축소되어 창설되었다.

프랑스와 인도 주재로 개최된 국제태양광연합 회의에서, 연합에 동참하는 60개국은 태양광 발전의 보급 가속화 및 비용 절감을 목표로 기술 개발 등에서 상호 협력하고, 태양광 발전의 설치 목적을 달성하기 위해 오는 2030년까지 1조 달러(약 1,071조 원) 규모의 자금 확보에 공동으로 대처하기로 약속했다.

사우디의 신재생에너지계획은 지난 2013년 2월 사우디의 왕립 원자력·신재생에너지원(K.A.CARE)에서 2032년까지 54GW 규모의 신재생에너지 설비를 구축하겠다는 목표를 제시했지만 지나친 목표로 성과 창출이 미흡했고, 이어 2016년 ‘사우디 비전 2030’을 발표하면서 2023년까지 9.5GW 규모의 신재생에너지 설비를 구축하는 목표로 수정하고 에너지산업광물자원부 산하에 신재생에너지개발처(Renewable Energy Project Development Office) 를 ( https://www.powersaudiarabia.com.sa ) 설립해 신재생에너지 개발 프로그램을 총괄하도록 했다.

사우디는 최근 신재생에너지 개발 프로그램을 새롭게 발표했는데, 주요 골자는 신재생에너지 개발 목표를 대폭 상향조정하여 2019년 태양광 11개, 풍력 1개 등 모두 12개의 신재생에너지 개발 프로젝트를 추진할 계획이다. 이를 통해 2023년까지 27.3GW, 2030년까지 58.7GW의 신재생에너지 설비를 구축한다는 계획인데, 1GW는 신고리 1,2 호기 원전 용량에 해당한다.

본 기고에서는 KAPSARC(King Abdullah Petroleum Studies and Research Center) 에서 발간한 “The Potential of Distributed Solar PV Capacity in Riyadh: A GIS-Assisted Study” 를 인용하여 리야드 지형공간정보 기반 지붕형 태양광 발전가용량을 소개한다. 킹 압둘라 석유 연구 및 연구 센터(KAPSARC)는 사우디아라비아 리야드에 위치해 있으며, 연구 분야로는 세계 에너지 시장과 경제, 에너지 효율과 생산성, 에너지와 환경 기술, 탄소 관리 등이 있다. 사우디 아라비아의 압둘라 국왕이 이 지역의 광범위한 개혁이라는 주제의 요소로서 설립하였으며, 압둘라 과학기술대학과 유사한 방식으로 성별, 국적, 배경의 개방성, 평등성, 다양성을 강조한다.

해당 연구에서는 토지사용 범주, 건물 유형, 건물 코드를 조합하여 백만개의 지형 데이터를 활용하였고, 최대 가용량은 4.34GW 로서 사우디 중부지역 최대부하의 약 22%, 발전량은 8.46TWh 로 사우디 중부지역을 고려할 때 약 9%에 해당한다고 조사되었다. 2017년, 사우디 전력규제당국(ECRA) 통계자료에 따르면, 대부분 전력은 가정 및 상업용으로 공급되며, 전체의 64.2 %에 해당하는 것으로 조사되었고, 제조업 미비로 인해 산업용은 약 18.4% 수준으로 보고되었다. BMI 리서치에 따르면 2018년 발전량은 338.8TWh, 소비량은 310.8TWh 로 추정되며, 2022년 사우디 전력 발전량은 363.7TWh, 소비량은 334.9TWh로 전망되었는데, 사우디의 높은 청년 인구 비율 및 인구 증가율로 소비량 증가속도는 2022년 이후 더욱 빨라질 것으로 예상되며, 이에 따라 분산전원을 통한 발전의 필요성이 더욱 요구되고 있다. 사우디 아라비아의 수도, 리야드는 수평면 전일사량(Global Horizontal Irradiance, GHI) 평균값이 2,200kWh/m²/year로 매우 풍부한 일조량을 지니고 있는데, 독일의 평균값1,200kWh/m²/year 와 비교해보면 그 차이를 알 수 있다. 

지붕형 태양광 모듈을 설치하는데 필요한 면적을 구하려면 고해상도의 이미지 혹은 *LiDAR(Light Detection and Ranging) 정보를 활용하는 것이 이상적이다. 하지만 사우디아라비아 리야드에 해당하는 정보가 없기 때문에, 현재 재구축중인 (http://rda.gov.sa) 를 활용하여 주거지역, 상업지역, 산업지역, 정부구역으로 구분하여 연구가 수행되었다.

*LiDAR : 레이더(Radar)와 동일한 원리를 이용해 사물에 직접적인 접촉 없이 원하는 정보를 취득하는 능동형 원격탐사(Remote Sensing)의 한 종류. 정보를 취득하고자 하는 목표물에 레이저(Laser)를 쏘아 목표물로부터 반사되어 돌아오는 전자파의 시차와 에너지변화를 감지해 원하는 3차원 지형정보를 취득하는 기술

자료: Abdelrahman Muhsen and Amro M, Elshurafa, “The Potential of Distributed Solar PV Capacity in Riyadh: A GIS-Assisted Study”(KAPSARC, Sep 2019)

왼쪽 사진 (a) 는 리야드 북부지역의 위성이미지이며, 오른쪽 그림 (b)는 해당사진을 지형정보모델을 활용하며 주거지역, 상업지역, 모스크 등으로 분류한 것이다. 하지만, 토지에 빈틈없이 건물을 지을 수는 없다. 건물을 지을 수 있는 최대지역(MAAB, Maximum Allowable Area that can be built)은 실현가능한 최대지역을 추정하는데 건물간, 도로로부터 최소거리 등을 고려한 빌딩코드와 규제가 사용된다. 또한 건물 전체의 지붕에 태양광을 설치할 수는 없다. 이는 기존 지붕에 설치된 에어컨, 물탱크, 위성안테나 등 이 있을 뿐 아니라 경사가 있는 지붕, 지나치게 그늘이 많은 지붕들을 고려하여야 하기 때문이다. 주어진 표는 주거지역과 모스크에 대한 요약 내용이며, 인용한 보고서에는 상업지역과 병원관련 항목도 나타나 있다. 주거형태는 빌라, 아파트, 맨션으로 구분하였고 모스크는 소형과 대형으로 분류하였으며, 각 형태에 개수, 전체면적, MAAB, 최대지붕면적 및 지붕형 태양광이 설치가능한 중간값을 나타내었다.

MAAB 정보는 사우디 아라비아에 통합적인 기반시설과 서비스를 갖추는 산업도시를 개발하는데 중요한 역할을 수행하는 기관인 Saudi Authority for Industrial Cities and Technology Zones(www.modon.gov.sa) 를 이용하여 제시된 숫자이다.

자료: Abdelrahman Muhsen and Amro M, Elshurafa, “The Potential of Distributed Solar PV Capacity in Riyadh: A GIS-Assisted Study”(KAPSARC, Sep 2019)

해당 지형정보를 기반으로 계산된 리야드 지붕형 태양광 발전가용 면적은 39.5백m²이고 태양광 모듈 스트링간격을 1m, 발전용량을 0.10 에서 0.12kW/m²로 고려하면, 4.34GW 용량이 추정된다.

사우디 전력규제청(ECRA) 에 의하면 사우디 중부지역의 최대부하는 20GW로 발전용량 16GW 를 상회하며 부족한 용량은 동부지역으로부터 공급받고 있다. 따라서 지붕형 태양광을 사우디 중부지역에 설치할 경우, 최대부하와 발전용량과의 차이에 해당하는 부족부문 4GW 채울수 있다. 전력소비량의 관점의 경우, 사우디 중부지역의 전력소비량은 91TWh 로 보고되었다. 효율이 15%, 손실요소가 35% 인 지붕형 태양광의 최대 가용량을 고려할 경우, 연간 생산량은 8.46TWh로 계산되며, 이는 사우디 중부지역 소비전력에 9 %에 해당한다.

참고자료: 아시아투데이(세계 에너지 시장의 큰손 사우디, 태양광으로 탈석유 박차, 성유민 기자), Abdelrahman Muhsen and Amro M, Elshurafa, “The Potential of Distributed Solar PV Capacity in Riyadh: A GIS-Assisted Study”(KAPSARC, Sep 2019)