책정리

- 전력에 대해 올바른 경제탐구를 하기 위해 우리는 전력비용을 두가지로 나누어볼 수 있다. 전기를 만드는 비용(발전비)과 필요한 곳까지 운반하는 비용(운반비)이다. 각기 다른 장소와 생산자는 다른 비용 구조를 갖게 되지만 경험에 의하면 발전비와 운반비가 균등하게 나누어지지 못함을 알 수 있다. 예를 들어 미국이 킬로와트시당 9센트인 경우, 전기생산을 위한 연료와 시설장치 비용은 킬로와트시당 4.5센트, 계통이 전기를 운반하는 비용은 킬로와트시당 4.5센트가 된다. 이 수치는 전기 사용자가 지불하는 실제 비용을 나타내긴 하지만 회계학자나 경제학자가 볼 때, 이는 모두 반영된 비용이라 보기 어려움. 총 비용에는 보조금, 오염관리와 같은 외부요소에 의해 발생하거나 지불된 비용을 포함해야 함. 여기에는 매년 가치가 하락하는 발전시설, 기반시설, 설빋 등 산업자본금의 총비용도 고려되어야 함. 현재 전세계적 전기가격에는 이런 비용이 포함되어 있지 않으며, 포함된다면 전기가격은 상당히 높아질 것임. 이는 건물, 자금지원 등의 비용을 전기산업을 보호하기 위하여 정부가 감당하며, 이 비용을 전기운반비의 형태가 아닌 다른 형태의 세금으로 국민에게 부과하기 때문이다.
- 계통이 연계된 PV시스템을 이용하면 낮에만 발전될 수 있었던 태양열 전기의 기존한계를 극복가능하기 때문에 야간전략을 위해 주간전략을 저장할 필요가 없게 되었다. 계통연계 태양열 전기는 해가 비출 때 생산되고, 잉여분을 유틸리티 계통 공급원에 다시 전송하여 저장한다. 사용자는 야간에 계통에서 전통적으로 발전된 전기를 필요한 만큼 가져온다. 계통은 보조전력 보유가 가능한 대형 저장 배터리의 역할을 하게 되어, 시스템 소유자가 전기저장과 보조전력 확보를 위해 고가의 장치를 설치해야하는 부담을 없앤다.
- 로마가 지배하기 시작할 때 이태리는 빽빽한 숲을 갖고 있었으나, 로마제국의 후반기에는 이태리와 지중해 대부분의 숲이 벗겨져 있었다. (제레미 리프킨) 로마가 산림을 황폐화시키면서 보충적 에너지원으로 농업에 점점 의존한 만큼 이것이 심각한 토양의 황폐화와 농업 생산량 저하를 가져왔음을 설명하고 있다. 결과적으로, 유효한 에너지 공급원 부족은 로마제국 제도의 붕괴와 북쪽 야만인의 침략으로 이어져 로마의 멸망에 있어 중요한 요인이 되었다. 중국에서도 15세기 초, 만리장성 건축, 대운하의 재개시, 해군 장군 정화의 함대 착수 등을 포함한 영락제의 거대 도시공학 프로젝트에서 비슷한 양상을 볼 수 있다. 몽고전쟁과 함께 추진된 이런 프로젝트는 베트남 경목산림의 벌채와 같은 상당한 자연자원의 소모를 가져왔다. 결과적으로, 지역 농업집단의 황폐가 일어나고 중국인과 베트남인에게 식량부족에 의한 치명적 폭동, 가난과 기아가 전 지역에 만연하게 되었다. 10년이 지나지 않아, 제국의 경제는 붕괴되고 지배하던 상류층은 내란에 의해 사라졌다. 정화의 함대는 불타 부서졌고, 중국은 이후 500년간 국경선에서 물러났다. 중세기 유럽에서도 유사한 양상이 발견된다. 요리, 산업, 건축물, 마차와 같은 거의 모든 생활의 에너지로 나무가 필요했기 때문에 대륙 전체에 걸쳐 산림벌채가 증가되었다. 인간과 사회전체가 오직 한가지 산업 에너지원에 의존함으로써, 에너지 소모율은 이를 자연적으로 보충하는 비율을 훨씬 능가했다. 최종적으로 지역과 주요 도시 부근의 산림 황폐는 필요한 식량을 안정적으로 경작했던 그들의 능력을 감소시켰다. 이런 근본적 에너지자원의 손실은 유럽의 경제성장에 막대한 제약을 가져왔다. 이러한 현상은 약간 다른 상황이긴 하지만 각기 다른 지역, 다른 시대에 걸쳐 인류 역사상 계속되어 왔으며 이로 인한 결과는 동일했다. 사회는 계속 나무, 토양, 천연식품 공급원으로 집중된 에너지원을 두드려왔다. 그리고 1798년 영국의 경제학자 토마스 맬더스에 의하면, 사회는 새로운 에너지원의 기초자원을 초과할 때까지 성장하고 붕괴된다. 맬더스의 주장에서 주요한 추론은, 부족한 에너지원으로 인한 전쟁은 이미 생산이 저하되고 고갈되어가는 천연에너지자원의 소모를 가속화한다는 것. 이런 자원흡수에서 붕괴까지의 주기는 앞으로 현대사회가 처할 위기이다.
- 계통선으로 배분된 전기가 알려지면서 석탄에서 전기로의 변화는 전선을 설치하고 유지하는 비용이 철로를 놓는 비용보다 낮아져 노동력과 고도화 자본이 필요한 거대한 광산에서 석탄을 채굴하고 조밀한 도심까지 운반하는 과정에 드는 막대한 비용의 절감과 효율성을 가져왔다는 것을 의미. 철로를 통한 연료대신 전선의 전기라는 새로운 경제적 에너지 모델은 이전에 석탄이 제공했던 에너지의 혜택을 전기로 더 많은 지역과 사람들에게 보급함을 의미했다.
- 90년대 초 영국, 칠레, 호주, 뉴질랜드, 일본, 핀란드와 같은 대다수 국가와 미국 과반수 이상의 주에서 전기발전과 운송사업에 대한 규제를 완화하기 시작. 이전 규제하에서 주요 문제는, 기업매출이 이익가산 원가방식에 근거하여 산정되는 것이기 때문에 전기를 생산하는 전기사업자에게 소비자 에너지 사용이나 비용구조를 줄이려는 동기가 없다는 것. 정부는 경쟁을 통해 비용을 절감시키고 전기사업자가 제공하는 서비스의 가격을 분리시키기 위해 규제완화를 도모했다. 이론상으로, 규제완화는 경쟁력을 강화시키고 전기공급 네트워크상에 혁신을 가져와야 했지만, 실제적으로 이것은 여전히 낙후된 전기 기반시설에 사업자가 독자적으로 불완전하게 구조화된 자금을 형성하도록 자극했을 뿐이다. 규제완화 이후 전기발전기와 운송장비를 위한 보조금은 충분히 미래를 위한 투자에 사용되기 보다는 단기적 이윤과 현금유동성을 최대화하는 방향으로 변질됨. 자본과 용량에 대한 사업가의 투자부족이 계속된다면 산업경제는 점차 체계 붕괴의 위험에 놓이게 됨. 현재 미국 전기계통의 부품은 점점 낙후되어 75년 이상 방치된 곳도 있다. 시스템 오류는 전기 시스템의 일부이지만 그 규모와 빈도는 상승하고 있다. 03년 8월, 미국 동부와 캐나다는 5000만명에게 역사상 가장 큰 정전 경험을 하게 했다.
- 가동시키고 중단시키는 데 비용이 많이 드는 원자로의 운행과정 성격상 90% 이상의 시간이 작동하고 있어야 대량의 전기가 발전되고 이것이 발전비용의 고정비(원자로와 주변 시설의 건설비용)를 삭감시켜 비용을 감소시킨다. 원자력은 건설된 발전소의 15.1%밖에 차지하지 않으나, 가동시간이 길기 때문에 OECD국가 전력의 24.2%를 제공한다. 설비 가동률의 장점에도 불구하고 높은 건설비용과 안전장치 비용은 최상의 조건에서 킬로와트시당 6~7센트이며, 이는 베이스-로드 파워에 있어서는 다른 화석연료의 사용보다 높은 비용이다. 80년부터 널리 보급된 기술에 의거하면 킬로와트시당 10~14센트로 산정되기도 한다. 이러한 산정은 원자력 발전 전기의 실제 비용을 많이 축소한 것이다. 숨겨진 비용은 기술적으로 실용적 핵 폐기물 처리방법이 생겼다고 가정할 때 이를 폐기하기 위해 드는 비용이 포함된다. 원자력을 사용하는 국가 중 궁극적올 폐기물을 처리할 적합한 해결책을 개발한 국가는 없다.
- 계통연계형 시스템은 몇백와트에서 절정시간에는 몇 메가와트 용량에 달하는 여러개의 PV패널을 사용하며, 주택과 건물의 지붕에 설치되어 있음. 낮 시간 동안 PV시스템에 의해 수집된 에너지는 가정이나 기업이 필요로 하는 양을 초과하므로 초과분은 다시 설치된 계통에 소비자가 전기사용 시 지불하는 가격으로 저장된다. 이는 대형 저장 배터리 대신 설비 계통이 사용되기 때문에 이 시스템이 필요로 하는 지역용 배터리 문제를 미연에 방지한다. 건물주가 연결요건을 충족한 후 전력사업자가 설비의 안정성을 확인하고 연결 매겨변수를 교정하면, 고객의 미터기는 양방향으로 작동. 이 시스템은 배터리가 필요하진 않지만 계통연계 변환기라 불리는 장치를 필요로 한다. 변환기는 태양 PV의 직류를 모아 계통전기의 교류동력으로 변환한다. 나머지 태양모듈과 관련된 장비와 배선은 다른 계통분리형 장치와 기본적으로 동일. 계통연계 시장은 태양산업의 상업규모의 성장과 변신을 이끄는 동력이다. 전체 태양에너지 응용이 05년까지 10년간 연간 29% 성장을 하는 동안, 계통연계 분야는 같은 기간동안 50%의 성장세를 보였다.
- 태양전지 모듈의 경우 70년대의 생산비용은 와트당 25불이었으나, 그후 킬로와트당 3.5불로 86% 감소했고, 동시에 누적생산량은 1000배 증가. 80년에서 03년까지의 계통연계 태양광발전 모듈의 경험곡선을 계산하면, 18% 학습률을 보임. 미래의 학습율을 예측하는 것은 다른 어떤 예측보다 불확실한 일이지만, 몇개의 매개변수들은 도움이 될수도 있다. 역사적 비율과 함께 시작하는 것은 괜찮지만 이런 비율을 미래에 얼마든지 증가하거나 감소함으로써 변할 수 있음. 전형적으로, 기술은 성장하고 확립되면서 학습율은 둔해짐을 경험한다. 가장 현저하고 얻기 쉬운 비용효율성은 가장 먼저 포착되고, 비용을 생산과정 밖에서 조정하는 것은 기술이 성숙하면서 점점 어려워짐. 생산규모가 조금 더 도움이 되지만 산업이 임계질량에 도달하면서 이런 이점은 상쇄됨. 결과적으로 대부분의 기술은 비용개선이 거의 효과가 없을 정도로 더뎌지는 자연적 한계를 가짐. 산업에 따라 다르겠지만 어느 시점에서 대부분 시장 포화상태 이전에 기술은 규모의 증가로 인한 비용의 장점을 얻지 못함. 그러므로 종종 일어나는 기술의 돌파는 그 기간 동안의 학습율을 가속화할 수 있다. 경험곡선이 예측되면 검토중인 기술의 시장성장률을 예측하고, 기술의 연간 예상비용 감소치가 계산될 수 있다. 태양전지의 경우 18%의 학습율과 30%의 연간 시장 성장율은 5~6%의 연간비용 감소로 설명된다. 최근 PV모듈 시장의 성장과 비용절감의 경험치와 상응한다.
- 다른 형태의 전기발전과 비교한 PV의 경제적 단점은 비용의 대부분이 모듈과 구성요소의 설치에 사용된다는 것. PV시스템의 특성상 연료비용이나 고체상태의 PV패널과 변환기에 대한 유지비용은 거의 무시해도 좋지만, 초기 설치비용으로 시스템 수명기간에 소비되는 전체비용의 90% 이상을 미리 지불해야 함. PV에서 발생되는 전기의 가격을 매기기 위해서는 설치된 시스템 비용, 시스템 자금조달 방법, 설치지역의 이용가능 일광량 등의 변수를 알아야 함. 세가지 요인들은 상대적으로 잘 알려져 있기 때문에 PV전기기술이 설치전에 확실한 전기비용 견적을 제공할 수 있다는 장점이 있으나, 이것은 PV 전기기술에 대해 과소평가된 것 중 하나이다.
- 전기사업자가 분산형 발전의 도입을 막기 위해 얼마만큼 적극적으로 PV를 도입하는가에 관계없이, 결국 최종 소비자들은 계통으로 연결된 시스템에서 에너지 저장 해결책으로서 계통을 사용한다는 것이 비경제적이라는 점을 알게 될 것이다. 즉, 배터리 저장소가 비용효율적이 되거나 비배터리 저장 해결책이 가능해지든 간에 PV의비용은 머지 않아 계통전기비용 이하로 떨어질 것임. 중앙화된 전기발전에서 전환의 마지막 단계는 일본에서 가정용 전기발전을 위해 시장에서 판매되고 있는 연료전지 발전기와 대부분의 천연가스를 사용하는 연료전지 발전기와 같은 자국내 연료전지 발전기를 하나로 통합하는 것. 가정이나 작은 사무용 빌딩을 위한 완벽한 에너지 해결책은 궁극적으로 PV배열이나 물로부터 수소를 만들어내기 위한 전기분해 과정과 필요할 때 전기를 만들어내기 위해 산소와 결합한 수소를 재조합하는 연료전지 등이 포함되어야 함. 발전과 저장용량의 크기를 적절하게 조정하고 전기의 최종소비를 합리적으로 효율성 있게 맞추어 나간다면, 이런 형태의 해결책은 많은 전기사용자가 원하는 무공해의 재생가능하고 교체부품 덕분에 유지비가 높지 않은 방식을 100% 제공해 줄 수 있을 것이다.
- 태양에너지는 실제로 실용적 선택이지만, 이것은 단지 고객들이 전기설비를 쉽게 구매할 수 있는 것과 같이 PV시스템을 설치할 수 있을 때 가능. 이것들을 다루는 회사들은 역사적으로 소비자들에게 에너지 효율성을 업그레이드해주고 발전기 교체 해결안들을 제공해주었던 에너지 서비스 회사의 새로운 세대를 나타냄. 미국 선에디슨과 파워라이트는 상업적으로 고객들에게 전통적인 전기시설로 제공되었던 편리함들을 제공하기 시작. 여기에는 오프사이트 시스템 모니터링과 장기간의 유지보수계약뿐만 아니라 턴키 방식의 시스템을 설치하는 것 등이 포함되었다. 이런 형태의 서비스 수준의 주거용 시장에서 보다 보편화 되는 것은 단지 시간문제일 뿐이다.
- 내장형 PV. 계통에 연결된 태양광 발전에 대한 경제적 분석들은 PV 시스템을 설치하기에 가장 효과적인 방법은 아니지만, 기존 구조위에 새로운 장치를 설치할 수 있을 것이라고 일반적으로 생각한다. 최대 에너지 효율성과 필요한 모든 전기에너지의 발전현장이 하나로 되는 구조인 제로 에너지 빌딩과 제로 에너지 홈은 가장 효과적인 해결책이다. 제로 에너지 빌딩을 건설할 때 건축업자는 새로운 건축법에 맞는 에너지 해결책을 찾아내고 효율적인 디자인과 전기기구 등을 통해 에너지 사용을 감소시킨다. 또한 장비갱신에 드는 비용과 설치와 배선비용을 비교하여 보다 저렴한 방식을 선택하고, 건축 당시 지붕타일과 지붕 널 등의 건축자재들을 PV시스템 용으로 대체함으로서 전체적 비용을 줄여야 한다. 이런 절약으로 새로 설치되는 PV시스템 비용을 3분의 1이상 줄일 수 있다.
- PV비용을 새로운 집이나 사무용 건물의 가격에 포함시켜 때때로 건축주에게 부가적 비용없이도 건물수명에 따라 전기설비 비용을 줄이거나 없앰으로써 PV설치에 대한 경제성이 극적으로 향상될 수 있게 한다. 새로운 집과 건물에 대한 모기지가 생기면 시스템 보충을 하기 위한 비용은 없어질 것이고, PV설치는 가용할 수 있는 장기간의 재원조달 방식에서 가장 저렴한 유형을 택하여 조달될 수 있다. 현재 제공하는 주거용 모기지는 6% 이하의 명목 이자율과 매년 3%이하의 실제 이자율을 갖고 있다. 게다가 건축시점에 집과 건물에 PV를 통합하는 것은 표준적 기준에 의해 만들어질 것이고, 각각의 잠재적 구매자들에게 시스템을 평가하는 정보비용이 감소하게 될 것이다. 결국 건축주와 소비자들에게 이런 특징들을 제공하여 이윤을 추구할 수 있게 한다.
- 계통분리형과 개도국의 응용. 오늘날 곧바로 전개시킬 수 있는 효과적인 PV적용 중 하나는 바로 계통분리이다. PV의 가장 기본적인 계통분리 이용은 원격 점등, 도로상 긴급전화, 기상원조국, 그리고 커뮤니케이션 리피터 등을 포함하고 있으며, 이것을 모두 밤시간대 사용을 위해 낮시간에 태양에너지를 배터리에 저장. 흥미로운 것은 대안전력 형태가 비쌀 뿐만 아니라 설치하고 연료를 주입하며 유지하는 것 등 실제적으로 이것들을 관리하는데 어려움이 있으므로 이 작은 원격적용이 경제적 우수성을 갖는다는 것. 전기계통이나 특정 목적을 위한 화석연료 발전기를 사용하여 이러한 많은 적용에 단순히 동력을 공급하는 것은 바람직하지 못함. 산업화된 국가 안에서 계통의 혜택을 받지 못하는 집들은 계통분리 태양광 발전의 이상적 시장을 만들었고, 90년대 후반까지 태양 모듈을 위한 글로벌 시장의 대부분을 차지하였다. 경제적 근거는 간단함. 즉 이런 집들은 계통이 있는 라인에서 전력을 발생시키든지 아니면 현장에서 자신들의 전력을 발전시켜야만 한다. 손익분기 차이를 넘어, 태양에너지를 사용하는 것 보다 전선을 통해 전기를 발생시키는 것이 훨씬 비싸다. 현장의 가솔린 혹은 디젤발전기와 같은 다른 대안들은 시끄러운 소음을 만들어냄. 이것은 또한 숙련된 기술을 요하며, 고비용의 장거리 연료배달시설을 요구함. 이때 태양에너지의 경제적 장점이 빛을 본다. 현재 미국에 있는 대부분의 태양에너지와 태양광 발전 소매상들, 캘리포니아에 있는 Real goods와 같은 회사를 포함한 유통업체들은 멀리 떨어져 있는 집들을 타겟으로 한 틈새시장을 개발. PV와 더불어, 이러한 소매업자들은 종종 원거리 가정에 필요한 관련된 모든 영역의 기술들을 끼워팔기도 함. 여기에는 퇴비를 만드는 데 탁월한 변기와 성능이 우수한 냉장고 등이 있다.