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스리랑카의 재생에너지 잠재량 산정은 국가 에너지 정책의 중요한 초석으로, 태양광과 풍력 에너지의 이론적 잠재량 평가를 통해 에너지 자립 모델 개발의 기반을 마련한다. 본 연구에서는 스리랑카 전역에 걸친 재생에너지 잠재량을 정밀하게 측정하기 위하여 유럽중기예보센터의 고급 기후 데이터(ERA-5)와 World Bank의 Global Solar/Wind Atlas의 광범위한 자료를 활용하여 분석하였다. 특히, 태양광 에너지 잠재량은 수평면 전일사량(GHI)과 직달일사량(DNI), 기온 및 풍속 데이터를 기반으로 King’s model을 이용해 계산하였으며, 이는 스리랑카의 다양한 지역에서 태양광 패널의 효율적인 배치와 운용 및 풍력 발전기 설치를 위한 중요한 정보를 제공한다.

2.1.1 태양광 에너지 잠재량

Fig. 1은 스리랑카 전역의 태양광 이론적 잠재량을 보여준다. 스리랑카 내 서남부 지역에서 관측된 태양광 잠재량은 상대적으로 낮은 편으로, 이는 주로 도심 밀집도와 지형적 특성 때문으로 분석된다. 반면, 해안가 및 북부, 동남부 지역은 높은 수준의 태양광 잠재력을 보여, 농어촌 지역들이 에너지 자립 및 재생에너지 기반 발전에 있어 유리한 위치에 있음을 시사한다.

Fig. 1. 
Theoretical potential solar energy in Sri Lanka

2.1.2 풍력에너지 잠재량

Fig. 2는 스리랑카 전역의 풍력 에너지의 이론적 잠재량을 보여준다. 풍력 에너지에 대한 평가는 100 m 상공의 풍속과 에너지 밀도 데이터를 활용하여 이루어졌으며, World Bank의 Global Solar Atlas에서 풍속과 에너지밀도 등을 활용하였다. 스리랑카의 북서부와 남동부 해안 지역에서 특히 높은 풍력 잠재량을 확인하였다. 이러한 지역들은 해상풍력 발전에 있어 큰 잠재력을 가지고 있음에도 불구하고, 현재 스리랑카의 경제적 및 기술적 여건상 대규모 해상풍력 발전소 설치는 여전히 도전적인 과제로 남아있다.

Fig. 2. 
Theoretical potential wind energy in Sri Lanka

본 연구에서 제공하는 재생에너지 잠재량 정보는 스리랑카의 재생에너지 개발 전략 수립에 있어 중요한 기초 자료를 제공하며, 태양광 및 풍력 에너지의 이론적 잠재량을 통해 지역별 에너지 자립 모델 개발을 위한 방향성을 제시한다.

스리랑카 농어촌 지역 전력 수요 조사는 국가 전력 공급 체계의 효율적인 관리와 재생에너지 자원의 통합을 위한 중요한 단계이다. 이 조사는 스리랑카 경제 현황과 전력소비 구조를 분석하여 농어촌 지역의 전력 수요와 공급 동향을 파악하고, 향후 전력 수요 증가에 대비하는 전략을 수립한다.

3.1.1 전력 수요 동향

스리랑카의 1인당 국내총생산(GDP)은 2020년 기준으로 $3,682로 보고되었으며, 이는 전년 대비 다소 감소한 수치이다.^[3] 경제는 주로 상업, 서비스, 산업 부문이 주도하고 있으나, 2019년 부활절 테러와 2020년 코로나19 팬데믹으로 인해 경제 성장에 큰 타격을 입었다.

Fig. 3은 스리랑카의 연도별 전력 소비량을 보여준다. 스리랑카의 전체 전력 소비는 2018년에 14,010 GWh를 기록했으며, 산업 부문이 32.5%, 가정이 40.7%, 상업 및 공공시설이 26.8%를 차지하고 있다. 특히, 산업 및 상업 부문의 성장으로 인해 가정 부문보다 전력 사용량이 증가하는 추세이다.^[3]

Fig. 3. 
Yearly power consumption in Sri Lanka (TWh)^[3]

Fig. 4는 스리랑카의 부문별 전력수요 동향을 보여준다. 전력 수요는 2020년까지 연평균 6.9% 증가하여, 피크 수요는 3,131 MW에 이를 것으로 전망된다.^[3] 시간별 전력 사용량은 주로 오후 6시부터 8시 30분 사이에 집중되며, 이는 전력 공급 시스템의 효율적인 관리를 요구한다. 스리랑카의 전력설비용량과 피크 수요 사이에는 충분한 예비율이 있지만, 수력 발전의 계절적 변동성과 원유 기반 발전의 고비용으로 인해 피크 수요 관리에 어려움이 있다.

Fig. 4. 
Power demand trends by sectors in Sri Lanka^[3]

스리랑카의 재생에너지 환경은 다양한 발전 포트폴리오와 정책 동향을 통해 국가의 에너지 믹스와 지속 가능한 발전 전략을 제공한다. 현재 스리랑카의 발전 포트폴리오는 송전망(Grid-Connected)과 오프그리드(Off-Grid) 시스템으로 구성되어 있다. 송전망 시스템의 경우 발전소에서 직접 연결된 배전용 변전소까지 전력을 수송하며, 오프그리드 시스템은 외부에서 전기나 가스 등의 에너지를 제공받지 않고 직접 에너지를 생산하는 시스템을 의미한다. 스리랑카의 송전망 시스템으로는 Ceylon Electricity Board(CEB), Independent Power Producers(IPPs), 소규모 전력 생산자(Small Power Producers), Net-metered Projects or Micro power producers(μPP) 등이 있으며, 오프그리드 시스템의 경우 정책 문제로 일부 지역에서만 활용되고 있다.^[4]

스리랑카의 전력부문 정책은 2006년에 Ministry of Power and Renewable Energy(M/P&RE)에 의해 처음 제정되고 2019년에 개정된 국가 에너지 정책 및 전략(National Energy Policy and Strategies, NEPS)에 의해 주도되고 있다. 이 정책은 재생에너지의 성장을 촉진하고 통합하기 위해 다양한 정책을 발표하고 관리하는 데 중점을 두고 있으며, 국가 감축목표(Nationally Determined Contributions, NDC)를 포함한다. 2008년에는 비전통적 방식의 재생에너지 자원의 점진적 확대를 목표로 하여, 소규모 재생에너지 발전 비중을 2008년 5%에서 2010년 7%, 그리고 2015년까지 10%로 확대한다는 계획을 세웠으며, 이 목표는 실제로 초과 달성되었다. 2015년에는 CEB에서 장기 발전 확대 계획을 발표하여, 재생에너지 설비 용량을 2014년 442 MW에서 2020년 972 MW로 확대하고 전력 비중을 2014년 11%에서 2020년 20%로 증가시키겠다고 발표했다. 같은 해, 에너지부는 중장기 정책인 지식경제를 위한 에너지 개발계획을 통해 중진국 진입을 목표로 하고 안정적 에너지 믹스를 추구하는 정책을 제시했다.

스리랑카 정부는 World Bank의 Carbon Partnership Facility(CPF)의 일환으로 탄소 배출권 시장 개발을 추진하고 있으며, MRP(Market Readiness Proposal) 개발을 위해 $350,000의 기금을 받아 2016년 4월에 Partnership for Market Readiness(PMR) 그룹의 18번째 시행국가가 되었다. 이를 통해 국내 탄소 시장 개발과 국가 Monitoring Reporting and Verification(MRV) 시스템 및 레지스트리 추적을 강화하여 스리랑카의 녹색 성장 활동에 대한 민간 투자를 확대하고자 한다.

스리랑카는 적도 부근에 위치해 연중 태양 에너지를 풍부하게 받으며, 이는 시기적 및 계절적 차이가 적은 이점을 제공한다. National Renewable Energy Laboratory(NREL)의 태양 자원 지도에 따르면, 스리랑카 지역의 대부분은 하루 평균 4.0~4.5 kWh/m²의 태양열을 받는 건조한 평지대로 이루어져 있어 높은 태양 에너지 잠재력을 가진다. 그러나 일부 고지대는 구름이 많아 일사량이 2.0~3.5 kWh/m²/day로 상대적으로 낮다. SLSEA는 재생 가능한 에너지 공급 목표를 달성하기 위해 추가적인 태양 에너지 발전이 필요하다고 밝혔다.

스리랑카의 에너지 자립 모델 개발은 재생에너지 잠재량의 정밀한 산정과 농촌 마을의 유형 분류를 통해 진행되었다. 먼저, 스리랑카 전역에 대한 재생에너지 잠재량 산정을 기반으로 일사량과 풍속 데이터를 활용하여 농촌 마을을 네 가지 유형으로 분류하였다. 앞서 소개된 자원지도 산출을 위한 일사량 지도 및 바람지도에 따르면, 스리랑카의 평균 일사량은 1,600 kWh/m²･year에서 2,100 kWh/m²･year에 분포하였고, 연평균 풍속은 3 m/s에서 9 m/s에 분포하는 것을 확인하였다.^[6] 본 연구에서는 이 값을 기준으로 일사량 및 바람이 풍부하거나 부족한 지역을 선정하였고, 크게 아래와 같이 신재생 위주, 태양광 위주, 풍력 위주, 디젤발전기 위주로 분류하였다. 각 유형은 해당 지역의 일사량과 풍속 조건에 최적화된 에너지 자립 모델을 개발하는 데 중요한 기준이 된다.

• 1) 신재생 위주 : 일사량과 바람이 모두 풍부한 곳 (일사량 > 2,100 kWh/m²･year, 평균 풍속 > 9 m/s)
• 2) 태양광 위주 : 일사량은 풍부하지만 바람이 부족한 곳 (일사량 > 2,100 kWh/m²･year, 평균 풍속 > 3 m/s)
• 3) 풍력 위주 : 일사량이 부족하지만 바람이 풍부한 곳 (일사량 >1,600 kWh/m²･year, 평균 풍속 > 9 m/s)
• 4) 디젤발전기 위주 : 일사량과 바람이 모두 부족한 곳 (일사량 >1,600 kWh/m²･year, 평균 풍속 > 3 m/s)

특히, 신재생 위주 모델은 일사량과 풍속이 모두 풍부한 지역에 적용되며, 이러한 조건을 만족하는 지역에서는 디젤 발전기 없이도 경제적으로 효율적인 에너지 공급이 가능하다. 태양광 위주 모델은 일사량은 풍부하지만 바람이 부족한 지역에, 풍력 위주 모델은 일사량이 부족하지만 바람이 풍부한 지역에 적합하다. 마지막으로, 디젤발전기 위주 모델은 일사량과 바람이 모두 부족한 지역에서 필요한 에너지 공급을 위해 사용된다.

본 연구에서는 에너지 믹스 산정 소프트웨어인 Homer Pro를 사용하였다. 스리랑카 가정용 표준 프로파일을 바탕으로 한 전력 수요 분석에서는 가구당 월평균 100 kWh의 전력 소비를 가정하였고 사용된 일사량과 풍속 데이터는 앞서 소개된 태양광 및 풍력 자원 지도를 활용하였다.

또한, 경제성 분석을 위한 주요 요소로는 디젤 발전기, 태양광 발전기, 풍력 발전기, 에너지 저장 시스템(ESS), 그리고 컨버터의 가격이 포함된다. 스리랑카에서 널리 사용되는 디젤 발전기의 가격은 kW당 $130으로 설정되었으며, 디젤 연료 가격은 리터당 $1로 책정되었다. 이는 원유 가격 상승 및 스리랑카의 경제 상황을 고려한 것이다. 태양광 발전기의 가격은 kW당 $1,000, 풍력 발전기는 3 kW 단위로 $9,000로 설정되었다. ESS로 사용된 납산 배터리의 가격은 kWh당 $300, 컨버터의 가격은 kW당 $300으로 설정되었다. 이러한 분석 조건들은 스리랑카의 실제 에너지 시장 및 기술 환경을 반영하며, 에너지 자립 모델 개발에 있어 경제적 타당성을 평가하는 데 중요한 기준을 제공한다. 이 분석을 통해 각 모델의 경제성을 평가하고, Net Present Cost(NPC)와 Levelized Cost of Energy(LCOE)를 기준으로 최적의 모델을 도출한다.

마지막으로 에너지 자립 모델 유형을 활용하여 스리랑카 전국을 재생에너지 활용 가능성에 따라 구획화 하였다(Fig. 5). 해석 결과, 해안 지역에서 태양광 및 풍력 에너지의 풍부한 잠재력을 시사하는 반면, 내륙의 도심 지역에서는 재생에너지 자원이 상대적으로 부족한 것으로 관찰되었다. 북쪽 지역은 풍력 에너지가, 동쪽과 남쪽의 농촌 지역은 태양광 에너지가 상대적으로 유리한 조건을 가지고 있음을 보인다. 이러한 결과는 스리랑카의 국가 전력 공급 체계의 효율성을 높이고, 재생 가능한 에너지 자원의 활용을 최대화하는 데 중요한 역할을 할 것이다. 또한, 이는 스리랑카가 지속 가능한 에너지 미래를 향한 전략적인 접근 방식을 개발하는 데 중요한 기초 자료로 활용될 것이다.

Fig. 5. 
Energy self-reliance model for Sri Lanka