태양광을 도처에: 인프라 구축의 기회

최근 본 지면을 통해 경량 모듈이 구조적 제약이 있는 유럽의 옥상에서 85GW 이상의 태양광 발전 용량을 확보할 수 있게 해줄 것이라고 주장한 바 있습니다. 이러한 주장의 배경에는 개발업체들이 가장 적합한 부지만을 고려하지 않도록 압력을 가하는 요인이 있습니다. 이제 문제는 유럽이 더 많은 태양광 발전을 원하는지 여부가 아니라, 차세대 태양광 발전 설비가 정확히 어디에 설치될 것이며, 생산된 전기가 어떻게 전력망에 통합되어 부가가치를 창출할 것인가입니다.

이중 용도 태양광: '어디에나 태양광 발전'의 논리

가장 유망한 새로운 분야들은 '어디에나 태양광 발전'이라는 하나의 아이디어를 공유합니다. 바로 새로운 토지를 찾는 대신 이미 사용하고 있는 공간을 공유하는 것입니다. 농업용 태양광 발전은 농지를 경작지로 활용하면서 에너지를 생산합니다. 수상 태양광 발전, 건물 및 차량 일체형 태양광 발전은 저수지, 건물 외벽, 자동차 등을 전력 생산 시설로 탈바꿈시킵니다. 모든 경우에 핵심은 동일합니다. 태양광 발전은 더 이상 공간을 놓고 경쟁하는 것이 아니라 공간을 공유하는 것입니다.

덜 논의되지만, 이와 같은 논리에 부합하는 또 다른 유형의 공간이 있습니다. 바로 교통 및 수자원 기반 시설을 따라 펼쳐진 땅입니다. 고속도로 갓길과 제방, 철도 선로와 절개지, 방음벽, 홍수 방지벽, 운하 제방, 자전거 도로, 그리고 기술적인 통행권 부지는 유럽 대륙 거의 모든 도로와 철도 노선을 따라 자리 잡고 있습니다. 이 분야는 아직 명칭을 확정하지 못했는데, 연구 문헌에서는 '인프라 통합형 태양광 발전(IIPV)', 기하학적 형태를 딴 '선형 태양광 발전', 또는 언론에서는 '태양광 고속도로', '태양광 철도', '운하 위 태양광 발전' 등으로 부릅니다. 하지만 그 논리는 낯설지 않습니다. 이러한 땅은 이미 개발되어 공공기관이나 사업자가 관리하고 있으며, 이미 주요 기능을 수행하고 있습니다. 자연 및 복원된 회랑을 보존하면서 그 위에 발전 시설을 추가하는 것은 일반적으로 반대 의견이 훨씬 적습니다. 새로운 유형의 지형이 아니라, 우리가 이미 기반 시설을 건설해 놓은 지형과의 새로운 관계인 것입니다.

잠재력은 결코 미미하지 않습니다. 유럽연합 집행위원회 산하 공동연구센터(JRC)는 범유럽적 평가에서 옥상, 저수지, 도로 및 철도 인프라에 적용되는 태양광 발전 설비 용량이 1TW를 초과할 수 있다고 추산했는데, 이는 EU의 2030년 목표치를 훨씬 뛰어넘는 수치입니다. 특히 선형 인프라 부문의 비중이 주목할 만한데, 이 연구는 EU 도로와 철도를 따라 설치되는 수직형 태양광 발전의 총 잠재력을 403GW로 추산하며, 이는 2030년 목표치의 약 50%에 해당합니다. 또한, 동서 방향의 수직형 양면 태양광 발전 시스템을 대규모로 도입하면 태양광 발전의 시장 가치가 상승하고, 기존 남향 태양광 발전 시스템의 수익을 잠식하는 정오 시간대 가격 하락 현상을 완화할 수 있다는 분석 결과도 나왔습니다. 이러한 수치는 시장 예측이라기보다는 기술적 잠재력에 가깝지만, 잠재력의 일부만 실현되더라도 상당한 의미를 가질 것입니다.

수직 양면 모듈 한 줄의 경우 킬로미터당 약 0.3MW에서 더 넓은 시스템의 경우 킬로미터당 2MW 이상에 이르는 현실적인 선형 전력 밀도를 고려할 때, 수만 킬로미터에 달하는 인프라 회랑에 적용하면 그 규모는 순식간에 커집니다.

세계가 이미 만들어가고 있는 것들

중국은 다른 어떤 나라도 따라올 수 없는 교통 연계형 태양광 발전 시장을 가장 빠른 속도와 가장 큰 규모로 개발해 왔습니다. 고속도로 연계형 태양광 발전 용량은 2024년 말 기준 약 1.7GW에 달했으며, 중국 교통과학원은 도로변 태양광 발전 잠재력을 약 944GW로 추산하고 있습니다. 현재 여러 성에서 탄소 배출 제로에 가까운 고속도로 휴게소를 개발하고 있습니다. 대표적인 사례인 지난-웨이팡 구간은 운영사에 따르면 68MW 규모의 발전 설비를 갖추고 연간 약 68GWh의 전력을 생산합니다.

아시아에는 여러 종류의 모범 사례가 있습니다. 한국의 대전-세종 자전거 도로 캐노피는 2010년대 중반부터 고속도로 중앙 구간에 설치되어 있으며, 한국 교통부 산하에서 4.8km 구간에 걸쳐 약 7,500개의 패널로 구성되어 있습니다.

인도는 10여 년 전 구자라트 주에서 운하 표면 태양광 발전을 개척했습니다. 나르마다 운하 공공 당국은 2012년 1MW 규모의 시범 사업을 시작으로 현재 약 35MW 규모로 확장하면서 증발량도 줄였다고 보고했습니다. 일본에서는 교통망 연계형 태양광 발전에 대한 관심이 급증하고 있습니다. 국토교통성은 도로 표면 태양광 기술 평가를 위한 국가 프로그램을 시작했으며, 고속도로 운영사들은 제방, 방음벽, 휴게소 부지 등을 태양광 발전에 활용하는 방안을 모색하고 있습니다.

미국 조지아주 인터스테이트 85번 고속도로를 따라 조성된 시범 사업인 '더 레이(The Ray)'에는 1MW 규모의 도로변 태양광 발전 시설이 설치되어 있으며, 텍사스 오스틴 대학교의 분석에 따르면 고속도로 인터체인지 인근 부지(약 21,000헥타르)만으로도 이론적으로 연간 최대 36TWh의 전력을 생산할 수 있다고 합니다. 수중 발전 분야에서는 애리조나주 길라 리버 인디언 커뮤니티가 2024년에 서반구 최초의 1.3MW 규모 수로 태양광 발전 프로젝트를 가동했으며, 캘리포니아 주정부가 지원하는 '프로젝트 넥서스(Project Nexus)'가 그 뒤를 바짝 쫓고 있습니다.

유럽에서도 사례가 늘어나고 있습니다. 방음벽은 가장 성숙한 활용 사례입니다. 발표된 조사에 따르면 독일의 대형 고속도로 태양광 발전 시설은 개당 1~2MWp 규모이며, 네덜란드 도로 당국은 A50 고속도로에서 양면형 태양광 패널을 이용한 '태양광 고속도로' 시범 사업을 운영하고 있습니다. 오스트리아와 스위스의 고속도로 및 철도 운영사들은 방음벽에 태양광 발전 시설을 대규모로 설치하는 추세를 보이고 있습니다. 방음벽 외에도 다양한 표면에 태양광 발전 시설을 설치하는 사례가 눈에 띕니다. 스위스 부트 인근 철도 선로 사이에 탈착식 모듈을 설치하거나, 론 강 제방에 수직 양면형 태양광 패널을 설치하고, 프랑스 자전거 도로에 약 900m 길이의 캐노피를 설치하고, 심지어 지중해 마리나에 태양광 부두를 설치하는 사례도 있습니다.

도전 과제의 기하학적 구조

이 모든 것이 쉬운 일은 아닙니다. 선형 태양광 발전의 가장 큰 과제는 공존입니다. 패널은 제방의 안정성, 고속도로의 비상 접근로, 철도 유지 보수 접근로 또는 수로의 항해 가능성과 같은 기반 시설의 주요 기능을 절대 저해해서는 안 됩니다. 각 유형마다 눈부심 연구, 비상 접근로, 수리학적 투명성 또는 기계적 하중과 같은 고유한 제약 조건이 있습니다.

수 킬로미터에 걸쳐 전력 생산을 분산시키면 연결 지점이나 승압 변압기, 케이블 설치 길이 및 손실이 증가하고, 개발자들은 새로운 아키텍처를 모색하게 됩니다. 프랑스의 한 연구 프로젝트는 자전거 도로를 따라 효율적으로 전력을 수송하기 위해 중전압 직류(MVDC) 방식을 연구하고 있으며, 스위스에서는 '철도 스마트 그리드' 프로젝트를 통해 철도 구간을 진정한 마이크로그리드로 간주하여 선로변 태양광 발전, 견인 전력 공급, 제동 에너지 회수 및 전기차 충전을 결합하고 있습니다.

하나의 프로젝트가 여러 관할 구역에 걸쳐 진행될 수 있기 때문에, 파편화된 허가 절차가 장애물이 될 수 있습니다. 여기에 공공 토지부터 양허권자 및 개인 소유주에 이르기까지 다양한 토지 소유권을 고려하면, 사업 모델은 기존 발전소보다 훨씬 더 복잡해집니다.

사업 타당성 분석

다른 태양광 발전소와 마찬가지로, 인프라 통합형 시스템은 생산된 전력을 판매(차액결제계약이나 발전차액지원제도와 같은 정부 지원 구매 메커니즘을 통해 또는 도매 시장 가격으로)하거나, 발전소 부지 내 또는 인근 지역에서 소비하거나, 또는 두 가지 모두를 병행할 수 있습니다. 하지만 사업 타당성 분석은 지상 설치형 태양광 발전소보다 더 까다로울 수 있습니다. 초기 투자 비용이 더 높을 수 있는데, 이는 더 복잡한 선형 전기 구조, 높은 곳에 설치하는 방식, 그리고 특수 모듈 코팅 때문입니다. 또한, 토지 가격이 저렴하거나 무료인 경우에도 오염, 접근 제한, 그리고 외부 노출로 인해 운영 비용이 증가할 수 있습니다. 실제로, 인근 지역 구매자의 자가 소비와 별도의 입찰을 통해 확보한 차액결제계약이 프로젝트 사업성을 확보하는 가장 확실한 방법으로 여겨집니다.

파일럿 프로젝트부터 규모 확장까지

앞으로 나아가야 할 길은 선형 태양광 발전 시스템을 단일 제품으로 취급하는 것이 아니라, 2030년 목표 달성을 위한 여러 경로 중 하나로서 다양한 성숙도 단계에 있는 여러 유형의 포트폴리오로 간주하는 것입니다. 이는 옥상형 태양광, 농업용 태양광, 수상형 태양광 발전과 상호 보완적인 역할을 합니다. 가장 현실적인 접근 방식은 제약이 적고 복제가 가장 용이한 구성부터 시작하는 것입니다. 이와 동시에 중요한 과제는 운영자들이 필요로 하는 근거 자료를 지속적으로 구축하는 것입니다. 즉, 초기 구축 사례를 체계적으로 모니터링하여 태양광 발전 시스템과 발전 설비가 주요 기반 시설 기능에 지장을 주지 않고, 기반 시설의 운영, 유지 보수 및 진동이 태양광 발전 성능을 저하시키지 않는다는 것을 입증해야 합니다.

시범사업에서 실용사업으로의 전환을 가속화하기 위해서는 세 가지 요소가 필요합니다. (1) 증거 기반을 구축하기 위해서는 대규모 시범사업이 필요합니다. (2) 사업에는 명확한 허가 규정과 조정된 승인이 필요합니다. (3) 그리고 이러한 부지는 적어도 당분간은 공공 입찰에 명시적으로 포함되어야 합니다. 예를 들어, 기반시설 부지 사업을 위한 별도의 예산을 편성하거나, 개발 비용 증가를 상쇄하는 가격 프리미엄을 제공하는 방식 등이 있습니다.

유럽의 태양광 발전 이야기는 아직 끝나지 않았지만, 더욱 까다로운 새로운 국면에 접어들고 있습니다. 앞으로 생산될 기가와트급 태양광 발전량은 더욱 제한적이고 창의적인 부지에서 나올 가능성이 높습니다. 이중 용도 개발은 토지 가용성이라는 제약을 해결해 주며, 선형 태양광 발전만으로도 유럽 대륙의 도로, 철도, 운하를 따라 수백 기가와트 규모의 태양광 발전 잠재력을 실현할 수 있습니다. 토지는 언제나 그곳에 있었습니다. 이제 중요한 것은 그 토지를 어떻게 효율적으로 활용할 것인가입니다.