– 최적 태양광 설치 위치선정에 4개 우선기준과 11개 하위기준 적용
– Tabuk 지역이 태양광 설치에 최적 위치로 도출
태양광 발전은 태양으로부터 오는 빛 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 것으로 사우디아라비아는 지리적·환경적으로 일조량이 풍부할 뿐만 아니라 넓은 영토와 낮은 인구밀도 등 태양광 발전에 매력적인 요소를 다수 갖추고 있다. 본 기고에서는 2021년 1월, 저널 energies 에 실린 “Optimal Decision-Making in Photovoltaic System Selection in Saudi Arabia” 을 소개하고자 한다.
해당연구에서는 Geographical Information System (GIS, 지리정보시스템) 기반 다중 기준 의사 결정을 이용하여 태양광 시스템 설치에 영향을 미치는 기준을 설정한 후, 각 기준에 상대적 가중치를 부여하여 4개의 우선결정 기준과 11개의 하부 기준을 제시하였다. 기준을 설정한 후, Analytic Hierarchy Process (AHP, 분석적 계층화 방법) 을 적용하여 행렬을 구성하였다.
다중 기준 의사결정의 장점은 목적과 기준을 설정하고, 상대적 가중치들을 추정한 후, 개별 성능 기준에 대한 대안들의 기여도를 결정하는 것이고, 분석적 계층화 방법은 문제를 구조화하여 다수의 요인들은 계층적으로 나눈 후 요소들을 다시 세부요인들로 분해하고, 각 속성을 상대비교하여 중요도에 따라 가중치를 평가하여 최적 대안을 선정하는 과학적 기법이다.
마지막으로 다기준 의사결정기법 중 하나인 TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution)를 이용하여 사우디아라비아 17개 도시(예를 들어 리야드, 제다) 를 평가하였다. 17개의 도시중 사우디아라비아 북부에 위치한 타북지방이 87% 성능지수를 획득하여 가장 좋은 위치로 나타났으며, 다른 6개의 도시도 80% 이상의 성능지수를 보였다.
대부분의 태양광 설치연구에서는 기후(Climate), 산악지형(Orography), 위치(Location), 경제성(Economic), 환경(Environmental)을 우선 기준으로 설정하고 그 하부기준으로 태양광 조사(Solar Irradiation), 평균기온(Average temperature), 상대습도(Relative Humidity) 등을 고려한다. 표 1. 태양광 설치 고려요소에 해당사항들을 정리하였다.
소개하고 있는 연구에서는 사우디아라비아 지역 17개 지역에 표 1. 태양광 설치시 고려요소에 제시된 내용중 사우디아라비아에 적합한 4개의 우선기준과 11개의 하부기준을 고려하여 태양광 시스템 최적지역을 선정하였고, 그 항목을 그림 1. 최적 태양광 설치 위치선정에 나타내었다. 4개의 우선기준중 기후(Climate)는 태양광조사(Solar Irradiation), 평균기온(Average temperature), 상대습도(Relative Humidity), 먼지(Dust Storm) 를 하위기준으로 하였고, 지역(Location)은 전력망으로부터의 거리(Distance to Power lines), 주요도로까지 거리(Distance to main roads), 거주지역까지 거리(Distance to residential areas), 인구밀도(Population Density)를 포함하였다. 산악지형(Orography) 은 경사각(slope), 경사면각도(Aspect angles) 를 하위기준으로 하였고, 환경(Environmental) 은 탄소배출 감축(Carbon emission Reduction) 을 포함하였다.
표 1. 태양광 설치시 고려요소
그림 1. 최적 태양광 설치 위치선정에 사용된 4개 우선기준과 11개 하위기준
그림 2 는 11개의 하위기준을 사우디아라비아에 적용한 GIS 지도이며 표 2 는 17개 도시에 11개의 하위기준을 적용하여 도출한 의사결정행렬 (Decision Matrix) 이다. 표 2 에 제시된 17개의 도시는 Abha, Al-Ahsa, Al-Baha, Arar, Dammam, Hail, Jeddah, Jizan, Madinah, Makkah, Najran, Qaisumah, Qassim, Riyadh, Tabuk, Taif 그리고 Yenbo 이며 11개의 기준은 각각 m1 부터 m11를 표시하였고 각 하위기준에 해당하는 단위를 표시하였다.
그림 2. 11개의 하위기준을 사우디아라비아에 적용한 GIS 지도
표 2. 의사결정행렬 (Decision Matrix)
Analytic Hierarchy Process (AHP, 분석적 계층화 방법) 에 사용된 가중치는 그림 3. 에 나타내었다. 태양광조사 (Solar irradiation) 의 경우 가중치 0.25 로 최우선으로 도출되었고, 평균기온 (Average Temperature)이 0.18 로 계산되었으며, 인구밀도(Population Density) 와 탄소배출 감축(Carbon emission reduction) 은 각각 가중치 0.02 로 태양광 발전 시스템을 설치하는 경우 마지막으로 고려할 요소로 나타났다.
그림 3. 11개의 하위기준을 사우디아라비아에 적용한 GIS 지도
최종 도출된 평가지수를 그림 4. 사우디아라비아 17개 지역의 태양광 시스템 최적 위치 평가지수에 나타내었다. 해당 평가지수의 범위는 0 에서 1 사이이며, Tabuk 지역이 0.87 로 최적 위치로 도출되었으며 Taif, Qassim, Al-Baha, Najran, Abah, Hail 지역도 0.8 이상으로 태양광 시스템을 설치하기 좋은 지역으로 Jeddah, Jizan, Al-Ahsa 지역은 평가지수 0.65 이하로 상대적으로 적합하지 않은 지역으로 제시되었다. 17개의 지역 위치를 그림 5. 사우디아라비아 17개 지역의 태양광 시스템 최적 위치 지도에 나타내었고 각 색깔은 평가지수를 표현하기 위해서 사용되었다. 평가지수가 0.8 이상인 빨간색은 Tabuk, Taif, Qassim, Al-Baha, Najran 지역을 보여주며, 평가지수가 0.6 이하인 Al-Ahsa 는 녹색으로 표현되었다.
그림 4. 사우디아라비아 17개 지역의 태양광 시스템 최적 위치 평가지수
그림 5. 사우디아라비아 17개 지역의 태양광 시스템 최적 위치
본 기고에서는 사우디아라비아 지역 태양광 시스템 최적 위치 결정 방법에 관한 글을 소개하였다. 해당 내용이 사우디아라비아의 태양광 사업을 고려하는 분들에게 참고자료가 되길 바라며 보다 자세한 내용을 알고 싶으신 분은 energies 저널 (https://www.mdpi.com/1996-1073/14/2/357) 을 참조하기 바란다.