에너지환경경제학 Class 5: Domestic Energy Market(1)

아주대학교 에너지학과 에너지환경경제학Class 5: Domestic Energy Market(1) 아주대학교 경제학과, 에너지시스템학과, 금융공학협동과정 교수 김수덕 (suduk@ajou.ac.kr)

Conversion Sector Primary Energy Energy Balance (TOE) Elect. City-Gas Petroleum Products (Non-Energy) Petroleum Products (Energy) Coal Final Energy

저탄소 녹색성장과 에너지산업분야의 중요성 < 온실가스 배출/흡수 부문별 추이 > < 에너지 연소에 따른 부문별 배출 추이 > 참고문헌, 기후변화협약에 의거한 제3차 대한민국 국가보고서 작성연구(임재규, p. 79)

1차에너지소비실적

최종에너지소비실적

최종에너지수요전망 출처: 제 1차 국가에너지 기본계획 2008~2030 (2008. 8.27)

2009년 잠정 에너지밸런스표

에너지산업분야 에너지공급 측면의 체계 (원별, 분야별) 에너지수요 측면의 체계 (용도별, 원별) 에너지전환부문 (열, 전기, 도시가스) 거시경제적부문 (해외, 국내경제) 7

분산형전원 ▣ 청정에너지인 신재생에너지는 녹색성장의 새로운 축 ▣ CHP등의 집단에너지사업은 효율적 에너지보급 시스템으로 인식 ▣ 에너지원은 기후변화대응을 위한 적극적 정책방향으로 제시되고 있는 현실 ▣ 분산형전원의 국내 에너지산업 내에서 차지하는 위치와 국제 경쟁력 평가필요 녹색기술 스마트그리드

전력분야의 연구 • 풍력전원이 피크타임과 발전설비구성에 미치는 영향: 제3차 신재생에너지 기술개발 및 이용 보급기본계획 기준 (이준호 공동), 한국환경경제학회지 제18권, 제8호, pp.867-879, 2009 • Wind Power Generation: Its Impact on Peak Time and Future Power Mix (Jinho Lee, Suduk Kim), presented at Energy Science in the Age of Global Warming - toward CO2 zero-emission Energy System, Kyoto University Global COE program, August 22, 2009 • Energy Efficiency of Combined Heat and Power System (Eunju Min, Suduk Kim) presented at Energy Science in the Age of Global Warming - toward CO2 zero-emission Energy System, Kyoto University Global COE program, August 22, 2009 • An Analysis of the Impact of Wind Power Generation on SMP in KOREA (Seunghyun Ryu, Sinyoung Um, Suduk Kim) presented at Energy Science in the Age of Global Warming - toward CO2 zero-emission Energy System, Kyoto University Global COE program, August 22, 2009 • THE ROLE OF NUCLEAR POWER IN ENERGY SECURITY AND CLIMATE CHANGE IN VIETNAM presented at Energy Science in the Age of Global Warming - toward CO2 zero-emission Energy System, Kyoto University Global COE program, August 22, 2009 • 집단에너지사업의 에너지효율성 분석 (민은주 공동), 자원환경경제연구, submitted. • 풍력전원이 피크타임과 발전설비구성에 미치는 영향분석: 제3차 신재생에너지 기술개발 및 이용 보급기본계획 기준 (이진호 공동), 한국환경과학회지, 2009.8, forthcoming • 풍력발전이 SMP에 미치는 영향 (류승현, 엄신영 공동), 한국신재생학회 학술대회, 제주신라호텔, 2009.6.26 • 에너지가격 측면에서 살펴 본 산업용도시가스와 전력수요, 한국지구시스템공학회지, Vol.46, No.3, pp.1-8, 2009.6 • 마이크로 전력계통에서 연료전지 발전시스템의 전기/열 최적운영 기법 연구 (박종배, 이주원, 김창섭 공동), 전기학회논문지, 제58권, 제6호, 2009년 6월, pp. 1093-1099. • 가격체계를 이용한 전력과 가스의 수요관리와 기후변화대응, Journal of Energy & Climate Change, 2009, 4 (1), pp.38-48 • CHP를 이용한 지역난방의 효율성 분석 (민은주 공동), 한국기후변화학회 춘계학술대회, 서울교육문화회관, 2009.5.28 • Prospect of Vietnam's New and Renewable Energy (with Do Dinhlong), 한국기후변화학회 춘계학술대회, 서울교육문화회관, 2008.5.28 • 통합수 요관리 중장기 추진방향 연구 (건국대 공동연구), 최종보고서, 에너지관리공단, 2009.4.30 • 에너지난방방식의 경제적 타당성 검토연구 (과제수행책임), 최종보고서, 한국경제연구원, 2009.2.15 • 신재생전원설비의 시간대별 특성 및 발전설비구성에 미치는 영향 (과제책임), 최종보고서, 한국동서발전주식회사, 2009.1 • 도시가스 수요의 용도별 가격탄력성 분석 (최종보고서, 문춘걸 공저), 삼일회계법인, Nov. 2008 • 도매전력시장의 가격결정과정에 대한 실증분석 : 용량가격 및 정산단가를 중심으로 (손양훈 공저), 에너지경제연구, 제7권 제2호, pp.27-52, Dec., 2008 • 신재생 전원설비의 시간대별 특성 및 발전설비구성에 미치는 영향 연구, 동서발전 기술정보 제26호, 13-28, 2008 • Analysis of Economic Feasibility of Integrated Gasification Combined Cycle(IGCC) as a Next Generation Power Supply in Korea, Journal of Economic Research Vol.13, No.1, 149-174, 2008

-. 공정한 경쟁환경 조성을 위한 전력시장 규제 방안 연구 (과제책임), 산업자원부, 최종보고서, I-2007-0-009-01, 2008.6 • -. 하절기 최대 전력수요 저감 프로그램의 효과(김영산, 이우진공동), 자원환경경제학연구, forthcoming, 2008 • -. 신재생에너지보급과 발전사업 (김유진, 손양훈 공동), 기후변화학회지, 제1권 1호, pp.42-51, 2006 • -. 신․재생에너지 전원이 피크타임 전력 공급에 미치는 영향 (김영산 공동), 자원환경경제연구, 제15권 제2호, pp.269-296, 2006.3 • -. 경제여건의 변화와 부하율 수준을 고려한 경영전략방안 연구 (연구책임), 한국전력공사 수요관리실, 최종보고서, 2005.12 • -. 전력산업 환경변화 관점에서 살펴 본 가스산업의 경쟁도입 현황분석, KPX 자문보고서, 2004.10 • -. "전력 파생상품 도입이 현물시장성과에 미치는 영향에 대한 연구", (김영산 공저), 2004.6, 산업조직연구 제 12집 제 2호, pp 1-31 • -. 전력선물 및 선도시장 도입방안 연구, 전력거래소, 2003.12 • -. 동북아 전력계통 연계를 위한 기반구축 연구(1) (별책-4 : 시장성 분야), 한국전기연구원, 2003.12 • -. 전력수요 장단기 연계방안 연구, (정태용 외) 1995.10, 한국전력공사발주 용역보고서, KEI 95-SR-18, 과제책임연구

국내외 전력시장 현황과 구조개편

1.1 국내 전력산업 및 구조개편 현황 • 1999. 1: 산자부,[전력산업 구조개편 기본계획] 확정 • 1999.12 : 전기사업법 등 관련법령 개정실패 • 2000.12 : 관련법령 국회 통과 • 2001.4 : 발전경쟁 실시 • 2002.6 : 산자부, 배전부문 분할일정 조정 -> 1년 3개월 연기 • 참여정부 출범이후 전력산업 구조개편 정책방향에 혼선

1.2 국내 전력산업 현황

발전원별 발전단가 추이 • 화석연료의 가격은 원자력을 제외하면 2008년 초 기준으로 많게는 2배 이상 증가 • 난방을 포함하는 기존의 에너지소비패턴이 화석연료를 직접 소비하 는 대신 전력사용으로 대체할 수 있는 여지를 주었음-> 발전단가가 높은 LNG가 발전용으로 사용

전원설비와 가격결정

2001년~ 2007년 발전원별 발전량

미래전원설비건설계획 및 폐지계획

신재생에너지설비현황

도소매요금의 괴리 열량단가의 추이와 분석결과(2002년 4월 기준)

월간 최대전력수요 및 평균전력수요의 변화 추이 • 1990년대 중반까지: 평균 전력 사용량이나 최대 전력 사용량 모두 하절기에 집중되어 있었음. • 그러나 특히 2000년대에 들어서 동계 전력 수요의 비중이 크게 증대하여 2002년부터는 월간 사용량에 있어서 동계가 하계를 추월하였음. 다만 연간 최대 사용량은 아직까지는 하계에 발생하고 있음. 효과를 상쇄 시키고 있음을 시사

전력시장 동향 • 90년대 부터 02년까지 에너지 수요는 연평균 6.9%증가 하지만 • 전력수요는 연평균 9.4%증가 • 수급동향에서 03년 이후 설비예비율 지속적으로 하락 • 물가상승을 감안시 전기요금의 가격은 지속적으로 하락했음.

지식경제부 보도자료 지식경제부 2010.01.12 15:18

전력요금

용량요금 제도개선의 영향분석:발전원별 용량가격 결정요인에 대한 실증분석

연구 목적 • 용량요금 제도개선으로 제시된 구체적인 세부추진 내용을 살펴봄 • 용량가격의 결정방법이 발전회사들의 수지에 어떤 영향을 주었을 것인가를 살펴보는 것을 주목적 • 기저발전기의 거래소 자료 등을 근거로 제도변화가 가져다 준 용량요금 변화의 원인을 분석

1. 용량요금의 산출 방식 • 용량요금 : 용량가격이라고 하는 경우, 가격이 시장기능에 의해 결정되는 것이라는 것을 감안한다면, 용량가격이라는 용어를 사용하기 보다는 용량요금이라고 하는 것이 합당해 보임 • 용량지불금 (capacity payment)의 기준이 되는 기준 용량요금은 건설투자비의 연간 환산 금액과 연간 고정운전유지비를 합한 연간고정비를 시간당 가격으로 산출하는 방식 기준 용량지불금 = 연간고정비/(정격용량연간입찰가능시간) 기준 용량요금 = 기준 용량지불금/설비용량규모(kW) 입찰가능시간 = 8760시간 × (1-발전기 정비율)(1-고장 정지율) • 고정비 - 건설 투자비 수명기간 동안의 연금액으로 환산한 금액에 년간 고정적으로 소요되는 운전유지비를 합한 값 • 연금액으로 환산한 건설 투자비 - 건설 투자비에 자본회수계수 (CRF, capital recovery factor) 를 곱한 것. 이를 간단히 설명하면 매년 지불하는 일정한 금액 또는 연금의 크기의 현재가치가 건설투자비의 현재가치가 재무적으로 동일하게 되도록 함.

용량요금의 산출 방식 검토 • 다양한 비용 중 어느 것을 고정비로 인정할 것인가? • 자본회수계수의 산정 시 설비의 수명, 미래의 할인율의 크기와 구조는? • 발전기 정비와 고장이 일어날 확률은 얼마? • 입찰가능시간은 단순 신고된 용량과 같고, 기준이 되는 용량요금의 산정대상은 Simple Cycle Gas Turbine (G/T)의 고정비 계산임. • 이를 감안해 보면, G/T의 고정비를 다른 발전원에 지급하는 경우 다른 발전원 고정비 회수의 적정, 과소, 과다 여부 확인이 불가능하다는 문제

발전회사의 수입(1/2) • 발전회사들은 회계상의 수입, 즉 용량요금과 변동비가격을 통해 기저발전과 일반발전에 의존 • 한국전력 수입 = • 용도별 소매전력 판매량, • 용도별 판매가격, 고정되었다고 가정 • 발전회사 총 수입=기저발전소와 일반발전소의 도매 발전 판매수입의 합 • 용량요금을 별도로 구분한다면 • 총 발전회사 수입

발전회사의 수입(2/2) • 기저발전기와 일반발전기의 연간전력생산량은 용도별 소매전력 판매량 • 결과적으로 의 관계성립이 필요 (일정 비율의 Markup 수입을 소매, 발전부문에 허용하여도 마찬가지의 결과). • 화석연료 가격의 상승 변동비 증가 폭 > 소매전력판매증가율 • 이 경우, 총수입에서 시장기능에 의해 결정되는 한계변동비(지불금)를 제외한 나머지금액, 즉기준용량요금을 조정했을 가능성

발전자회사의 전력판매량과 정산단가 및 영업이익

발전회사별 발전량 현황 및 특성 • 정산단가가 지속적으로 하락하고 있는 한수원의 경우 원자력 발전 비중이 99.9%로 다른 비교대상이 없음 • 남동발전의 석탄비중은 타회사(65%)에 비해 86.6%로 높고 여타비중이 13.4% • 정산단가가 증가추세에 있는 발전자회사의 석탄발전 비중이 49.7~68.8%, 그 외 발전의 비중이 31.2~50.3%로 큰 차이

2. 가설 설정 및 분석 내용 • 화력발전의 연료단가는 지속적으로 상승하는 반면, 전력 소매판매금액의 증가 폭이 제한적인 상황 하에서 • 이해 당사자들의 수지에는 변화를 크게 미치지 않으면서도 전력공급을 유지하고자 하는 미세 조정과정이 있었을 것이라는 가설을 세워볼 수 있음. • 기저, 첨두설비에 대해 각각 위 가설이 용량요금을 통해 어떻게 평가될 수 있는지 실증분석시도 <연구방법> • 다른 조건이 일정할 때 발전연료가격의 변화와 정산단가의 관련성 분석 • 거래소의 비용조정위원회의 회의 개최와 정산단가에 미치는 영향 실증분석

3. 용량요금의 변화요인 분석 • 2001년 4월~2007년 12월까지의 데이터사용 • CBP 시장 운영상 나타나는 수지불균형의 문제로 인해 독립적으로 용량요금(CP)이 결정되지 못하고 연료가격과 여러 가지 정산단가 등에 의해 영향을 받았을 것으로 판단, 요인분석을 시도 • 계절적 요인에 의한 seasonal pattern을 월별 더미변수로 통제 • 입찰량에 대한 발전량 비율(Gen/Bid), 기타정산단가(OtherP), SMP, BLMP 그리고 각 원별 연료의 열량단가를 각각 LNG, Hvy Oil(Heavy Oil), Coal, Nuclear의 설명변수로 사용하여 분석을 시도 • 피설명변수로 사용된 용량요금은 전체발전소 대상 각 월의 평균 용량요금을 사용

회귀분석에 사용된 식

CP 결정요인에 대한 회귀분석결과 • 기저한계비용이나 LNG 열량단가가 상승하면 용량요금이 하락 • 기저한계비용상승 + CP하락 -> 기저발전의 수지변화 없음 • LNG 열량단가 상승과 CP 하락 -> 일반발전기 SMP 상승이 기저발전기의 수지악화 • 우라늄이나 석탄 등 기저발전용 연료가격이 상승하면 용량가격이 상승 • 용량요금은 원래 설명대로라면 상기의 요인들에 의해 영향을 받지 않아야 함. • 따라서 주어진 자료는 용량요금의 결정이 실제로 주어진 연료가격의 상황변화 등에 의해 자의적인 미세조정이 없었다고 볼 수 없다고 판단할 수 있는 통계적 근거

원자력발전 정산단가의 변화요인 분석 • 이를 근거로 실제 원자력발전의 경우 해당 전원에 적용된 정산단가는 어떤 요인에 의해 영향을 분석하는 것으로 수지불균형에 대한 분석을 대신할 수 있음. 왜냐하면 발전량이 주어지면 관련 발전소의 수지균형 또는 정산금액에 대해 정보를 제공하기 때문 정산단가 :

기저발전기의 용량요금 조정실적을 반영한 회귀분석결과

연료가격 변화에 따른 중유발전의 정산단가 변화 [그림 1)] 연료가격 변화에 따른 중유발전의 정산단가 변화

연료가격 변화에 따른 LNG 발전의 정산단가 변화

연료가격 변화에 따른 첨두발전의 정산단가 변화 [그림 2)] 연료가격 변화에 따른 첨두발전의 정산단가 변화

연료가격 변화에 따른 석탄발전의 정산단가 변화 [그림 3)] 연료가격 변화에 따른 석탄발전의 정산단가 변화

연료가격 변화에 따른 원자력발전의 정산단가 변화

연료가격 변화에 따른 기저발전의 정산단가 변화 [그림 4)] 연료가격 변화에 따른 기저발전의 정산단가 변화

4. 정산단가에 대한 분석결과 1/3 • 계절더미: 원자력과 유연탄의 경우 여름철 계절더미가 유의하게 나타나는데, 원자력은 7, 8월, 유연탄은 6, 7월이 통계적으로 유의 • 자기 연료가격과 정산단가와의 관계: 기저발전기 전체는 석탄가격에, 일반발전기는 LNG와 중유가격에 양의 관계를 보이지만 정작 중유만을 보았을 경우는 오히려 중유가격의 변화는 정산단가에 통계적 유의성을 보이지 않는 반면 LNG 가격에 통계적으로 유의한 영향을 받는 것으로 나타남. 단, 원전과 유연탄의 경우는 유의하지 않은 것으로 나타남. • 타 연료가격: 원자력의 경우, 석탄이나 중유가격상승은 그 정산단가를 높이고 있고, 유연탄의 경우는 관련하여 타 연료에 의한 인과관계가 통계적으로 유의한 수준에서 나타나고 있지 않음. • 이 결과는 남동발전의 경우, LNG가격의 상승이 심화되고 있는 기간에도 다른 발전자회사의 경우와 달리 정산단가 (전기판매단가)의 변화가 별로 나타나지 않는 이유를 설명하고 있음. • 남동발전은 발전자회사 중 유일하게 석탄발전의 비중이 타 발전자회사 평균인 65% 대를 훌쩍 넘어서는 86.6%를 보이고 있고 유연탄의 경우 타 연료에 의한 인과관계가 통계적으로 유의한 수준에서 나타나고 있지 않다는 점에서 그 설명력을 가짐. LNG 발전의 경우는 여타 연료가격의 변화에는 영향을 받지 않는 것으로 나타남. • 입찰대비 발전량비율: 용량요금의 결정요인분석 때와는 달리 원전의 경우는 유의성이 없는 것으로 나타나는 반면, 원전을 제외한 발전기들의 경우 입찰대비 발전량을 적게 할수록 자신의 정산단가가 올라가는 것으로 나타남

정산단가에 대한 분석결과 2/3 • 원래의 가설평가: 원자력의 경우, 자기 정산단가 결정이 타연료와에 의해 영향을 받고 경쟁관계가 있을 것이라는 가설 (용량요금의 결정요인 분석 결과에서의 예시참조) • 하지만 더미 변수로 표시된 비용평가위원회의 회의시점과 정산단가에 미치는 영향부분을 확인할 필요 • 2004년 이후 기간 중 화석연료가격이 전반적으로 크게 상승하고 있다는 전제함 • 전체 비용평가위원회의 더미변수 값은 2004년 9월 24일의 비용평가위원회에 해당하는 더미 변수에 대한 t 값이 -1.943으로 94.2%의 유의수준을 갖는 것을 제외하면 모든 더미변수가 음의 값으로 유의하다는 점. • 이는 화석연료의 전반적인 상승과정에서 일어난 비용평가위원회의 결정이 최소한 원자력의 정산단가를 2004년 이후 2006년까지의 전 기간 평균하락 폭에 추가하여 지속적으로 하락시켜왔음을 보여줌. • 유연탄 역시 이 기간중 정산단가의 평균적인 하락이 있었다고 판단(DR01)됨. • DR08, DR09, DR10 에 해당하는 2006년 4, 8, 10차 비용조정위원회의 결의는 유연탄발전소의 용량요금을 추가로 낮추는 결과를 초래하였다고 판단됨. • 중유발전의 경우 DR05, DR08, DR10 (각각 2005년 7차, 2006년 4, 10차) 회의결과 정산단가가 상승한 것으로 나타났다. • LNG발전의 경우는 비용조정위원회의 결정이 유의한 영향을 미치지 않은 것으로 나타남.

정산단가에 대한 분석결과 3/3 • 이러한 결과는 이미 원유가격의 폭등으로 대변되는 고유가시대에 원자력의 정산단가가 지속적으로 하락하는 상황하에서 일어났다는 점을 고려할 필요가 있음. • 즉, 정산가능한 총금액은 한정된 상태에서 • 변동비의 조정이 기술적으로 쉽지 않았을 것이라는 점을 감안하면 • 고정비에 대한 보수로서의 용량요금을 조정하여 왔다는 것을 의미 • 또 LNG 열량단가에 대해서 통계적인 유의성이 없다는 점은 이미 이러한 요인이 예상되는 시점에서 실행된 비용조정위원회의 결정을 통해 이러한 경쟁연료의 영향이 이들 비용조정위원회의 결정을 반영하는 더미변수에 모두 포함되어 버렸을 것이라는 점을 보여줌. • 특히 발전용 LNG의 경우 수요독점의 특성이 여전히 존재하고 게다가 정책적으로 전력수급의 안정성 확보라는 차원에서 원가상승의 요인이 제대로 반영되지 않았을 것이라는 점을 감안한다면 여전히 상기의 분석은 본 연구의 초기에 제시한 의문과 상치되는 결과가 아닐 수 있음. • 결과적으로, 정산가능한 총금액은 한정된 상태에서 고정비에 대한 보수로서의 용량요금을 조정함으로써 전력공급을 유지하여 왔음을 시사

에너지환경경제학 Class 5: Domestic Energy Market(1)