2.1 국내 사례

분산전원이 주는 송전선로 건설비용 회피 편익산정에 관한 연구는 다수의 국내 연구소에서 수행한 바 있다. 첫째, 전기연구원은 2015년 수행한 연구에서 수도권에 분산전원을 설치함으로써 최대수요 증가를 억제하는 효과로 송전선로 건설비용 회피 편익을 계산하였다⁽⁸⁾. 이 보고서는 증분설비 투자비용, 연간 설비투자 회피 편익, 그리고 설비 수명을 고려한 운전유지비 회피 편익의 합을 송전선로 건설비용 회피 편익으로 정의하고 회귀분석을 이용해서 회피 편익을 7.0416원/kWh로 계산했다. 하지만 단순히 과거 최대부하 증분과 송전선로 건설비용 간의 관계가 계속 이어질 것으로 가정하는 회귀분석 방식을 쓰면 분산전원이 진입했을 때 상승하는 발전비용을 고려할 수 없다. 따라서 정확한 송전선로 건설비용 회피 편익을 계산하려면 발전비용과 건설비용을 함께 고려할 수 있는 최적 조류 계산법을 활용하는 것이 바람직하다.

둘째, 한국집단에너지협회는 2015년 7차 수급계획의 최대부하 전망치와 과거 송전선로 투자비용을 바탕으로 만들어진 회귀분석 모델을 이용하여 미래의 최대부하 증분과 송전선로 투자비용을 계산한 후 송전선로 건설비용 회피 편익을 9.14원/kWh로 계산했다⁽⁹⁾. 하지만 현재 건설된 분산전원의 송전선로 건설비용 회피 편익을 구하기 위해서는 현재의 계통을 분산전원이 없는 가상의 계통과 비교하는 것이 필요하다. 셋째, 한국전력거래소는 2014년에 송전망 혼잡을 기준으로 지역을 크게 수도권, 비수도권, 제주로 나누어서 송전선로 건설비용 회피 편익을 계산했다⁽¹⁾. 세 지역의 수요량과 공급량을 바탕으로 각 지역의 송전비용을 가중치로 이용하여 전국 관점의 편익을 6.956원/kWh로 계산했다. 하지만 이 연구에 사용된 접근법은 계통 모선을 고려하지 않고 임의로 나눈 권역을 활용하였기 때문에 보편적으로는 쓸 수 없는 방법이다.

또한 분산전원의 계통 측면에서의 편익에 대한 많은 국내 학술 연구도 있다. ⁽¹⁰⁾에서는 PSS/E를 사용하여 우리나라 계통에 대해 4차 전력 수급 기본 계획에 따라 구한 조류계산을 바탕으로 가스터빈 건설비용 회피 편익, 송전선로 건설비용 회피 편익, 그리고 손실 저감 회피 편익을 구하였다. 이 논문에서는 기존에 설치되어 있던 열병합 발전원을 가스터빈으로 대체했을 때 허용 송전용량을 초과하는 송전선로를 보강하는 비용을 편익으로 계산하였다. 송전선로 건설비용 회피 편익을 9.19원/kWh로 계산하고 있다. ⁽¹¹⁾에서는 열병합 발전원이 주는 열 제공 편익 및 송전선로 건설비용 회피 편익을 총비용 분석 기법으로 구하였다. 500MW 이상의 열병합 발전원에 대해서는 1 이상의 편익/비용비율을 얻었다. 비록 송전선로 편익이 열 편익에 비해 작다고는 하나, 분산전원들은 열 편익에 대한 보상을 받지만, 송전선로 건설비용 회피 편익에 대해서는 보상을 받고 있지 못하므로, 좀 더 정확한 계산이 필요하다. 하지만 위 연구들은 대한민국 전력 계통을 활용한 최적 조류계산에 기반해서 계산을 하지 않았고, 분산전원의 편익을 발전비용과 송전선로 건설비용 회피 편익으로 나누어 계산할 수 없었기 때문에, 정확한 편익을 계산하기에는 부족함이 있었다.

2.2 해외 사례

해외에서도 분산전원의 편익은 많이 연구되어왔다. 첫째, 다양한 기술 보고서들에서 분산전원의 편익을 다루고 있다. ⁽³⁾에서는 분산전원을 정의하고, 분산전원의 배전망과 송전망에 대한 편익과 비용의 비율 계산에 필요한 항목과 절차들을 소개했으나 직접적인 계산방법은 소개하고 있지 않다. ⁽¹²⁾에서는 편익과 비용의 비율 계산에 고려해야 할 항목들을 분석할 수 있는 소프트웨어를 소개했다. 또한 ⁽¹³⁾에서는 분산발전원과 송전선로 건설비용 회피 편익들을 구하는 방법과 간단한 예시를 제시하였다. 하지만 이러한 편익들은 작은 지역의 특수하고 단편적인 전력 가격에 기반을 두기 때문에, 분석 범위를 확대하여 계통 전체의 편익을 계산하는 데는 무리가 있다. 해외의 분산전원 편익 관련 보고서들의 특징은 분산전원이 송전망과 배전망에 미치는 영향들은 매우 상세하게 조사가 되어 있지만, 이러한 영향들을 명확한 단위 kW당 금액으로 산정하지 않고 있어서 회피 편익계산에 한계가 있다.

둘째, 해외 학술 연구에서도 분산전원의 회피 편익을 계산한 사례가 있다. ⁽¹⁴⁾에서는 분산전원의 송전선로 손실비용과 건설비용 회피 편익을 PSS/E를 이용한 최적 조류계산을 통해 계산했다. 이 논문에서는 기존의 발전원에 분산전원을 더해 가며 감소한 손실비용과 건설비용을 이용해서 분산전원의 편익을 계산했다. 결과적으로 분산전원의 건설비용이 비싸도, 원거리 발전원보다 손실이 작다면 충분히 분산전원으로부터 전력을 구매할 가치가 있다는 것을 보여주었다. 하지만 이 연구에서는 투입한 분산전원의 크기가 50MW이어서 결과를 확장해서 해석하기에는 무리가 있다. 본 연구에서는 이 논문에 쓰인 기법들을 보완하여 첫 번째 사례 연구에 활용한다. ⁽¹⁵⁾에서는 수요 증가에 따른 분산전원의 송전선로 건설비용 회피 편익을 분산전원의 설치 위치에 따라 최적 조류계산을 활용하여 구하였다. 이자 비용을 포함해서 송전선로 연간 건설비용을 계산하였고, 다년간에 걸친 편익을 보여주었다. 다만 실제 계통 데이터를 쓰지 않고, 가상의 계통에서 사례를 연구했다. 본 연구에서는 이 논문에 쓰인 기법들을 개선하여 두 번째 사례 연구에 활용한다.

셋째, 해외에서는 분산전원으로 전력을 공급할 시 세금감면이나 발전차액지원제도 및 보조금 지원 등의 많은 혜택을 주고 있다⁽¹⁾. 첫째, 덴마크에서는 열 생산용 연료에는 많은 세금을 부과하고 발전용 연료에는 세금을 전혀 부과하지 않음으로써 열전용 보일러를 열병합 발전원으로 전환하도록 장려하였다. 그리고 2005년까지 배전 사업자들로 하여금 대규모 중앙 집중형 열병합 발전원을 제외한 모든 열병합 발전원으로부터 생산되는 전기를 의무적으로 구매하게 하여 열병합 발전원들이 장기적인 수익을 보장받을 수 있었고, 이로 인해 열병합 발전원에 대한 투자가 촉진되었다. 둘째, 네덜란드에서는 2001년에 열병합 발전원 생산전력에 대한 발전차액지원제도를 도입함으로써, 발전소의 이산화탄소 배출실적에 따라 지원금을 지급하고 생산전력 중 이산화탄소 배출량이 없는 경우 추가 지원금을 제공하였다. 셋째, 핀란드의 경우 화석연료에 대한 지원이 없는 대신, 바이오매스 열병합 발전원에 대한 투자비, 소비세, 그리고 에너지세 면제를 시행하고, 또 연료보조금을 지원하고 있다. 넷째, 미국에서는 연방정부 지원 프로그램과 주 정부 지원 프로그램을 통해서 열병합 발전원에 보조금이 주어진다. 연방정부의 에너지 사업 투자 조세 감면 프로그램에서는 재생에너지, 열병합 발전원, 마이크로 터빈 등에 조세를 30% 감면했고, 50MW 이하의 중소규모 열병합 발전원에는 조세를 10% 감면했다. 주 정부 보조금 제도를 살펴보면, 뉴욕주는 열병합 발전원 성능 개선 프로그램을 도입하여 하계 피크의 감소량과 생산에너지에 대하여 별도의 보조금을 준다. 뉴저지는 열병합 및 연료전지 보조금 프로그램을 도입하여 열병합설비에 용량별로 차등 보조금을 준다.

3.1 경제적 관점으로 접근하는 송전선로 건설 모델

본 연구에서는 경제적 관점에서 송전선로를 건설한다고 가정한다. 이때는 분산전원의 건설 및 운영비용보다 송전선로 건설로 인한 경제적 이득이 커야 한다⁽¹⁶⁾. 본 연구에서는 발전비용과 정전비용 감소를 경제적 이득으로 보았다. 따라서 경제적 관점의 송전선로 건설 모델에서는 송전선로 건설비용, 발전비용, 그리고 정전비용의 합이 최소가 되도록 송전선로를 건설해야 한다. 식(1)은 이 관점을 나타낸 송전선로 건설 최적화 문제의 목적함수이다.

단, $u_{l}$ : 송전선로 $l$에 대한 확장 결정 의사

$CC_{l}$ : 송전선로 $l$에 대한 단위 확장당 확장비용 [천원]

$z_{n}$ : 모선 $n$에서 1차로 표현된 발전비용 함수 [천원]

$s_{n}$ : 모선 $n$에서 정전 변수 [MW]

$SC$ : 단위 용량당 정전비용 [천원/MW]

$L$ : 모든 송전선로 집합

$N$ : 모든 모선들의 집합

주어진 송전선로 $l$에 대해 $u_{l}$은 송전선로 확장 여부를 나타내는 정수이다. 확장하면 $u_{l}$은 0이 아닌 정수가 되고, 확장하지 않으면 0이 된다. $CC_{l}$는 송전선로 확장비용을 나타낸다. 주어진 수요 $n$에 대해서 $s_{n}$는 정전 변수를 나타내고, $SC$는 정전비용을 나타내는 매우 큰 상수이다. 단위 용량당 정전비용은 수요가 공급보다 높을 때 일어나는 정전에 따른 비용이다. $L$은 새로 지을 후보 송전선로를 포함한 모든 송전선로의 집합이다. $N$은 모든 발전기 및 수요 모선을 포함한 모든 모선들의 집합이다. 본 논문에서는 모선을 부하 모선과 발전 모선으로 구분하지 않고, 모든 모선에 첨자 $n$을 부여한다. 이때 해당 모선에 부하만 있을 경우는 발전량을 0으로 제한하고, 해당 모선에 발전원만 있을 경우 부하량을 0으로 제한한다. 따라서 경제 급전 문제가 간략화되어 연산 시간을 줄일 수 있다.

모선 $n$에 있는 발전기에 대해 $z_{n}$는 2차 발전비용 곡선을 구분선형함수(piecewise linear function)를 이용하여 나타낸 발전비용 함수이다. 본 논문에서 소문자는 변수를, 대문자는 상수를 나타낸다. 변수 $u_{l}$이 정숫값이어서 이를 이용하여 2차 발전비용 함수 $GC(p_{n})_{quad}$를 최적화하는 데 한계가 있으므로, 구분선형함수를 이용하여 식(2)에 있는 2차 발전비용 함수를 식(3)에 있는 1차 선형함수로 만들어 사용한다.

단, $GC(p_{n})_{quad}$ : 모선 $n$에서 2차 발전비용 함수 [천원]

$a_{n}$ : 모선 $n$에서의 2차 발전비용 함수 상수

$b_{n}$ : 모선 $n$에서의 2차 발전비용 함수 1차 계수

$c_{n}$ : 모선 $n$에서의 2차 발전비용 함수 2차 계수

$p_{n}$ : 모선 $n$에서의 발전량 [MW]

$GC_{i}(p_{n})_{l\in}$ : 모선 $n$에서 1차 발전비용 함수 [천원]

$d_{n,\: i}$ : 모선 $n$에서의 1차 발전비용 함수 상수

$e_{n,\: i}$ : 모선 $n$에서의 1차 발전비용 함수 1차 계수

$k$ : 구분선형함수 구간

1차 함수로 나타낼 때 구간을 $k$만큼 나누었다. 본 논문에서의 $k$을 300으로 설정하였다.

3.2 송전선로 확장 방법

식(1)에 있는 목적함수가 제약조건을 만족하며 최소가 될 때 최적 송전선로 확장 계획이 구해진다. 제약조건은 송전선로의 보강과 신설에 따라 두 가지 종류가 있다. 송전선로 보강은 기존 송전선로의 용량을 늘리는 것이고, 송전선로 신설은 선택된 두 모선 사이에 새로운 송전선로를 건설하는 것이다. 그림 2에 보강과 신설의 차이가 그려져 있다. 첫째, 송전선로 보강 모델에서는 해당 송전선로가 선택되면 송전선로가 이미 존재하기 때문에 선택된 선로의 송전용량을 주어진 배수까지 올릴 수 있다. 모선 $m$과 $n$사이에 주어진 송전선로 $l_{1}=\{m,\:n\}$에 흐르는 전력량 $f_{l_{1}}$은 식(4)로 정의된다.

단, $f_{l_{1}}$ : 모선 $m$과 $n$ 사이에 주어진 송전선로 $l_{1}$에 흐르는 전력량 [MW] $\theta_{l(m)}$ : 모선 $m$에서의 각도 [°] $\theta_{l(n)}$ : 모선 $n$에서의 각도 [°] $X_{l_{1}}$ : 송전선로 $l_{1}$의 리액턴스 [Ω] $L_{1}$ : 보강 송전선로 집합 여기서 $L_{1}$은 이미 지어져 있어서 보강해야 할 송전선로들의 집합을 나타낸다. 주어진 송전선로 $l_{1}$에 대해서 $\theta_{l(m)}$은 출발 모선 $m$의 전압 각도를, $\theta_{l(n)}$은 도착 모선 $n$의 전압 각도를 나타내고, $X_{l_{1}}$은 출발 모선 $m$과 도착 모선 $n$사이의 리액턴스를 나타낸다. 송전선로 $l_{1}$의 송전용량을 $F_{l_{1}}$이라고 가정할 때, 송전선로를 $u_{l_{1}}$만큼 보강하면 식(5)와 같은 송전선로 용량 제약조건이 만들어진다.

단, $F_{l_{1}}$ : 송전선로 $l_{1}$의 송전용량 [MW] $u_{l_{1}}$ : 송전선로 $l_{1}$에 대한 보강 결정 의사 둘째, 송전선로 신설 모델은 신설이 가진 특징 때문에 송전선로 보강 모델과는 다른 제약조건을 가진다. 주어진 두 모선 사이에 송전선로를 신설 안 한다면 두 모선의 전압 각도들과 그사이에 지어질 송전선로의 전력 조류와의 수학적인 연결고리가 없어야 하고, 송전선로를 신설하면, 수학적 연결고리가 있어야 한다. 이 경우에 매우 큰 가상의 숫자인 $M$을 활용하여 $u_{l_{2}}$에 따라 송전선로에 흐르는 전력과 모선 각도를 분리함으로써, 연결고리를 조절할 수 있다. 이 과정에서 아직 지어지지 않은 송전선로의 정보도 수식에 미리 넣어주어야 한다. 새로 지을 송전선로 목록에 있는 송전선로 $l_{2}$에 대해서는 식(6)과 같은 제약조건을 쓴다.

단, $M$ : 가상의 큰 숫자 $X_{l_{2}}$ : 송전선로 $l_{2}$의 리액턴스 [Ω] $L_{2}$ : 신설 송전선로 집합 위의 식에서 결정변수 $u_{l_{2}}$이 1이 되면 가상의 송전선로를 신설하기로 결정함을 의미하고 이때 부등호 양방향이 모두 0이 됨으로써 식 (516)와 같아진다. 여기서 $L_{2}$은 신설하게 될 송전선로들의 집합을 나타낸다. 만약에 짓지 않으면 $u_{l_{2}}$은 0이 되고 부등호 왼쪽에는 매우 작은 수, 부등호 오른쪽에는 매우 큰 수가 위치함으로써 송전선로 후보에 관한 제약조건을 무의미하게 만들어 준다. 동시에 신설될 송전선로의 용량은 아래처럼 제약한다.

단, $F_{l_{2}}$ : 송전선로 $l_{2}$의 송전용량 [MW] $u_{l_{2}}$ : 송전선로 $l_{2}$에 대한 신설 결정 의사 식(7)에서 $u_{l_{2}}$가 1이 되면, 주어진 송전용량이 제약으로 걸리고, 반대로 $u_{l_{2}}$가 0이 되면, $m$과 $n$ 모선 사이에 송전선로를 건설하지 않는 것을 의미하고, 조류는 좌우에 0을 값으로 가지므로, 조류가 흐르지 않는다. 주의할 점은 송전선로를 신설할 때는 $u_{l_{2}}\in\{0,\:1\}$이 이진수여야 한다.

3.3 계통 수식

이 절에서는 목적함수와 모든 제약조건을 다시 정리한다. 추가되는 제약들은 발전량 제약, 모선 제약, 급전 제약, 슬랙 모선 제약이다.

s.t.

단, $D_{n}$ : 모선 $n$에서의 수요 [MW]

$p_{n}$ : 모선 $n$에서의 발전량 [MW]

$\overline {P_{n}}$ : 모선 $n$에서의 최대 발전량 [MW]

$\underline {P_{n}}$ : 모선 $n$에서의 최소 발전량 [MW]

$\theta_{slack}$ : 슬랙 모선의 각도 [°]

식(9)에서 모선 $n$에서 정전 $s_{n}$은 수요량 $D_{n}$보다 작아야 한다. 식(10)에서 모선 $n$에서 발전비용 $z_{n}$는 기존의 2차 함수로 나타나는 발전비용 함수 $GC(p_{n})_{quad}$를 $k$개의 구간으로 나누어 구분선형함수로 표현한 각 1차 함수들 $GC_{i}(p_{n})_{l\in}$보다 커야 한다. 식(11)은 발전기 발전량 제약을 나타낸다. 식(12)는 정전을 고려한 모선 조류 제약을 나타낸다. 왼쪽 항은 노드로 들어오는 모든 전력량을 나타낸다. 오른쪽 첫 번째 항은 해당 모선에서 생산된 모든 전력의 합을, 두 번째 항은 소모되는 수요를, 세 번째 항은 정전량을 나타낸다. 수요 대비 발전량이 적을 경우, 정전이 발생하게 되고, 세 항의 합은 전력 조류의 합과 같아진다. 식(13)에서 식(14)는 기존의 존재하는 송전선로의 보강을 나타내는 제약조건이고, 식(15)에서 식(17)까지는 송전선로 신설을 나타내는 제약조건이다. 식(18)은 슬랙 모선의 각도에 관한 제약을 나타낸다. 여기서 식(19)와 식(20)은 각각 송전선로 보강 및 신설에 대한 송전선로 결정변수의 제약을 나타낸다.

3.4 사례 연구 데이터

이 절에서는 본 논문에서 사용된 가정과 데이터들을 설명한다. 본 연구는 8차 전력 수급계획에 의해 설계된 PSS/E 데이터를 기반으로 사례를 연구한다. 송전선로 건설비용은 ⁽¹⁸⁾에서, 발전소 건설비용은 ⁽¹⁹⁾에서 인용한다. 발전원 중에서 수도권 소재 32개의 열병합 발전원을 분산전원으로 간주한다.

본 논문에 사용된 가정들은 다음과 같다. 첫째, 발전소별 2차 발전함수의 발전계수를 구하고, 발전계수는 ‘대표’와 ‘개별’ 두 가지로 나누어 연구한다. ‘대표’는 발전원에 따라 가장 높은 효율을 나타내는 계수를 의미하고, ‘개별’은 각 발전기의 개별 계수들을 의미한다. 개별 계수는 보안으로 인해 제시하지 않고, 평균 발전계수는 표 1에 제시한다.

둘째, 송전선로 편익계산은 송전 혼잡 발생 시에 계산할 수 있다. 하지만 과투자된 우리나라 실계통에서는 송전 혼잡이 발생하기 어려우므로 송전 혼잡을 유도하여 편익을 계산하고자 사용된 송전선로들의 용량을 1/3로 줄여 연구한다. 셋째, 10개의 신규송전선로를 송전선로 확장 모델에서 고려한다. 신규송전선로 중에 전압별 대표 송전선로 3가지가 표 2에 나와 있다.

넷째, 송전선로를 보강 및 신설하여 송전용량이 증가할 경우 송전 허가용량을 추가해 주어야 하므로 변전소를 추가로 건설해야 한다. 본 연구에서는 전압에 따른 송전선로 건설비용에 일정 비를 곱함으로써 송전선로 운용비용, 변전소 추가 건설비용을 고려한다. 또한, 송전선로 건설비용은 건설 기간이 긴 점을 고려해서, 이자 비용도 함께 고려한다. 끝으로 최적 조류계산의 시간 단위가 한 시간이므로, 건설비용을 시간당 값으로 변환한다. 주어진 송전선로 건설비용 $CC$에 대해 연 이자율 $r$을 고려한 시간당 건설비용 $CC_{h}$은 식(21)과 같이 주어진다. 이 연구에서 건설 기간은 10년, 이자율은 5%로 가정하므로 $n$은 120이고, $r$은 0.05이다.

단, $CC_{h}$ : 연 이자율을 고려한 시간당 건설비용 [천원/시간]

$CC$ : 송전선로 건설비용 [천원]

$r$ : 연 이자율

$n$ : 기간

4.1 현재 전력 수요량에서 편익계산

현재 시점의 사례 연구에서는 현재 이미 건설된 분산전원의 편익을 계산한다. 대조군은 현재 계통을 나타내고, 실험군은 수도권 분산전원이 제외되고, 분산전원에 투자된 비용을 비수도권 비분산전원에 투자한 가상의 계통을 나타낸다. 현재 시점의 사례 연구 구조는 그림 3에 잘 나타나 있다.

현재 시점의 사례 연구에서는 세 가지 가정들이 사용된다. 첫 번째, 분산전원은 수도권 인근에 많이 건설되지만, 비분산전원은 비수도권 인근에 많이 건설되기 때문에, 현재 운용 중인 분산전원을 모두 없애고, 비분산전원으로 대체한다면, 현재 수도권 전력 수요를 만족하기 위해서는 비분산전원에서 발전한 전력을 송전하기 위해 추가적인 송전선로 건설이 필연적이라는 가정이다. 이 가정하에 편익을 계산하려면 비분산전원에 대한 투자에 따른 용량 증가량을 계산해야 하므로 두 가지 가정이 더 필요하다. 둘째, 지금까지 분산전원에 투자된 모든 금액은 비분산전원의 용량증가에 투자한다. 이 과정에서 비분산전원의 추가 건설은 고려하지 않았다. 셋째, 모든 비분산전원은 같은 용량 증가량을 가진다고 가정한다. 두 번째와 세 번째 가정을 활용하여, 지금까지 분산전원에 투자된 금액을 전체 비분산전원의 용량당 건설비용으로 나누면, 비분산전원의 개별 용량 증가량을 구할 수 있다. 계산 결과 모든 비수도권 비분산전원의 용량이 23.55MW 상승한다. 이것은 식(22)로 나타낼 수 있다.

현재 시점의 사례 연구에서 대조군에서는 발전비용은 실험군과 비교해 비싸고 송전선로 건설비용은 실험군과 비교해 싸다. 두 경우에 발전비용과 송전선로 건설비용은 서로 상보적으로 작용하기 때문에, 발전비용과 송전선로 건설비용의 합을 비교해봄으로써 편익을 계산할 수 있다. 표 3은 개별 발전비용 계수와 대표 발전비용 계수에 대한 현재 시점에서의 결과를 보여주고 있다. 대조군은 실험군보다 약간 더 높은 발전비용과 훨씬 더 낮은 송전선로 건설비용을 가진다. 이는 발전비용이 저렴한 비수도권 비분산전원이 전력을 공급하고, 또 이를 위해 송전선로를 건설하게 되기 때문이다. 늘어난 발전비용보다 줄어든 송전선로 건설비용이 더 크기 때문에, 결과적으로 전체적으로 양의 편익을 갖는다.

4.2 미래 전력 수요량에서 편익계산

미래시점의 사례 연구에서는 미래에 건설될 분산전원의 편익을 계산한다. 미래시점의 실험 구조는 그림 4에 나타나 있다. 수도권 수요가 미래에 30% 증가하였을 때, 늘어난 수요를 수도권 분산전원으로만 충당하는 방법과 비수도권 비분산전원으로만 충당하는 방법을 비교한다. 대조군에서는 늘어난 수요를 감당하기 위해 수도권 분산전원의 용량만 4배 늘어났다고 가정한다. 실험군에서는 식 (22)를 이용하여 늘어난 수요를 감당하기 위해 분산전원에 투자할 돈을 비수도권 비분산전원에 투자하였고, 계산 결과 모든 비수도권 비분산전원의 용량이 70.67MW 상승한다.

현재 시점과 마찬가지로 발전비용함수의 계수를 개별과 대표로 나누어 연구하고 결과를 표 4에 나타낸다. 현재 시점에서의 사례 연구와 마찬가지로, 대조군에서는 분산전원의 용량증가가 있으므로 발전비용은 많이 들지만, 송전선로 건설비용은 낮다. 반대로 실험군에서는 비분산전원의 용량증가가 있으므로 발전비용은 낮고 송전선로 건설비용은 높다. 늘어난 수요에 대해 연구를 하므로 현재시점보다는 모든 비용이 증가한다. 결론적으로 송전선로 건설비용에서 양의 편익이 나기 때문에, 미래시점에서의 사례 연구에서도 분산전원이 양의 송전선로 건설비용 회피 편익을 가진다.

5.1 단위 전력당 송전 편익

본 연구의 목적은 분산전원의 건설을 통한 송전선로 건설 회피 편익을 산정하는 것이다. 기본적으로 수도권 분산전원은 가스 발전원으로 이루어져 있으므로, 다른 발전원에 비교해 발전비용이 비싸다. 따라서 발전비용만 보면 분산전원의 발전량을 줄이는 것이 이득일 것이다. 하지만 분산전원은 수요 중심인 수도권에 가까이 위치하기 때문에 송전선로 건설을 줄여줄 수 있다. 즉, 비수도권에서 비분산전원이 적은 비용으로 발전하여 발전비용 측면에서는 분산전원보다 이득일 수는 있지만, 거리가 멀어질수록 송전선로 건설비용이 늘어나기 때문에, 발전비용과 송전선로 건설비용을 모두 따져서 어떤 것이 이득인지를 살펴야 한다. 먼저 현재 시점의 사례 연구 결과를 대조군과 실험군에서의 분산전원 발전량 차이로 나눈 값을 표 5에 정리한다.

위의 표에서 볼 수 있듯이 기본적으로 가스 발전을 하는 분산전원은 비분산전원보다 발전비용 측면에서는 손해이다. 하지만 송전선로 건설비용까지 고려하면 분산전원이 비분산전원보다 이득이다. 미래시점의 사례 연구 결과를 표 6에 정리한다.

5.2 이용률

국내 송전선로 건설비용 회피 편익 보고서를 살펴보면, 편익을 계산하면서 이용률을 고려했다. 국내 보고서에서는 이용률 고려 시에 송전선로 건설비용을 최대부하로 나누어 편익을 계산하였다. 이와 달리 본 논문에서 송전선로 건설비용을 분산전원 발전량으로 나누어 편익을 계산한다. 이용률의 정의는 식(23)과 같다.

최대부하로 나누어 편익을 계산할 때는 최대부하가 증가하면 최대 설비용량 또한 증가함으로 이용률과 편익은 비례 관계에 있다. 발전량으로 나누어 편익을 계산할 때는 발전량이 증가하면 평균 발생 전력량 또한 증가함으로 이용률과 편익은 반비례 관계에 있다. ⁽¹⁷⁾에 따라 이용률 60\%를 나누어 편익을 다시 구해보면 아래와 같다. 표 7과 표 8의 편익을 표 5와 표 6에 비교하면 편익이 조금 증가한다.

끝으로, 본 논문에서 얻은 편익을 기존의 다른 보고서에서 얻은 편익들의 값과 표 9에서 비교한다.

5.3 토 론

본 논문의 사례 연구에 대한 시사점은 다음과 같다. 첫째, 실제 계통에 대해 최적 조류계산 기반의 최적화 문제를 풀어서 편익을 계산하지만, 기존의 연구들은 단위 시간당 비용을 정한 후에 계산하는 통계적 방법으로 편익을 계산하였다. 예를 들어, 본 연구에서는 발전비용과 건설비용을 동시에 비교하지만, 기존의 보고서에서는 발전비용과 건설비용 회피 편익을 따로 계산하였다. 둘째, 본 연구에서는 특정시각의 모선별 일일 수요 패턴과 두 가지 발전계수들을 사용하기 때문에, 세분화된 추세를 구하지 못할 수도 있다. 셋째, 본 연구에서는 오직 수도권과 비수도권 비분산전원으로 나누어서 회피 편익을 계산했다. 하지만 비수도권도 지역별로 대도시, 소도시, 농촌으로 세분될 수 있으므로 정확한 현실을 실험에 반영하지는 못했다. 물론 분산전원의 경우 대부분이 수도권 인근에 있으므로, 우리나라 계통을 수도권과 비수도권으로 나눈 가정은 회피 편익 추세 계산에는 큰 무리는 없다. 넷째, 본 연구에서의 편익은 최적 송전선로 건설계획에 매우 의존한다. 본 연구 결과는 최소한의 비용을 가지는 송전선로 건설계획이고, 일반적인 송전선로 건설계획은 최적의 계획을 따르지 않는다는 점을 고려할 때, 계산한 편익은 최소한의 편익이고, 실제로는 편익이 더 클 수 있으며, 분산전원은 그 편익에 대한 더 큰 보상을 요구할 수 있다.