연구논문 Demand Shifting or Ancillary Service?: 효율적 재생발전 수용을 위한 에너지저장장치 최적 자원 분배 연구 Demand Shifting or Ancillary Service?: Optimal Allocation of Storage Resource to Maximize the Efficiency of Power Supply 전우영(Wooyoung Jeon)···························································································113 시변 모형을 이용한 국내 구리 가격탄력성 분석 Analysis of the Korean Copper Price Elasticity using Time-Varying Model 김강호(Kangho Kim)김진수(Jinsoo Kim)····························································135 동태적 패널접근을 활용한 지방 재정지출의 수질개선 효과분석 A Dynamic Panel Approach to Examining the Effects of Local Fiscal Expenditures on Water Quality 강효녕(Hyonyong Kang)서동희(Dong Hee Suh)················································159 배출권거래제에서 무상할당 비율을 낮추는 것이 항상 바람직한가?: 한계 비효율성의 관점에서 Is Reducing Free Allocation Always Desirable in Emissions Trading Schemes?: A Perspective on Marginal Inefficiencies 강판상(Pan Sang Kang)이지웅(Jiwoong Lee)·····················································179 차 례•113• Demand Shifting or Ancillary Service?: 효율적 재생발전 수용을 위한 에너지저장장치 최적 자원 분배 연구 † 전우영 * : 태양광과 풍력을 중심으로 한 변동성 재생발전(VRE)은 탄소중립 달성의 주요수단이지 만 높은 변동성과 불확실성으로 인해 전력공급의 안정성을 훼손시킨다. 에너지저장장치(ESS) 는 수요이전을 통해 재생발전의 출력제한을 경감시킬 뿐만아니라 보조서비스 제공을 통해 안 정적인 전력시스템 운영에 기여할 수 있다. 본 연구는 VRE로 인한 문제점이 점점 본격화되는 상황에서 ESS자원을 수요이전 기능과 예비력 제공기능 간에 어떻게 분배하는 것이 전력공급 효율성 최대화에 기여할 수 있는지 분석한다. 분석모형으로 재생발전의 변동성과 불확실성을 현실적으로 모의할 수 있는 확률적 전력시스템 최적화 모형을 적용하였다. 분석시점은 2023년 과 2036년으로 설정하여 재생발전 보급수준별 ESS 최적자원분배 전략과 편익을 분석하였다. 분석결과는 크게 다음의 3가지로 요약가능하다. 첫째, ESS는 수요이전과 예비력 제공 모두에 탁월한 기능을 제공하며, 예비력 가격이 높게 설정될수록 수요이전 기능은 제한하고 예비력 제 공에 집중함을 확인할 수 있었다. 둘째, 재생발전 출력제한은 필요예비력에 대한 대체재 역할을 하며, 예비력 가격 수준이 높아질수록 출력제한은 증가하고 필요예비력은 감소하는 것이 비용 합리적이다. 셋째, 기회비용이 반영된 합리적인 예비력 가격이 적용될 경우 ESS는 가까운 미래 에 경제성을 확보할 수 있으며, ESS의 경제성은 재생발전 비중이 높을수록 더 커짐을 확인할 수 있었다. 본 연구는 전력공급 자원이 효율적으로 분배될 수 있는 가격기능이 바로 설때 비용 효율적인 전력부문 저탄소 전환이 가능함을 시사한다. : 운영예비력 수요곡선, 에너지저장장치, 수요이전, 보조서비스, 예비력 가격, 재생발전, 출력제한 JEL : L51, Q41, Q48 접수일(2024년 4월 9일), 수정일(2024년 5월 15일), 게재확정일(2024년 5월 22일) † 이 성과는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(NRF-2021R1C1C 1013195). *전남대학교 경제학부 부교수, 단독저자(e-mail: wyjeon@jnu.ac.kr) 자원․환경경제연구 제33권 제2호 Environmental and Resource Economics Review Volume 33, Number 2, June 2024: pp. 113~133 DOI: https://doi.org/10.15266/KEREA.2024.33.2.113•114• Demand Shifting or Ancillary Service?: Optimal Allocation of Storage Resource to Maximize the Efficiency of Power Supply † Wooyoung Jeon* ABSTRACT : Variable renewable energy (VRE) such as solar and wind power is the main sources of achieving carbon net zero, but it undermines the stability of power supply due to high variability and uncertainty. Energy storage system (ESS) can not only reduce the curtailment of VRE by load shifting but also contribute to stable power system operation by providing ancillary services. This study analyzes how the allocation of ESS resources between load shifting and ancillary service can contribute to maximizing the efficiency of power supply in a situation where the problems caused by VRE are becoming more and more serious. A stochastic power system optimization model that can realistically simulate the variability and uncertainty of VRE was applied. The analysis time point was set to 2023 and 2036, and the optimal resource allocation strategy and benefits of ESS by varying VRE penetration levels were analyzed. The analysis results can be largely summarized into the following three. First, ESS provides excellent functions for both load shifting and ancillary service, and it was confirmed that the higher the reserve price, the more limited the load shifting and focused on providing reserve. Second, the curtailment of VRE can be a effective substitute for the required reserve, and the higher the reserve price level, the higher the curtailment of VRE and the lower the required amount of reserve. Third, if a reasonable reserve offer price reflecting the opportunity cost is applied, ESS can secure economic feasibility in the near future, and the higher the proportion of VRE, the greater the economic feasibility of ESS. This study suggests that cost-effective low-carbon transition in the power system is possible when the price signal is correctly designed so that power supply resources can be efficiently utilized. Keywords : Operating reserve demand curve, Energy storage, Load shifting, Ancillary service, Reserve price, Variable renewable energy, Curtailment Received: April 9, 2024. Revised: May 15, 2024. Accepted: May 22, 2024. † This work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Korea government (MSIT) (NRF-2021R1C1C1013195) *Associate Professor, Department of Economics, Chonnam National University, Sole author (e-mail: wyjeon@jnu.ac.kr)Demand Shifting or Ancillary Service?: 효율적 재생발전 수용을 위한 에너지저장장치 최적 자원 분배 연구 •115• Ⅰ. 서 론 2023년 12월에 열린 제 28차 UN 기후변화협약 당사국총회 (COP28)에서 2022년 재 생발전 보급용량의 3배수준을 2030년까지 보급하기로 한국을 포함한 100개 이상의 회 원국들이 서약하였다(UNFCCC, 2023). 이는 과거 2010년 이후 재생발전 용량 3배 증가 에 12년이 걸렸던 것을 8년으로 단축시키겠다는 목표이다. 태양광과 풍력을 중심으로 한 주요 재생발전원들의 에너지 균등화비용(levelized cost of electricity, LCOE)이 많은 국가에서 탄소비용을 반영한 석탄발전과 LNG발전보다 저렴해지면서 보급이 가속화될 수 있는 여건이 마련되었다. 한국은 재생발전이 그리드 패리티(Grid Parity)에 아직 도달 하지 못한 소수의 국가 중 하나이지만 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)와 도입이 예 정되어있는 경매제도 등을 기반으로 2022년 대비 2030년까지 약 2.4배의 재생발전 보급 목표가 제시되어 있어 세계기준에 크게 뒤처지지 않는 보급속도를 계획하고 있다 (산업 통상자원부, 2022). 10차 전력수급기본계획에 따르면 우리나라는 2036년 기준 108.3GW의 재생에너지 중 태양광과 풍력이 99.7GW로 대부분의 재생에너지가 급전지시가 불가능하고 예측이 힘든 변동성 재생에너지(variable renewable energy, VRE)로 구성되어 있다 (산업통상 자원부, 2022). 전력시스템에서 태양광과 풍력과 같은 VRE가 증가할 경우 재생발전의 갑작스러운 출력변화가 발생하더라도 안정적인 전력공급을 할 수 있도록 일정 수준의 예비력자원을 확보해야 한다. 2036년 전통발전원인 원자력, 석탄, LNG의 용량이 123.4GW인 것을 고려하면 99.7GW의 VRE 규모는 전력시스템 전체의 안정성에 크게 영향을 미칠 수 있는 수준이며 이러한 영향이 체계적으로 반영된 합리적인 필요예비력 기준이 설정되어야 한다. 2020년 도입된 현행 예비력 기준은 본격적인 재생발전 보급 이 전에 수립된 것으로 재생발전의 변동성을 일부 고려하고 있지만 대부분 수요 불확실성 과 원자력, 화력발전, 송전망과 같은 전통자원의 고장상황을 기준으로 예비력 기준이 설 정되어 있다. VRE 확대로 인한 예비력 운영에 있어서 중요한 두 가지 요소는 적정 필요예비력 규모 산정과 산출된 규모의 예비력 자원 확보이다. 필요예비력 규모 산정을 논함에 앞서 예비 력의 재화적 특성을 이해할 필요가 있다. 예비력은 시장에서 자유로운 경쟁과 입찰로 효Next >