[논문]포트폴리오 이론을 적용한 효율향상 프로그램의 적정 투자계획 수립방안

이우남

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문제 정의

하지만 국내 수요관리 평가는 캘리포니아 테스트를 바탕으로 하여 당해 연도 사업계획 및 실적에 대한 경제성평가위주로 진행되고 있으며, 각 프로그램간의 우선순위 설정 및 적정 투자예산 배분을 위한 포트폴리오구성에 여러가지 한계점을 내포하고 있다. 따라서, 본 글에서는 평균-분산 기반의 포트폴리오 이론을 적용한 효율향상 프로그램의 적정 투자계획 수립방안을 제시함으로써, 프로그램 시행실적의 변동성과 같은 위험요소를 감안한 투자론적 관점에서의 접근방식을 제안하고자 한다.
지금까지 우리나라의 효율향상 프로그램에 대한 투자 계획은 프로그램 시행자의 직관적인 판단 또는 정부의 주요 정책기조에 따라 진행되어 왔으며, 국가적 편익 최대화 관점, 예산투입에 따른 에너지절감 리스크 최소화 관점에서의 투자계획 수립은 미흡한 것이 사실이다. 따라서, 본 기고에서는 투자론적 관점에서 포트폴리오 이론을 적용한 효율향상 프로그램의 합리적인 투자계획 수립 방법론을 제안하고자 하였다. 하지만 현재의 수요관리 시행체계 하에서 향후 좀 더 신뢰성 있고 실현가능한 투자계획 도출을 위해서는 먼저 프로그램의 시행효과에 대한 신뢰성이 확보되어야 한다.
수요관리의 주요 수단 중의 하나인 부하관리의 경우 에너지소비자가 에너지요금이나 인센티브에 반응하여 자신의 수요패턴을 조정함으로써 계통최대부하시간대의 에너지수요 경감 또는 부하이동을 통해 계통운영의 안정성 및 신뢰도를 향상시키는 것을 목적으로 한다. 반면 효율향상의 경우 에너지소비자가 에너지소비효율이 높은 기기 또는 시스템의 도입을 유도함으로써, 기존기기 대비 동일한 효용을 제공하면서 에너지소비자의 전반적인 에너지사용량 절감을 도모하는데 그 목적이 있다. 따라서, 효율향상은 국가 에너지소비 완화 차원에서 주요수단으로 활용될 수 있는 가치를 제공해주게 된다.
수요관리의 주요 수단 중의 하나인 부하관리의 경우 에너지소비자가 에너지요금이나 인센티브에 반응하여 자신의 수요패턴을 조정함으로써 계통최대부하시간대의 에너지수요 경감 또는 부하이동을 통해 계통운영의 안정성 및 신뢰도를 향상시키는 것을 목적으로 한다. 반면 효율향상의 경우 에너지소비자가 에너지소비효율이 높은 기기 또는 시스템의 도입을 유도함으로써, 기존기기 대비 동일한 효용을 제공하면서 에너지소비자의 전반적인 에너지사용량 절감을 도모하는데 그 목적이 있다.

제안 방법

다음으로 계획년도의 기대절감량 및 위험을 계산하기 위해, 각 프로그램별 과거 연도별 실적 및 투입비용을 토대로 산출된 단위 예산투입당 에너지절감량[kWh/원]을 바탕으로 계획년도의 기대절감량 및 위험의 추정이 이루어지게 되며, 이때, 일반적으로 차기년도의 에너지절감편익은 최근 실적의 영향을 많이 받는 것을 전제한 가중이동평균법을 적용하여 기대절감량 및 위험을 산출하게 된다.
다음으로 포트폴리오 최적화의 경우 일반적으로 활용되는 최적화 기법을 통해 산출이 이루어지게 되며, 효율적 투자선을 도출하기 위하여 먼저 최소 위험수준과 최대 위험수준을 최적화를 통해 도출한 후, 이 두 위험수준 사이의 모든 위험수준에서 기대절감량을 최대화하는 포트폴리오에 대하여 반복계산을 통해 도출하게 되며, 그 결과는 다음 그림과 같다.
일반적으로 여러가지 종류의 자산을 결합하여 포트폴리오를 구성하는 가장 중요한 목적은 분산투자(Diversification)에 의해 투자위험을 감소시키는 데 있다. 투자자들은 포트폴리오 분석을 통해 원하는 수준의 기대수익률에 대하여 위험을 최소화시키거나, 혹은 투자자들이 부담하고자 하는 위험수준에서 가장 높은 기대수익률을 실현해 주는 효율적 포트폴리오(Efficient Portfolio)를 선택하고자 할 것이다. 따라서, 포트폴리오 선택이론(Portfolio Selection Theory)이란 수많은 효율적 포트폴리오 중에서 개별투자자의 위험 수준에 적합한 최적의 포트폴리오를 선택하는 방법론을 제시해 주는 것이다.

대상 데이터

본 기고에서는 사례연구를 위한 기초자료로서 2005년에서 2009년까지의 5년 동안의 효율향상 프로그램별 실적을 바탕으로 간단한 사례연구를 진행하였다[7].

성능/효과

2% 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 고효율 안정기, 메탈할라이드 프로그램을 제외한 나머지 프로그램들의 비중은 감소하는 것으로 나타났으며, 상대적으로 타 프로그램에 비해 변동성이 큰 고효율인버터 프로그램의 경우 그 감소폭이 제일 큰 것으로 나타났다. 다음으로 기대절감량 최대화 관점에서 포트폴리오 최적화 결과, 현재 리스크와 동일한 조건에서 기대절감량이 108.
또한 각 프로그램별 분산은 LED 프로그램의 변동성이 가장 작고, 고효율변압기 프로그램의 변동성이 가장 큰 것으로 나타났다. 그리고 고효율인버터 프로그램의 경우 기대 절감량이 큰 반면 최근 5년간의 에너지절감의 변동성은타 프로그램에 비해 상당히 큰 것으로 나타났다.
그리고 고효율 안정기, 메탈할라이드 프로그램을 제외한 나머지 프로그램들의 비중은 감소하는 것으로 나타났으며, 상대적으로 타 프로그램에 비해 변동성이 큰 고효율인버터 프로그램의 경우 그 감소폭이 제일 큰 것으로 나타났다. 다음으로 기대절감량 최대화 관점에서 포트폴리오 최적화 결과, 현재 리스크와 동일한 조건에서 기대절감량이 108.36에서 155.51로 42.5% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 고효율 안정기, 고효율 인버터 프로그램을 제외한 나머지 프로그램들의 예산비중은 0%로 나타났다.
분산-공분산 행렬 도출결과 고효율안정기-메탈할라이드, 메탈할라이드-고효율변압기, LED-고효율인버터 프로그램간의 경우를 제외한 나머지의 경우에서 프로그램 간에 음(-)의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 또한 각 프로그램별 분산은 LED 프로그램의 변동성이 가장 작고, 고효율변압기 프로그램의 변동성이 가장 큰 것으로 나타났다. 그리고 고효율인버터 프로그램의 경우 기대 절감량이 큰 반면 최근 5년간의 에너지절감의 변동성은타 프로그램에 비해 상당히 큰 것으로 나타났다.
5% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 고효율 안정기, 고효율 인버터 프로그램을 제외한 나머지 프로그램들의 예산비중은 0%로 나타났다. 이는 현재기준에서 기대절감량을 최대화하기 위해서는 기대 절감량이 타 프로그램에 비해 상대적으로 큰 고효율안정기 프로그램과 고효율 인버터프로그램위주로 진행되어야 한다는 것을 의미한다.
분산-공분산 행렬 도출결과 고효율안정기-메탈할라이드, 메탈할라이드-고효율변압기, LED-고효율인버터 프로그램간의 경우를 제외한 나머지의 경우에서 프로그램 간에 음(-)의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 또한 각 프로그램별 분산은 LED 프로그램의 변동성이 가장 작고, 고효율변압기 프로그램의 변동성이 가장 큰 것으로 나타났다.
현재 효율향상 프로그램 포트폴리오를 기준으로 산출한 리스크 최소화 관점에서 포트폴리오 최적화 결과 기대절감량이 동일한 조건에서 리스크가 17.36에서 9.34로 약 46.2% 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 고효율 안정기, 메탈할라이드 프로그램을 제외한 나머지 프로그램들의 비중은 감소하는 것으로 나타났으며, 상대적으로 타 프로그램에 비해 변동성이 큰 고효율인버터 프로그램의 경우 그 감소폭이 제일 큰 것으로 나타났다.

후속연구

효율향상 프로그램에 대한 계획수립에 있어 가장 기본적인 고려사항 중의 하나는 현재 각 프로그램의 구성비(Mix) 또는 전체 프로그램 포트폴리오가 최적의 조합으로 구성되어 있는가에 대한 것이다. 따라서, 적정 포트폴리오의 구성을 위해 연도별 각 프로그램의 시행효과에 대한 추이를 분석하고 이를 바탕으로 향후 프로그램 시행효과의 변동성을 최소화하거나 기대효과를 최대화하는 포트폴리오를 구성할 필요가 있다. 이를 위해서는, 효율향상 프로그램별 고효율기기의 수명을 고려하여 균등화된(Levelized) 에너지절감비용을 산출하여 단위 에너지를 절감하기위해 소요되는 비용을 계산하고, 포트폴리오 이론을 적용하기 위해 이의 역수인 단위 예산투입당 절감에너지의 형태로 변환이 필요하다.
따라서, 통계학적 방법론에 기반한 M&V 체계를 확립하여 부문별, 용도별로 대표성 및 신뢰성을 갖는 에너지절감 데이터를 지속적으로 확보하고 갱신해 나간다면, 좀 더 합리적이고 달성가능한 효율향상 프로 그램 계획수립이 이루어 질 수 있을 것이다.
따라서, 통계학적 방법론에 기반한 M&V 체계를 확립하여 부문별, 용도별로 대표성 및 신뢰성을 갖는 에너지절감 데이터를 지속적으로 확보하고 갱신해 나간다면, 좀 더 합리적이고 달성가능한 효율향상 프로 그램 계획수립이 이루어 질 수 있을 것이다. 또한, 현재 고효율기기 및 기타 고효율인증대상기기에 대한 시장조사를 바탕으로 한 고효율기기 보급의 기술적, 경제적, 그리고 달성가능 잠재량에 대한 연구가 지속적으로 이루어질 필요가 있으며, 이를 통해 향후 프로그램의 지속여부 및 신규프로그램의 도입, 그리고 최대 투자규모의 제약에 따른 포트폴리오 조정과 관련한 합리적 의사결정이 이루어질 수 있을 것이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

수요관리 수단 중 부하관리는 무엇을 목적으로 하는가?

수요관리의 주요 수단 중의 하나인 부하관리의 경우 에너지소비자가 에너지요금이나 인센티브에 반응하여 자신의 수요패턴을 조정함으로써 계통최대부하시간대의 에너지수요 경감 또는 부하이동을 통해 계통운영의 안정성 및 신뢰도를 향상시키는 것을 목적으로 한다. 반면 효율향상의 경우 에너지소비자가 에너지소비효율이 높은 기기 또는 시스템의 도입을 유도함으로써, 기존기기 대비 동일한 효용을 제공하면서 에너지소비자의 전반적인 에너지사용량 절감을 도모하는데 그 목적이 있다.

프로그램 계획수립을 위해 M&V 체계를 확립해서 데이터를 갱신해야 하는 이유는 무엇인가?

하지만 현재의 수요관리 시행체계 하에서 향후 좀 더 신뢰성 있고 실현가능한 투자계획 도출을 위해서는 먼저 프로그램의 시행효과에 대한 신뢰성이 확보되어야 한다. 우리나라의 경우 효율향상 프로그램 시행에 따른 성과의 측정 및 검증(Measurement ＆ Verification)체계가 확립되어있지 않음에 따라 고효율기기별 표준절감량 및 실태조사를 근거로 에너지절감량 및 피크억제량을 산출하고 있는 실정이다. 이는 동일한 고효율기기를 사용하더라도 부문별, 용도별로 기기 사용행태가 상이한 수용가의 특성을 반영하는데 한계가 있으며 그 결과 도출에 있어 상당한 불확실성을 내포할 수밖에 없다. 따라서, 통계학적 방법론에 기반한 M&V 체계를 확립하여 부문별, 용도별로 대표성 및 신뢰성을 갖는 에너지절감 데이터를 지속적으로 확보하고 갱신해 나간다면, 좀 더 합리적이고 달성가능한 효율향상 프로 그램 계획수립이 이루어 질 수 있을 것이다.

에너지효율향상의무화제도가 주요 선진국에서 이루어진 계기는?

이러한 효율향상이 국가 에너지절감을 위한 주요 대응 수단이라는 인식과 효율향상 자원이 갖는 비용효과 성을 바탕으로 미국을 비롯한 유럽의 주요 선진국에서는 에너지공급자에게 효율향상을 통한 에너지절감을 의무화 하는 에너지효율향상의무화제도(Energy Efficiency Resource Standard, EERS)를 도입하여 추진중에 있다. EERS 제도 하에서 각 에너지공급자는 다양한 효율향상 프로그램을 통해 연도별 또는 단계별 의무절감목표량을 달성해야 한다.

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