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문제 정의
- 프로그램관리자(또는 유틸리티) 비용 테스트(Program Administrator(Utility) Cost Test : PAC or UC-test) : 유틸리티 비용 테스트(UC-test)는 프로그램을 수행하는데 소요되는 유틸리티의 총비용에서의 변화를 측정하는 것이다. 따라서 이 테스트는 유틸리티의 총비용 측면에서 프로그램을 평가하는 것이다.
- 따라서 현재 사용하는 전기 에너지를 가스에너지로 대체할 경우 국가적 관점의 이익과 소비자 관점에서의 이익을 분석할 필요가 있다. 본 논문에 서는 전기냉방기기인 축냉식 냉방기와 Electric Heat Pump (EHP)를 가스냉방기기로 대체할 때의 비용효과와 이해주체별 편익을 캘리포니아 표준테스트 방법을 사용하여 분석하 고, 각종 시나리오별 민감도를 산출하여 제시하였다. 본 연구결과의 편익비용분석으로 가스냉방기기의 적정 보조금 지원 수준을 결정할 수 있다.
가설 설정
- 2(원/kWh) 를 사용하였다[4]. 기타 입력 자료로는 기기수명인 GHP 15 년, 흡수식 15년과 축냉방 냉방설비는 부분축열로 가정하여 축열률 45%를 적용하였다.
제안 방법
- 한편 1차에너지 관점에서 발전효율과 COP를 모두 고려 하였을 때의 전기냉방과 가스냉방과의 에너지측면에서의 비용차이를 분석하였다. 16RT급을 예시로 동일한 냉방용량을 기준으로 하여 연간 냉방시 필요한 가스소모량을 추적하여 비교하는 방법을 사용하였다. GHP의 가스소모량은 연간 가스소모량 105.
- 가스냉방기기를 통하여 전기냉방기기를 대체 할 때의 캘리포니아 표준테스트를 사용한 편익비용분석을 하기 위한 가스냉방기기의 비교대상기준은 표 1에서 나타낸 것과 같으며 분석에 사용하는 기기들의 표준 사용환경조건 및 가격 등을 조사를 통해 얻어 이를 기초 입력 자료로 활용하였다. 가스냉방기기의 경우 가스냉방으로부터 생기는 회피비용이 전력회사에 크게 발생하기 때문에 전력회사와 가스회사가 모두 관련된다.
- 가스냉방기기를 통한 하계 냉방 전력수요의 대체를 위하여 전기냉방기기를 가스냉방기기로 대체 할 때의 이해주체별 편익비용 효과를 캘리포니아 표준테스트를 통하여 분석 하였다. 전기냉방기기를 가스냉방기기로 대체 할 때의 편익 비용 효과를 분석하기 위해여 대상 가스 냉방기기로 GHP와 흡수식 냉온수기를 선정하였으며 비교 대상 냉방기기로 EHP, 터보냉동기, 축냉식 냉방기기를 선정하여 냉방기기의 용량별로 참여자와 유틸리티, 국가적 관점에서의 편익비용효과를 분석하였다.
- 냉방기기의 에너지 이전을 통한 편익비용분석을 위해서는 가스냉방기기가 전기냉방기기를 대체하는 경우 전력사용량 감소분을 계산하여 전력사용량 감소분에 따른 비용편익 효과를 도출하여야 한다. 가스에너지를 사용하는 냉방기기와 전기에너지를 사용하는 냉방기기는 소비하는 에너지가 다르기 때문에 냉방기기의 성능계수(Coefficient of Performance, COP)를 사용하여 냉방기기 대체에 따른 전력사용량 감소분을 계산하였다.
- COP의 변동은 기기 설치비용과 연관이 있으며 그 기준이 모호하므로본 분석에서는 생략한다. 따라서 분석에서는 전기요금과 가스요금의 인상에 대한 민감도를 GHP의 대표용량인 16RT급에 대해서, 흡수식에서는 EHP를 비교대상으로 하는 200RT 급에 대해서만 분석한다. 요금 변동에 대한 적정 보조금 민감도는 P-test의 편익/비용 비율이 1이 되도록 하는 등식을 이용하는 방법과 적정 회수기간(4년이내)의 등식을 이용하는 방법이 있다.
- 하지만 가스 저장설비의 경우 동계에 다시 가스수요를 재창출하며 그 수치가 발전설비 회피비용에 비해 약 2%수준에 지나지 않아 이 효과는 여기에서는 무시한다. 따라서본 논문에서는 편익-비용 효과 분석 시 관련 유틸리티를 전력회사의 관점만 보는 경우로 한정하여 분석한다.
- 전기냉방기기를 가스냉방기기로 대체 할 때의 편익 비용 효과를 분석하기 위해여 대상 가스 냉방기기로 GHP와 흡수식 냉온수기를 선정하였으며 비교 대상 냉방기기로 EHP, 터보냉동기, 축냉식 냉방기기를 선정하여 냉방기기의 용량별로 참여자와 유틸리티, 국가적 관점에서의 편익비용효과를 분석하였다. 또한 대상 가스냉방기기와 비교대상 전기냉방기기의 보급 및 기술현황을 기반으로 조사 자료를 정리하여 입력자료로 활용하였다. 참여자 관점에서 편익비용 비율과 회수기간을 고려한 적정한 지원 수준을 제시하였으며 그 결과 현재의 200,000원/RT의 지원수준에서는 소비자의 편익이 발생하지 못하고 회수기간도 매우 긴 것으로 나타나, 이를 대폭 인상하여야 하는 것으로 나타났다.
- 본 논문에 서는 전기냉방기기인 축냉식 냉방기와 Electric Heat Pump (EHP)를 가스냉방기기로 대체할 때의 비용효과와 이해주체별 편익을 캘리포니아 표준테스트 방법을 사용하여 분석하 고, 각종 시나리오별 민감도를 산출하여 제시하였다. 본 연구결과의 편익비용분석으로 가스냉방기기의 적정 보조금 지원 수준을 결정할 수 있다.
- 유틸리티 관점에서의 편익비용 효과와 국가적 관점에서의 편익 비용 효과는 지원 대상 냉방설비에 따라 구분하여 분석하여 16RT급 GHP를 보급하는 경우와 200RT급 흡수식 냉온수기를 보급하는 경우로 구분하여 분석하였다.
- 유틸리티의 총수입의 변화와 프로그램을 제공함으로 인해 유틸리티에 발생하는 총비용의 차이를 측정한다.
- 할인 경제성 평가기준 (Discounted Criteria)은 화폐의 시간가치 및 현금흐름을 고려하는 경제성 평가기준으로 순현재가치(Net Present Value : NPV), 현재가치 비율(Present Value Ratio : PVR), 등가 연간가치(Equivalent Annual Value : EAV), 편익-비용 비율(Benefit-Cost Ratio : BCR), 내부수익률(Rate of Return : ROR)등이 있다[1]. 이러한 평가기준을 통하여 프로그램의 비용효과를 분석할 수 있으며 본 논문에서는 순현재가치와 편익-비용 비율을 사용하여 경제성 평가를 분석한다. 순현 재가치(NPV)란 프로그램 편익의 현재가치로 할인된 값에서 프로그램 비용의 현재가치로 할인된 값을 뺀 것을 말하고, 순현재가치가 0이상이면 프로그램이 비용효과적이라 한다.
- 가스냉방기기를 통한 하계 냉방 전력수요의 대체를 위하여 전기냉방기기를 가스냉방기기로 대체 할 때의 이해주체별 편익비용 효과를 캘리포니아 표준테스트를 통하여 분석 하였다. 전기냉방기기를 가스냉방기기로 대체 할 때의 편익 비용 효과를 분석하기 위해여 대상 가스 냉방기기로 GHP와 흡수식 냉온수기를 선정하였으며 비교 대상 냉방기기로 EHP, 터보냉동기, 축냉식 냉방기기를 선정하여 냉방기기의 용량별로 참여자와 유틸리티, 국가적 관점에서의 편익비용효과를 분석하였다. 또한 대상 가스냉방기기와 비교대상 전기냉방기기의 보급 및 기술현황을 기반으로 조사 자료를 정리하여 입력자료로 활용하였다.
- 전기냉방기기의 가스냉방기기 대체에 따른 비용효과와 이해주체별 편익 분석을 위해서 국내외 냉방기기의 평균 COP 를 기기별 카다로그를 기준으로 조사 및 정리하여 비교, 분석하였다[1].
- 한편 1차에너지 관점에서 발전효율과 COP를 모두 고려 하였을 때의 전기냉방과 가스냉방과의 에너지측면에서의 비용차이를 분석하였다. 16RT급을 예시로 동일한 냉방용량을 기준으로 하여 연간 냉방시 필요한 가스소모량을 추적하여 비교하는 방법을 사용하였다.
대상 데이터
- 편익비용 분석을 위한 입력자료 중 가스요금의 경우 도시 가스 냉방용 소매요금 자료를 참조하였다. 가스냉방의 에너 지원인 냉방용 도시가스 요금의 경우 지역별로 차이가 있으나 대부분의 가스냉방이 수도권에 집중적으로 설치되어 운영되므로 서울특별시, 경기도, 인천광역시의 지역별 냉방용 가스요금을 평균하여 적용한 냉방용 도시가스 평균요금인 445.2(원/Nm3)을 사용하였다. 또한 입력자료 중 전기요금의 경우 일반용 평균 전기요금 98.
- 앞서 언급한 것과 같이 분석 대상 가스냉방 설비는 GHP 와 흡수식 냉온수기 2종류로 구분한다. 분석에 사용할 냉방 설비는 단위용량에 따라 구분하며 그 결과는 표 1에 나타내 었다.
- 3을 기준으로 분석하였으며 비교대상 냉방기기는 EHP이다. 전기요금절감에는 기본요금절감액(평균기본요금 5,580원/kW적용)도 포함되 었으며, 이는 냉방시 3개월간을 대상으로 하였으며, 절감전 력에 기본요금을 곱하여 사용하였다.
- 편익비용 분석을 위한 입력자료 중 가스요금의 경우 도시 가스 냉방용 소매요금 자료를 참조하였다. 가스냉방의 에너 지원인 냉방용 도시가스 요금의 경우 지역별로 차이가 있으나 대부분의 가스냉방이 수도권에 집중적으로 설치되어 운영되므로 서울특별시, 경기도, 인천광역시의 지역별 냉방용 가스요금을 평균하여 적용한 냉방용 도시가스 평균요금인 445.
성능/효과
- 즉, GHP 16RT를 1대 설치하여 전기냉방기(EHP)와의 투자비 차액 8,672,000원을 소비하면, 국가적으로는 이의 4.74배인 41,113천원의 편익이 발생하며, 전력회사는 GHP 16RT를 1대 지원(3,200,000원)하면 이의 12.85배인 41,113천원의 편익이 발생하는 것으로 나타났다.
- 또한 전기요금이 1원/kWh 인상될 때는 -1,434원/kWh의 보조금 인상요인(즉 인하)이 발생하는 것으로 나타났다. 200RT 흡수식 냉온수기 에서는 가스요금이 1원/7Nm3 인상될 때의 보조금 변동분은 계산결과 약 440원/RT의 보조금 인상요인이 발생하는 것으로 나타났다. 또한 전기요금이 1원/kWh 인상될 때는 -1,796원/kWh의 보조금 인상요인(즉 인하)이 발생하는 것으로 나타났다.
- 결과를 보면 평균적으로 약 500,000원/RT 수준까지 보조금을 인상 하여야 하는 것으로 나타났다. 200RT급 흡수식 냉온수기를 기준으로 보면, 기존의 터보냉동기에 비해서는 비용효과면에서 유리하나 최근 폭발적으로 보급이 확대되고 있는 EHP에 비해서는 현재의 평균 26,000원/RT의 지원수준에서는 소비 자의 편익이 발생하지 못하고 회수기간도 매우 긴 것으로 나타나, 이를 대폭 인상하여야 하는 것으로 나타났다. 결과를 보면 평균적으로 약 290,000원/RT수준까지 보조금을 인상하여야 하는 것으로 나타났다.
- GHP와 흡수식 냉방기기에 대해 제시된 지원금 수준인 500,000원/RT와 290,000원/RT일 때 유틸리티와 국가적 관점 에서 편익비용 효과를 분석하면 표 10에 제시한 것과 같이 16RT GHP의 보급을 지원하는 경우 유틸리티(특히 전력회 사)는 1대 보급을 하기 위해 단위 금액 지원 시 5.14원의 편익이 발생하는 것으로 나타났다. 즉, GHP 16RT를 1대 설치 하도록 8,000,000원을 지원하면 이의 5.
- 200RT급 흡수식 냉온수기를 기준으로 보면, 기존의 터보냉동기에 비해서는 비용효과면에서 유리하나 최근 폭발적으로 보급이 확대되고 있는 EHP에 비해서는 현재의 평균 26,000원/RT의 지원수준에서는 소비 자의 편익이 발생하지 못하고 회수기간도 매우 긴 것으로 나타나, 이를 대폭 인상하여야 하는 것으로 나타났다. 결과를 보면 평균적으로 약 290,000원/RT수준까지 보조금을 인상하여야 하는 것으로 나타났다.
- 참여자 관점에서 편익비용 비율과 회수기간을 고려한 적정한 지원 수준을 제시하였으며 그 결과 현재의 200,000원/RT의 지원수준에서는 소비자의 편익이 발생하지 못하고 회수기간도 매우 긴 것으로 나타나, 이를 대폭 인상하여야 하는 것으로 나타났다. 결과를 보면 평균적으로 약 500,000원/RT 수준까지 보조금을 인상 하여야 하는 것으로 나타났다. 200RT급 흡수식 냉온수기를 기준으로 보면, 기존의 터보냉동기에 비해서는 비용효과면에서 유리하나 최근 폭발적으로 보급이 확대되고 있는 EHP에 비해서는 현재의 평균 26,000원/RT의 지원수준에서는 소비 자의 편익이 발생하지 못하고 회수기간도 매우 긴 것으로 나타나, 이를 대폭 인상하여야 하는 것으로 나타났다.
- 냉방기기의 성능계수인 COP는 클수록 냉방 효율이 좋다는 것을 의미한다. 냉방기기별 성능계수를 비교한 결과를 그림 1에 제시하였으며 국내 A사의 원심식(터보) 냉동기가 2.24로 가장 냉방 효율이 좋은 것으로 조사되었다. 국내 A 사와 B사의 전기히트펌프(EHP)의 평균 COP는 1.
- 이를 금액으로 환산하기 위해서 가스공사 홈페이지의 가스 적용원가 660원/7Nm3를 곱하면 연간 110,405원으로 추산되어 발전 설비회피비용인 연간 41,113,254원보다 훨씬 작음을알 수 있다. 따라서 가스냉방이 EHP에 비해 국가적으로 훨씬 유리한 기기로 나타났다.
- 84년이다. 따라서 분석환경이 보조금 290,000원/RT 및회수기간 3.84년, 가스요금 445.2원/7Nm3, 전기요금 98원 /kWh일 때, 가스요금이 1원/7Nm3 인상될 때의 보조금 변동 분은 계산결과 약 440원/RT의 보조금 인상요인이 발생하는 것으로 나타났다.전기요금이 1원/kWh 인상될 때는 -1,796원 /kWh의 보조금 인상요인(즉 인하)이 발생하는 것으로 나타 났다.
- 2010년 지원 수준인 GHP에 25억원, 흡수식에 9억원을 보조금으로 지원했다면, 유틸리티 관점에서나 국가적으로 총 1,181억원(GHP 321억+흡수식 860억)의 발전설비 회피효과가 발생하는 것으로 나타났다. 또한 GHP 16RT의 경우 1대당 14.67kW, 흡수식 200RT 1대당 174.83kW의 첨두수요억제 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 또한 전기 및 가스 요금 변화에 따른 보조금 변동 민감도를 분석한 결과 16RT GHP에서는 가스요금이 1원/7Nm3 인상될 때의 보조금 변동분은 계산결과 약 336원/RT의 보조금 인상요인이 발생하는 것으로 나타났다. 또한 전기요금이 1원/kWh 인상될 때는 -1,434원/kWh의 보조금 인상요인(즉 인하)이 발생하는 것으로 나타났다.
- 74원의 편익이 발생함을 알 수 있다. 또한 제시된 지원금 수준인 500,000원/RT에서 분석하여 보면, 유틸리티(특히 전력회사) 는 1대 보급을 하기 위해 단위 금액 지원시 5.14원의 편익이 발생하는 것으로 나타났다. 200RT 흡수식 냉온수기의 설치 지원을 위한 단위금액 지원시 95.
- 앞서 분석한 결과와 마찬가 지로 터보냉동기만 본다면 편익비용비율이 1이상으로 흡수식 냉온수기가 불리하지 않다. 또한 축냉식 설비의 경우 설치비의 차이가 매우 많이 발생하여 단일 기기로 비교할 경우 흡수식이 유리한 것으로 나타났다.
- 분석 환경이 보조금 500,000원/RT 및 회수기간 3.19년, 가스요금 445.2원/7Nm3, 전기요금 98원/kWh일 때, 가스요금이 1원/7Nm3 인상될 때의 보조금 변동분은 계산결과 약 336원/RT의 보조금 인상요인이 발생하는 것으로 나타났다. 또한 전기요금이 1원/kWh 인상될 때는 -1,434원/kWh의 보조금 인상요인(즉 인하)이 발생하는 것으로 나타났다.
- 5(Nm3/RT)에 16RT를 곱한 것이며, EHP의 대체 전력소모량은 식 (3)에서와 같이 계산 할 수 있다. 에너 지측면에서는 현재 발전효율을 39%로 가정한 결과 EHP가 COP가 3.7로 높아 조금 더 유리한 것으로 나타났다. 그러나 이를 연간가스사용량 차이로 보면 1,739,712(kcal)로, 이를 10,400으로 나누어 가스량으로 보면 연간 약 167Nm3이다.
- 유틸리티와 국가적 관점에서의 편익비용효과는 16RT GHP 설치 지원을 위한 단위금액 지원시 12.85원의 편익이 발생하며, 국가적으로도 1대 설치하는 투자비당 4.74원의 편익이 발생함을 알 수 있다. 또한 제시된 지원금 수준인 500,000원/RT에서 분석하여 보면, 유틸리티(특히 전력회사) 는 1대 보급을 하기 위해 단위 금액 지원시 5.
- 47원의 편익이 발생 함을 알 수 있다. 제시된 지원금 수준인 290,000원/RT에서 분석하여 보면, 유틸리티(특히 전력회사)는 1대 보급을 하기 위해 단위금액 지원시 8.56원의 편익이 발생하는 것으로 나타났다. 본 논문에서 제시된 가스냉방기기 보조금 지급 시나리오별 민감도는 정책적으로 가스냉방기기의 지원금 수준을 결정하는 중요 자료로 이용될 것이다.
- 47원의 편익이 발생함을 알수 있다. 즉, 흡수식 200RT를 1대 설치하여 전기냉방기 (EHP)와의 투자비 차액 66,510,000원을 소비하면, 국가적으 로는 이의 7.47배인 496,597천원의 편익이 발생하며, 전력회 사는 흡수식 200RT를 1대 지원(5,200,000원)하면 이의 95.5 배인 496,597천원의 편익이 발생하는 것으로 나타났다.
- 또한 대상 가스냉방기기와 비교대상 전기냉방기기의 보급 및 기술현황을 기반으로 조사 자료를 정리하여 입력자료로 활용하였다. 참여자 관점에서 편익비용 비율과 회수기간을 고려한 적정한 지원 수준을 제시하였으며 그 결과 현재의 200,000원/RT의 지원수준에서는 소비자의 편익이 발생하지 못하고 회수기간도 매우 긴 것으로 나타나, 이를 대폭 인상하여야 하는 것으로 나타났다. 결과를 보면 평균적으로 약 500,000원/RT 수준까지 보조금을 인상 하여야 하는 것으로 나타났다.
- 과거에는 터보냉동기가 주류를 이루었으나 현재는 대부분 EHP로 대체되고 있는 추세이다. 터보냉동기만 보면 편익비용비율이 1이상으로 흡수식 냉온수기가 불리하지 않으나, EHP의 경우 참여자 관점 에서의 편익비용 비율이 0.78로 불리하여 지원금의 상향이 필요한 것으로 분석되었다. 분석에 사용된 흡수식 냉방기기의 경우 COP는 1.
- 표 8에서 제시한 것과 같이 16RT GHP를 보급하는 경우 유틸리티(특히 전력회사)는 1대를 보급을 하기 위해 단위금 액을 지원 시 12.85원의 편익이 발생하며, 국가적으로도 1대 설치하는 투자비당 4.74원의 편익이 발생함을 알 수 있다. 즉, GHP 16RT를 1대 설치하여 전기냉방기(EHP)와의 투자비 차액 8,672,000원을 소비하면, 국가적으로는 이의 4.
후속연구
- 56원의 편익이 발생하는 것으로 나타났다. 본 논문에서 제시된 가스냉방기기 보조금 지급 시나리오별 민감도는 정책적으로 가스냉방기기의 지원금 수준을 결정하는 중요 자료로 이용될 것이다.
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