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문제 정의
- 특히, 배출권 거래시장이 도입되는 초기에 온실가스 감축에 대한 재무적 부담을 경감시키기 위해서 무상 할당되는 방식의 설계가 잘못될 경우 탄소시장에서의 시장지배력이 심화될 수 있다는 연구가 발표된 바 있다[2]. 따라서, 본 논문에서는 발전회사의 입찰전략에 따라 탄소 배출권 시장 및 전력시장의 가격이 상당한 영향을 받을 수 있는 불완전 경쟁시장을 가정하고, 발전회사의 입찰전략에 따라 배출권 시장과 전력시장이 어떻게 영향을 받는지를 분석하기 위하여 게임이론의 가장 대표적인 모델링 기법 중의 하나인 쿠르노이론을 기반으로 하는 모델링을 수행한 결과를 제시한다.
- 따라서, 본 논문에서는 불완전 경쟁시장에서의 시장참여자의 입찰전략을 분석하기 위하여 가장 널리 사용되는 게임이론의 하나인 쿠르노 모형을 전력시장과 배출권 거래시장에 적용하여 발전회사가 수익을 극대화하는 균형점을 구하였다. 제안된 모델을 간단한 형태의 전력시장에 적용하여 봄으로써 본 연구에서 제안된 모델을 어떻게 활용할 수 있는지를 제시하였다.
- 본 논문은 이러한 기존의 전력시장에 적용되어 온 쿠르노 모형을 발전회사가 탄소 배출권 시장과 전력시장에 모두 참여하여야 하는 경우에 확대 적용하는 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안된 모델은 2가지의 목적함수를 가지는 모델로 구성되어 있는데, 첫 번째 목적함수는 발전회사가 탄소 배출권 시장과 전력시장에서의 총 수익을 극대화하기 위하여 발전회사의 입찰전략을 의미하며, 두 번째 목적함수는 시장 운영자가 탄소 배출권 시장과 전력시장에서의 전체 사회적 후생을 극대화하기 위한 목적함수이다.
- 탄소 배출권 시장이 없는 상태에서 과점 형태의 전력시장에 대하여 쿠르노 기반의 모델링 기법을 적용하여 발전회사의 전략적 입찰을 분석한 연구는 다수의 사례가 존재한다[8]. 본 논문은 이러한 기존의 전력시장에 적용되어 온 쿠르노 모형을 발전회사가 탄소 배출권 시장과 전력시장에 모두 참여하여야 하는 경우에 확대 적용하는 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안된 모델은 2가지의 목적함수를 가지는 모델로 구성되어 있는데, 첫 번째 목적함수는 발전회사가 탄소 배출권 시장과 전력시장에서의 총 수익을 극대화하기 위하여 발전회사의 입찰전략을 의미하며, 두 번째 목적함수는 시장 운영자가 탄소 배출권 시장과 전력시장에서의 전체 사회적 후생을 극대화하기 위한 목적함수이다.
- 과점시장에서는 시장 참여자가 각자가 가지고 있는 시장지배력과 시장에서의 우월적 지위를 암묵적으로 이용하여 수익을 극대화하고자 하느 것이 자연스러운 현상이다. 이 논문의 주된 목적은 탄소 배출권 시장과 전력시장 양쪽에 모두 참여하여야 하는 발전회사들의 전략적 입찰을 모델링하고 그 결과를 이용하여 이러한 전략적 입찰이 양쪽 시장에 어떠한 영향을 미치는지를 분석하고자 한다.
가설 설정
- 다만, 신재생에너지의 경우는 탄소배출량이 이론적으로 0이므로 탄소감축목표량은 설정되지 않는 것으로 가정하였다. 이러한 신재생에너지가 존재하는 경우의 전력시장에 대한 모델링은 다음과 같다.
- 또한, 식(2)에 포함되어 있는 발전회사의 연간 발전비용은 다음과 같이 연간 발전량 qi의 2차식으로 표현할 수 있으며, 상수 ai 및 bi는 주어진다고 가정한다.
- 위의 식에 대한 해를 구하면 <표 4>에 나타낸 바와 같다. 이 때 mN 및 bN은 각각 1.0과 50으로 가정하였다. 표에 나타낸 바와 같이 각 발전회사들은 신재생에너지로부터 공급되는 추가적인 배출권으로 인하여 발전량이 소폭 증가하는 것을 알 수 있다.
- 일반적으로 전력 수요는 전기요금에 음의 가격탄력성을 가지므로 식(2)의 전기요금 PE와 전력수요 d사이에는 다음과 같이 선형의 관계가 있으며, 상수 mE와 bE는 주어진다고 가정한다.
- 전력시장 및 탄소배출권 시장의 가격은 각각 PE =-0.1d+100 및 PC =-0.2xt +25로 주어졌다고 가정하였다. 이러한 시스템에 식(12)∼식(14)를 적용한 결과는 다음과 같다.
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