[논문]CO2 배출량 제약과 배출권거래제를 고려한 설비계획 방법론에 관한 연구

김양일; 이승현; 한석만; 정구형; 김발호

CO2 배출량 제약과 배출권거래제를 고려한 설비계획 방법론에 관한 연구
A study on development of generation expansion planning considering CO2 emission constraints and Emission Trading 원문보기

김양일 (홍익대학교) , 이승현 (홍익대학교) , 한석만 (홍익대학교) , 정구형 (홍익대학교) , 김발호 (홍익대학교)

WASP which is used to plan generation expansion has disadvantages that can't manage environmental factors and regional supply-demand planning. But with the effectuation of the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) and Kyoto Protocol, it is expected that reducing greenhouse gases affects power system in its long-term generation expansion planning. Therefore national countermeasures is needed. This paper formulates a mathematical model considering CO2 emission constraints and Emission Trading that will be enforced. This model is based on the ORIRES which was made by ESI, Russia and manages generation expansion planning. And this mathematical model is verified by studying a case system.

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문제 정의

본 논문에서는 기존에 설비계획에 이용된 모형들을 살펴보고 설비계획 시 환경 문제를 고려하여 본 논문에서 제안한 전원개발 시 이를 반영할 수 있는 수리적 모형과 비교해 본 후 사례 연구를 통해 제안된 모형의 결과를 살펴보고자 한다.

가설 설정

여기서, 배출권 거래 가격은 $10/tC로 가정하였으며 위 계통에서 거래된 배출권 총량은 7,900,679tC이다.

제안 방법

방법론을 적용하였다. 단, 수력과 양수발전은 본 사례 계통에서 제외하였으며 시스템 전체의 CO₂ 배출량 제약과 배출권 거래제를 적용하였다. L(MW)은 목표연도의 연중 최대 부하이며, G(MW)는 현재 보유한 발전설비용량, T(MW)는 현재 보유한 송전설비용량을 각 각 나타낸다.
본 논문에서 제시한 설비계휙 모형은 기본적으로 ORIRES 모형을 바탕으로 CO2 배출량 제약조건과 배출권 제약조건을 포함한다. 단, 배출권 제약조건은 배출권을 구입함으로써 구입한 양만큼의 CO₂를 추가로 배출할 수 있으며 배출권을 구입하는 비용은 목적함수에 포함된다.

이론/모형

다음과 같은 사례 계통에 ORIRES 모형을 이용한 설비계획 방법론을 적용하였다. 단, 수력과 양수발전은 본 사례 계통에서 제외하였으며 시스템 전체의 CO₂ 배출량 제약과 배출권 거래제를 적용하였다.

성능/효과

가장 큰 특징은 특정 목표연도에서의 최적 설비수준을 도출하는 정적 선형계획모형으로 계통 내 모든 모선의 계절별 근무일 맟 비근무일의 24시간에 대한 부하를 적용하며 부하수요를 충족시키기 위해 신규 발전설비를 증설할 뿐만 아니라 인접 지역의 잉여 용량을 이용할 수 있다. 따라서 시간대별 부하를 처리할 수 있으며 지역별 신규 설비증설 도출이 가능하며 다른 모형에 비해 상대적으로 적은 입력자료를 이용하며 다양한 제약조건의 처리가 가능하고 계산 결과에 대한 추가적인 검중작업을 최소화 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 증설되는 신규설비를 연도별로 도출할 수 없는 단점이 있다.
본 논문의 설비계획에 이용할 ORIRES 모형은 러시아의 ESI의해 개발되었으며 동북아 지역의 전력계통 연계계획 수립과 관련된 연구에 많이 이용되었다. 가장 큰 특징은 특정 목표연도에서의 최적 설비수준을 도출하는 정적 선형계획모형으로 계통 내 모든 모선의 계절별 근무일 맟 비근무일의 24시간에 대한 부하를 적용하며 부하수요를 충족시키기 위해 신규 발전설비를 증설할 뿐만 아니라 인접 지역의 잉여 용량을 이용할 수 있다.

후속연구

향후 배출권 시장의 도입은 그 근본 취지에 맞게 온실가스 감축 의무 이행 시 유동성을 제공할 것으로 예상된다. 온실가스 감축 의무는 전원 구성에 큰 영향을 미치어 온실가스 배출이 적은 원자력 발전과 LNG 발전의 용량 확대룔 가져온다.

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