초록 ▼

1. 연구의 필요성 및 목적

전 세계적으로 에너지 수요는 꾸준히 증가하여 2013년~2040년 사이 37% 증가할 것으로 전망된다(IEA, 2014). 한 지역의 산업과 경제가 발전하면서 에너지 사용량이 증가하는 것은 자연스러운 현상이나, 문제는 이에 따라 온실가스 배출량 또한 증가하게 된다는 점이다. 현재 각국은 기후변화 문제에 대응하기 위해 노력하고 있다. 이에 전통적인 에너지원에 비해 친환경적인 신재생에너지원이 주목 받고 있다. 신재생에너지는 온실가스 감축을 통한 기후변화 문제 대응, 화석 에너지 고갈의 대안, 산

1. 연구의 필요성 및 목적

전 세계적으로 에너지 수요는 꾸준히 증가하여 2013년~2040년 사이 37% 증가할 것으로 전망된다(IEA, 2014). 한 지역의 산업과 경제가 발전하면서 에너지 사용량이 증가하는 것은 자연스러운 현상이나, 문제는 이에 따라 온실가스 배출량 또한 증가하게 된다는 점이다. 현재 각국은 기후변화 문제에 대응하기 위해 노력하고 있다. 이에 전통적인 에너지원에 비해 친환경적인 신재생에너지원이 주목 받고 있다. 신재생에너지는 온실가스 감축을 통한 기후변화 문제 대응, 화석 에너지 고갈의 대안, 산업화를 통한 경제성장 동력 등 환경적, 경제적으로 긍정적인 효과를 불러올 잠재력을 지녔다. 세계 신재생에너지 공급은 꾸준히 증가해, 2013년 전 세계 신재생에너지 생산량은 약 18억 TOE에 달한다(IEA, 2015). 전력 부문(수력 포함)에서는 신재생에너지 용량이 2004년 대비 2013년 말까지 약 2배 증가하였으며 신규 건설되는 발전설비 중 신재생에너지 설비가 45%에 달하고 있다(IEA, 2015).
우리나라는 2012년 신재생에너지 공급의무화(Renewable Portfolio Standard, 이하 RPS) 제도 시행 이후 신재생에너지 공급인증서(Renewable Energy Certificate, 이하 REC) 가격의 추이가 중요 관심 대상이 되고 있다. REC 가격은 국민이 지불해야 할 전기요금과 관련되어 있어 향후 추이에 따라 국민의 부담 수준을 파악할 수 있다. 신재생에너지 프로젝트는 향후 REC 가격 전망에 따라 수익이 직결되어 성사 여부가 결정되므로 REC 가격이 중요한 의미를 가진다. 따라서 RPS 정책의 미래 불확실성을 해소하는 차원에서 REC 가격 전망에 대한 연구가 절실한 상황이다.
본 연구의 첫 번째 목적은 신재생에너지 공급인증서 가격 예측 모형을 개발하는 것이다. 즉, 국내 신재생에너지 RPS 시장의 특징을 분석하여 REC 가격 예측 방법론을 개발하고, 이를 태양광/비태양광 통합시장에 적용할 것이다. 본 연구의 두 번째 목적은 신재생에너지 공급인증서 가격 안정화 방안을 제언하는 것이다. 신재생에너지 공급인증서 가격의 변동성이 높을수록 정부와 신재생 의무공급자, 신재생 발전사업자의 위험성이 높아지므로 가격 안정화를 위한 정책 제언이 필요하다.

2. 내용 요약

REC 가격과 관련된 기존연구는 REC 가격 변동성의 요인을 분석한 연구와 REC의 향후 가격을 예측하는 연구로 분류될 수 있다. 하지만 REC 가격 예측 연구는 중요도에 비해 선행연구가 국내외적으로 활발히 이루어지지 않고 있었다. 따라서 본 연구는 REC 가격 전망 모형을 개발하고 한국의 REC 시장에 적용함으로써 국내 신재생에너지 연구뿐만 아니라 해외 연구의 발전에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 현재 RPS를 시행하고 있는 국가 및 주정부는 약 80개로 본 연구는 이들 국가의 신재생에너지 시장 및 정책 연구 발전에 큰 역할을 할 수 있을 것이다.
본 연구는 REC 가격 전망을 위해 2가지 방법론을 제시하였다. 첫번째 방법론은 베이지안 다변량 정규모형으로 과거자료를 이용하여 모형의 모수를 추정한 후, 미래를 예측한다. 첫 번째 모형에서는 REC 가격을 설명하는 변수로 신재생에너지 의무량, 신재생에너지 공급량, 계통한계가격, 균등화 비용, 정책변화 등을 고려한다. 사후분포 추정방법은 깁스 샘플링을 활용한다. 그런데 추정결과 정책 더미 변수를 제외하고 모든 변수에서 통계적으로 유의미한 계수가 나타나지 않았다. 이에 대한 원인은 크게 3가지로 요약할 수 있다. 첫째, 자료의 한계로, 국내 RPS의 역사가 짧아 충분한 데이터가 구축되지 못했다는 것이다. 둘째, 현물시장에서의 REC 거래량은 전체 REC 시장의 5%에 불과하여 REC 공급량으로 REC 가격을 예측하는 데에 무리가 따랐다. 셋째, RPS 정책 변화로, REC 시장 메커니즘이 지속적으로 변경되어 왔다. 가령 2014년 하반기부터 태양광/비태양광 REC 교차 거래를 비공식적으로 허용했고, 2016년 이후에는 태양광-비태양광 시장이 통합됨에 따라 기존 태양광 및 비태양광 REC 가격의 추이로 미래를 예측하는 것이 더욱 어려워졌다는 것이다. 따라서 시계열 모형과 같이 과거 추세로 미래를 예측하는 방법은 국내 REC 시장에 적용하는데 무리가 따르며 후속 연구에서도 이를 참고할 필요가 있다.
본 연구에서 개발한 두 번째 방법론은 균등화 비용(Levelized cost of energy)과 경험 곡선(experience curve)을 이용한 전망 모형이다. 본 방법론은 신재생에너지 발전의 수익원은 계통한계가격(SMP)과 REC이며, 이들의 합이 적정 투자보수율을 반영한 LCOE보다 크다는 사실에 근거한다. 또한 한국의 RPS 제도 특성을 고려하여, REC 기준가격을 도출하여 REC 가격의 최대값을 추정한다. 즉 RPS 의무사가 목표 달성을 못 했을 경우 이들에게 기준가격×1.5에서 페널티 비용이 부과되는데, 현물시장에서의 REC 가격은 이 값이 상한선으로 작용한다. 우선 균등화 비용 전망을 위해 경험곡선과 Bayus 모형을 추정하였다. 즉 태양광(풍력)의 모듈(터빈) 가격은 경험곡선을 활용하였고, 비모듈 가격은 Bayus 모형을 이용하였다.
추정결과, 태양광 모듈 가격은 2016년 약 686.6원/W에서 2024년 500.5원/W으로, 비모듈 부문에서는 1,121.7원/W에서 2024년 617원/W로 감소하는 것으로 전망되었다. 따라서 태양광 시스템 가격은 2016년 1,808.4원/W에서 2024년 1,117.9원/W으로 약 38%로 대폭 하락할 것으로 보인다. 또한 태양광 LCOE도 빠른 속도로 하락하여 2016년 167.06원/kWh에서 2024년 106.39원/kWh로 약 36% 하락할 것으로 보인다.
풍력의 경우 터빈 가격은 2016년 약 1,129.9원/W에서 2024년 1,054.8원/W으로 약 6.6% 감소할 것으로 보인다. 풍력의 비터빈 부문의 가격은 대부분 시공비로 가격 하락의 여지가 없기 때문에 약 1,128원/W으로 일정하다고 가정하였다. 따라서 풍력 시스템 가격은 2016년 2,257.8원/W에서 2024년 2,182.7원/W으로 약 3.3% 하락할 것으로 보인다. 이에 따라 풍력 LCOE는 2016년 140.60원/kWh에서 2024년 136.83원/kWh으로 소폭 감소하는 데 그칠 것으로 전망된다.
전력시장모형을 이용한 SMP 추정은 7차 수급계획에서의 불확실성을 고려하여 2개의 안을 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 첫째 안 (S1)은 7차 수급계획에서의 수요예측, 수요관리, 발전소와 송전선 건설, 신재생발전과 분산형전원 목표 달성 등이 차질 없이 진행된다고 가정하였다. 이에 반해 둘째 안(S2)은 공급 측 불확실성을 반영하여 원전, 석탄 발전소 준공지연, 신재생발전 목표 미달성을 가정하였다. 추정결과 SMP는 2016년 약 91원/kWh에서 2024년 76.7~84원/kWh으로 전망되었다. 원자력 및 석탄 화력등 기저발전설비가 추가됨에 따라 SMP 가격이 지속적으로 하락하는 것으로 추론된다.
추정된 태양광 및 풍력의 LCOE와 SMP 예측치에 기반하여 REC 가격 전망을 수행하였다. SMP 전망과 태양광 비중의 변화에 불확실성을 반영하기 위해 6개의 시나리오를 설정하였다. 즉 SMP는 7차 전력수급기본계획이 100% 이행된다고 가정했을 때와, 원자력 발전 및 화력발전 건설이 2년 지연될 경우를 가정하였다. 또한 전체 REC 공급량에서 태양광이 차지하는 비중은 15%, 20%, 25%인 경우를 가정하였다. 추정결과 제7차 전력수급계획대로 기저부하 발전소가 건립되었을 때, REC 현물시장 가격은 2016년 71천원/REC~102천원/REC에서 2024년 54천원/REC~84천원/REC 수준으로 감소하는 것으로 나타났다. 이는 신재생에너지 LCOE가 하락함에 따라 REC 가격도 이에 맞추어 하락하기 때문이다. 현재와 같이 REC 의무량에 비해 공급량이 과부족하게 되면 REC 현물 가격이 상승하게 되어 REC 최고치에서 주로 가격이 형성될 것으로 예상된다. 하지만 신재생에너지 신규발전 시설이 늘어나 공급량이 충분하게 되면 최저치와 최고치 사이에서 가격이 형성될 것이며, 공급량이 의무량보다 급격히 많을 경우 최저치보다 REC 가격이 더 하락할 수도 있을 것이다.
제7차 전력수급계획에서의 기저부하 발전소 건립이 2년 연장될 경우 SMP 가격은 증가하게 된다. 이러한 상황에서 REC 현물시장 가격은 2016년 71천원/REC~102천원/REC에서 2024년 49천원/REC~76천원/REC 수준으로 감소하는 것으로 나타났다. 계획대비 기저부하 발전소 건립이 늦어지면서 SMP가 시나리오 1보다 상승하는 효과가 발생하고, 이에 따라 REC 가격은 하락하기 때문으로 풀이된다.

3. 정책 제언

향후 REC 수급 등 많은 불확실한 요인 때문에 REC 가격 변동폭이 클 것이기 때문에, 시장 안정화를 위해 REC 가격 안정화 정책이 필요하다. 첫 번째 방안으로 전력판매 경쟁 촉진 및 판매사 RPS 의무가 필요하다. 주요국의 경우 판매사(전력공급사)가 RPS 의무이행사인 반면, 국내의 경우 발전사가 RPS 의무를 부담한다. 한국의 경우 발전사가 신재생에너지 발전 및 RPS 의무를 동시에 부담하므로 REC 가격을 하락시키는 유인이 존재하지 않는다.
두 번째 방안은 계약 당시의 “SMP+REC” 고정가격을 보장하는 것이다. 소규모 태양광의 REC의 경우 12년 장기계약을 체결함에 따라 가격 변동성을 완화할 수 있다. 하지만 대부분의 신재생에너지 REC와 SMP는 시간이 지남에 따라 변동하기 때문에 신재생 발전사업자의 수익 불안 요인으로 작용하게 된다. 이러한 불확실성을 완화하기 위해서는 정부가 SMP+REC 수입을 적정이윤 수준에서 장기계약 가격으로 책정하여 정책적으로 승인하는 것이 필요하다. 이와 유사한 방안으로 REC 가격을 현행과 유사하게 장기계약 형태로 고정하고, SMP도 한전과 PPA 또는 차액정산 계약을 체결함으로써 변동성을 헷징하는 방법도 존재한다.
세 번째 방안은 보험 또는 재보험회사, 은행 등의 금융기관이 신재생에너지 발전사업자에게 SMP+REC 고정수익을 보장하는 금융상품을 개발하는 것이다. 발전사업자는 SMP 및 REC의 가격 변동에 따른 이익 또는 손실 부담을 금융기관에 이전하고 이에 대한 대가로 수수료를 지급한다. 금융기관은 제2의 상품시장을 활용하여 SMP 및 REC 가격 변동에 대해서 헷징하는 방안을 마련하는 것이 가능하다.
네 번째 방안은 호주와 유사하게 REC 선물상품을 도입하는 방안이다. 선물상품을 활용하면 현물시장에서의 가격변동 위험을 헷징하는 것이 가능하다. 기타 방안으로 정부가 장기 SMP 가격을 제시하여 미래에 대한 불확실성을 제거하는 방법이 있다. 또한 영국과 호주와 같이 소규모 사업자에 한해 FIT를 적용하는 방법도 있을 수 있다.
본 연구는 REC 가격 예측을 통해 정부, 신재생에너지 공급의무자, 신재생에너지 발전 사업자, 소비자에게 미래에 대한 불확실성을 완화하는 데 기여할 것으로 기대된다. 즉, 정부와 소비자는 신재생에너지 보급에 따른 미래 발생 비용을 파악함으로써 이에 대한 준비가 가능하다. 신재생에너지 공급의무자는 REC 가격 전망 자료를 활용하여 RPS 범칙금 가늠 및 발생비용 예측이 가능하다. 신재생에너지 발전 사업자는 REC 가격 예측 자료를 통해 미래의 사업 가능성 여부를 타진할 수 있을 것이다.

Abstract ▼

1. Research Background and Purpose

Energy demand has steadily risen worldwide and is expected to increase by 37% between 2013 and 2040 (IEA, 2014). A region’s energy use is bound to increase as its industries and economy develop, increasing greenhouse gas emissions. All nations are attempting

1. Research Background and Purpose

Energy demand has steadily risen worldwide and is expected to increase by 37% between 2013 and 2040 (IEA, 2014). A region’s energy use is bound to increase as its industries and economy develop, increasing greenhouse gas emissions. All nations are attempting to address climate change, with an increasing focus on seeking new and renewable eco-friendly energy sources instead of using traditional energy sources. New and renewable energy has potentially positive environmental and economic effects, such as reducing greenhouse gases, which help address climate change, offering alternatives to fossil fuels and driving economic growth through industrialization. As a result, the supply of new and renewable energy has steadily increased, with the global production of new and renewable energy reaching 1.8 billion TOE in 2013 (IEA, 2015). New and renewable energy usage in the electric power sector (including hydroelectricity) roughly doubled from 2004 to the end of 2013, and about 45% of the power generation facilities being built are for new and renewable energy (IEA, 2015).
In Korea, Renewable Energy Certificate (REC) prices have been attracting interest since the Renewable Portfolio Standard (RPS) was implemented in 2012. As these prices are related to residents’ electricity bills, the public’s burden will increase or decrease along with them. Renewable Energy Certificate prices are also important because the profits and outcomes of new and renewable energy projects will depend on their prospects. Therefore, to reduce future uncertainty regarding RPS policy, Researchers are required to forecast REC prices.
This study develops a price prediction model for RECs. We analyze the characteristics of the domestic RPS market, develop a methodology for predicting REC prices, and apply it to the overall solar/non-solar market. Finally this study also suggests measures for stabilizing REC prices; a price stabilization policy is needed because higher REC price volatility brings higher risk to the government, new and renewable energy suppliers, and energy generation companies.

2. Summary

Studies on REC prices have either analyzed the factors in REC price volatility or predicted future REC prices. Despite the importance of research predicting REC prices, little research of this type has been done either in Korea or abroad. By developing an REC price prediction model and applying it to Korea’s REC market, we seek to contribute to research on new and renewable energy in Korea and to foreign research as well. Close to 80 national and state governments are implementing RPS, and this study should help further the market and policy research on new and renewable energy in these countries.
This study proposes two methodologies for predicting REC prices. The first is a Bayesian multivariate normal model that uses past data to estimate the model’s parameters and predict prices. The variables explaining REC prices include the required an amount of new and renewable energy, the supply of new and renewable energy, the system marginal price (SMP), levelized cost, and policy changes. We used Gibbs sampling to estimate posterior distribution. The estimation found no statistically significant coefficients for any variables except for the policy dummy variable. This result had three main causes. First, insufficient data were available because Korea’s RPS market is new. Second, we could not predict REC prices by looking only at REC supply because the trading volume of RECs on the spot market accounts for only 5% of the total REC market. Third, alterations in RPS policy have led to constant changes in the REC market mechanism. For example, the former method of predicting price based on trends in solar and non-solar REC prices is less effective because the exchange of solar RECs for non-solar RECs was unofficially permitted in the second half of 2014, and the solar and non-solar markets will be unified after 2016. Therefore, prediction methods that use past trends cannot be applied to Korea's REC market, which should be noted by future researchers.
The second methodology developed by this study is a prediction model using the levelized cost of energy and experience curves. This methodology is based on the facts that the profit source of new and renewable energy is SMP and REC and that their sum exceeds the Levelized Cost of Energy (LCOE) reflecting the ideal rate of return. We also considered the characteristics of Korea’s RPS system to derive the standard price for RECs and estimate their maximum price. When a company charged with RPS fails to reach a target, it is charged a penalty of the current price × 1.5; this value is the upper limit of REC prices in the spot market. To predict the levelized cost of energy, we used estimated experience curves and a Bayes model. We used experience curves for the prices of solar modules and wind turbines and a Bayes model for non-module prices.
Our estimates indicate that the price of solar modules will fall from 686.6 KRW/W in 2016 to 500.5 KRW/W in 2024 and that prices in the non-module sector will fall from 1,121.7 KRW/W in 2016 to 617 KRW/W in 2024. Therefore, we expect the price of solar systems to fall by about 38%, from 1,808.4 KRW/W in 2016 to 1,117.9 KRW/W in 2024. We thus expect solar LCOE to fall by about 36%, from 167.06 KRW/kWh in 2016 to 106.39 KRW/kWh in 2024.
For wind energy, we predict that turbine prices will fall by about 6.6%, from 1,129.9 KRW/W in 2016 to 1,054.8 KRW/W in 2024. As non-turbine prices consist mostly of construction costs, prices will definitely not fall; they will stay at 1,128 KRW/W. Therefore, we expect the price of wind systems to fall by about 3.3%, from 2,257.8 KRW/W in 2016 to 2,182.7 KRW/W in 2024. As a result, we predict wind LCOE to fall slightly, from 140.60 KRW/kWh in 2016 to 136.83 KRW/kWh in 2024.
We estimated SMP using a model of the electricity market assuming two different scenarios to account for uncertainty in the Seventh Master Plan for Electricity in Korea. The first scenario (S1) assumed that the Plan would achieve its goals in areas such as demand prediction, demand management, construction of generators and power lines, the generation of new and renewable energy, and the diversification of energy sources. The second scenario (S2) assumed that the construction of atomic and coal generators would be delayed due to uncertainty in supply and that new and renewable energy generation goals would not be reached. The estimate indicated that SMP will fall from 91 KRW/kWh in 2016 to 76.7-84 KRW/kWh in 2024. We inferred that SMP would continue to fall through the addition of mainstream generation facilities for sources such as atomic and coal energy.
We predicted REC prices based on the estimated LCOE and SMP values for solar and wind energy. We created six scenarios to reflect uncertainty in the SMP predictions and the share of solar energy. For the SMP, we assumed that the Seventh Basic Plan for Electricity Supply and Demand would be fully implemented or that atomic energy and thermal energy construction would be delayed by two years. We assumed that the share of solar energy out of the total supply of REC would be 15%, 20%, or 25%. Our estimates found that, when mainstream generation facilities were built according to the Seventh Basic Plan, REC prices in the spot market would fall from between 71 and 102 thousand KRW/REC in 2016 to between 54 and 84 thousand KRW/REC in 2024. This would happen because REC prices would fall when new and renewable energy LCOE fell. If the REC supply is far below the required amount (as it is at present), we predict that the REC spot price will rise and reach the maximum level for RECs. However, if more facilities for new and renewable energy are built and supply becomes sufficient, the pric will rest between the maximum and minimum levels; if the supply suddenly exceeds the required amount, REC prices may fall below the minimum level.
If construction of the Seventh Basic Plan's mainstream generation facilities is delayed by two years, SMP will rise. In this case, the REC spot market price will fall from between 71 and 102 thousand KRW/REC in 2016 to between 49 and 76 thousand KRW/REC in 2024. If the generation facilities are completed later than planned, SMP will be higher than in scenario 1, and REC prices will fall.

3. Policy Suggestions

Renewable Energy Certificate price stabilization policies are needed to stabilize the market because REC prices will be volatile due to factors such as uncertain REC supply. The first proposal is to stimulate energy sale competition and place RPS obligations on energy sellers. In other large countries, companies selling energy (energy suppliers) carry out RPS duties, whereas Korean generation companies carry out RPS duties. As generation companies must generate new and renewable energy and carry out RPS duties in Korea, there are no forces causing REC prices to fall.
The second proposal is to guarantee a fixed “SMP+REC” price when contracts are being signed. For small-scale solar energy RECs, a 12-year contract is signed, which should reduce price volatility. However, because most new and renewable energy RECs and SMPs change with time, this is an uncertainty factor for new and renewable energy companies. To ease this uncertainty, the government should approve the setting of long-term contract prices at a level where SMP+REC revenue is reasonable. A similar proposal is to fix REC prices in a long-term contract similar to the existing method and hedge SMP volatility with a PPA or contract for differences with the Korea Electric Power Corporation.
The third proposal is for financial institutions such as insurance companies, reinsurance companies, and banks to create a financial product that guarantees generation companies a fixed return from SMP+REC. The companies would transfer the profit or loss from SMP or REC price fluctuations to the financial institutions and pay fees for this alternative. Financial institutions could use the secondary market to hedge SMP and REC price fluctuations.
The fourth proposal is to introduce REC futures products similar to those in Australia. If futures products might be used, volatility risk on spot market price could be hedged. Another proposal is for the government to suggest long-term SMPs to eliminate future uncertainty. There is also a way to apply FIT to small businesses, as happens in England and Australia. A
We hope that by predicting REC prices this study helps reduce uncertainty about the future for governments, companies obligated to supply new and renewable energy, new and renewable energy generation companies, and consumers. Estimating future costs due to the distribution of new and renewable energy will allow governments and consumers to prepare more thoroughly. Companies obligated to supply new and renewable energy can use REC price prediction data to estimate potential RPS penalties and costs. Companies generating new and renewable energy can use REC price prediction data to examine the feasibility of future projects.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 참여연구진 ... 5
• 요약 ... 7
• ABSTRACT ... 15
• 목차 ... 23
• 표목차 ... 25
• 그림목차 ... 27
• 제1장 서 론 ... 29
• 제2장 기존 연구 고찰 ... 31
• 1. RPS시장 및 REC 가격 변동성 요인 분석 연구 ... 31
• 2. REC가격 예측연구 ... 33
• 제3장 국내･외 신재생에너지 RPS 현황 ... 37
• 1. 해외 RPS 운영 현황 ... 37
• 2. 국내 RPS 운영 현황 ... 49
• 제4장 신재생에너지 공급인증서 가격 예측 방법론 ... 57
• 1. 모형 1: 베이지안 다변량 정규모형 ... 57
• 2. 모형 2: 균등화 비용(Levelized cost of energy)을 이용한 전망 ... 60
• 제5장 신재생에너지 공급인증서 가격 예측 실증 분석 ... 73
• 1. 베이지안 다변량 정규모형 추정 ... 73
• 2. 균등화 비용(Levelized cost of energy)을 이용한 전망 ... 80
• 제6장 공급인증서 가격 안정화 정책 개발 ... 99
• 1. 국내 및 해외 전력시장 구조 비교 ... 99
• 2. REC 가격 안정화를 위한 주요 선진국 사례 ... 107
• 3. 국내 REC 시장 분석 및 가격 안정화 정책 방안 ... 118
• 제7장 결론 및 정책적 시사점 ... 125
• 참고문헌 ... 131
• 부록 ... 137
• 끝페이지 ... 143