전력시장가격 변화를 고려한 양수발전기의 최적 입찰전략 연구

Abstract

현대 산업이 고도화되고 기술이 발전함에 따라 전력수요도 꾸준히 증가해 왔으며 양질의 에너지와 안정적인 전력 공급이 요구되고 있다. 국내의 경우 전체 사용전력의 상당부분을 원자력 및 화력발전에 의존하고 있으며, 그 중 원자력발전은 전력생산 비용이 매우 저렴하고 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 다가올 에너지위기를 극복할 현실적인 대안으로 평가받고 있다. 현재 우리나라 전력시스템에서 기저부하를 담당하고 있는 원자력 및 화력발전소는 발전기의 특성상 기동·정지하는데 시간이 오래 걸리며, 경제적인 전력시스템 운영을 위해 출력을 최대로 유지하여 하루 24시간 내내 발전하고 있다. 그런데 일반적으로 전력의 수요형태는 주중, 특히 주간의 전력사용량은 상당히 높으며, 주말이나 심야에는 전력의 수요가 급격히 낮아지는 패턴을 보인다. 이로 인해 실시간으로 수요와 공급을 일치시켜야하는 전력시스템의 특성상 수요와 공급의 불균형을 해결해야 하는 문제가 발생하게 되며, 이를 위해 양수발전기와 같은 대규모 에너지저장장치가 계통에 필요하다. 양수발전기의 경우 입찰참여시 발전비용을 0으로 평가하는 국내 전력시장의 운영규칙상 발전입찰을 할 경우 전력시장가격인 SMP(System Marginal Price)가 감소할 수 있다. 양수발전기의 입찰량 만큼 변동비가 높은 발전기가 가격결정에서 제외되기 때문이다. 또한 양수입찰의 경우 해당시간 양수동력에 의한 수요상승으로 인해 SMP는 증가할 수 있다. 이렇게 양수발전기의 입찰전략에 따라 SMP가 변화할 수 있으며 이로 인해 타 발전원의 수익에도 영향을 주게 된다. 따라서 본 연구에서는 전력수요와 전력가격의 상호연관성에 대해 분석하고, 양수발전기 입찰시 전력시장가격 변화를 고려하여 발전사업자의 수익을 최대화하는 최적 입찰전략을 제안하였다. 아울러 양수발전기 입찰에 따른 전력시장가격 변화로 인해 발전사업자가 소유한 타 발전원의 수익이 변화하기 때문에 입찰전략 수립 시 타 발전원의 수익까지 고려해야 된다고 보았다. 앞서 제안한 내용을 사례 연구를 통해 검증하였으며, 수익 최대화 문제를 풀기위해 동적계획법(DP, Dynamic Programming) 알고리즘을 이용하였다.