년도별 전력 소비량 예측 방법

초록

우리나라의 전력수요패턴은 경제성장, 국민생활수준의 향상, 기후변화로 인한 기상조건의 변화, 전기사용기기의 보급 확대 등으로 인해 계속 변화하고 있다. 특히 소득증대로 인해 화석연료에 비해 상대적으로 이용편의성이 높은 전기에 대한 선호도가 높아지고 있으며, 전기 냉난방기기의 보급 확대로 인해 여름철과 겨울철 전력사용이 크게 증가하고 있다. 여름철에만 발생하던 전력피크가 겨울철에도 발생함에 따라 전력피크의 안정적 관리문제가 제기되고 있다. 그러나 늘어나는 전력수요를 전력공급의 확충 정책으로 해결하는 데에는 한계가 있기 때문에, 결국 우리가 고민해야 할 대상은 최대수요를 어떻게 예측하고 관리할 것인가의 문제로 귀결된다. 이를 위해 본 논문에서는 우리나라의 수요패턴을 분석하고, 전력 피크 방정식을 추정하고 예측하는 모델을 개발하였다. 전력피크 방정식의 회귀분석을 통해 추정한 결과, 전력피크는 기온의 절대치 및 GDP에는 양의 관계를 갖고, 전기요금에 음의 관계를 갖으며, 전기와 도시가스는 대체재의 관계를 갖는 것으로 분석되었다. 또한 분석결과를 토대로 수행한 2010년 하계전력피크를 예측한 결과 8월의 최대전력수요가 688만kW에 달하고 예비율도 8.6%에 그칠 것으로 예측되었다. 통상적으로 안정적인 예비전력이 600만kW(7.9%)인 점을 감안할 때 이러한 예측결과는 피크수요 관리의 필요성을 제기하고 있다. 또한 분산분해분석과 충격8월분석을 시행한 결과, 우리나라의 전력피크는 과거의 관성적인 전력사용 행태에 가장 큰 영향을 받는 것으로 추정되었는데, 이는 향후 효과적인 최대전력수요 관리를 위해서는 관성적 전력사용부문에 대한 체계적 수요분산 및 절감이 필요하다는 점을 력사하고 있다. 한편 보다 효과적인 수요관리 정책방안 도출을 위해 본 연구에서 드러난 이러한 시사점을 바탕으로 과거 우리나라의 수요관리정책을 분석하고 유사 해외 수요관리 정책사례(미국, 영국, 일본)를 비교한 결과, 우리나라는 전력공급자 위주의 전통적인 수요관리정책을 시장기능을 활용한 정책으로 전환할 필요성이 있으며 우선적으로는 소비자가 적극적으로 참여할 수 있는 시스템 도입과 소비자 편익 및 선택권을 높일 수 있는 다양한 제도가 마련되어야 할 것이다. 이를 위해서는 시장기반 수요관리 정책의 도입이 시급한 것으로 나타났는데, 이는 전력수요가 높은 시간에 수요반응을 통해 피크수요를 줄 뿐만 아니라 발전·송전설비 등 설비투자 소요를 줄여주는 경제적 이점뿐만 아니라 에너지 절약을 통해 환경문제나 에너지 안보에도 기여할 수 있는 이점이 있다. 이러한 관점에서, 본 논문에서는 우리나라에 인센티브 기반 수요반응과 요금제 기반의 수요반응(demand response)을 보다 확대 시행할 필요성이 있다는 점과 더 나아가 소프트웨어와 하드웨어가 결합된 스마트그리드 기반 수요반응정책의 중요성을 제시하였다.

The pattern of electricity demand in Korea is constantly changing due to economic growth, higher living standards, different weather patterns caused by climate change, and wider distribution of electric devices. In particular, higher income has led consumers to prefer electricity, a more convenient form of energy, to fossil fuel, and the dissemination of electric heating or cooling devices is causing electricity use to surge in accordance with the rise and fall of temperature. As a result, the electricity peak demand, which used to be witnessed only in the summer, is now occurring in the winter as well. This calls for adequate management of electricity peak demand in both summer and winter to ensure stable supply of electricity. However, increasing supply has its limits in meeting rising electricity demand. Naturally, the focus moves on to how we can estimate peak demand. For this purpose, this paper analyzed the electricity demand pattern in Korea, derived an equation for estimating electricity peak demand and developed a model for electricity peak forecast. According to the regressive analysis of the electricity peak equation, electricity peak demand has a positive correlation with the absolute value of temperature, and a negative correlation with power rates. In addition, electricity and city gas were found to serve as substitute goods for each other.
Based on these results, this paper also made a forecast for the summer of 2010 and the highest demand for electricity in August was expected to be 68,842 mega watts(MW) with a reserve margin of 8.6 percent. Given that the stable electricity reserve is normally 6 million kilowatts(7.9%), these forecasts hint the urgent need for adequate management of peak demand. In addition, variance decomposition analysis and impulse response analysis results suggest that the electricity peak of Korea is influenced the most by electricity utilization behavior of the past that is still being continued today despite the changes of times. This implies that we need a systematic approach to disperic apprreduce demand from the areas where this behavior is being witnessed for better management of electricity demand. Based on these conclusions, this paper attempts to draw up more effective ped cies for this matter and analyzed Korea’s ped cy and compared it with similar cases overicas (United States, United Kingdom and Japan) to this end. reduce demandit was found that Korea needs to transformited existi overicaier-oriented system into one that capitalizes market functions. In particular, Korea needs to adopt a system inehaviorconsumersneedsactively particit fe, and provide variowas casue d that enhancesrconsumerrconvenience and cKodes. r market-based demand management ped cy responds to demand at the time of high electricity demand and reduces peak demand. This is an economic approach in that it helps reduce strains on power generation, transmission and distribution facilities. Furthermore, it contributes to the resolution of environmental and energy security issues by facilitating energy conservation. Lastly, this paper suggests that Korea needs to further implement incentive-based and power rates-based demand response. On top of this, it underscores the importance of a demand response policy based on a smart grid that integrates software and hardware.

목차

• 표제지
• 목차
• 요약 6
• I. 서론 9
• II. 선행연구 11
• III. 전력 소비 현황 및 특징 12
• 1. 최대전력수요의 변화와 전력예비율 추이 12
• 2. 전력소비량과 최대전력 14
• 3. 동계·하계피크와 냉난방부하 15
• 4. 전력 부하패턴의 변화 16
• IV. 전력피크방정식의 추정과 예측 18
• 1. 전력수요의 주요 결정요인 18
• 2. 전력피크방정식의 설정 19
• 3. 단위근 검정 20
• 4. 전력피크 방정식의 추정과 단기예측 22
• V. 전력피크의 분산분해 및 충격반응분석 27
• 1. 분산분해 27
• 2. 충격반응분석(impulse response analysis) 29
• VI. 전력최대수요 관리방안 31
• 1. 수요관리정책의 변화과정과 해외사례 분석 31
• 2. 전통적인 기법에 기초한 수요관리정책 33
• 3. 시장경제원리에 기초한 수요반응정책 34
• VII. 정책적 시사점 및 향후 연구과제 36
• 1. 정책적 시사점 36
• 2. 향후 연구과제 37
• 참고문헌 39
• Abstract 41
• 학술지 게재 논문 1 44
• I. 서론 44
• II. 선행연구 46
• III. 기후변화 협상대안으로서의 부문별 접근방식 평가 48
• 1. 부문별 접근방식의 의의 및 특성 48
• 2. 부문별 접근방식의 유형 50
• 3. 부문별 접근방식의 유용성과 한계 52
• (1) 부문별 접근방식의 유용성 52
• (2) 부문별 접근방식의 한계 53
• 4. 협상대안으로서의 부문별 접근방식 잠재력 평가 55
• IV. 우리 산업의 부문별 접근방식 대응방향 56
• 1. 부문별 접근방식의 적용기준, 적용 분야에 대한 이슈 56
• 2. 부문별 접근방식의 국내 적용가능성 - 온실가스 다배출 업종 중심 58
• V. 결론 및 향후 연구과제 63
• 참고문헌 66
• Abstract 69
• 학술지 게재 논문 2 70
• I. 서론 70
• II. 선행연구 72
• III. 전력피크 방정식의 추정 및 분산분해 73
• 1. 이용자료 73
• 2. 단위근 검정 74
• 3. 전력피크 방정식의 추정 75
• 4. 분산분해 77
• IV. 전력피크에 대한 단기예측 78
• V. 결론 및 시사점 79
• 참고문헌 82
• Abstract 84
• 표목차
• 최대전력수요의 예측 및 결정요인에 관한 연구 8
• Table. 3-1. 최대수요와 전력예비율 추이 12
• Table. 3-2. 동계피크 대비 하계피크 증가율 15
• Table. 3-3. 연도별 냉·난방부하 변화 추이 16
• Table. 4-1. 각 변수의 ADF 단위근 검정 결과 21
• 각 변수의 1차 차분(First Difference)에 대한 ADF 단위근 검정 결과 22
• Table. 4-2. 전력피크의 예측 25
• Table. 6-1. 주요국 수요관리 정책 비교 32
• 기후변화협상 체제에서 산업부문에 대한 부문별 접근방식(Sectoral Approach)의 평가 및 대응방향 57
• 〈표 1〉 부문 평가 기준 57
• 〈표 2〉 부문별 평가 종합 58
• 〈표 3〉 주요 업종의 에너지 소비효율 비교 60
• 〈표 4〉 국내 여건을 고려한 업종별 관심 유형 62
• 전력피크의 추정 및 예측에 관한 연구 74
• 〈표 1〉 각 변수의 ADF 단위근 검정 결과 74
• 〈표 2〉 전력피크 방정식의 추정 76
• 〈표 3〉 전력피크의 예측 78
• 그림목차
• 최대전력수요의 예측 및 결정요인에 관한 연구 8
• Fig. 3-1. 월별 최대전력 추이 그래프 13
• Fig. 3-2. 최근 5년간 여름철 피크일 부하패턴 14
• Fig. 3-3. 연도별 전력소비량과 하계 최대전력 증가율 15
• Fig. 3-4. 연간 시간별 부하변화 비교 16
• Fig. 3-5. 용도별 계절별 부하변화 비교 17
• Fig. 4-1. 전력판매량 증가율과 실질 GDP 성장률 비교 18
• Fig. 4-2. 전력수요 및 기온의 관계 19
• Fig. 4-3. 전력피크의 실적치와 예측치 24
• Fig. 4-4. 전력피크에 대한 단기예측 26
• Fig. 5-1. 전력피크에 대한 분산분해 28
• Fig. 5-2. 일반화 충격반응 분석결과 30
• 전력피크의 추정 및 예측에 관한 연구 77
• [그림 1] 전력피크의 실적치와 예측치 - 6변수 모형 77

참고문헌 28

• 1.

• 2.

• 3.

• 4.

• 5.

• 6.

• 7.

  (2000). “산업용 전력수요의 탄력성 분석.” 자원․환경경제연구 9(2) : pp 333-347.

  나인강․서정환.

• 8.

  명지대학교, 2010.11 “전력피크의 원인분석 및 대응방안 마련” 지식경제부 연구용역보고서

• 9.

• 10.

  (2006). “전력총수요와 기상과의 상관관계분석” 대한전기학회 하계학술대회논문집

  박종훈․박정도․송경빈.