해석 모형에 기반한 자가 열병합발전 보급 효과 및 지원 정책 연구

Abstract

이 연구는 자가 열병합발전 해석 모형을 개발하고, 이를 활용하여 자가 열병합발전의 보급 효과를 평가하였다. 평가는 몇 가지 서로 다른 지원 정책들에 대하여 수행되었으며, 그 결과를 비교하여 최적 지원 정책을 선정하였다. 열병합발전은 천연가스 가스엔진 열병합발전으로 한정하였다. 현재 수준의 연료가격, 설치비용, 성능을 기준한 평가 결과, 천연가스 가스엔진 열병합발전이 가스터빈이나 연료전지 열병합발전보다 높은 사용자 경제성을 갖는 것으로 나타났다. 열병합발전 지원 정책은 발전차액지원제도(feed-in tariff), 요금상계제도(net-metering), 서로 다른 수준의 설치지원금으로 선정하였다. 또한 자가 열병합발전은 재생가능에너지와 동등한 계통연계 표준을 적용 받는 것으로 전제하였다. 열병합발전의 해석 모형은 에너지 평형식, 효율곡선 상관식, 과도응답 상관식을 사용하여 개발하였다. 비선형 해석 모형의 풀이를 위해 수치계산을 도입하고, 그 결과물을 활용하여 열병합발전에 대한 운전거동 예측 및 에너지비용 산출을 수행하였다. 한편 비선형성 해석 모형에 몇 가지 선형화 가정을 도입하여 준선형(quasi-analytic) 모형을 도출하고, 그 결과물을 활용하여 적정 용량 선정과 간이 경제성 평가를 수행하였다. 자가 열병합발전의 보급 효과는 제6차 전력수급기본계획(2013-2027)을 기준안으로 분석기간 15년에 대하여 평가하였다. 보급 효과는 비용편익분석(cost-benefit analysis) 방법에 따라 평가하였으며, 평가 지표로는 편익비용비율(benefit-cost ratio)을 사용하였다. 중장기 평가를 위해서 총 4개 부문(제조업, 상업공공, 아파트, 주택) 내 61개 세세분류(식료품제조업, 1차금속제조업, 숙박업, 출판업 등)의 에너지수요, 비중앙급전설비의 시간대별 전력공급량, 연료(유연탄, 경유, 중유, LNG등)의 가격을 전망하였다. 2013년 현재 자가 열병합발전 잠재시장규모는 제조업 13.8 GW, 상업공공 4.8 GW, 아파트 9.2 GW, 주택 0.7 GW로 평가되었다. 부문별 연도별(2015, 2020, 2025년) 보급량은 제조업 0.5, 1.1, 2.4 GW, 상업공공 0.16, 0.5, 1.1 GW, 아파트 0.3, 0.7, 1.5 GW, 주택 0.02, 0.03, 0.07 GW로 예측되었으며, 국내 총 전력사용량 대비 자가 열병합발전 공급 비중은 0.9%, 2.2%, 4.5% (2014, 2020, 2025년) 수준으로 예측되었다. 최종 분석연도 기준 연료수입비용절감 편익은 연 1조 150억원, 온실가스감축 편익은 연 4,650억원(연간 23백만 ton∙CO2-eq 감축), 발전시설건설회피 편익은 연 1,050억원, 합계 연 1조 8,300억원으로 평가되었다. 총 비용은 연간 5,600억원으로 산출되었으며, 그 결과 편익비용비율은 6.2로 평가되었다. 이는 공공투자사업 타당성 평가 기준인 1.25를 상회하여 자가 열병합발전의 높은 보급 효과를 설명한다. 최적 투자안은 요금상계제도(net-metering)와 설치지원금 10%의 조합으로 평가되었다. 요금상계제도는 향후(2013-2027) 정책 투입 비용이 상대적으로 낮아 발전차액지원제도보다 유리한 것으로 분석되었다. 현재 수준의 설치지원금은 투입 비용 대비 잠재시장규모 확대 효과에 있어 효과적인 수준으로 평가되었다.