전력부하 이동의 환경성 및 경제성 분석 : 건물 부하 패턴 기반 접근
Environmental and Economic Analysis of Electricity Load Shifting: A Building Load Pattern-Based Approach
- 주제(키워드) 전력부하 이동 , 한계배출계수 , TOU 요금제 , CO2 감축 , 비용 절감 , 부하 패턴
- 주제(DDC) 720
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 안형욱
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 스마트융합건축학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000036403
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
전력부하 이동은 부하 발생 시점을 조정하여 전기요금을 절감하고 피크부하를 완화하는 수요관리 전략이다. 그러나 대표적 비용 신호인 TOU 요금제는 시간대별 발전 구성에 따른 배출 변화를 반영하지 않으므로, 비용을 기준으로 한 부하 이동이 CO2 감축으로 이어진다고 보장할 수 없다. 따라서 부하 이동의 환경성은 수요 변화에 반응하는 한계연료원의 배출 특성을 반영하는 한계배출계수를 배출 신호로 삼아 평가할 필요가 있다. 이때 배출 신호인 한계배출계수가 비용 신호인 TOU 요금제와 어긋나면 두 성과 간 상충이 나타날 수 있다. 그 크기는 두 신호의 차이뿐 아니라 건물의 부하 패턴에 따라 달라진다. 본 연구의 목적은 건물의 부하 패턴이 부하 이동의 환경성 및 경제성 성과에 미치는 영향을 분석하는 데 있다. 이를 위해 한국전력거래소의 2019–2023년 연료원별 시간대별 전력거래량 자료로 국내 전력계통의 계절 및 시간대별 한계배출계수를 산정하고, 한국스마트그리드사업단의 전력사용량 자료에서 야간피크형, 주간피크형, 준평탄형, 평탄형의 네 가지 부하 패턴을 도출하였다. 이후 한계배출계수와 산업용전력（을） 전력량요금을 각각 배출 신호와 비용 신호로 적용하여, 시간대별 전력부하를 결정변수로 하는 단일목적 선형계획 모형을 개별적으로 구성하였다. 모형에는 총 부하 보존 제약, 기저부하 제약, 조정폭 제약, 변화율 제약의 네 가지 제약을 적용하고, 부하 패턴별로 환경성 최적화와 경제성 최적화를 수행하였다. 분석 결과, 국내 한계배출계수는 계절과 시간대에 따라 뚜렷하게 변동하였으며, 이 변동은 발전효율을 반영한 전력 기준 배출강도가 LNG의 약 2배인 유연탄의 한계발전 비중 변화가 주도하였다. 이러한 배출 신호는 고배출 시간대가 비용 신호인 TOU 요금제의 고단가 시간대와 어긋나, 환경성 최적화와 경제성 최적화는 모든 부하 패턴과 계절에서 상충이 확인되었다. 상충은 새벽 시간대에 부하가 집중된 야간피크형에서 가장 컸고, 나머지 세 패턴에서는 뚜렷하게 작았다. 실제로 여름철 야간피크형에서 환경성 최적화는 CO2 배출을 14.46 kgCO2/day 감축한 반면 경제성 최적화는 12.43 kgCO2/day 증가시켰다. 이는 비용 절감을 목적으로 한 부하 이동이 항상 CO2 감축으로 이어지지 않음을 보여준다. 나아가 부하 이동의 조정 가능 범위가 성과에 미치는 영향을 확인하기 위해 조정폭 제약과 변화율 제약을 완화한 결과, 변화율 제약보다 조정폭 제약이 성과 변화의 주된 요인으로 나타났다. 다만 조정폭 완화 시 증가폭은 부하 집중 시간대가 고배출 구간이나 고단가 구간과 겹치는지에 따라 달라져, CO2 감축량 증가폭은 야간피크형에서, 비용 절감액 증가폭은 주간피크형에서 가장 크게 나타났다. 반면 준평탄형과 평탄형은 부하가 하루 전반에 분산되어 고배출 구간이나 고단가 구간에서 추가로 조정할 수 있는 부하가 제한적이었고, 이에 따라 조정폭을 넓혀도 성과 증가폭이 작았다. 이러한 결과는 부하 이동의 성과가 신호 선택만으로 결정되지 않으며, 부하 집중 시간대가 고배출 구간이나 고단가 구간과 겹치는지에 따라 달라짐을 보여준다. 부하 패턴은 건물 고유의 특성이므로, 건물 부문의 탄소중립형 수요관리는 TOU 요금제와 같은 비용 신호뿐 아니라 한계배출계수 기반 배출 신호와 시간대별 부하 패턴을 함께 고려해야 하며, 부하 패턴에 따라 대상을 차등화할 필요가 있다.
more목차
제 1장 서 론 1
1.1. 연구의 배경 및 필요성 1
1.2. 연구의 목적 3
1.3. 연구의 범위 및 방법 4
제 2장 이론적 고찰 6
2.1. 경제성 기반 부하 이동: TOU 요금제 6
2.2. 환경성 기반 부하 이동: 한계배출계수 8
2.3. 비용 신호와 배출 신호의 정합성 비교 연구 10
2.4. 부하 패턴 기반 부하 이동 평가의 필요성 12
2.5. 연구의 차별성 14
제 3장 한계배출계수 산정 방법 15
3.1. 계절 및 시간대별 한계배출계수 산정 방법 15
3.2. 발전량 데이터 및 한계연료원 선정 18
3.3. CO2 배출량 추정 20
3.4. 한계연료원의 한계발전 비중 산정 방법 24
제 4장 환경성 및 경제성 단일목적 최적화 모형 구축 25
4.1. 선형계획 모형 구성 25
4.1.1. 목적함수 25
4.1.2. 제약조건 26
4.2. 대표 부하 패턴 도출 28
4.3. TOU 요금제 설정 30
제 5장 결과 및 토의 32
5.1. 계절 및 시간대별 한계배출계수 특성 32
5.2. 건물 부하 패턴별 최적화 결과 비교 36
5.3. 제약조건 민감도 분석 41
5.4. 정책 및 운영적 시사점 45
제 6장 연구의 한계 및 향후 연구방향 47
제 7장 결론 48
참 고 문 헌 51
