최적화 모형을 통한 지역냉난방열의 잠재비용 추정에 관한 연구

최병렬

추천

검색

질문

자료유형: 연구보고서

저자정보: 최병렬

저널정보: 에너지경제연구원 에너지경제연구원 연구보고서 에너지경제연구원 연구보고서 05-05

발행연도: 2005.12

수록면: 1 - 154 (154page)

이용수

📌

연구주제

📖

연구배경

🔬

연구방법

🏆

연구결과

초록· 키워드

오류제보하기

1. 연구 필요성 및 목적
지역냉난방은 중앙 집중식으로 에너지를 생산하여 지역사회에 공급하는 친환경, 에너지절약적인 에너지공급방식이다. 특히 열병합발전(CHP)을 이용하여 지역냉난방사업을 추진할 경우, 사업자는 난방, 냉방, 전력과 같은 다양한 에너지서비스를 수용가에게 공급할 수 있다. 그러나 열병합발전은 열과 전기를 복합 생산하는 기술이므로 이들의 생산원가를 산정하는 일이 간단하지 않다. 더욱이 열과 전력의 시장이 분리되어 가격이 각각 통제되고 있는 상황에서 복합생산물의 원가산정 방안은 기업의 가격전략 나아가서는 경영전략에 큰 영향을 미친다. 또한 지역냉난방 사업의 원가산정은 복합생산물인 에너지서비스를 생산하는 주체와 이용하는 주체가 서로 다르고, 합리적인 원가배분의 원칙을 마련하지 못하게 될 경우에는 기업간 또는 산업간의 갈등의 요인으로 작용하게 된다.
지역냉난방사업에서 생산되는 열과 전기의 원가배분 방법론은 지역난방과 전력부문의 공급여건에 따라 다양하게 제시되고 운영되어 왔다. 이러한 방법론 중에서 지금까지는 재무적 또는 회계학적 방법인 생산량, 또는 판매수익을 기준으로 원가를 배분하는 방안이 주로 활용되어 왔다. 그러나 이러한 방안은 배분기준이 이론적이지 못하며, 임의적이라는 측면에서 보다 공정한 기준을 요구하는 주장에 대한 설득력이 약하다는 비평을 받아 왔다. 이에 자원배분의 합리성을 확보하기 위해 에너지서비스의 한계가치 개념을 고려한 지역냉난방시스템의 원가배분 문제를 검토할 필요성이 제기되었다.
본 연구는 기존의 재무 회계적 측면에서 복합생산물의 원가를 배분하는 틀을 벗어나 새로운 시각, 즉 미시경제학적 측면에서 원가를 추정하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 연구는 특정지역에 지역냉난방사업을 추진할 경우 선택되는 최적설비를 선형모형을 통하여 구축하고, 이러한 최적 시스템이 가동될 때 생산되는 에너지서비스, 즉 난방, 냉방, 전기의 잠재비용을 추정한 다음 그의 정책적 의미를 검토하고자 한다.
2. 연구결과 및 한계점
본 연구는 우선 국내의 지역냉난방사업과 열요금 정책, 그리고 지역냉난방 열요금 결정에 관한 주요 이론을 검토한 후, 지역냉난방기업이 활용할 수 있는 최적화 선형모형을 단계적으로 구성하였다. 모형에서 지역 냉난방기업은 특정지역에 난방, 냉방, 전력을 지역 독점으로 공급하며, 또한 에너지서비스의 공급시스템은 전국 전력망에 연계되어 있어 전력의 판매와 구매가 가능하다고 가정하였다. 모형은 선택가능한 모든 설비 (CHP, 보일러, 냉동기, 빙축 등)를 포함시켜 구성하였으며, 가변열전비의 CHP도 하나의 기술로 인식하여 선택할 수 있을 뿐만 아니라 특정 CHP의 운전모드도 선택가능하게 하였다.
본 연구는 설정한 선형모형의 실증분석을 통해 아래와 같은 결과를 도출하였다. 첫째, 최적설비의 종류와 규모를 도출하였다. 5만4천 세대 아파트, 150동의 상업건물에 난방열과 냉방열, 그리고 전력을 공급할 경우, 최적설비로는 76.5 MW의 CHP, 250 Gcal/h의 열전용보일러, 그리고 흡수식냉동기와 빙축설비가 필요하였다. 특히 CHP 생산전력은 분석지역 전력 총수요의 66%를 담당하였다.
둘째, 분석대상지역에 공급되는 난방열, 냉방열, 전력에 대한 잠재비용을 추정하였다. 이 연구에서 잠재비용은 선형모형으로부터 도출된 한계 비용으로 규정되고 있으며, 이는 선형모형의 수요의 제약에 연계된 잠재가치의 형태로 나타난다. 잠재비용은 연간 평균으로 난방열은 Meal당 54원, 냉방열은 RTh당 241원, 그리고 전력은 kWh당 88원으로 산출되었다. 이러한 잠재비용은 현재 거래되고 있는 에너지서비스의 가격이나 회계학적 방법으로 추정하는 비용과는 상당한 차이를 보이고 있다. 즉 동일한 규모의 지역에서 추정되는 총괄비용배분(FDC)에 의한 가격은 난방열은 Meal당 77.1원, 냉방열은 RTh당 430.6원, 전력은 kWh당 51.5원으로 나타났다.
본 연구에서는 선형모형을 구축하고, 이를 통해 잠재비용 도출하는 구조를 가지므로 객관적 선형모형의 구축이 중요하다. 따라서 선형모형으로부터 좀 더 현실적인 결과(최적해)를 얻기 위해서는 다음 분야에 대한 개선의 노력이 필요하다. 본 분석에 활용되고 있는 선형모형은 그 활용 범위를 확대하기 위해서는 부하자료, 설비투자비, 투입연료가격 등 합리적이고 객관적인 외생자료의 작성, 설비선택의 현실성을 고려한 정수계획 프로그램으로의 도입, 잠재비용을 현실적인 요금으로 활용할 수 있는 방안의 마련 등이 요청된다.
3. 정책적 제언
본 연구의 결과로 도출되는 최적 설비 규모와 잠재비용은 지역냉난방 사업자와 독점사업의 규제자인 정부에게 몇 가지 의미를 제공하고 있다. 사업자는 본 연구에서 활용하고 있는 선형계획을 포함하여 최적화 모형을 운영함으로써 잉여설비 또는 불필요한 초과비용을 회피할 수 있다. 그리고 정부는 이와 같은 잠재비용을 활용하여 소비자 후생이 증대되는 방향으로 규제가격을 조정할 수 있을 것이다. 즉 이 잠재비용은 정부나 규제자에게 한계비용에 근거한 요금정책을 수립할 수 있게 한다. 또한 동 모형은 적절한 개선과정을 통하여 CHP 소유자, 지역냉난방사업자, 송전망 사업자, 기타 관련 에너지기업에게 열과 전기의 도매거래를 위하여 경제적으로 올바른 가격신호를 제공할 수 있다. 예를 들면, 본 연구의 잠재비용은 CHP 생산 열과 전기의 공통비용 배분에 이용되어 비용 배분에 관한 주관성이나 자의성을 배제하고 경제 이론적 관점에서 복합 생산물의 시장가치를 평가하게 만든다. 따라서 산업간, 사업자간 에너지 서비스의 가격(수열가격 또는 수전가격)과 관련한 갈등을 해소하는데 기여할 수 있다.

1. Research Purpose
District heating and cooling is a system of centralized heat and cool water production and distribution for the local area. The system is environmentally friendly and energy-efficient, for it can use a variety of fuels and heat sources, e.g., natural gas, coal, biomass, industrial waste heat, etc., at the combined heat and power (CHP) plant and the incinerator. Especially, district heating cooling business with CHP provides various energy services, e.g., heating, cooling and electricity, to local customers.
Because the CHP is a technology to produce both heat and electricity, it is not simple to calculate their respective production costs. Nevertheless, cost allocation between energy products of the CHP apparently affect the pricing policy of the government and the business performance of energy firms. Considering that heat and electricity have been supplied by separate energy companies, the cost allocation has been a nasty issue between electricity and heating businesses in their trade of CHP energy products.
Various methods have been applied to allocating the common cost of the CHP, depending upon business conditions of heat and electricity firms. An accounting method has been the most prevailing one to split the common CHP cost on the basis of production or revenue. The method is, however, not theoretically sound, but appears to be arbitrary.
Thus it is necessary to look into the allocation of the common CHP cost in view of a marginal value concept based on the microeconomic foundation. This study is to investigate what the optimal facilities are, and what the optimal supply costs of energy services are in the district heating and cooling business with the CHP.
2. Summary
This study formulates a linear programing model for a typical district heating and cooling firm. In the model, the firm is assumed to be a regionally natural monopoly supplying heating and cooling for a service area, and connected to the national electric power grid so that it can manage electricity shortage and surplus. The firm is required to minimize its full costs to supply energy services, i.e., heating, cooling and electricity of the business area, considering the viewpoint of either a regional society planner or a regional energy regulator. The model is subject to major constraints such as the regional demand for energy services, the installment and operation of energy facilities, and the exogenous conditions of energy transactions between the firm and the national power grid. The major choice variables of the model are energy facilities selected, their capacities, and their levels of operation. The model shows other specific features, compared with previous literature. The firm is allowed to choose the optimal types of energy-producing facilities among all ones available in the present market, e.g., CHP's, absorption chillers, the ice-storage system, etc. Thus CHP with the variable production of heat and electricity is also in the set of available technologies. In addition, the operation modes of a specific CHP are considered as binary variables in the model.
This study is primarily interested in the two major results of the linear programing model described above. One of them is about the optimal choice and capacity of energy facilities in the typical service area where customers consist of 54 thousand households and 150 office buildings. Optimally selected are energy facilities: CHP's at 76.5 ㎿, heat only boilers at 250 Gcal per hour, absorption chillers, and the ice storage system. In particular, CHP is estimated to supply 66 percent of the total electricity load of the region in the model.
The other result is about estimating the shadow cost of energy services of the district heating and cooling business. In this study, the shadow cost of an energy service is defined as its marginal cost derived from the linear programing model in the form of the shadow value tied with its demand constraint. Shadow costs are estimated in Korean currency as follows: 54 Won per Meal for district heating, 241 Won per RTh, and 88 Won per kWh for electricity on the average of the full year at the saturated demand 'level. Clearly, these costs are quite different from current transaction prices and the cost levels the fully distributed cost approach indicates.
In spite of its popular use with ease, the mathematical program of this study generically inherits the weak points of the general linear model. Research efforts will be needed to relax some linearity assumptions of the model to improve on the reliability of the optimal solution. For example, the capacity levels of energy facilities may be treated as integer variables instead of real ones in this study. The constraints of the model may take into consideration the impact on investment costs of the scale economies of energy facilities. Moreover, it is critically important to collect the correct data of exogenous variables such as investment costs per unit of energy facilities, the levels of the demand for energy services, the transaction prices of electricity between the district heating and cooling business and the national electric grid operator.
3. Policy Suggestions
These results give some implications to the districting heating business firm and the government as the regulator of the natural monopoly. The firm can avoid either any excess capacity or extra costs by employing optimization programs including the linear programing model of this study. And the government can utilize the estimated shadow costs to adjust presently regulated prices in the right direction for the improvement of customers' welfare. In addition, the linear programing model of this dissertation can be modified to provide economically right price signals for the wholesale deals of heat and electricity among CHP owners, district heating and cooling businesses, the national electric grid operator, and other relevant energy firms. For example, use is made of shadow costs estimated in this study to distribute the common costs of CHP between heat and electricity.

참고문헌 (0)

참고문헌 신청

참고문헌이 DBpia에서 서비스 중이라면, [참고문헌 신청]을 통해 등록해보세요

함께 읽어보면 좋을 논문

논문 유사도에 따라 DBpia 가 추천하는 논문입니다. 함께 보면 좋을 연관 논문을 확인해보세요!

이 논문의 저자 정보

최병렬

소속기관 에너지경제연구원

주요연구분야 사회과학 > 경제학 공학 > 재료·에너지공학 > 기타 재료·에너지공학

논문수 17 이용수 1,772

이 논문과 함께 이용한 논문

에너지수요 관리체계 확립 방안

김종덕 , 최병렬 , 이상원 외 1명 에너지경제연구원 연구보고서 2001 .12

콘덴싱 가스보일러 잠열교환기의 이너 그루브 튜브 열유동 해석

용경중 , 임병철 , 박상흡 한국산학기술학회 논문지 2014 .07

건물 난방용 연소기기의 대기오염물질 관리 방안 연구

최유진 , 고경진 서울연구원 정책과제연구보고서 2013 .12

선형계획법을 활용한 웹 페이지 메뉴 구조의 최적화

김수영 , 김하영 , 박상원 외 1명 대한인간공학회 학술대회논문집 2013 .05

학교 내 전력낭비 사례 조사를 통한 전기절약의 경제적 효과 측정 : 에어컨의 중앙제어시스템으로 인한 전력 낭비를 중심으로

홍경택 , 정종원 , 정우경 외 5명 한국환경교육학회 학술대회 자료집 2014 .12

최근 본 자료

전체보기

UCI(KEPA) : I410-ECN-0101-2009-321-018618836

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

초록· 키워드

AI 요약

연구주제

연구배경

연구방법

연구결과

주요내용

목차

참고문헌 (0)

함께 읽어보면 좋을 논문

이 논문의 저자 정보

이 논문과 함께 이용한 논문

최근 본 자료

댓글(0)