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연구보고서

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코로나19가 한국의 전력 수급에 미친 영향 분석
보고서명코로나19가 한국의 전력 수급에 미친 영향 분석
  • 1.연구의 필요성 및 목적
    □ 연구의 필요성
    o 코로나19 팬데믹은 경기 침체 및 생활 행태 변화와 더불어 에너지 시장에도 심각한 영향
    - IEA에서는 전 세계 에너지 소비가 급락하고 온실가스 배출도 거의 8%가 줄어들 것으로 예상 (IEA, 2020b)
    - 대부분의 국가에서 전기 소비가 감소한 것으로 나타났으며 (IEA, 2020a), 단기적으로 재생에너지원의 비중이 증가
    - 우리나라에서도 2020년 국내 총생산은 전년 대비 1.0% 감소하였으며, 총에너지 소비는 290.2백만 toe 수준으로 전년 대비 4.3% 감소 (에너지경제연구원, 2021.3)
    o 코로나19 확산의 영향을 가장 잘 살필 수 있는 에너지 분야는 전기 소비와 전력 시장
    - 코로나19의 순간적 그리고 누적적 영향을 살필 수 있는 데이터가 가능한 분야는 전기 소비 및 전력 시장이기 때문에 전기를 중심으로 코로나19가 에너지 시장에 미친 영향에 대한 분석이 필요
    - 이를 통해 전력 시장에 예상치 못한 외부적 충격이 왔을 때 정부 정책과 전력 시장은 어떤 대응을 해야 하는지 준비가 가능
    □ 연구의 목적 및 방법
    o 코로나19의 국내 확산이 우리나라 전기 소비량과 소비 패턴 그리고 발전 시장에 미친 영향을 분석
    - 확산 단계별, 계절별, 시간별 전기 소비 및 생산의 변화에 대해 시각적 그리고 정량적 분석을 도출하고 코로나19의 영향을 평가
    o 한국전력공사와 전력거래소의 시간별 데이터를 이용하여 2020년 전기 소비 및 생산을 그 이전 시기와 비교 분석
    - 한국전력공사의 AMR 데이터를 이용하여 부문별 전기 소비 패턴의 변화를 다양한 부하 지수를 통해 분석
    - 전력거래소의 발전원별 발전량 자료를 이용하여 코로나19 시기 발전 구성이 그 이전 시기에 비해 어떻게 달라졌는지를 비교
    - 기타 수집 가능한 다양한 데이터를 이용하여 2020년 전력 시장의 변화를 관찰
    - 데이터 시각화 및 지수 비교를 비롯하여 기온 효과를 제거하기 위한 단순 회귀 분석 방법 사용과 새로운 지표 발굴 등을 시도
    2.연구 내용 및 주요 분석 결과
    □ 전기 소비의 변화
    o 우리나라는 코로나 확산 방지를 위해 지역별 사회적 거리두기를 시행
    - 2020년 3월부터 5월까지 종교시설을 비롯한 일부 시설과 업종의 운영 제한 조치를 실시
    - 8월에는 2~2.5단계 사회적 거리두기를 실시
    - 11월에는 수도권에 2단계 거리두기로 조정하였고, 이후 수도권 거리두기 2.5단계 및 비수도권 2단계로 상향된 조치는 2021년 1월 3일까지 연장
    o 우리나라의 전기 소비는 2019년 525.3 TWh에서 2020년에는 511.6 TWh으로 2.6% 감소
    - 2020년 전기 소비는 전반적으로 이전 4년 평균에 비해서 다소 낮았으며 두드러진 차이를 보인 것은 5월과 7월
    - 하지만, 사회적 거리두기가 강화된 12월의 경우 오히려 지난 4년 평균보다 주간 평균 전기 소비가 증가
    - 즉, 코로나19 감염 확진자 발생 추이나 그로 인한 국내 방역 조치 강화 시기와는 시간적 상관관계가 미약
    o 연간 최대소비는 2019년 85.4 GW에서 2020년 84.7 GW로 0.8% 하락
    - 전기 소비량 감소에 비해 최대소비(최대부하) 감소는 상대적으로 작아 코로나19가 최대소비에는 별다른 영향을 미치지 않은 반면 최저소비(최저부하)는 5.1% 가량 크게 감소
    - 2020년 전기 소비는 이전과 비슷한 최대소비, 줄어든 전기 소비량, 짧아진 최대소비 범위 지속 시간과 최대소비 시간으로 요약 가능
    □ 전기 소비 패턴의 변화
    o 2020년 일일 전기 소비 패턴은 2016~2019년 일일 전기 소비 패턴 평균에서 상당하게 변화
    - 전기 소비량이나 전기 소비 형태는 이전 시기와 큰 차이점이 없지만 마할라노비스 거리로 측정한 2020년 전기 소비 패턴은 이전의 전기 소비 패턴과 차이점이 있는 것으로 나타났으며 특히 4월, 6월, 12월에 두드러진 차이를 보임
    - 생산활동과 관련된 4시에서 16시까지, 그리고 소비 활동과 관련된 20시에서 24시까지 이전의 소비 패턴에서 변화
    □ 발전 부문의 변화
    o 변동성 재생에너지(variable renewables)의 발전 비중은 아직 낮지만 빠르게 증가하는 상황
    - 태양광 발전량은 2020년 5.08 TWh로 전년 대비 31.9% 증가, 총발전량에서의 비중은 2019년 0.73%에서 2020년 0.98%로 확대(전력거래소 발전원별 발전량 기준)
    - 풍력 발전은 2019년 2.67 TWh에서 2020년 3.13 TWh로 17.3% 증가하여 2020년 총발전량에서 0.61%를 차지
    - 시간당 발전에서 태양광 발전이 차지하는 최대 비중은 2019년 4.2%에서 2020년 6.1%까지 증가하여 수력(2020년 5.9%)보다 발전 시스템에 미치는 영향이 증대
    o 총발전에서 변동성 재생에너지를 제외한 순부하는 재생에너지 발전이 증가하면서 점차 감소
    - 전기 소비량의 감소 및 전기 소비 패턴의 변화와 더불어 변동성 재생에너지 발전의 증가는 전통적 전력 공급 설비가 실시간 대응하는 부하 패턴의 변화와 변동성의 증가를 초래
    - 발전량이나 최저부하의 감소에 비해 최대부하의 감소는 크지 않았으며, 순부하의 평균 시간당 출력 변화와 연속적인 출력 상승의 크기는 증가
    - 2020년의 원자력 발전은 이전 시기의 평균에 비해 증가했지만 석탄은 크게 감소하여 기저 발전의 일 평균 비중이 2019년 67.97%에서 2020년 64.73%로 하락
    - 석탄 발전의 감소는 미세먼지 종합 대책에 따른 석탄 발전 상한 제약 및 가동 중지와 전기 소비 감소에 따른 발전량 감소가 복합적으로 작용
    - 실시간 대응이 필요한 소비 패턴의 변화와 재생에너지 발전의 증가는 가스 발전의 변화를 증폭
    o 온실가스와 미세먼지 배출은 2018년 정점에 도달한 후 2019년과 2020년 연이어 감소
    - 온실가스는 2019년 전년 대비 7.1%, 2020년은 전년 대비 11.0% 감소한 것으로 추정
    - 미세먼지는 2019년 5.0%, 2020년 10.3% 감소한 것으로 추정
    - 봄철의 배출이 상대적으로 크게 감소한 것을 보면 미세먼지 및 온실가스 저감 정책으로 인한 석탄 발전의 감소가 주요 원인
    o 2020년의 계통한계가격은 이전의 계통한계가격에 비해서는 뚜렷하게 하락
    - 2020년 천연가스의 연료비 단가가 8월에 급격히 하락하였으며, 유연탄의 열량단가가 한계가격을 결정하는 비중이 증가 (전력시장감시위원회, 2020a; 전력시장감시위원회, 2020b)
    - 이로 인해 2020년 4월에서 8월까지 그리고 12월의 계통한계가격 분포의 이상 현상이 발생
    o 제약 발전 및 제약 비발전은 2020년 크게 증가
    - 제약 발전의 증가는 예측 오차 및 송전 제약으로 인한 발전인 계통 제약 발전의 증가가 원인
    - 총량 기준의 예측 오차는 이전과 크게 달라지지 않았기 때문에 제약 발전 및 제약 비발전의 증가는 코로나19 시기 전력 시장의 변화가 발생한 것을 의미
    - 하지만 변화의 원인으로 코로나19를 지목하기는 어려우며 제약 발전 및 비발전의 증가 원인에 대한 추가 분석이 필요
    o 주파수 조정 서비스, 예비력 서비스 등 전력계통운영 보조서비스에 대한 정산금은 2020년에 크게 감소
    - 정산 규모가 줄어든 것은 정산 규칙 변경에 따른 보조서비스의 범위와 정산 수준이 달라졌기 때문으로 분석
    3. 결론 및 시사점
    o 전기 소비의 감소는 코로나19로 인한 경제 활동 부진이 가장 큰 원인이긴 하지만, 국내총생산 감소에 비해 감소가 크지 않았음
    - 전면 폐쇄와 같은 수단을 사용하지 않고 코로나19에 대한 방역을 비교적 성공적으로 유지함으로써 주요 선진국에 비해 전기 소비의 변화가 미미
    - 하지만 마할라노비스 거리를 이용한 전기 소비 패턴을 분석한 결과 2020년 우리나라의 전기 소비 패턴의 변화는 분명하게 존재
    o 코로나19의 영향과 재생에너지 발전의 증가로 순부하의 감소와 변동성이 확대
    - 변화 정도는 전력 시장이 우려할 정도로 크지 않았지만, 전기 소비 감소 및 소비 패턴의 변화와 변동성 재생에너지 발전 증가는 각각에 대한 전력 시스템의 관심이 필요
    o 연간 수치의 변화보다 순간적인 이상 현상이 계통의 안정성에 보다 중요
    - 재생에너지 발전의 패턴과 전기 소비 패턴이 상이하기 때문에 전기 소비가 낮은 시기에 재생에너지 출력이 높은 상황이 발생 가능
    - 특히, 재생에너지 발전이 많은 시기가 미세먼지 대응 및 예방 정비 집중 시기이기 때문에 계통 안정성 측면에서 어려움 증가
    - 전기 소비의 패턴 변화와 순부하의 패턴 및 변동성 증가로 향후 최대부하 전망과 함께 이상치 수요에 대한 예측과 대비가 필요
    - 석탄 발전을 지속적으로 줄여나가는 정책이 유지되는 동안 석탄 발전의 출력 변화나 변동성 확대는 지속될 것으로 예상
    - 가스 발전은 시간 당 최대 발전이 석탄 발전에 거의 근접했으며, 평균 출력 변화, 순간 최대 변화, 연속 최대 변화 등 모든 측면에서 확대될 것으로 예상
    o 온실가스 및 미세먼지 배출은 코로나19라는 외부적 요인보다 온실가스 및 미세먼지 정책이 더 큰 영향
    - 온실가스 및 미세먼지 감축이라는 정책 목표의 추진이 배출 감축에 큰 효과
    - 하지만, 이는 계통 운영의 어려움을 가중시키는 요인으로 작용하기 때문에 감축 목표 달성과 함께 목표에 도달하는 경로를 안전하게 관리하는 것이 중요

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