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지금까지 설명한 내용을 바탕으로 하여 발전단가를 실제로 계산해 보기로 한다. 여기에서 계산하는 발전단가는 발전유형 사이의 경제적 이용범위 등을 비교하는 데 사용할 수 있다. 발전단가 계산을 위한 기본 자료는 <표 4>에 나타냈다.
<표 4> 발전단가 계산을 위한 기본 자료 (예)
위의 자료에 의한 발전기별 이용률에 따른 발전단가는 <표 5>과 같다.
<표 5> 이용률별 발전단가 계산 결과
5.4. 균등화 발전단가(Levelized Generation Cost)
시간이 경과할수록 발전기의 운전유지비는 매년 상승하고 발전량도 발전계통의 운용에 의해 달라지므로 발전기 사이의 발전단가의 비교는 용이하지 않다. 변동비가 낮은 발전기가 건설되어 발전계통에서 운전을 시작하면 이미 운전 중인 발전기의 운전순위(merit order)가 변동한다. 따라서 이용률을 매년 일정하다고 가정하는 것은 무리이다. 특히 발전사업자가 독립적 의사결정을 할 경우에는 자기가 건설할 발전기가 미래에 어떤 위치에서 발전을 할 것인가를 예측하는 것은 상대 발전사업자의 투자결정과 서로 관계되기 때문에 시스템 시뮬레이션을 하여도 쉽게 판단할 수 있는 것은 아니다.
여기에서는 매년 비용과 발전량이 변화하는 상황에 있어서의 발전기의 발전단가를 비교하기 위해 연도별로 불규칙하게 발생하는 비용과 발전량을 균등화(levelize)화하는 방법을 설명한다. 이때 비용은 돈의 시간적 가치를 고려하여 일정 시점(일반적으로, 상업운전 개시 시점)으로 할인하고 발전량도 동일한 기준시점으로 같은 할인율에 의하여 할인한다. 일반적으로 물가상승률(inflarion)을 고려하지 않고 계산기준년도의 불변가격(constant price)을 이용하여 현금흐름을 표현한다. 이렇게 산출된 비용과 발전량을 이용하여 발전단가를 산출하는 것을 균등화발전단가 계산이라 한다. 원자력발전의 경우에는 핵연료비용이 연도별로 발전량에 비례하여 발생되지 않으므로, 이를 균등화 발전비용법과 같은 개념으로 계산하여 핵연료주기비(Nuclear Fuel Cycle Cost)로 나타낸다. <그림 8>은 균등화의 개념을 예시한 것이다.
<그림 8 a> 연간비용 및 균등화비용
<그림 8 b> 연간 발전량 및 균등화 발전량
<그림 8> 균등화의 개념
위 <그림 8 a>에서 Cn는 년도 n의 발전비용을 나타내며, 이 비용을 균등화시킨 것이 이다. 또한 <그림 8 b>에서 Qn는 년도 n의 발전량이며, 는 균등화발전량이다. 그러면 균등화비용은 /가 된다.
5.5. 발전단가와 발전설비획장계획
여기에서는 발전단가의 비교와 발전설비확장계획과의 관계에 대하여 설명한다. 계획을 수립하는 기관 또는 계획입안자(planner)는 최소비용의 발전설비확장계획을 수립할 것이다. 이때의 최소비용은 연도별 건설비와 발전계통의 운전비용의 현가를 합한 것을 말한다. 발전기 건설계획이 연도별로 도출되면 연도별 발전기 구성 및 설비예비력이 결정된다. 따라서 후보발전기를 포함한 모든 발전기는 연도별로 이용률, 발전량 등이 결정되고 이렇게 결정된 발전량 및 이용률을 이용하여 발전단가는 계산될 수 있다. 여기에서 알 수 있는 바와 같이 설비계획에서는 발전단가를 비교하여 최소비용의 계획 및 연도별 발전기 구성을 결정하는 것이 아니고 총 건설비 및 운전비를 고려하여 판단하는 것이다.
전력수요가 매년 성장하고, 이에 따른 후보발전기의 추가로 인하여 발전기 구성이 변화하며, 일단 건설된 발전기는 준공 이후 20~30년 동안 계속 운전하고, 이후에 건설될 발전기의 의사결정은 앞에서 어떤 발전기가 먼저 건설되었는가에 영향을 받는다. 따라서 발전설비확장계획은 대상기간 전체로 평가를 한다. 어느 한 연도의 발전기 구성이 그 연도에서는 최적이라고 하여도 미래의 대상 연도를 동시에 고려한 계획에서 최소비용의 계획인지 알 수 없다. 이와 같이 여러 연도를 고려하여 최적화하는 것을 동태적 최적화문제라고 한다. 이에 반하여 하나의 연도만을 대상으로 하여 최소비용의 발전기 구성을 검토하는 것을 정태적 분석이라고 한다. 동태와 정태는 여러 연도를 함께 고려하느냐 또는 한 연도를 고려하느냐로 구분된다. 발전설비확장계획 문제는 정태적이 아닌 동태적인 문제이다. 다음은 정태적 문제에 대하여 설명한다.
5.6. 심사곡선법(SCM, screening curve method)
이 방법은 정태적 접근방법이라고 하며 발전설비확장계획 후보 발전기의 이용률별 연간 비용의 변화를 나타내는 연간비용곡선을 작성하고, 이를 이용하여 적정 발전기 구성 즉 발전유형별 적정 구성비를 찾아내는 것을 말한다. 이러한 방법을 심사곡선법이라고 한다. 심사곡선법에 의한 적정 발전기구성 방법이 <그림 9>에 나타나 있다. 이 그림에서 아래 부분은 부하지속곡선(LDC: Load Duration Curve)을 나타낸 것이며, 위 부분은 각각 1 kW의 용량을 갖는 원자력, 유연탄, 가스터빈(G/T) 등의 발전기에 대하여 이용시간 또는 이용률(Capacity Factor, %)에 따른 연간 발전비용의 변화를 나타낸다. 연간 발전비용은 고정비 및 고정운전유지비로 이루어진 연간 고정비(annual fixed cost)와 발전량의 변화에 비례하는 변동비(variable cost)로 나뉘며, 이 두 가지 비용을 이용률에 따른 발전량으로 나누면 발전단가(unit generation cost)가 구해진다.
<그림 9> 심사곡선법과 정태분석의 예
<그림 9>에서 연간발전비용 곡선이 Y축과 만나는 점은 연간 고정비이며, 직선의 기울기는 변동비를 나타낸다. 각각의 발전유형별 연간발전비용은 발전기의 이용시간에 따라 변한다. 또한, 윗부분 3 개의 직선은 서로 교차하게 되는데, 첫 번째 교차점은 가스터빈과 유연탄에 의한 것이며, 이 교차점에서 각각의 연간발전비용은 동일함을 의미한다.
발전기의 이용시간 또는 이용률에 따른 비용을 보면, 0～a의 이용률의 범위에서는 가스터빈 발전기의 연간비용이 가장 낮고, 이용률이 a 이상에서는 유연탄 발전기가 유리함을 나타낸다. 또한 유연탄 발전기와 원자력발전기의 연간비용곡선은 이용률 b에서 교차하므로 이용률 a~b의 범위에서는 유연탄발전기의 연간비용이 가장 낮고, b 이상에서는 원자력 발전기가 가장 유리하다. 이와 같이 발전기 유형별로 경제적인 이용률 범위가 결정되므로 그 사이의 부하를 비용이 낮은 발전기로써 충당하도록 발전기 구성을 할 수 있다. <그림 9>의 부하지속곡선에서는 이용률 범위에 따라 원자력 발전기, 유연탄 발전기, 가스터빈 발전기가 각각 첨두부하, 중간부하, 기저부하 등의 부하를 담당하는 것을 보여주며 이러한 발전기 구성아래에서 발전계통의 연간 총비용이 최소로 되는 것을 알 수 있다. 심사곡선법에 의하면 유형별 발전기의 고정비 및 변동비 특성이 변하지 않더라도 이용률이 높아지면 원자력의 비중이 커지는 것을 알 수 있다.
이와 같은 심사곡선법은 어떤 특정한 1년 동안의 운전에 대한 분석법으로서 이에 의한 최적전원구성 방식은 어떤 연도의 발전기의 구성 비율(%)이 어느 정도로 되는 것이 경제적인가에 대한 개략적인 정보를 제공하여 준다. 그러나 이 방식은 발전기의 투입시기, 용량, 그리고 댓수에 대한 정보를 제공하지 못한다. 예를 들어서, 유연탄 화력이 차지하는 부분에서 몇 대의 유연탄화력이 언제 건설되어야 하는지 알 수 없다. 발전기의 고장정지에 대한 확률적 고려가 불가능하므로 공급신뢰도를 유지하기 위한 설비예비력의 크기를 정해주지 못하며, 운전비의 예측도 각 발전기의 고장정지가 고려되지 않는 상태에서의 부하지속곡선에서 차지하는 면적을 나타내므로 충분한 정보가 되지 못한다. 만약 수요가 변동하지 않고 매년 동일한 부하지속곡선이 미래에 무한히 계속된다면 비용최소화에 의하여 구한 해와 같은 결과를 얻을 수 있다. 따라서 한 연도만을 대상으로 하는 심사곡선법에 의한 발전기구성 방법은 30년 이상의 계획기간을 갖는 발전설비확장계획에 사용될 수는 없고, 과거에 비용최소화의 전산모형이 개발되어 활용되기 이전에 주로 부하율의 변화에 따른 발전기 구성의 변화를 이해하는 데에 이용되었다. 일부의 비용최소화계획 모형은 초기해를 설정하기 위한 용도로서 심사곡선법을 사용한다.
5.7. 실적(회계적) 발전단가의 계산
실적 발전단가는 운전 중인 발전기의 연료비, 운전유지비, 고정비(주로 감가상각 금액) 등 당해년도의 발전에 투입된 총비용을 당해년도의 발전량으로 나누어 계산하는 방법이다. 이것은 전력회사에서 경영실적을 발표할 때에 각 발전기 별 운전 실적에 따른 발전단가로서 계산된다.
회계적 발전단가의 계산에서는 <그림 7>의 Cj를 발전기를 건설하였을 때의 년도별 건설비로서 사용하면 된다. 이때의 Cj는 그 해의 비용으로 표시된 수치이며 이것을 합계한 것이 Cf이다. Ai는 연도별 감가상각 금액이다. 기존 발전기에 대한 실적(회계적) 발전단가는 발전에 소요된 연간 총비용을 연간 발전량으로 나눈 것으로서 다음과 같은 방식으로 계산된다.
이와 같이 실적(회계적) 발전단가는 과거의 회계 수치에 기초한 건설비와 발전기의 운전실적에 따른 비용을 기초로 하여 계산되므로 미래에 건설할 발전기의 발전단가와 관련이 없다. 또한, 회계적 수치인 발전단가와 미래 발전기의 비교에 사용되는 수치는 개념적으로 차이가 있다. 예를 들면, 회계적 감가상각 기간과 경제적 수명기간은 다를 수 있으며 이 경우, 감가상각이 끝난 기간 중에 운전 중인 발전기가 있다면 이것의 발전단가는 매우 낮아져 경제성이 우월한 것으로 나타난다.
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2024.4.18 목 16:47 
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