연계 전력망의 용량 가치 평가와 정책 영향

본 논문은 전력 시스템 간 연계선이 시스템 안전성에 기여하는 정도를 정량화하기 위해 “용량 할당 곡선(Capacity Allocation Curve)”이라는 새로운 개념을 도입한다. 먼저, 각 시스템의 기본 위험을 LOLE(연간 기대 정전시간)로 정의하고, 연계선이 가용될 경우 추가 부하 l에 대한 위험 r⁺(l) 을 확률적 마진 M₀을 통해 표현한다. 허용 가능한 부하 추가 집합 A는 두 시스템 모두 기준 위험을 초과하지 않는 l의 2차원 영역이며, 이 영역의 파레토 최적점들을 연결한 것이 용량 할당 곡선이다. 연계선의 실제 활용 방식을 반영하기 위해 네 가지 전력 흐름 정책을 제시한다. Veto 정책은 잉여 전력이 있을 때만 수출을 허용해 연계선이 시스템에 부정적 영향을 주지 않도록 한다. Share 정책은 두 시스템이 부족을 수요 비율에 따라 공유하도록 가정해, 실시간 시장에서 가격이 부하 비례적으로 상승하는 상황을 모델링한다. Assist A와 Assist B 정책은 각각 한쪽 시스템의 부족을 우선적으로 해소하고, 다른 시스템에 손해를 전가하는 비대칭적인 흐름을 나타낸다. 마진 M은 전통 발전(G), 풍력(W), 수요(D) 세 요소의 합으로 모델링하고, 각각을 독립 확률변수로 가정한다. G, W, D의 확률밀도는 이산화 후 2‑D FFT를 이용해 컨볼루션함으로써 전체 마진 분포 f_M을 얻는다. 이후 정의된 적분식 φ_A(l_A,l_B) 를 통해 기본 부족 확률(p_base), 수입 부족(p_imp), 수출 강제(p_exp)를 계산하고, 정책별 조합식(13)으로 최종 부족 확률 p_A(l;c) 를 산출한다. 연계선 가용성은 여러 용량 단계 c_i 와 그 발생 확률 q_i 로 이산화하여, 전체 위험은 가중합(14) 으로 구한다. 구현은 10 MW·50 MW 격자를 사용했으며, 파이썬·FFT 기반 연산으로 수초 내에 결과를 도출한다. 모델 시스템은 영국(GB)과 프랑스(FR)를 대표하도록 설계되었다. GB는 13 GW 풍력, FR은 15 GW(스케일링) 풍력을 가정하고, 5년간의 실제 수요 데이터를 이용해 D의 공동분포를 구축했다. 풍력 상관계수 ρ는 실제 2014년 데이터를 기반으로 0.5376 로 추정하였다. 전통 발전은 1200 MW, 600 MW, 300 MW 등 다양한 규모의 단위들을 90 % 가용성으로 모델링하였다. 시뮬레이션 결과는 네 정책에 따라 용량 할당 곡선이 크게 달라짐을 보여준다. Veto 정책은 가장 보수적인 곡선을 제공해 연계선이 실제로 활용되지 않을 경우의 최소 용량 가치를 나타낸다. Assist A와 Assist B 정책은 각각 한쪽 시스템에 큰 혜택을 주어 비대칭적인 용량 감소 효과를 보이며, Share 정책은 두 시스템에 균등하게 혜택을 주어 Veto와 Assist 곡선 사이의 중간 형태를 만든다. 특히 Share 곡선은 Assist A와 Assist B 곡선의 일부 구간과 겹치며, 실제 시장에서 가격 기반 교환이 일어날 경우 기대할 수 있는 용량 가치 범위를 제시한다. 이러한 분석은 국가 간 용량 메커니즘을 조정하거나 연계선 투자 결정을 내릴 때 정책 선택이 용량 가치에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는 데 유용하다. 특히 EU 차원의 통합 적합성 평가에서, 각 국가가 독립적으로 용량을 확보하는 대신 연계선을 활용한 공동 확보 전략을 설계할 때, 제시된 용량 할당 곡선과 정책별 시나리오가 중요한 기준이 될 수 있다.