시장 권력과 제한된 규제 속에서 깨끗한 마이크로그리드 구현 방안

본 논문은 전력 공급이 불안정하고 국가 전력망이 신뢰성을 상실한 개발도상국, 특히 레바논을 사례로 삼아, 디젤 발전기 기업(DGC)이 마이크로그리드 내에서 독점적 시장 권력을 행사하는 현실을 모델링한다. 서론에서는 전쟁·정치 불안·부패 등으로 인해 국가 전력망이 파괴되고, 지역사회가 디젤 발전기에 의존하게 되는 구조적 문제를 제시한다. 이러한 상황에서 가정용 태양광(PV) 시스템이 급증하고 있으나, 잉여 전력의 폐기와 전력 공급의 불안정성이라는 두 가지 주요 제약이 존재한다. 기존 연구는 기술‑경제적 최적화에 집중했지만, 시장 권력과 규제 제약을 충분히 반영하지 못했다는 한계를 지적한다. 문헌 검토에서는 ‘스웜 그리드’와 마이크로그리드, 그리고 개발도상국의 피드인‑타리프(FiT) 정책을 다룬 선행 연구들을 정리한다. 특히, 기존 FiT 정책이 국가 전력망을 전제로 설계된 경우가 많아, 마이크로그리드 수준에서의 적용이 어려운 점을 강조한다. 또한, 디젤 기반 마이크로그리드에서 DGC가 발전·배전·접근 제어를 동시에 수행함으로써 시장 권력이 강화된다는 점을 강조한다. 핵심 모델링은 두 단계의 Stackelberg 게임으로 구성된다. 1단계(리더)에서는 규제자가 전력 판매 가격 상한(P_max)과 가정용 PV 피드인‑타리프 하한(FiT_min)을 결정한다. 목표는 가구 전체의 경제적 잉여(HES)를 최대화하는 것이며, 동시에 DGC의 이익이 현행 수준 이하로 떨어지지 않도록 제약을 둔다. 2단계(팔로워)에서는 DGC가 디젤 발전량, 배터리 투자, 그리고 PV 전력 구매량을 선택해 이익을 극대화한다. DGC는 P ≤ P_max, FiT ≥ FiT_min 조건을 만족하면서, 디젤 연료 비용, 운영 비용, 그리고 PV·배터리 투자 비용을 고려한다. 수학적 모델은 혼합정수선형계획(MILP) 형태로 구현되며, 시간(시간대·대표 일·연도)과 기술(디젤, PV, 배터리) 차원을 포함한다. 파라미터와 변수는 부록에 상세히 제시된다. 레바논 현장에서 수집한 고해상도 전력 수요·생산 데이터를 기반으로 시뮬레이션을 수행했으며, 다양한 시나리오(기본, DGC 예산 확대, PV 보급률 증가 등)를 분석했다. 시뮬레이션 결과는 다음과 같다. (i) 가격 상한과 FiT 하한을 도입하면 가구당 평균 전력 가격이 감소하고, PV 소유 가구는 잉여 전력을 마이크로그리드에 판매하게 된다. 이는 가구의 전력 비용 절감과 동시에 DGC의 매출 구조를 변화시킨다. (ii) DGC의 운영 예산이 증가하거나 PV 보유 가구 비율이 높아질수록 HES가 크게 상승한다. DGC는 디젤 발전을 줄이고 PV 전력을 더 많이 구매함으로써 비용 효율성을 높인다. (iii) 재생에너지 비중은 기본 시나리오에서 약 60%에 도달하며, DGC 예산이 충분히 높거나 PV 보급률이 80% 이상일 경우 거의 100%에 이른다. 반면, 현재와 같은 규제 부재 상황에서는 재생에너지 비중이 0%에 머무른다. 정책적 시사점으로는, 제한된 규제 역량을 가진 정부도 가격 상한과 FiT 하한이라는 간단한 도구만으로도 시장 권력을 완화하고, 가구의 경제적 혜택을 크게 증대시킬 수 있다는 점을 강조한다. 또한, DGC가 자체적으로 PV·배터리 투자를 고려하도록 유도하면 장기적으로 디젤 의존도를 감소시켜 환경·보건 비용을 절감할 수 있다. 논문은 이러한 모델이 다른 개발도상국에도 적용 가능함을 시사하며, 향후 연구에서는 불확실한 연료 가격, 다중 마이크로그리드 간 상호작용, 그리고 정책 실행 비용을 포함한 확장 모델을 제안한다.