계절.시간대별 차등 전기요금의 동태적 최적화에 관한 연구

A Study on Dynamic Optimization of Time-Of-Use Electricity Rates

본 연구는 전력계통이 3개의 발전기로 구성되었고, 요금적용 시간대가 3개인 경우 동태적 최적화를 이용한 최적 가격 및 투자 정책을 도출하기 위한 것이다. 이를 위하여 최대원리법(Maximum Principle)을 이용하였으며, 종전에는 수요함수에서 고려되지 않았던 교차가격 탄력성을 수요함수에 포함시켰다. 분석 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다. 첫째, 설비가 충분한 경우 각 시간대의 최적 가격은 단기한계비용과 일치한다. 그러나 시간이 경과함에 따라 수요증가에 의하여 설비제약이 활성화되면 각 시간대의 가격은 설비비를 포함하는 장기한계비용 형태를 띄게 된다 둘째, 각 시간대에 있어서 발전기의 설비비의 분담은 요금적용 시간대의 길이에 의하여 영향을 받는다. 즉, 해당 시간대의 요금적용 시간대가 길어지면 길어질수록 해당시간대에 대응되는 설비의 설비비 분담은 감소하고, 짧아지면 질수록 설비분담은 높아지게 된다. 셋째, 동태적 분석에서의 설비투자는 기본적으로 각 시간대의 수요증가율과 같은 비율로 증가하며, 또한 신규설비 투자규모는 각 시간대의 투자설비를 서로 분담하게 된다.

This paper formulates dynamic optimization model for Time-Of-Use Rates when a electric power system consists of three generators and a rating period is divided into three sub-periods. We use Pontryagin's Maximum Principle to derive optimal price and investment policy. Particularly the cross-price elasticities of demand are considered in the objective function. We get the following results. First, the price is equal to short-run marginal cost when the capacity is sufficient. However, if the capacity constraint is active, the capacity cost is included in the price. Therefore it is equal to the long-run marginal cost. Second, The length of rating period affects allocation of capacity cost for each price. Third, the capacity investment in dynamic optimization is proportional to the demand growth rate of electricity. However the scale of investment is affected by not only its own demand growth rate but also that of other rating period.