전력 수요자원거래시장의 최적화 방안 연구

Designing a Demand Response in the Electricity Market for Social Welfare Maximization

본 연구는 국내 전력 부문 수요자원거래시장에서 독립계통운영자와 수요관리사업자가 직면하는 비용과 이윤 구조를 모형화하고, 이를 토대로 사회적 효용을 극대화하는 최적 수요감축량과 정산체계를 도출한다. 특히 시장 참여 유인을 유지하면서도 운영 비용을 최소화할 수 있는 보상 구조를 규명하기 위해, 계통한계가격의 시간대별 변동성과 수요자원 참여량 간의 상호작용을 분석하였다. 2023년 이후의 시간별 부하와 가격 데이터를 이용한 모형 분석 결과, 수요관리량을 현행보다 확대하고 정산단가를 계통한계가격 대비 약 90\textasciitilde{}95\% 수준으로 조정할 경우, 독립계통운영자의 시장 운영 비용이 유의하게 절감되는 동시에 수요관리사업자의 이윤이 증가하는 파레토 개선적 조합이 존재함을 확인하였다. 특히 독립계통운영자의 비용 절감 폭은 시간대별 계통한계가격 탄력성에 따라 달라지는 반면, 수요관리사업자는 정산단가가 다소 하락하더라도 수요관리량 증가가 이를 상회하여 이윤이 오히려 확대되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 정산비율을 적정 수준에서 조정하더라도 시장 참여 유인이 충분히 유지됨을 의미하며, 수요관리량 확대가 전력시장 운영 효율성과 사회적 후생 개선에 기여할 수 있음을 시사한다.

This study develops a model to analyze the cost and profit structures faced by Independent System Operators (ISOs) and Demand Response Aggregators (DRAs) in South Korea's electricity demand response market. Based on this model, the study derives the socially optimal level of demand reduction and a settlement mechanism that maximizes overall welfare. In particular, to identify a compensation structure that minimizes operational costs while maintaining market participation incentives, the interaction between the hourly volatility of the system marginal price (SMP) and demand response participation levels is analyzed. Using hourly load and price data from 2023 onward, the model results suggest that expanding the volume of demand response beyond current levels and setting the settlement price at approximately 90--95\% of the SMP can lead to a Pareto improvement. In this scenario, the ISO's market operation costs are significantly reduced, while the profits of DRAs increase. The magnitude of cost savings for the ISO varies with the time-varying elasticity of the SMP, whereas DRAs benefit from increased profits as the growth in demand response participation outweighs the slight decrease in settlement prices. These findings imply that sufficient incentives for market participation can be preserved even with moderate adjustments to the settlement ratio.