연구책임자 : 부연구위원김철현

1. 연구필요성및목적 전력수요의예측력제고는국가의산업경제적측면뿐만아니라정부정책수립측면에도매우중요한요소이다. 특히우리나라에서는 2011년정전사태이후시간별전력수요예측의중요성이더욱커지고있다. 본연구에서는국내전력수요가몇개의일별, 시간별패턴으로구분되어질수있는지를검토하고패턴별특징을살펴봄으로써국내단기전력수요모형의예측력향상을위한기초자료를제공하고자한다. 2. 내용요약및정책제언 주요내용을요약하면다음과같다. 첫째, 요일별패턴기준우리나라의전력부하패턴은월요일오전패턴, 화 ~ 금요일오전패턴, 월 ~ 금요일 12시이후패턴, 토요일패턴, 일요일패턴, 특수일패턴으로분류할수있었다. 둘째, 통상가을로분류되는 9월의일부하패턴은여름철부하패턴으로포함될수있는것으로나타났으며통상봄으로분류되는 5월의경우는봄과여름의중간형태로분류하는것이타당해보인다. 셋째, 요일효과와기온효과가특정공휴일의패턴변화에미치는영향은크지않은것으로나타났다. 넷째, 연간주요일전력부하피크의발생시간은 23시에서 2009년이후 11시와 15시경으로이 요약 i

동되었는데이는 2~5월 23시에주로집중되던일피크가 2008년이후 11시경으로이동하고 6~8월의주요일피크발생시간 (15시) 의집중도가 2009년이후더욱커진것에기인한다. 마지막으로 2009년들어동계부하율이크게감소하면서연간부하율역시소폭하락하였으나 2010년이후경기개선에따른산업용전력수요의회복으로동계및연간부하율이재상승하고있다. 이러한부하율상승의원인은주택용보다는상대적으로산업용과일반용의전력소비증가에따른평균전력소비의상승때문인것으로보인다. 본연구에서확인한바와같이전력수요패턴은외생환경변화에따라다양하게나타나는데최근이상기온, 경기불확실성등으로수요예측이더욱어려워지고있다. 이러한다양한외부환경의변화속에서안정적인전력공급을위해서정부는다양한시나리오별위험관리대책을마련하는한편보다안정적이고보수적인예비율목표에기반한발전설비계획을수립해야한다. 특히국제연료가격변동을적기에반영하는연료비연동제의조속한실시등으로현재의전기요금수준을정상화하는한편전기소비자별특성과계절별 시간별전력수급상황을고려하여상이한전기공급원가를반영하는차등요금적용대상을확대해야할것이다. 또한지금까지국내전기소비량의과반수를넘는산업체를중심으로한수요관리사업을일반용, 가정용으로확대하는것이수급불확실성감소에도움이될것으로보인다. ii

1. Research Purpose Improving forecasting power of an electricity demand model plays a pivotal role not only in a nation s economy and industry but also in government s policy decisions. In Korea, the forecastability of hourly load demand became one of major interests of government especially after the blackout in 2011. This study aims to provide a better understanding about Korean electricity demand by investigating and analysing the seasonal, weekday, and hourly load patterns in Korea. 2. Summary The main findings are as follows: firstly, Korean hourly electricity demand patterns could be classified as six categories: Monday morning pattern, Tuesday~Friday morning pattern, Monday~Friday after 12:00 pattern, Saturday pattern, Sunday pattern, and holidays pattern. Secondly, load demand in September fits to the Summer patterns rather than Autumn pattern. Also load demand in May is better to be classified as an interim pattern between Spring and Summer. Thirdly, weekday factor and temperature may have little Abstract i

effect on the variation of a given holiday s pattern. Next, since 2009 the most frequent time of daily peak load has moved from 23:00 to 11:00 and 15:00. Specifically, the most frequent time of daily peak load in Feb.~May changed from 23:00 to 11:00 after 2008, and the frequency of the time of daily peak load in Jun~Aug.(15:00) increased dramatically after 2009. Lastly, the annual load factor which was declined in 2009 is increasing again as the industrial electricity demand recovers along with the Korean economy. The major reason for this increasing load factor is the increase in average load demand, especially in industrial and general-purpose power demand rather than households demand. ii

제 1 장서론 1 제2장연중부하패턴분석 5 1. 각시간별부하의연중변화추이 5 2. 최대전력수요발생패턴 14 3. 부하지속곡선패턴 19 제3장요일별시간대별부하패턴분석 25 1. 연평균시간별일간부하패턴 25 2. 연간요일별부하패턴 28 3. 시간별전력수요증가율로본근무일패턴 33 4. 월별요일별부하패턴 36 5. 특수일부하패턴 45 제 4 장결론 57 참고문헌 61 차례 i

< 표 1-1> 공휴일 2 < 표 1-2> 연중피크부하및최저부하발생일시 3 < 표 2-1> 시간대별연중최대부하발생주간 13 ii

[ 그림 2-1] 시간대별주간평균부하추이 (2006년) 7 [ 그림 2-2] 시간대별주간평균부하추이 (2007년) 8 [ 그림 2-3] 시간대별주간평균부하추이 (2008년) 9 [ 그림 2-4] 시간대별주간평균부하추이 (2009년) 10 [ 그림 2-5] 시간대별주간평균부하추이 (2010년) 11 [ 그림 2-6] 시간대별주간평균부하추이 (2011년) 12 [ 그림 2-7] 연별일부하피크발생시간 16 [ 그림 2-8] 월별일부하피크발생시간 17 [ 그림 2-9] 연-월별일부하피크발생시간 18 [ 그림 2-10] 연별, 계절별부하지속곡선 (LDC) 21 [ 그림 2-11] 연간총판매전력량증감분의계약종별비중 22 [ 그림 2-12] 연간및계절별부하율추이 22 [ 그림 2-13] 계약종별겨울철전력판매량증가율 23 [ 그림 3-1] 연평균, 근무일및공휴일의시간별부하패턴 27 [ 그림 3-2] 용도별판매전력량및판매단가증가율 28 [ 그림 3-3] 요일별부하패턴 (2006~08) 29 [ 그림 3-4] 요일별부하패턴 (2009~11) 30 [ 그림 3-5] 연별요일별부하패턴 32 [ 그림 3-6] 근무일요일별전력수요증가율패턴 (2006~2008) 34 [ 그림 3-7] 근무일요일별전력수요증가율패턴 (2009~2011) 35 [ 그림 3-8] 월요일부하패턴 38 [ 그림 3-9] 화요일부하패턴 39 차례 iii

[ 그림 3-10] 수요일부하패턴 40 [ 그림 3-11] 목요일부하패턴 41 [ 그림 3-12] 금요일부하패턴 42 [ 그림 3-13] 토요일부하패턴 43 [ 그림 3-14] 일요일부하패턴 44 [ 그림 3-15] 신정및 1월토, 일요일부하패턴 46 [ 그림 3-16] 삼일절및토, 일요일부하패턴 46 [ 그림 3-17] 어린이날및 5월토, 일요일부하패턴 47 [ 그림 3-18] 석가탄신일및 5월토, 일요일부하패턴 47 [ 그림 3-19] 현충일및 6월토, 일요일부하패턴 48 [ 그림 3-20] 제헌절및 7월토, 일요일부하패턴 49 [ 그림 3-21] 광복절및 8월토, 일요일부하패턴 49 [ 그림 3-22] 개천절및 10월토, 일요일부하패턴 50 [ 그림 3-23] 크리스마스및 12월토, 일요일부하패턴 51 [ 그림 3-24] 구정연휴 (3일) 부하패턴및시간별기온 52 [ 그림 3-25] 구정연휴부하패턴비교 (2008 vs 2009, 2010 vs 2012) 53 [ 그림 3-26] 추석연휴 (3일) 부하패턴 56 iv

전력은생산과소비가동시에이루어지며잉여전력의경제적저장도어려운한편전력설비의건설은장기간에걸쳐이루어지기때문에전력수요의예측력제고는산업경제적측면뿐만아니라국가정책수립측면에서도매우중요한요소이다. 특히우리나라에서는 2011년 9.15 정전사태이후, 초단기 ( 시간별 ) 예측의중요성이다시부각되고있다. 전력수요데이터는일반적인시계열과달리복수 ( 시간별, 요일별, 계절별 ) 의패턴을가져모형의예측력제고를위해서는이러한다중패턴의고려가중요한요소이다. 최근의초단기전력수요예측연구에따르면전력수요의계절성을고려하는데있어근무일에동일한패턴을적용하기보다는일별또는시간별패턴을적용하는것이모형의예측력을높이는것으로조사되고있다. 예를들어 Gould et al.(2008) 은요일별일중전력수요곡선비교를통해 4가지패턴 ( 월 ~ 목요일패턴, 금요일패턴, 토요일패턴, 일요일패턴 ) 을구분하고추정시각각의요일에해당하는패턴을적용하여모형의예측력을향상시켰다. 또한 Talyor and Snyder(2012) 는패턴식별을시간별로보다세분화 ( 월요일오전 8:30까지패턴, 화 ~ 목요일패턴, 금요일 11시이후패턴, 주말패턴 ) 한일반모형을제시하여전력수요의예측력을향상시켰다. 향후이러한최신전력수요예측모형의국내전력수요적용을위해서는먼저국내전력수요의시간별요일별패턴분석이이루어져야한다. 기존의국내문헌들에서전력수요의개략적인요일별, 계절별패턴분 제 1 장서론 1

석은행해져왔으나시간별부하패턴에관한자세한분석은부족한실정이다. 이에따라본연구에서는국내전력수요가몇개의일별, 시간별패턴으로구분될수있는지를검토하고패턴별특징을분석하고자한다. 본연구에사용된부하데이터는 2006년 1월 1일 01시부터 2012년 6월 30일 24시까지의송전단기준시간별전력수요실적데이터 1) 이다. 샘플기간중공휴일은 < 표 1-1> 에정리되어있으며연중피크수요와최저수요발생일시는 < 표 1-2> 에나타나있다. 본연구의각장별연구내용은다음과같다. 먼저 2장에서는 2006 년부터 2011년까지의연간부하패턴을중심으로각시간별부하의연중변화패턴, 연중피크전력수요의발생패턴, 부하지속곡선패턴을살펴보았다. 3장에서는일중시간별부하패턴을요일별, 근무일, 공휴일, 특수일로나누어패턴별특징을살펴보았다. 마지막으로 4장에는주요내용정리와이에따른정책적제언을도출하였다. < 표 1-1> 공휴일 구분 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 신정 (1/1) 구정연휴 삼일절 (3/1) 어린이날 (5/5) 일월화목금토일 토 - 월 (1/28~30) 토 - 월 (2/17~19) 수 - 금 (2/6~8) 일 - 화 (1/25~27) 토 - 월 (2/13~15) 수 - 금 (2/2~4) 일 - 화 (1/22~24) 수목토일월화목 금토월화수목토 1) Source: 전력거래소 2

구분 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 석가탄신일 현충일 (6/6) 제헌절 (7/17) 광복절 (8/15) 추석연휴 개천절 (10/3) 성탄절 (12/25) 금 (5/5) 목 (5/24) 월 (5/12) 토 (5/2) 금 (5/21) 화 (5/10) 월 (5/28) 화수금토일월수 월화 화수금토일월수 목 - 토 (10/5~7) 월 - 수 (9/24~26) 토 - 월 (9/13~15) 금 - 일 (10/2~4) 화 - 목 (9/21~23) 일 - 화 (9/11~13) 토 - 월 (9/29~10/1) 화수금토일월수 월화목금토일화 주 : 2009~12 년제헌절은공휴일이아닌관계로제외함. 식목일 (4/5) 과한글날 (10/9) 역시샘플기간중공휴일이아닌관계로제외함. < 표 1-2> 연중피크부하및최저부하발생일시 구분 최대 최저 일자시간비고일자시간비고 2006년 8/16( 수 ) 오전 12시 - 10/6( 금 ) 오전 3시 추석연휴 2007년 8/21( 화 ) 오후 3시 - 9/26( 수 ) 오전 4시 추석연휴 2008년 7/15( 화 ) 오후 3시 - 9/15( 월 ) 오전 5시 추석연휴 2009년 12/18( 금 ) 오후 6시 - 10/4( 일 ) 오전 4시 추석연휴 2010년 12/15( 수 ) 오후 6시 - 9/23( 목 ) 오전 4시 추석연휴 2011년 1/28( 금 ) 오전 11시 - 9/13( 화 ) 오전 4시 추석연휴 제 1 장서론 3

1. 각시간별부하의연중변화추이 본절에서는시간별부하의연간변화추이를각시간대별로나누어살펴보기로한다. [ 그림 2-1] 부터 [ 그림 2-6] 은 01시부터 24시까지각시간별주간평균부하데이터를새벽, 오전, 오후, 저녁으로각각 6시간씩나누어연중변화추이를나타낸것이다. 먼저모든연도와시간대에서공통적으로나타나는특징은 1월말에서 2월중순사이의구정연휴와 9월중순에서 10월초사이의추석연휴기간두번에걸쳐부하가크게감소함을확인할수있다. 연간부하변화추이를보면대체로 5~6월까지는부하가감소하다가여름의시작인 6월이후냉방수요로부하가본격적으로증가하기시작한다. 그러나 8월을지나면서감소하기시작한부하는추석연휴이후난방수요의시작으로재상승하는양상을보이고있다. 이러한추세는특히 09시이후시간대에서두드러지게나타났으며, 24시부터다음날오전 08시까지의시간대에서는상대적으로부하변동의폭이작았다. 특히 10시 ~23시시간대부하가 5월을기점으로상승하기시작한반면 24시부터익일오전 8시까지의시간대에서는 1~2개월늦게상승하기시작했다. 시간별연중부하변동패턴을보면모든연도에있어 11시와 12시부하의연중패턴이여름철을제외하고는거의유사함을확인할수있다. 5월중순 ~9월중순사이의여름철의경우, 12시의부하수준이 제 2 장연중부하패턴분석 5

11시보다소폭상승한것으로나타났고, 14시부터 17시부하의연중변화도거의유사하여하나의패턴으로구분할수있었다. 14~17시연중부하패턴과 11~12시연중부하패턴의차이점은여름철의경우 14~17시의부하수준이 11~12시부하수준보다높게형성되었으나겨울에서봄에걸친기간에서는반대로 11~12시부하수준이보다높게형성된다는점이었다. 한편 13시연중부하패턴은점심시간의영향으로 11~12시연중부하패턴이나 14~17시연중부하패턴보다는부하수준이낮게형성되고있음을알수있다. 연도별차이를보면 2006~07년, 주로 8월약한달간집중되었던고부하기간이 2008년이후 7~8월로확장됐음을확인할수있다. < 표 2-1> 에나타난시간별부하의연중최대부하발생기간을보면 01~09 시까지의시간대에서는 12~1월에걸친겨울철에최대부하수준이최대가되었으며 10시부하의경우에도 2007년을제외하면최대부하는겨울철에발생했음을알수있다. 11시부하의경우는 2007년까지 8 월둘째주또는셋째주에발생하던최대부하가 2008년이후 12~1월로이동했으며 12~18시부하의경우는최대부하발생기간이 2009년이후여름철에서겨울철로이동했음을확인할수있다. 6

[ 그림 2-1] 시간대별주간평균부하추이 (2006 년 ) 제 2 장연중부하패턴분석 7

8 [ 그림 2-2] 시간대별주간평균부하추이 (2007 년 )

[ 그림 2-3] 시간대별주간평균부하추이 (2008 년 ) 제 2 장연중부하패턴분석 9

10 [ 그림 2-4] 시간대별주간평균부하추이 (2009 년 )

[ 그림 2-5] 시간대별주간평균부하추이 (2010 년 ) 제 2 장연중부하패턴분석 11

12 [ 그림 2-6] 시간대별주간평균부하추이 (2011 년 )

< 표 2-1> 시간대별연중최대부하발생주간 구분 2006 2007 2008 2009 2010 2011 1시 2/5~11 12/17~23 1/15~21 12/31~1/6 12/31~1/6 1/15~21 2시 2/5~11 12/17~23 1/15~21 12/17~23 12/31~1/6 1/15~21 3시 2/5~11 12/17~23 1/15~21 12/17~23 12/31~1/6 1/15~21 4시 12/17~23 12/17~23 1/15~21 12/17~23 12/31~1/6 1/15~21 5시 12/17~23 12/17~23 1/15~21 12/17~23 12/31~1/6 1/15~21 6시 12/17~23 12/17~23 2/12~18 12/17~23 12/31~1/6 1/15~21 7시 12/17~23 12/10~16 2/12~18 12/17~23 12/31~1/6 1/15~21 8시 12/17~23 12/10~16 2/12~18 12/17~23 12/31~1/6 1/15~21 9시 12/17~23 12/10~16 2/12~18 12/17~23 12/31~1/6 1/15~21 10시 12/17~23 8/20~26 2/12~18 12/31~1/6 12/31~1/6 1/15~21 11시 8/13~19 8/20~26 1/29~2/4 12/31~1/6 12/31~1/6 1/15~21 12시 8/13~19 8/20~26 7/15~21 12/31~1/6 12/31~1/6 1/15~21 13시 8/13~19 8/20~26 7/15~21 12/31~1/6 12/31~1/6 1/15~21 14시 8/13~19 8/20~26 7/15~21 12/31~1/6 12/31~1/6 1/15~21 15시 8/6~12 8/20~26 7/15~21 12/31~1/6 12/31~1/6 1/15~21 16시 8/6~12 8/20~26 7/8~14 12/17~23 8/20~26 1/15~21 17시 8/6~12 8/20~26 7/8~14 12/17~23 8/20~26 1/15~21 18시 8/6~12 8/20~26 7/8~14 12/17~23 12/24~30 1/15~21 19시 12/17~23 8/20~26 1/15~21 12/17~23 12/24~30 1/15~21 20시 8/13~19 8/20~26 2/12~18 12/17~23 12/24~30 1/15~21 21시 8/13~19 8/20~26 7/8~14 12/17~23 8/20~26 1/15~21 22시 8/13~19 8/20~26 2/12~18 12/17~23 12/24~30 1/15~21 23시 12/17~23 12/10~16 2/12~18 12/17~23 12/24~30 1/15~21 24시 12/17~23 12/3~9 2/12~18 12/17~23 12/31~1/6 1/15~21 제 2 장연중부하패턴분석 13

2. 최대전력수요발생패턴 일부하피크의주요발생시간대는오전 11~12, 오후 3시, 저녁 11시경이었는데다음에서는일부하피크발생시간을연도별, 월별그리고년별-월별로나누어패턴을살펴보도록하겠다. 먼저 [ 그림 2-7] 의연도별일피크발생시간을보면 2006년기준주로 23시경에집중되던일피크가 2009년이후 11시경과 15시경으로이동되었음을볼수있다. 2006년의경우 23시경에일피크가발생한일수 (128일) 은 15시경에발생한일수 (53일) 대비두배이상차이가났으나 2007년들어 23시경발생했던피크가 15시로이동하면서두시간대의빈도수차이가크게줄기시작했고 2009년부터는심야시간대보다는 11~12시와 15시에주로일부하피크가발생했다. 일피크발생시간이월또는계절에따라차이가있는지를보기위해 [ 그림 2-8] 에서는일피크발생시간을월별로나타내었다. 먼저겨울철에해당하는 12월 ~2월의일피크주요시간대는 10~12시, 18~19시, 23~24시및 01시경으로나타났다. 특히겨울철일피크발생시간대는 11시가상대적으로가장많았으나타계절시간대대비그빈도수차이가크지않고시간대별로고르게분포되어있음이관찰되었다. 반면, 여름에해당하는 6~8월의경우일피크발생시간은 15시경이압도적으로많음을볼수있는데이는여름철냉방수요가 15시경에피크가되는것에기인한다고볼수있다. 통상가을로분류되는 10~11월의주요일피크발생시간은 19시경이었으며오전에일최대전력수요가발생한날은거의없는것으로나타났다. [ 그림 2-9] 에나타난일피크발생시간의월별연도별변화를보면 2~5월의경우 2008년이후일피크주요발생시간대가 23시경에서 11 14

경으로변경되었음을알수있다. 특히 3~4월의경우 2007년까지 23 시경에집중되던일피크가오전시간대로이동하면서보다다양한시간대로분산되었음을알수있다. 반면여름철인 6~8월의경우는최다일피크발생시간대가 15시경이라는사실은변함이없었으나 2009년이후그집중도가더욱높아졌음을알수있다. 제 2 장연중부하패턴분석 15

16 [ 그림 2-7] 연별일부하피크발생시간

[ 그림 2-8] 월별일부하피크발생시간 제 2 장연중부하패턴분석 17

18 [ 그림 2-9] 연 - 월별일부하피크발생시간

3. 부하지속곡선패턴 본절에서는연별 계절별고부하지속기간의비교를위해부하지속곡선 (LDC) 을살펴보도록한다. [ 그림 2-10] 의연도별부하지속곡선을보면전력수요가증가함에따라 LDC가 2006년에서 2011년까지지속적으로수평상승함을알수있다. 특히 2009년에서 2010년사이의수평상승정도가컸는데이것은 2007~08년경제위기로크게감소했던산업용전력이 2010년들어회복함에기인하는것으로보인다. [ 그림 2-11] 의연도별총판매전력량의전년도대비증감분중계약종별비중을살펴보면, 2009년이후산업용이차지하는비중은큰폭으로증가하는반면, 일반용, 주택용및기타 ( 교육용, 농사용, 가로등, 심야 ) 의비중이감소하고있음을확인할수있다. [ 그림 2-10] 의계절별부하지속곡선을살펴보면 2008년까지여름철에발생했던연중최대부하가 2009년이후겨울철로이동했음을보여준다. 또한겨울철의부하지속곡선기울기가대체로타계절대비더완만한것으로나타났는데, 이는겨울철이상대적으로고부하가지속되는시간이길고부하율이높다는것을나타낸다. 반면봄과가을의경우특히고부하수준에서 LDC의기울기가여름과겨울대비크게나타나고부하지속시간이상대적으로짧은것을알수있다. 예를들어, 2011년의경우 6,000만KW 이상의부하가지속되는시간은봄이 127시간, 가을이 142시간, 여름이 458시간, 겨울은 969시간이었다. [ 그림 2-12] 의부하율 (Load Factor) 2) 을보면우리나라의연간부하율은 2006~07년 70% 대중반에서 2009년소폭하락한후 2011년 76% 로 2) 부하율 = 평균전력수요 / 피크수요 제 2 장연중부하패턴분석 19

다시상승했다. 이러한부하율은 70년대 69%, 80년대 73%, 90년대 72% 에이어꾸준히상승하는추세인데부하율상승의원인으로는낮은전기요금과고유가에따른전기에너지이전현상, 급격한심야전력소비등으로인한평균전력소비상승이지목되고있다 ( 전력거래소 2008). 부하율을계절별로살펴보면대체로겨울철의부하율이높고여름철의부하율은낮음을알수있다. 특히겨울철의부하율은 2009~10년을제외하고 80% 중반을기록하고있다. 부하율의연도별변화추이를보면봄, 가을의부하율은꾸준히감소한반면여름철부하율은 2007 년 70% 초반에서 2011년 70% 중반으로상승하여 2010년부터는최저부하율발생계절이여름에서가을로변동됐음을알수있다. 2008년까지 80% 중반에달했던겨울철부하율이 2009년 78% 수준까지하락한원인은동계피크전력수요는증가한반면산업용전력수요는크게감소했기때문이다. [ 그림 2-13] 을보면국내경제성장률이 2007년 5.1% 에서 2009년 0.3% 로하락하면서겨울철산업용전력판매량증가율도 2009년제로수준으로동반하락했음을확인할수있다. 한편 2010년경기회복으로산업용전력수요가크게반등하면서부하율역시재상승하는것을확인할수있는데, 특히주택용이산업용, 일반용대비동계전력판매량증가율의변동폭이작아동계부하율에미치는영향은상대적으로작은것으로판단된다. 20

[ 그림 2-10] 연별, 계절별부하지속곡선 (LDC) 제 2 장연중부하패턴분석 21

[ 그림 2-11] 연간총판매전력량증감분의계약종별비중 Source: 한국전력통계 [ 그림 2-12] 연간및계절별부하율추이 Source: 한국전력통계 22

[ 그림 2-13] 계약종별겨울철전력판매량증가율 Source: 한국전력통계 제 2 장연중부하패턴분석 23

1. 연평균시간별일간부하패턴 [ 그림 3-1] 은시간별연평균부하를각각전체샘플, 근무일, 공휴일 ( 토요일, 일요일, 법정공휴일 ) 에대하여보여주고있다. 부하는일평균 1,000을기준으로정규화 (normalized) 한데이터를사용하였으며별다른명기가없을시이하에서는정규화한부하는이를지칭한다. 먼저연평균일간부하패턴을살펴보면저녁 10~11시를제외하고는연도별일간부하패턴차이가크게나지않는것으로나타났다. 모든년도에서공통적으로일간최저부하수준은새벽 4시경에형성되고있으며 11~12시, 15시, 20시의 3개의시간대에서고부하수준을형성하고있다. 연도별로유의한패턴차이를보이는시간대는 22~23시인데, 2006년동시간대에서증가추세를보였던부하는증가폭이점차감소하기시작하여 2010년을지나면서감소패턴으로전환되었다. 이러한심야전력소비의둔화는정부의심야전력요금인상등의심야전력억제책에기인하는것으로보인다. [ 그림 3-2] 의용도별판매전력량및판매단가증가율에서나타는바와같이심야전력의판매단가가상대적으로높아짐에따라판매전력량역시크게감소하고있음을확인할수있다. 또한 2001년부터도입되기시작한 심야전력공급시간자동제어장치 3) 의보급이확대되면서심야기기들의가동시간이 23시 3) 축열식심야난방기기에대한자동제어장치로서축열을완료하는데필요한시간을산출하여익일 6 시 30 분 ±30 분으로부터축열에필요한시간만큼역산한시각에 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 25

에서새벽시간대로분산됨에따라심야 23~24시의부하는상대적으로감소하고 07시이전의부하는상대적으로증가하는것으로보인다. [ 그림 3-1] 의중간패널에나타난근무일패턴은연평균일간과거의유사한패턴을보이는데, 새벽 4시를전후로일최저부하를기록, 이후꾸준히상승하여오전 9시경에일평균수준을초과, 12시경일피크를형성하고있다. 이후점심시간대인 13시경일평균수준까지하락후 15시경일피크수준까지재상승하는패턴을보이고있다. [ 그림 3-1] 의마지막패널의휴일 ( 토요일, 일요일, 공휴일 ) 부하패턴은근무일패턴과큰차이를보이는데새벽 2시부터오전 10시까지는당일평균전력을하회하는낮은부하수준을유지하다가오전 11~12시일평균을상회하고, 이후 18시까지일평균수준에서등락을보인다. 이후점등수요등으로인해 19시부터부하수준이높아지기시작하여 23시를전후로일피크를형성하고있다. 전기히터에전력이공급되도록하는장치임. 예를들어축열기기가동시간이 5 시간일경우기존기기는 22 시부터 03 시까지가동이되는반면자동제어장치를부착하면 01 시 30 분부터 06 시 30 분까지가동돼피크부하를분산시키는효과가있음. 26

[ 그림 3-1] 연평균, 근무일및공휴일의시간별부하패턴 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 27

[ 그림 3-2] 용도별판매전력량및판매단가증가율 2. 연간요일별부하패턴 일부하패턴이요일별로차이가있는지를보기위해 [ 그림 3-3] ~ [ 그림 3-4] 에서는요일별평균부하곡선을년별로나타내었다. 먼저월 ~ 금요일주중패턴을보면화 ~ 금요일은공통일부하패턴을보이는것을알수있었다. 월요일의경우화 ~ 금요일보다부하변동폭이더큰것으로나타났으나 09시이전을제외하고나머지시간대에서의부하패턴형태는화 ~ 금요일과거의유사한것으로나타났다. 월요일오전의경우휴일의일최저부하수준에서근무일의패턴으로복귀함에따라시간별전력증감률차이가타근무일대비크게나타난것으로보이며이는월요일의일부하변동폭상승의원인으로도작용하고있다. 연도별로월 ~ 금요일부하패턴의변화추이를봤을때유의한차이를보이는시간대는 22~23시인데 2006년의경우동시간대부하가빠르게증가하였으나 2009년이후에는심야전력소비억제정책등의효과로동시간대부하가감소추세로전환되었음을알수있다. 28

[ 그림 3-3] 요일별부하패턴 (2006~08) 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 29

30 [ 그림 3-4] 요일별부하패턴 (2009~11)

토요일의경우일최저부하및피크부하시간대가월 ~ 금요일과동일하고오후 3시까지는주중패턴과부하수준에서차이가있을뿐대체로비슷한행태를보였다. 토요일이주중패턴과차이가나기시작하는시간은 15시부터인데주중과달리 15시이후 18시일평균수준까지전력소비가단조적으로감소한후 20시까지재상승하는 V자형형태가관찰되었다. 토요일 22~23시패턴을연도별로보면동시간대전력수요증가속도가점차둔화되고있음을확인할수있다. 2011년기준동시간대주중패턴처럼부하가감소로전환되지는않고있으나심야전력억제정책의효과가확대되면서향후토요일동시간대부하역시감소로전환될것으로보인다. 일요일부하패턴은타요일과는달리일중최저부하시간대가 2011년을제외하고아침 9시를기록하고있으며이시간이후지속증가하여 23 시경에공통적으로일피크를구성하고있다. 연도별일요일패턴의변화를보면일최저부하시간대가아침 9시에서타요일의일최저부하시간대인새벽 4시로이동했음을확인할수있다. 토요일아침 9시의부하수준과평일최저부하시간인새벽 4시의부하수준의차이가점차줄어들어 2011년에는평일과마찬가지로일최저부하시간대가새벽 4시로이동했음을알수있다. 또한일요일일부하피크시간은저녁 11시로모든연도에서동일하나일평균과의격차는감소하고있음을알수있다. 위에서살펴보았던요일별패턴이연도별로변화가있는지살펴보기위해 [ 그림 3-5] 에나타난연별요일별부하패턴을보면 2006년이다른연도에비해일최저부하와피크부하의차이가가장적었으나그외의패턴의형태에대해서는 22시이후이외에는연도별로큰변화는관찰되지않았다. 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 31

32 [ 그림 3-5] 연별요일별부하패턴

3. 시간별전력수요증가율로본근무일패턴 본절에서는앞에서확인한요일별패턴의구분을보다자세히알아보기위해월요일부터금요일까지의주중요일중공휴일 (< 표 1-1> 참조 ) 을제외한근무일의데이터를가지고시간별부하증가율을비교해보기로한다. [ 그림 3-6] ~ [ 그림 3-7] 에서보여지는시간별전력수요증가율을보면월요일새벽 4시 ~ 오전 12시대를제외하고나머지시간대에서월 ~ 금요일근무일의시간별부하패턴은거의일치하는것으로나타났다. 특히월요일오전 7~ 10시사이의부하증감률차이가다른요일에비해높게나타났는데차이가최대가되는오전 9시의경우월요일이타근무일보다부하증가율이약 1.7~2.4%p정도높은것으로나타났다. 연도별변화추이를보면 22~24시대증가율의절대값이해마다감소하고있음을나타내고있는데이는동시간대의전력수요변동성이감소하고있음을의미한다. 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 33

34 [ 그림 3-6] 근무일요일별전력수요증가율패턴 (2006~2008)

[ 그림 3-7] 근무일요일별전력수요증가율패턴 (2009~2011) 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 35

4. 월별요일별부하패턴 본절에서는위에서살펴본요일별패턴의계절에따른변화추이를살펴보기로한다. [ 그림 3-8] ~ [ 그림 3-14] 는월요일부터일요일까지요일별부하곡선을월별로나타낸것이다. 이에따르면계절에따라요일별부하패턴의변화가확연하게나타났는데, 계절별특징을몇가지로살펴보면다음과같다. 첫째, 모든요일에대하여통상여름철로분류되는 6~8월이타계절보다일최저부하와피크부하의차이가크게벌어짐을알수있다. 특히오전 9시까지의부하는 1월이후전체적인수준이꾸준히감소하여 8월에최저부하패턴을보였으며, 이후 1월까지증가세를유지하였다. 오전 9시이후패턴은 9시이전패턴과는반대의양상을보였는데전체적인부하수준이 1월을최하수준으로시작하여 8월까지증가한후이후다시낮아지는양상을보였다. 둘째, 모든요일에대하여여름철 (6~8월) 일최저부하시간은다른계절의최저부하시간대보다한시간늦은새벽 5시에형성되는것으로나타났다. 셋째, 통상가을에속하는 9월의부하패턴은모든요일에관하여 10~11월보다는여름철 (6~8월) 의부하패턴과유사한것으로나타났다. 이에따라패턴으로만본다면 9월은여름철부하패턴으로분류함이타당해보인다. 넷째, 5월의경우도모든요일에관하여통상봄에속하는 3, 4월의패턴보다는여름패턴과더유사성이큰것으로나타났다. 다만아침 9시를기준으로 9시이전의패턴은여름철패턴보다높은수준을보였고, 9시이후패턴은여름철보다낮은부하수준을보인다는점에서 36

5월을일괄적으로여름패턴으로분류하기에는무리가있어보인다. 다섯째, 각계절에속한부하패턴의월별차이를봤을때여름철패턴으로분류할수있는 6~9월을제외한다른계절에서는같은요일, 계절이라도월에따라특히 15시이후시간대에있어패턴에차이가있음이관찰되었다. 여섯째, 주중 ( 월 ~ 금요일 ) 의경우 5~9월중가장부하가집중되는시간은 15시와 17시로, 오전 12시의부하수준을상회하였으며 17시이후에는대체적으로부하감소패턴을나타내고있다. 반면타월의경우 15시, 17시보다는 12시의부하수준이더높았으며, 5~9월과는달리 19~20시에부하가고수준을유지하였다. 특히 10, 11월의경우 19~20시의부하가 12시의부하수준을초과하여일최고수준을기록하고있다. 마지막으로주말의경우주중대비계절별패턴차이가더욱분명히나타났는데예를들어겨울철일요일부하패턴이아침 10시까지지속적으로하락, 16시까지저부하유지후 24시까지지속상승하는 U자형패턴을보인반면여름철의경우새벽 5시또는 6시이후 15시까지상승후 19시부터재상승, 21시이후하락세로반전하는패턴을보인다. 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 37

38 [ 그림 3-8] 월요일부하패턴

[ 그림 3-9] 화요일부하패턴 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 39

40 [ 그림 3-10] 수요일부하패턴

[ 그림 3-11] 목요일부하패턴 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 41

42 [ 그림 3-12] 금요일부하패턴

[ 그림 3-13] 토요일부하패턴 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 43

44 [ 그림 3-14] 일요일부하패턴

5. 특수일부하패턴 본절에서는 < 표 1-1> 에정리된공휴일에대하여각각의일중부하곡선이해당공휴일이속한월의주말부하패턴과어떤차이가있는지를알아보도록한다. 먼저신정의경우, 시간별부하가오전 10시까지감소후 17시까지저부하유지, 17시이후부하지속상승의 U자형패턴으로요일에관계없이겨울철일요일패턴과유사했다. 삼일절은다른공휴일에비해상대적으로연별요일별에따라패턴의차이가크게나타났는데, 3월의일요일과비교할때전체적으로 09~18시부하수준이일요일동시간대부하보다높게유지되고있다. 다만일요일인 2009년삼일절의경우는 3월의일요일패턴과유사한모습을나타냈다. 어린이날의경우도같은 5월의토요일이나일요일부하패턴과는조금씩차이를보였는데, 11~12시부하수준이 5월토요일동시간대부하수준보다대체로낮게유지되고있다. 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 45

[ 그림 3-15] 신정및 1 월토, 일요일부하패턴 [ 그림 3-16] 삼일절및토, 일요일부하패턴 46

[ 그림 3-17] 어린이날및 5 월토, 일요일부하패턴 [ 그림 3-18] 석가탄신일및 5 월토, 일요일부하패턴 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 47

대체로 5월에해당하는음력명절인석가탄신일은어린이날과마찬가지로주로 23시경에일피크를형성한다는것외에는해마다조금씩서로상이한패턴을보였다. 현충일은전체적인형태에서 6월의토요일패턴과유사했으나 19시이후시간대에있어토요일패턴보다는상대적으로높은부하를보인다는점에서차이가났다. 반면 2010년일요일현충일은토요일보다는일요일패턴과매우유사했다. [ 그림 3-19] 현충일및 6 월토, 일요일부하패턴 48

[ 그림 3-20] 제헌절및 7 월토, 일요일부하패턴 2006 년제헌절 ( 월요일 ) 의경우는 7 월의일요일패턴과유사했으나 2007 년제헌절 ( 화요일 ) 은타공휴일과마찬가지로낮시간대의패턴이 일요일동시간대의패턴과는차이가있었다. [ 그림 3-21] 광복절및 8 월토, 일요일부하패턴 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 49

광복절의경우도같은토요일이라도저녁시간대부하가 8월의토요일동시간대부하수준보다높게형성된다는점에서차이가있었으나일요일의광복절의경우는 8월일요일패턴을따르는것으로관찰되었다. 개천절은 2009년과 2010년을제외하고연도별로대체로유사한패턴을보였는데 2009년개천절은추석연휴와겹치면서평년의개천절패턴과크게달랐고 2010년개천절은일요일로 10월의일요일패턴과유사했다. 성탄절의경우도일요일이었던 2011년의경우 12월의일요일패턴과일치하였으나타요일의성탄절의경우연도마다패턴의형태는비슷하나수준에있어서차이를보였다. [ 그림 3-22] 개천절및 10 월토, 일요일부하패턴 50

[ 그림 3-23] 크리스마스및 12 월토, 일요일부하패턴 구정 3일연휴는겨울철일요일패턴과비슷한 U자형패턴을기본으로일마다조금씩차이를보였다. 구정연휴중최저부하시간은대체로구정당일 11~15시사이였으며, 최고부하는구정당일 0시와 23시에발생하였다. 3일연휴부하패턴을년별로비교해봤을때해마다조금씩패턴의차이는보였으나이러한패턴의차이가기온효과또는요일효과에의한것인지는분명치않았다. 예를들어, 연도별로부하수준이가장차이나는구정당일 9~16시의경우 2007년구정의 12~15시기온은 10 를상회하여 7시 0.6 에비해크게상승하였으나난방부하의하락으로인한부하감소효과는다른년도에비해가장낮았다. 더불어같은요일에해당하는구정연휴가동일한패턴을가진다고보기에도힘들었는데토-일-월의 2006년, 2007년, 2010년구정연휴의패턴을비교했을때구정당일오후와연휴마지막날 15시까지의부하패턴에서조금씩차이가나기때문에이들을동일패턴으로분류하기에는무리가있었다. 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 51

52 [ 그림 3-24] 구정연휴 (3 일 ) 부하패턴및시간별기온

[ 그림 3-25] 구정연휴부하패턴비교 (2008 vs 2009, 2010 vs 2012) 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 53

반면, 흥미롭게도 2008년구정연휴 ( 수-목-금 ) 과 2009년구정연휴 ( 일- 월-화 ) 의경우는부하패턴이거의완벽하게일치했으며 2010년 ( 토-일- 월 ) 과 2012년 ( 일-월-화 ) 의패턴도거의유사하여동일패턴으로간주할수있었다. 특히 2010년과 2012년구정연휴는시간대별상대기온의변화추이도크게달라이러한패턴의일치가기온효과나요일효과때문이라고말하기는어려웠다. 통상 9월말에서 10월초의추석 3일연휴패턴은구정 3일연휴와는달리각일의패턴이크게차이가났는데추석전날의경우는 9월의토요일패턴과유사했으며추석당일은 10월의일요일패턴과비슷한움직임을보였다. 전체연휴중최저부하와피크부하가주로발생하는시간대는각각 3일째마지막휴일의 3~4시경과저녁 19~20시였다. 통상연최저부하발생시기가추석연휴임을감안하면연중최저부하가주로발생하는시간은추석귀경길인마지막휴일새벽임을알수있다. 연도별패턴비교시가장두드러진부하패턴차이를보인해는 2006년추석연휴 (10/5~7, 목-금-토 ) 였는데이는 10월 3일 ( 화 ) 개천절과추석연휴의다음날이일요일임에따른 샌드위치데이 효과로인한것으로보인다. 추석연휴패턴도구정연휴패턴과마찬가지로요일과는무관하게 2008년연휴 ( 토-일-월 ) 와 2011년연휴 ( 일-월-화 ) 의패턴이매우유사했으며 2007년 ( 월-화-수 ) 과 2009년 ( 금-토-일 ) 역시유사한패턴을보였다. 2009년 ( 금-토-일 ) 과 2010년 ( 화-수-목 ) 추석연휴의경우는연휴마지막날은부하패턴이유사하였으나연휴첫날에는큰차이를보였다. 54

이상에서특수일의부하패턴을살펴보았는데, 그공통적인특징을정리하면다음과같다. 먼저공휴일부하패턴을연도별로살펴봤을때, 뚜렷한변화의추이는찾기힘들었다. 또한각공휴일의부하패턴을시간대별로해당공휴일이속한월의토 일요일과비교해봤을때 09~17시경공휴일시간별부하패턴은토요일동시간대의부하곡선과형태면에서는유사하였으나부하수준이토요일보다는낮게형성된반면공휴일 19시이후패턴은토 일요일의동시간대패턴과유사했다. 이에따라각각의공휴일은고유의시간대별부하패턴을가지고있는것으로보는것이타당해보인다. 예외적으로해당공휴일이일요일인경우에는부하패턴이공휴일이속한월의일요일패턴을따른다고보아도무방할것으로보인다. 마지막으로각공휴일의속한요일이나기온이공휴일패턴에미치는영향은상대적으로크지않은것으로나타났다. 다만공휴일전후에 샌드위치데이 가있을경우에는공휴일부하패턴이크게영향을받는것으로나타났다. 제 3 장요일별시간대별부하패턴분석 55

56 [ 그림 3-26] 추석연휴 (3 일 ) 부하패턴

본연구는전력수요예측모형의예측력제고를위한기초연구로서우리나라의요일별시간별전력부하패턴을분석했으며주요결론은다음과같다. 첫째, 요일별패턴기준우리나라의전력부하패턴은 6가지 ( 월요일오전패턴, 화 ~ 금요일오전패턴, 월 ~ 금요일 12시이후패턴, 토요일패턴, 일요일패턴, 특수일패턴 ) 로분류할수있었다. 특히시간별전력수요증가율의경우근무일중월요일 04~12시를제외하고는월 ~ 금요일패턴은정확히일치했다. 이러한전력수요근무일시간별증가율의패턴일치는전력수요예측모형개발시부하수준변수가아닌증가율을이용한모형의가능성을보여주는것으로예를들어특정근무일기준시간의부하가주어진다면시간별부하증가율을이용하여월 ~ 금요일일중부하추정이가능함을의미한다. 둘째, 요일별패턴을기준으로봤을때통상가을로분류되는 9월의일부하패턴은여름철부하패턴으로포함될수있는것으로나타났다. 통상봄으로분류되는 5월의경우는봄보다는여름패턴에더가까웠으나어느한쪽으로분류하기는힘들어봄과여름의중간형태로분류하는것이타당해보인다. 셋째, 공휴일의부하패턴은해당공휴일이속한계절이나월의토요일또는일요일패턴과시간대별로유사점은있었으나동일한패턴으로분류하기는힘들고각공휴일특유의부하패턴을가지고있는것 제 4 장결론 57

으로보인다. 다만해당공휴일이일요일인경우는공휴일이속한월의일요일패턴으로간주하여도무방할것으로보인다. 넷째, 요일효과와기온효과가공휴일의패턴형성에미치는영향은크지않은것으로나타났다. 예를들어요일이같은구정또는추석연휴가서로일치하는패턴을가진다고보기는힘들었으며, 오히려요일과일중기온의추이가서로상이한구정이나추석연휴가서로동일한패턴을가질수있음을확인하였다. 다만공휴일앞뒤로 샌드위치데이 가발생할경우는공휴일패턴이영향을받는것으로보인다. 다섯째, 연간주요일전력부하피크의발생시간은 23시에서 2009년이후 11시와 15시경으로이동되었는데, 이는 2~5월 23시에주로집중되던일피크가 2008년이후 11시경으로이동하고 6~8월의주요일피크발생시간 (15시) 의집중도가 2009년이후더욱커진것에기인한다. 마지막으로연간 계절별부하율은 2009년들어동계부하율이크게감소하면서연간부하율역시소폭하락하였으나 2010년이후경기개선에따른산업용전력수요의회복으로동계및연간부하율이재상승하고있다. 이러한부하율상승의원인은주택용보다는상대적으로산업용과일반용의전력소비증가에따른평균전력소비의상승때문인것으로보인다. 본연구에서확인한바와같이전력수요패턴은외생환경변화에따라다양하게나타나는데최근이상기온, 경기불확실성등으로수요예측이더욱어려워지고있음을알수있다. 이러한다양한외부환경의변화속에서안정적인전력공급을위해서정부는다양한시나리오별위험관리대책을마련하는한편보다안정적이고보수적인예비율목 58

표에기반한발전설비계획을수립해야할것이다. 특히국제연료가격변동을적기에반영하는연료비연동제의조속한실시등으로현재의전기요금수준을정상화하는한편전기소비자별특성과계절별 시간별전력수급상황을고려하여상이한전기공급원가를반영하는차등요금적용대상을확대해야할것이다. 또한지금까지국내전기소비량의과반수를넘는산업체를중심으로한수요관리사업을일반용, 가정용으로확대하는것이수급불확실성감소에도움이될것으로보인다. 제 4 장결론 59

한국전력공사 전력통계속보 각월호전력거래소뉴스레터 (2008) 장 단기 ( 과거 30여년간 ) 부하패턴변화분석 기상청홈페이지 Gould, P. G., Koehler, A. B., Ord, J. K., Snyder, R. D., Hyndman, R. J., & Vahid-Araghi, F. (2008). Forecasting time series with multiple seasonal patterns. European Journal of Operational Research, 191(1), 207 222. Taylor, J. W. & Snyder, R. D. (2012). Forecasting intraday time series with multiple seasonal cycles using parsimonious seasonal exponential smoothing. Omega, 40(6), 748 757. 참고문헌 61

김철현 에너지경제연구원부연구위원 수시연구보고서 일별 시간대별전력부하패턴분석 2013 년 3 월 7 일인쇄 2013 년 3 월 8 일발행 저자김철현발행인김진우 발행처에너지경제연구원 - 경기도의왕시내손순환로 132 전화 : (031)420-2114( ) 팩시밀리 : (031)422-4958 등록 1992 년 12 월 7 일제 7 호인쇄 ( 주 ) 정인 I&D (02)3486-6791 에너지경제연구원 2013 ISBN 978-89-5504-395-2 93320 * 파본은교환해드립니다.