미국 전력 도매시장 운영 현황 및 거래유형 분석

임금주
한국전력공사 경제경영연구원
선임보연구원

1) 개황
가. 미국 도매시장 개요
1882년 시작된 미국의 전력산업은 약 135년의 역사 동안 구조적으로 수많은 변화를 겪어왔다. 1990년대까지 미국의 전력산업은 주정부의 규제를 받는 수직통합 전력기업을 중심으로 운영되어 왔다. 이후 특정 기업이 소유한 송전망에 대한 제3전기사업자의 망 접근성 차별과 지역 간 전기요금 격차를 해소하기 위해 1992년 국가에너지 정책법이 제정되면서 전력시장 구조개편이 촉발되었다. 이후 1996년 연방 에너지규제위원회(FERC¹)는 ‘Order888’을 수립하여 송전망을 시장에 개방하고 중립적인 ‘전력 계통운영기구’ 수립을 권고하였다. Order 888의 주요내용은 ▲공정한 경쟁 환경 조성을 위하여 송전망회사가 자사 외 제3자에게도 동일한 조건으로 송전서비스를 제공 ▲요금을 발전, 송전, 보조 서비스별로 세분화 ▲제3자와 동일한 송전망 정보시스템을 통하여 전력매매 실시 등이다.

나. RTO/ ISO 수립 현황
FERC의 권고사항을 받아들여 지역별로 7개의 계통운영기구(RTO²/ISO³)가 설립된 이후 해당지역에서는 송전망의 소유(TO⁴)와 운영(RTO/ISO)을 법적으로 분리했다. 계통운영기구가 존재하지 않는 북서부, 남서부 및 남동부 지역에서는 기존 수직통합형 전력회사를 중심으로 과거와 유사한 형태의 전력시장이 유지되고 있다.

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1) Federal Energy Regulatory Commission
2) Regional Transmission Operator
3) Independent System Operator
4) Transmission Owner
5) Federal Energy Regulatory Commission : 연방 에너지 규제위원회

RTO/ISO 즉, 중립적인 계통운영자가 부재한 지역에서는 주정부 또는 지방정부 산하의 공영유틸리티나 민간 수직통합전력회사 등이 관할 지역의 계통 운영을 책임진다. 미국 전기소비자의 약 40%가 쌍무 거래로 조달한 전력을 사용 중이다.⁶ 이러한 형태의 시장운영은 수직통합 전력회사를 중심으로 전력을 공급하기 때문에 발·송·배전·판매를 종합적으로 고려해 장단기 전력수급계획을 마련할 수 있다. 장기수급의 경우 미래 전력수급 안정을 위한 통합자원계획(IRP⁷)를 수립하고 이행한다. 단기수급은 실시간 발전기기동정지계획(UC⁸) 및 경제급전(ED⁹)를 통해 조절할 수 있다.

RTO/ISO가 수립된 PJM 외 6개 지역은 이들이 개설하는 도매시장, 사업자 간 쌍무거래 및 자가발전을 통해 전력을 조달한다. RTO/ISO는 전력시장 투명성 제고를 위해 보다 많은 전력이 현물시장을 통해 거래될 수 있도록 제도적 정비를 지속하고 있다. 최대 계통기구인 PJM의 경우 2006년 대비 2016년 기준 쌍무거래 전력비중은 약 8% 감소하였고 현물시장 거래 전력은 5.2%에서 23.9%로 크게 증가 하였다.
7개 RTO/ISO는 지역 특성에 따라 4개 주요 도매시장을 운영 중이며 세부 규칙은 계통운영자별로 상이하다.

도매시장 유형별로 살펴보면 첫째, 에너지 시장은 단기 전력수급을 위한 거래시장으로 하루 전(Day-ahead) 시장과 실시간 시장(Real-time)이 주로 개설된다. 둘째, 용량시장은 발전설비 투자를 촉진하여 장기 전력수급 안정에 기여하고자 개설되는 시장으로 용량시장 부재 시에는 계통운영자별로 자체 용량확보를 위한 메커니즘을 운영하고 있다. 셋째, 보조서비스 시장은 갑작스런 정전 사고를 대비하고 송전망 신뢰도를 확보하기 위해 운영되는 보조 시장이다. 마지막으로 금융송전권 시장은 전력계통 제약에 따른 송전 회피비용 리스크를 완화하기 위한 일종의 금융시장이다. 네 개 도매시장 가운데 에너지 시장의 규모가 가장 크고 나머지 시장은 계통운영자별로 거래비중이 상이하다.

2) 전력 도매시장 유형별 특징
가. 에너지시장
에너지시장이란 일일 최종 소비되는 전력량에 대하여 발전사업자와 판매사업자 간 전력거래를 위해 개설되는 경매시장이다. 주로 공급시점 대비 하루 전에 열리는 하루 전 시장, 당일 전력수급 균형을 위한 실시간 시장으로 구성된다. 도매시장에서의 전력 거래가격은 전력이 흐르는 모선 (Node)별로 송전 혼잡 발생 여부를 감안하고 혼잡비용 을 반영한 지역별 한계가격(LMP10) 기준으로 정산한다. RTO/ISO는 경매시장 입찰정보를 기반으로 발전사 및 판 매사의 도매전력 거래 낙찰물량을 결정하고 LMP를 산정한다. 하루 전 시장에서 낙찰량과 익일 전력 거래량 간에 물량차이가 발생하면 RTO/ISO는 실시간 시장가격을 적용하 여 해당사업자의 거래를 정산한다. 전력거래 정산가격인 지역별한계가격(LMP)는 발전한계비 용(SMP), 송전혼잡비용 및 송전손실비용으로 구성된다. 발전사업자가 회수하는 LMP와 판매사업자가 지불하는 LMP 가격 차이로 RTO/ISO에 정산 차액이 발생하고 이는 추후 시장 참여자에 재배분 한다. 계통 내 모든 모선에 대해 발전한계비용(SMP)은 동일하므로 결국 정산차액은 사업자 간 송전혼잡비용과 손실비용 차이 때문에 발생한다. 대체로 판매사업자가 부담하는 수요지의 송전혼잡비용과 손실비용이 높다.

나. 금융송전권 시장 RTO/ISO는 LMP 혼잡비용에 의해 발생한 정산잉여금을 금융송전권 시장(FTR, Financial Transmission Right, 시장별로 명칭은 상이)을 통해 사업자에 재분배한다. 판 매사업자는 금융송전권 시장 참여를 통해 송전혼잡비용의 가격변동성을 완화할 수 있다. 전력거래 시 혼잡비용이 발 생하는 원인은 전력이 흐르는 망의 송전한계로 인한 발전기 낙찰순서 변화에 기인한다. 송전제약이 없을 시에는 입찰 발전기의 발전한계비용 순서대로 낙찰되고 거래되지만 송전제약이 발생하는 경우에는 발전한계비용이 높더라도 수요지와 인접한 지역의 발전기 가 낙찰됨에 따라 전력가격이 상승하게 된다. 판매사업자는 연간, 월간 단위로 개설되는 금융송전권 경 매시장에 참여해 금융송전권을 확보한다. 금융송전권은 계통 내 송전-수전이 발생하는 모선별로 MW 단위로 구매 한다. 이후 에너지시장 거래전력에서 발생되는 혼잡비용을 기구매한 금융송전권으로 상쇄할 수 있다.

다. 용량시장 RTO/ISO는 사업자의 발전설비 투자를 유인하고 장기 전 력수급을 안정하기 위하여 용량시장(Capacity Market) 을 개설한다. PJM, ISO-NE, NYISO 및 MISO 4개 RTO/ISO는 관할구역 내에 용량시장을 개설하고 발전사업자와 판매사업자의 참여를 유인하여 설비기반을 확대 하고자 한다. RTO/ISO는 관할계통의 목표예비력을 산정하고 이를 기준으로 하여 임의의 수요곡선을 결정한다. 용량시장에 참여 하는 사업자의 설비 공급공선과의 최적점에서 용량가격이 결정된다. 이때 RTO/ISO가 결정하는 수요곡선의 형태는 용량가격의 변동 폭에 큰 영향을 미친다. 과거 용량시장 도입 초기 대부분의 계통운영자는 수직적 형태의 수요곡선을 채택하였으나 이는 높은 용량가격 변동성의 원인이 되고 발 전사업자의 시장유인 효과가 미미하다는 비판이 제기되었 다. 현재 PJM, ISO-NE 및 NYISO는 우하향 형태의 수요 곡선을 채택하여 용량가격 변동성을 완화하는 방향으로 제도를 개선하고 있다.

라. 보조서비스 시장 지역별로 RTO/ISO는 4개의 주요 보조서비스 시장을 운영한다. 시장운영규칙 등은 도매시장별로 상이하나 최근 전통적 발전자원뿐 아니라 수요자원, ESS 및 분산자원 등이 보조서비스 시장에 참여하는 방향으로 변화하고 있다. 시장정산 방식으로는 RTO/ISO는 주파수 조정, 예비력 입찰 경쟁시장을 운영하고 전압제어 및 자체기동에 대하여는 비용 및 용량에 따라 보상한다. 각 보조서비스 시장을 살펴 보면 첫째, 주파수 조정시장은 전력의 안정적인 공급을 위하여 실시간 전력수요의 변화에 따라 발전량을 조정함으로써 60Hz 정격주파수를 유지하는데 목적이 있다. 둘째, 운 영예비력 시장은 전력수급 균형 및 정전사고에 신속히 대응 하기 위하여 운전 중 또는 정지 중인 설비로부터 예비발전력을 확보한다. 셋째, 전압제어 시장에서는 실시간 전압 안정성을 유지하도록 전압을 조정함으로써 단시간 내 계통 신 뢰도를 확보할 수 있다. 마지막 자체기동을 통해서는 지역 별 정전 발생 시 신속한 복구를 위해 외부의 전력공급 없이 자체 발전기를 가동, 기동 전원이 공급가능한 발전기를 대상으로 운영되는 서비스이다.

3. 결론
미국 전력산업은 135년의 시간동안 보다 효율적인 체제를 갖 추고자 변화해왔다. 지역별로 시장이 개방된 경쟁체제와 수직통합전력회사 중심의 전통적 시장이 공존하고 있다. 7개 RTO/ISO는 지역 내 송전망을 개방하고 투명한 전력거래를 중개하는 한편, 장단기 전력수급 안정을 도모하고자 4개의 주요 시장을 개설하고 있다. 세부 운영규칙은 RTO/ISO별로 상이하나 큰 틀에서 시장의 형태는 유사하다. 다만 시장이 개방되고 20년이 흐르는 시간동안 RTO/ISO를 통한 전력거래 비중은 가장 규모가 큰 PJM의 경우에도 약 23% 수준에 머무르고 있다. 향후 RTO/ISO의 주요 관심사는 현물시장에 서의 거래비중을 더욱 높이고 투명성을 제고하는 것이다. 사 업자의 시장 참여를 유인하고 사회적 후생을 증진하는 방향으로 규제를 개선하는 등 보다 면밀한 접근이 필요하다.

참고문헌

1. PJM, State of the Market Report, 2006~2016

2. FERC, Common Metrics Report, 2016

3. PThomas Paynter, New York’s Capacity Market “Demand Curve”, 2004

4. 한국전기연구원, 전력계통의 효율적 운영을 위한 합리적 가격신호 제공방안 연구, 2014. 6

5. 대한전기학회, 국내외 계통운영보조서비스 현황 비교 연구, 2013

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