A CGE analysis for quantitative evaluation of electricity market changes

Won-Sik Hwang, 이정동 (2015) · Energy Policy 83:69-81 · DOI ↗

한국 전력 산업 reform 의 ex ante 정량 평가 를 위해 Top-Down Bottom-Up 결합 모형 모형을 개발. Top-down 연산일반균형 분석 의 거시 효과와 bottom-up 혼합 상보성 문제 의 168 generator 단위 기술 제약을 통합. 희소 지대 가 두 모형 사이의 bridge 역할 — oligopoly rent 를 economy-wide model 에 주입. 핵심 발견: GENCO 만 oligopolistic competition 시 GDP -0.48% 손실, 선도 계약 도입 시 -0.08% 로 5/6 완화. 그러나 retail (DISCO) 까지 oligopolistic 이면 retail price 가 98% 폭등 — 최악의 reform 시나리오.

• RQ: 한국 전력 산업 privatization 이후 GENCO 와 DISCO 의 oligopolistic competition 가 거시경제 · 산업별 생산 · 전기료에 미치는 효과는 얼마이며, 선도 계약 같은 정책 mitigation 은 얼마나 효과적인가?
• 방법론: 연산일반균형 분석, Top-Down Bottom-Up 결합 모형, 혼합 상보성 문제, Cournot 과점, 시나리오 분석
• 데이터: 2009 한국 IO 테이블 (403 basic classifications → 14 sector), 한국전력공사 데이터의 168 generator (capacity · plant factor · fuel cost), 발전자회사 6 개 + IPP
• 주요 발견: GENCO oligopolistic competition 시 GDP -0.48% (4.38 조 won), 전기 도매가 +37.59%. 선도 계약 (80% cover) 도입 시 GDP 손실 -0.08% 로 5/6 완화. GENCO + DISCO 모두 oligopolistic 이면 retail price 98% 폭등 (최악).
• 시사점: 전력 reform 은 비가역적 — pre-reform 정책 mitigation 이 필수. (a) 선도 계약 활성화, (b) DISCO 시장의 충분한 경쟁자 수 (20 이상), (c) 시장 지배력 행사 감시.

요약

본 paper 는 이정동 의 제3기 (2) 에너지 정책의 심화 라인이 electricity market reform 으로 분화한 결정 마디. 한국 전력 산업은 vertically integrated regulated monopoly 와 fully privatized competitive market 의 중간에 stuck 돼 있다 (Hwang & Lee 2013). California (USA), Norway, Alberta, UK 의 reform 실패 사례들이 보여주듯 비가역적 reform 의 ex ante 정량 평가 가 핵심 필요. Akkemik & Oguz (2011) 의 터키 CGE 가 X-inefficiency 15% + markup 10% 제거 같은 낙관적 가정 으로 +1.08% utility 효과 추정, Hosoe (2006) 의 일본 분석 등이 선행. 그러나 top-down 단독 은 기술 제약 무시, bottom-up 단독 은 거시 spillover 무시.

본 paper 의 방법론적 혁신은 Top-Down Bottom-Up 결합 모형 의 수렴 보장 알고리즘 — 일반 cobweb model 은 demand elasticity < supply elasticity 인 전력 시장에서 발산 하지만, 본 paper 는 bottom-up 에서 가격 결정 → top-down 에 전달 의 reversed iteration 으로 수렴 보장 (Böhringer & Rutherford 2009, Lanz & Rausch 2011). 희소 지대 $P^{SR}$ 가 oligopoly markup 을 economy-wide model 에 주입하는 bridge. Bottom-up 은 168 generator 의 Mixed Complementarity Problem 으로 발전자회사 의 Cournot profit maximization 표현. 한국의 4 계절 패턴은 12 load block 으로 분할, base load (coal · nuclear) vs peak load (LNG · refined oil) 의 dispatch 순서 모델링.

핵심 결과: 시나리오 (a) competitive market: GDP 903.94 조 won, 도매가 88.93 won/kWh. (b) GENCO oligopolistic: GDP -0.48% (899.56 조), 도매가 +37.59% (122.36). (c) + Forward contract (80% cover): GDP -0.08% (903.24), 도매가 +6.07% (94.33) — 5/6 완화. LNG 산업이 가장 큰 타격 (-19.97%) — base load 로 전환 못 한 결과. 더 심각한 시나리오: GENCO + DISCO 모두 oligopolistic 이면 retail price 가 98% 폭등 (5 GENCO × 10 DISCO). DISCO 수가 10 에서 20 으로 늘면 markup 이 26% → 13% 로 절반. 한국 reform 의 주요 정책 처방 은 (a) forward contract 활성화, (b) DISCO 시장 진입 장벽 완화.

본 paper 의 한계는 (a) generator 의 ramp-up/ramp-down rate, minimum generation 같은 fine-grained 운영 제약 미반영, (b) Stochastic Equilibrium Model 의 uncertainty 처리 부재, (c) 80% forward contract cover 가정의 empirical robustness 미검증. Profitability and productivity changes in the Korean electricity industry (KEPCO INPD 분해) 와 Korean electricity industry post-reform 진단 의 직접 sibling — 둘 다 author 동일, 같은 제3기 (2) 에너지 정책의 심화 라인. Efficiency versus Equality: Comparing Design Options for Indirect Emissions Accounting in the Korean Emissions Trading Scheme 의 ETS 분석도 같은 한국 전력 부문 CGE 진단 라인의 페어 — 2015 년 두 발표 paper 의 정책적 보완 관계.

핵심 결과

Indicator	Competitive	Oligopolistic	Oligopolistic + Forward contract
GDP (조 won)	903.94	899.56 (-0.48%)	903.24 (-0.08%)
전력 발전 (TWh)	425.22	384.89 (-9.49%)	418.11 (-1.67%)
도매가 (won/kWh)	88.93	122.36 (+37.59%)	94.33 (+6.07%)
LNG 산업	20.35	16.29 (-19.97%)	19.53 (-4.02%)
Chemical	183.85	181.11 (-1.49%)	183.42 (-0.24%)
Electronic equip.	279.40	275.57 (-1.37%)	278.78 (-0.22%)

Retail scenario	GENCO market	DISCO market	Retail price change
Scn1 (GC-DC)	competitive	competitive	baseline
Scn3 (GC-D10)	competitive	10 DISCOs	+38%
Scn6 (GO-D10)	5 GENCO oligop.	10 DISCOs	+98%

핵심 정량 claim: (1) GENCO oligopoly 만으로 GDP -0.48% 손실 (도매가 +37.59%), (2) 선도 계약 80% cover 가 손실의 5/6 완화 (GDP -0.08%), (3) DISCO oligopoly 가 더해지면 retail price 98% 폭등 — 최악 시나리오, (4) DISCO 수 10 → 20 으로 markup 26% → 13% 절반.

방법론 노트

Top-Down Bottom-Up 결합 모형 의 수렴 보장 알고리즘이 핵심 혁신. 전력 시장은 demand elasticity 가 매우 낮아 conventional cobweb 모형은 발산. 본 paper 의 idea: bottom-up 에서 가격 결정 → 수량 결정 의 supply side dominance 를 두면 수렴 보장.

핵심 식 (Cournot 과점 의 first order condition + scarcity rent bridge):

$$\max_{x_f} \pi_f = px(x) \cdot x_f - c_f(x_f), \quad \text{FOC: } px \cdot \left(1 - \frac{ms_f}{|\sigma|}\right) = mc_f$$

여기서 $px$ 는 전력 가격, $x_f$ 는 firm $f$ 의 generation, $ms_f$ 는 firm market share, $\sigma$ 는 demand elasticity, $mc_f$ 는 marginal cost. Conjectural variation $(\partial x / \partial x_f) = 1$ (Nash-Cournot).

$$\frac{P^{SR}}{P^X_{EGEN} - P^{SR}} = \frac{px_{Oligo} - px_C}{px_C}$$

여기서 $P^{SR}$ 는 top-down 의 scarcity rent, $px_{Oligo}$ 는 bottom-up 의 oligopolistic price, $px_C$ 는 competitive price. Scarcity rent 가 oligopoly rent 의 economy-wide 대응물.

선도 계약 effect:

$$\frac{px - mc_f}{px} = \frac{ms_f}{|\sigma|} \cdot \left(1 - rfc_f\right)$$

여기서 $rfc_f = fc_f / x_f$ 는 contracting factor. 80% cover ($rfc_f = 0.8$) 가 markup 을 80% 감소 (Allaz & Vila 1993).

Identification 은 (a) 2009 한국 IO 테이블 SAM (403 basic classifications), (b) 한국전력공사 Statistics of Electric Power in Korea 의 168 generator 데이터 (capacity · load factor · plant factor · fuel cost), (c) Korea Power Exchange (KPX) EPSIS 의 fuel 단가, (d) Hosoe (2006), Akkemik & Oguz (2011) 의 transmission/distribution value added 분리 방법.

연구 계보

Top-Down Bottom-Up 결합 모형 의 직접 선행: Böhringer & Rutherford (2009) 의 decomposition approach, Lanz & Rausch (2011) 의 Top-Down Bottom-Up 통합 framework. 전력 시장 CGE 선행: Akkemik & Oguz (2011) 의 터키 분석, Hosoe (2006) 의 일본 분석, Zhang et al. (2008) 의 partial equilibrium case studies. Cournot 과점 전력 시장 모델링: Boucher & Smeers (2001), Hobbs (2001), Bushnell (2007). 선도 계약 의 mitigation 효과: Allaz & Vila (1993), Green (1999), Kim & Kim (2004), Willems et al. (2009). MCP framework 의 base: Mathiesen (1985). 한국 reform 의 직접 context: Hwang & Lee (2013) 의 Korean electricity market reform stuck halfway. 이정동 author page anchor 제3기 (2) 에너지 정책의 심화 라인의 2015 년 micro-policy 진단 마디 — sibling Profitability and productivity changes in the Korean electricity industry (KEPCO INPD 분해) 와 Korean electricity industry post-reform 평가 의 페어, Efficiency versus Equality: Comparing Design Options for Indirect Emissions Accounting in the Korean Emissions Trading Scheme (ETS 설계) 와 2015 년 한국 전력 부문 CGE 의 페어.

See also

• 연산일반균형 분석
• Top-Down Bottom-Up 결합 모형
• 혼합 상보성 문제
• Cournot 과점
• 선도 계약
• 희소 지대
• 시장 지배력
• 한국 전력산업
• 전력산업 개혁
• 한국전력공사
• 발전자회사
• Won-Sik Hwang
• 이정동
• Profitability and productivity changes in the Korean electricity industry
• The Impact of Korea's Green Growth Policies on the National Economy and Environment
• Assessing the Socio-Economic Effects of Korea's Nuclear Power Policy
• Efficiency versus Equality: Comparing Design Options for Indirect Emissions Accounting in the Korean Emissions Trading Scheme

인접 그래프

1-hop 이웃 27개

• 인물 2
• 방법론 5
• 개념 3
• 주제 8
• 수록처 1
• 분류 1
• 논문 7

↻ 초기화

휠 = 확대/축소 · 드래그 = 이동 · hover = 라벨 · 클릭 = 페이지 이동

이 문서를 가리키는 페이지

논문 (6)

• Assessing the Socio-Economic Effects of Korea's Nuclear Power Policy
• CGE analysis of R&D investment policy considering trade-offs between economic growth and stability
• Efficiency versus Equality: Comparing Design Options for Indirect Emissions Accounting in the Korean Emissions Trading Scheme
• Growth versus equity: A CGE analysis for effects of factor-biased technical progress on economic growth and employment
• Macroeconomic effects of R&D tax credits on small and medium enterprises
• The Impact of Korea's Green Growth Policies on the National Economy and Environment

방법론 (1)

• 연산일반균형 분석

주제 (1)

• 환경경제학