This thesis presents a multi-criteria approach to capacity expansion planning of electric utilities. Traditional least-cost generation expansion planning has become inadequate due to the prevailing multiple, conflicting objectives such as cost, environmental degradation, and nuclear hazards. This is particularly true with emerging concerns over carbon dioxide emissions that is believed to contribute to global warming.
In this thesis, we present the preference order dynamic programming approach, so that this new logic can be implemented within the already available dynamic programming based capacity expansion planning tool, called WASP. This approach is well-suited to examining utility planning issues such as generation mix, reserve margin, reliability, government regulation, and regional and global environmental issues.
Through our case study, we note the importance of considering global warming as well as nuclear hazards. We also note that substituting plants that use cleaner fuels such as natural gas for plants that use carbon intensive fuels such as coal, is more effective in controlling carbon dioxide emissions. This substitution method is also more effective than replacing these plants with carbon dioxide-free nuclear units.
By utilizing the multi-criteria model, we are also able to find the strategy for establishing long term power development plan satisfying carbon dioxide emission constraint. The solution can conform to the global greenhouse gas reduction strategies of the electric power sector in meeting the regional and global environmental protection objectives.
전통적인 전원개발계획 방법론은 주어진 수요에 대하여 최소의 비용이 소요되는 발전소 건설계획을 결정하는 것이었다. 그러나 전력사업의 주변환경이 과거와는 달리 날로 복잡해짐에 따라 비용최소화에 의한 전원개발계획기법은 한계성을 가지게 되었다. 즉, 기존의 비용최소화와 더불어 입지문제, 환경문제(산성비 및 지구온난화), 자금조달문제, 원자력발전에 대한 국민적 합의문제, 수요성장의 불확실성문제 등을 고려하여야 한다. 이러한 제반 문제를 사전에 체계적으로 고려하기에는 기존의 전원개발계획 모형은 분명한 한계성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 전력사업의 주변환경 문제를 보다 체계적으로 취급하기 위하여 전원개발계획수립에 다목적의사결정기법(다목적 함수)을 적용하였다. 이 논문의 다목적의사결정 취급 속성으로서 비용, 지구온실화 가스(이산화탄소), 원자력설비의 위험도를 채택하였다.
본 논문에서는 제안된 다목적함수의 최적화 기법으로 기존의 동적계획법과는 상이하고, 다목적함수의 풀이에 용이한 우선 순위 동적계획법(Preference Order Dynamic Programming)을 채택하였다. 뿐만 아니라 이를 현재 한국전력공사에서 전원개발계획수립에 활용하고 있는 비용최소화 모형인 WASP(Wien Automatic System Planning Package)에 적용하여 다목적 전원개발계획 방법을 구현하였다. 따라서 전원개발계획 관련 실무자들이 별다른 어려움 없이 다목적 의사결정모형을 활용할 수 있어 효율성이 제고될 것이다.
본 논문에서는 개발된 모형을 활용하여 사례연구를 시행하였으며 분석결과를 수록하였다. 전반부의 사례연구에서는 전원개발계획의 주요 속성(Attribute)별 가중치를 변화하면서 이에 따른 각 전원개발계획안을 도출하였다. 이렇게 함으로써 경영자는 보다 다양한 대안을 체계적으로 검토할 수 있어 합리적인 의사결정을 할 수 있을 것이다. 이러한 접근방법은 기존의 비용최소화안에서 출발하여 전원개발계획관련 전문가의 의견을 수렴하여 최종전원개발계획안을 결정하는 기존의 절차보다는 보다 체계적인 방법이다. 후반부의 사례연구에서는 지구온난화에 대응하기 위한 전력부문의 대응 전략을 본 논문에서 제시한 알고리즘 및 기법을 활용하여 도출하였다. 이 접근방법은 2000년대 초반에 국제적으로 실시될지도 모르는 이산화탄소 억제정책의 수립에 효과적으로 활용될 수 있다.
본 논문은 전원개발계획시의 주요 관심 요인인 비용, 환경요소(지구온난화가스, 이산화탄소), 원자력 위험도만을 취급하였으나, 기타 환경요인(산성비 등) 및 전력사업의 여러 속성들을 취급할 수 있도록 구현되어 향후 전력투자정책의 수립시에 효과적으로 사용될 것으로 기대된다.
