Ⅲ .
본 절에서는 전력부문의 신재생에너지와 수송부문의 그린자 동차와 관련된 모형구조를 자세히 설명하고 기타 세부적인 모 형구조는 부록에 수록하기로 한다.
전력부문의 신재생에너지 1.
본 연구에서 채택한 신기술은Goulder and Schneider(1999)와 조경엽 나인강･ (2003)과 같이 경합적 기술진보와 비경합적 기술 진보로 구분하여 모형에 반영된다 우선 비경합적 기술진보부터. 살펴보면 다음과 같다 외부성을 가지는 기술진보를 가정하면. 부록에 설명된 생산함수 (A-1)를 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.
(1) 는 다음에서 설명할 대체에너지와 기존 에너지와의 경쟁관 계에서 선택될 에너지 복합재화를 의미한다. 는 외부성을 가 지는 사회 전체의 기술수준을 의미한다. 는 사회 전체의 기술수준에 대한 증가함수로 다음과 같은 함수로 가정하였다.
(2)
≥ (3)
여기서 는 대체에너지로 신기술에 의해 생산되어 기존의 화석연료를 대체하게 된다.
외부성을 가지는 기술은 식 (2)와 같은 함수를 통해 각 산업 의 생산에 기여하게 된다 그리고 온실가스 감축이 이행되고. 대체에너지에 대한 수요가 변하면 각 산업의 는 내생적 으로 결정되게 된다 생산함수. (1)은 를 제외하면 규모 에 대한 수확불변이 성립된다.
Goulder and Schneider(1999)와 같이 배제성을 가지는 신기술 은 다음과 같은 형성법칙에 따라 축적된다고 가정하였다.
(4)
기의 신기술 은 감가상각()을 제외한 현재의 신 기술 에서 R&D투자로 형성된다. 는 R&D투자가 기술축 적에 기여하는 정도를 나타낸다 다시 말해. 가 보다 크다면1 투자가 아주 성공적이어서 기대이상으로 기술진보가 이루 R&D
어지는 반면 가 보다 작다면 투자에 비해 기술진보가 성공1 적이지 못하다는 것을 의미한다 신기술은 현재는 경제성이 없. 어서 도입되지 않는 기술로 정의된다면 는 보다 작아야 한1 다 만약. 가 0.5라면 단위 신기술을 생산하기 위한 비용이1 기존의 화석연료의 생산비용에 비해 약 배 비싸기 때문에 경2 제성이 없어 현재는 도입되지 않는다는 의미를 내포하고 있다.
그러나 온실가스 감축으로 인해 기존 화석연료의 비용이 상승 하게 되면 신기술의 투자비용이 크다 할지라도 시장에 도입될 수 있다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다 온실가스 감축. 이 시행되면 부록에 수록된 식 (A-12)∼식 (A-15)의 단계별 비 용최소화 조건을 통해 화석에너지 복합재화()에 대한 수 요가 결정된다 그리고 신기술이 도입되고 기존의 화석연료와. 신기술과의 선택이 가능하다면 다음과 같은 비용최소화 조건으 로 신기술이 도입된다고 가정하였다.
≺
≤
≥
(5) (6) (7) (8)
여기서 는 화석에너지 복합재화의 가격으로써 온실가 스 감축으로 인한 배출권 거래가격 또는 탄소세를 포함한 가격 을 의미한다 온실가스 감축이 시행되지 않을 경우 화석에너지. 복합재화 가격을 라고 가정하면 는 항상 신기술가격
보다 낮다 즉 식. (4)에 나타난 가 보다 작기 때문에1
신기술은 경제성이 없어 시장에 도입되지 않는다 이러한 신기. 술 도입 메커니즘은 식(7)로 요약할 수 있다 식. (7)은 온실가 스 감축이 시행되더라도 높은 투자비용으로 신기술가격이
보다 높으면 시장에 도입되지 않는다는 의미를 내포하고
있다 그리고 식. (8)은 온실가스 감축이 이행되고 화석연료의 가격이 상승하여 신기술 가격보다 높아지면 대체에너지가 도입 되는 과정을 보여주고 있다 앞서 언급하였듯이 신기술이 경제. 성을 확보하더라도 투자의 비가역성 기다림의 효과 기존 에너, , 지에 대한 의존성 등으로 신기술이 시장에 더디게 도입된다. 이러한 지체효과를 감안하기 위해 신기술이 경제성을 확보하더 라도 기존의 에너지를 완전히 대체하는 것이 아니라 비중 만큼 대체한다고 가정하였다.
수송부문의 미래형 자동차 2.
수송부문의 신기술은 하이브리드 자동차 수소연료전지 자동, 차 지능형 자동차와 같은 그린자동차를 의미한다 수송부문에, . 서 자본스톡은 대부분 자동차로 구성된다 본 연구에서는 그린. 자동차는 운송서비스를 생산하는 자본(기존 자동차)을 대체하는 것으로 가정하였다 전력부문에서 대체에너지가 기존의 화석연. 료를 대체하는 것과 달리 수송부문의 신기술은 기존의 자본을 대체한다는 점이 다르고 다른 메커니즘은 전력부문과 동일하 다 수송부문의 생산함수는 다음과 같이 쓸 수 있다. .
(9)전력부문의 생산함수와 다른 점은 신기술이 에너지대신 자본
기존 자동차
( )과의 경쟁관계로 선택된다는 점이다. 는 그린 자동차 노동 연료로 구성된 복합재화를 의미한다 그린자동차, , . 에 사용되는 연료는 기존의 자동차에 사용되는 연료보다 효율 적이고 온실가스 배출이 적은 에너지를 의미한다. 는 외부성 을 가지는 사회 전체의 기술수준을 의미한다. 는 사회 전체의 기술수준에 대한 증가함수로 다음과 같은 함수로 가정 하였다.
(10)
≥ (11)
여기서 는 수송부문의 신기술인 그린자동차로서 전력부 문의 대체에너지와 같이 널리 보급될수록 외부효과가 커진다고 가정하였다 배제성을 가지는 그린자동차는 다음과 같은 형성. 법칙에 따라 축적이 된다.
(12)
기의 그린자동차는 감가상각()을 제외한 현재의 그린 자동차 스톡에 R&D투자가 더하여 축적된다 전력부문의 대체. 에너지와 같이 는 R&D투자가 신기술 축적에 기여하는 정도 를 의미하며 신기술의 정의에 따라 보다 작다고 가정하였다, 1 .
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다 그린자동차가. 도입되고 기존의 자동차와 그린자동차와의 선택이 가능하다면
다음과 같은 비용최소화 조건으로 그린자동차가 도입된다.
≺
≤
≥
(13) (14) (15) (16)
여기서 는 화석연료를 사용하는 기존 자동차 복합재화 의 가격을 의미한다 자동차의 복합재화는 연료 자동차 노동. , , 으로 복합된 재화를 의미한다. 는 그린자동차 노동 연료, , 로 복합된 그린자동차 복합재화를 의미한다. 와 모 두 온실가스 감축으로 인한 배출권 거래가격 또는 탄소세를 포 함한 가격을 의미한다.
온실가스 감축이 시행되지 않을 경우 기존 자동차 복합재화 의 가격은 그린자동차 복합재화의 가격보다 항상 저렴하다 신. 기술 정의에 따라 식(12)에 나타난 가 보다 작기 때문에 그1 린자동차 복합재화의 가격이 항상 높게 유지된다 이러한 신기. 술 도입 메커니즘은 식 (14)로 요약할 수 있다 식. (15)와 식 은 온실가스 감축이 시행되면 비용최소화에 따라 기존 자동 (16)
차 복합재화 또는 그린자동차 복합재화 중 선택이 가능함을 보 여주고 있다 식. (15)에서 보듯이 높은 투자비용으로 그린자동 차 복합재화 가격이 기존 자동차 복합재화의 가격보다 높다면 그린자동차는 도입되지 않는다 반대로 온실가스 감축비용이 높. 아 기존 자동차 복합재화의 가격이 높아지면 그린자동차가 도입
되게 된다 그러나 신기술이 경제성을 확보하더라도 투자의 비. 가역성 기다림의 효과 기존 에너지에 대한 의존성 등으로 신기, , 술이 시장에 더디게 도입된다 이러한 지체효과를 감안하기 위. 해 신기술이 경제성을 확보하더라도 기존의 에너지를 완전히 대 체하는 것이 아니라 비중만큼 대체한다고 가정하였다.
배출권거래제
3. 10)
배출권거래제 등 환경규제는 투입재화 간 생산요소 간 산업, , 간 소비재화 간 왜곡을 초래할 뿐만 아니라 자원의 시점간,
(intertemporal) 왜곡도 초래한다. 예를 들어 배출권의 저축 (banking)과 대부(borrowing)가 허용되는 예대가능한 배출권거래 제가 적용되면 배출의 저감시점을 달리함으로써 이윤극대화를 추구하게 된다 배출 저감시기의 변화는 생산 투자 나아가 소. , , 비의 시점간 패턴에 영향을 미치게 된다 정태분석 모형으로는. 이러한 동태적인 배출권거래제의 효과를 분석하는 데 한계를 가지게 된다 이러한 단점을 극복하기 위하여 동태적 일반균형. 모형의 사용이 요구된다.
온실가스 저감방식은 크게 개별이행과 배출권 거래방식으로 나누어지고 배출권 거래방식은 배출권의 예대가능 여부에 따라, 다시 두 가지로 분류된다 저축과 대부가 가능하지 않아서 년. 1 마다 배출권 거래가 정산되는 단위기간(annual) 정산 배출권거래 10) 본 항에 제시된 다기간 배출권거래제의 분석방법은 Cho, G. L et
의 연구방법과 동일하다
al.(2009) .
제와 저축(banking)과 대부(borrowing)가 허락되고 정산기간(budget period)에 대해서 배출권이 정산되는 예대가능한(bankable) 다기 간 정산 배출권거래제로 구분한다.11) 배출권 거래에 참여하는 기업은 자신의 저감비용과 배출권 거래가격을 비교하여 배출권 판매와 구매 그리고 저축(banking)과 대부(borrowing)를 결정하게 된다 개별 저감비용이 배출권 거래가격보다 높은 산업은 배출. 권을 구매하고 생산을 늘리는 것이 비용효과적(cost-effectiveness) 인 저감방법이 되며 반대로 개별 저감비용이 배출권 거래가격, 보다 낮은 산업은 배출권을 판매함으로써 더 많은 이윤을 추구 할 수 있다 결국 모든 산업의 한계저감비용. ()이 배출권 거래 가격()과 일치하는 점에서 균형이 형성되고 이때 배출권 거, 래에 참여한 산업 와 의 의무 저감량을 최소비용으로 달성하 게 된다 즉 균형에서는 저감비용. 의 조건이 성립된다.
온실가스는 에너지원에 따라 상이한 배출량을 보이고 있으 며 원료로 사용되는 에너지는 이산화탄소를 배출하지 않기 때, 문에 동일한 에너지를 사용하더라도 산업에 따라 상이한 배출 계수를 가질 수 있다. 를 산업과 가계를 대변하는 색인이라 고 하면 가계와 산업에서 사용하는 에너지와 이산화탄소 배출 과의 관계를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
11) 일관성을 상실하지 않는 단축된 표현으로 저축과 대부가 가능하지 않는 배출권거래제를 편의상 단위기간 정산 배출권거래제로 정산기간을 다기, 간으로 설정하고 그 기간 동안 저축과 대부가 가능한 배출권거래제를 다기간 정산 배출권거래제로 표현하기로 한다.
(17) 는 부록에 수록된 산업에서 사용한 아밍톤 화석연
료 복합재화( )와 이산화탄소(
)가 복합된 화석연료
복합재화를 의미한다 하첨자. 는 석탄 석유제품 천연가스, , 를 대변한다 그리고 상첨자. 는 에너지 효율 향상을 반영한 유효 에너지 수요를 의미한다 즉. 로 서 에너지 효율 향상 는 연료별 산업별로 차이가 있다고, 가정하였다 식. (20)과 같이 와 화석연료를 레온티에프 함수로 정의하는 이유는
배출은 에너지와 특정한 배출
계수로 고정되어 있기 때문이다.
개별이행 시 산업과 가계의 비용최소화 문제는 다음과 같다.
(18) (19) (20) (21)
여기서 는 의 에너지 사용에 따른 이산화탄소 배출 계수를 의미한다 개별 에너지원에 부과되는. 는 환경규제로 인한 배출허용률을 의미한다 따라서. 기의 부문에서 배출하 는 배출량은 기준 시나리오의 이산화탄소 배출량
의 만큼을 배출해야 한다는 제약조건이 추가된다.