이론적 모형 - 15-07 배출권거래제도와 환경세의 조화방안

본 연구는 온실가스 감축을 목적으로 하는 양적 통제장치인 배출권거래제 와 가격통제장치인 탄소세의 조합과 관련된 이론적 모형을 구축하여, 2015 년 실행된 배출권거래제에 맞추어 시장 참가자들의 선택에 왜곡을 가져오지

30) 물론 온실가스 감축목표가 적정한가에 대해서는 논란의 여지가 있으나, 이는 본 연구 범위를 벗어나는 것으로 향후 중요한 연구과제로 판단된다.

않는 배출세의 최적 조합방안을 찾는 것을 목표로 한다.

물론 탄소세 도입의 방법도 과세범위에 따라 다르게 나타날 수밖에 없다.

왜냐하면 배출권거래제의 참가자는 한정되어 있기 때문에, 참여자만을 대상 으로 이들의 선택에 왜곡을 가져오지 않아야 하는지, 혹은 납세자를 확대하 는 환경세의 경우에 배출권거래제와 동일한 효과가 있게 하기 위해서는 배 출권거래제에 내제된 여러 요소(유상할당 여부, 시장안정화 정책, 추가할당 등)도 감안되어야 하기 때문이다.

이상적인 경우는 이미 탄소세가 도입된 상태에서 환경세의 참여자에 대한 고민 없이 배출권거래제를 도입하여 원하는 경제주체만 배출권거래제에 참 여할 수 있도록 하는 방법이 있다. 그러나 현재는 배출권거래제가 이미 도 입된 상태이므로 배출권거래제의 참여자가 줄어들거나 혹 시장이 위축되지 않을 정도의 탄소세를 도입하는 것이 매우 중요해졌다. 이것이 즉 ‘탄소배출 권의 가격＝한계저감비용＝탄소세율’의 조건을 충족시키도록 하는 작업이 다. 따라서 참여기업의 평준화된 부담이 두 제도 간에 같도록 모델링하는 작업이 포함된다.

나. 모형의 구성

본 모형에서 온실가스를 방출하는 할당업체는 1개의 대표기업으로 가정 한다. 이 기업은 배출권거래제에 포함되는 모든 할당업체를 포괄하고 온실 가스 감축량을 결정하게 된다. 대표 기업을 상정할 경우에 기업 간 순 매입 량이 상계되어 0이 되므로, Seifert et al.(2008)에서 모형화한 것과 같이 복 수 기업 간 배출권의 거래 여부를 모형에서 제외할 수 있는 장점이 있다.

배출권거래제는 특정기간 동안 결정되는 할당배출권총량에 대한 고려가 있 어야 하므로 복수기간 모형이 필요하며, 따라서 대표기업과 환경당국은 온 실가스 감축량 결정 및 할당배출권량에 대한 결정을 매 기간 내리게 되는 Yu & Mallory(2015)의 모형을 따른다. 매 기간 대표기업은 온실가스 감축수 준을 결정하고 경기에 따른 실질 온실가스 발생량 및 총할당배출권량에서

이를 가감하여 다음 계획년도에서 쓸 수 있도록 배출권을 이월할 수 있다.³¹⁾

    _            ′ 식 (Ⅲ-3)



여기서 파라미터 는 과거 계획기간에 축적된 배출권을 금번 기에 얼마 큼 사용할 수 있는지에 대한 비율로 정의된다(Leiby & Rubin, 2001). 현행법 상 우리나라는 과거로부터 이월된 배출권은 제한 없이 쓸 수 있으므로

  라고 할 수 있다. 또한 모형의 단순화를 위해 다기간 모형에서 기간에 따른 후생의 할인을 의미하는 파라미터 는 환경당국의 할인율과 같다고 가정한다.

이상의 모형을 불연속 다이나믹 프로그래밍(dynamic programming) 형태 로 풀기 위한 벨만(Bellman) 방정식 및 상태변수 이전식은 다음과 같다.

    _              ′식 (Ⅲ-12)

 ′          식 (Ⅲ-13)

이때의 상태변수  ′는 다음 계획기간에 가용한 이월된 배출권 총량을 의 미한다. 식(Ⅲ-12)에서의 두 번째 항은 다음과 같이 표현된다.

      



_{ ∞}^{  }^{ }



_{  }^∞ ^{   }^^{ }

^



_{  }^∞     



_{  }^∞ ^{}

식 (Ⅲ-14) 따라서 벨만(Bellman) 방정식은 다음과 같이 재정의된다.

 _ 



_{  }^∞     



_{  }^∞ ^{ }^^^^^^{′ }

식 (Ⅲ-15)

환경당국의 경우와 마찬가지로 Benveniste & Scheinkman(1979)의 방법론 을 사용하여 먼저 온실가스 감축량에 대해 미분할 경우 이하 식(Ⅲ-16)과 같이 풀 수 있다.

  

이제 사회후생함수로부터 추출된 환경당국의 최적 온실가스 감축량에 대 한 오일러 공식인 식(Ⅲ-9)와 배출권거래제로 인한 온실가스 감축 및 배출 권 부족 시 납부하게 될 과징금 총액의 최소화를 목적함수로 가진 대표기업 의 최적 감축량에 대한 오일러 공식인 식(Ⅲ-20)을 합쳐, 최적 정책변수를 도출할 수 있다. 이는 환경당국의 최적 온실가스 감축량을 대표기업이 선택 할 최적 온실가스 감축량과 일치시킬 수 있는 정책변수를 구하는 것이다.

현재 당국에서 결정할 수 있는 정책변수는 배출권거래제하에서 할당총량과 톤당 과징금 수준, 즉 (  )이다. 환경당국의 최적 온실가스 감축량은 상태 변수인 기존 배출총량의 함수인 _ 로 표기하고, 대표기업의 최적 온실 가스 감축량은 주어진 정책변수하에서 상태변수인 축적된 이월 배출권 총량 의 함수이므로 _  로 표기한다. 다른 두 주체의 최적 온실가스 감축 량을 일치시킬 경우 다음의 식(Ⅲ-21)과 같이 표시한다.

_   _    식 (Ⅲ-21)

즉, 특정 상태변수의 수준(기존 배출총량 및 이월되어 온 금번 기의 배출 권 총량)이 주어질 경우, 위 식으로부터 최적 정책변수 간의 조합을 도출할 수 있다. 배출권거래제는 특정 수준까지는 온실가스를 방출할 수 있는 권리 를 의미하므로 항상   조건을 충족하게 되나, 만약 탄소세를 도출할 목 적이라면 할당총량을 없이(  )함으로써 동일한 부담을 대표기업에 지울 수 있는 과징금의 수준, 즉 탄소세율을 도출하는 것이 본 모형 구성의 아이 디어이다(Yu & Mallory, 2015).³⁴⁾

34) 배출권거래제에서 의무 미이행분의 경우 유럽의 경우 40유로(1차 계획기간), 100유로(2 차 계획기간)가 부과되고 우리나라의 경우 10만원 이하의 과징금이 부과된다(｢배출권거 래법｣ 제33조). 유럽의 경우 과징금 납부 이후 계획기간 때 앞선 계획기간에서의 미제 출 배출권을 별도로 제출해야 하나 우리나라의 경우 제출 여부에 대해서는 미결정 상태 이다. 본 보고서에서는 과징금을 납부할 경우 이후 계획기간에서는 배출권의 제출이 면 체되는 가격상한(safety value) 형태의 성격을 가진다고 가정한다. 현재 뉴질랜드 (도쿄 의정서 체제에서 탈퇴한 상태)에서 본 제도를 운용하고 있다.

다. 캘리브레이션(calibration)을 통한 최적 탄소세율 도출

온실가스 감축비용함수 및 온실가스로 인한 환경피해함수가 아래 식(Ⅲ -22) 및 식(Ⅲ-23)과 같이 2차 함수형태를 가진다고 가정한다.

_  

_^ 식 (Ⅲ-22)

 ___  

_ _ _^ 식 (Ⅲ-23)

그 이유는 2차 함수형태를 가질 경우 한계비용함수가 선형형태를 이용할 수 있어, 본고와 같이 캘러브레이션을 하기 위한 닫힌해(closed form solution) 를 구하는데 매우 편리하기 때문이다. 식(Ⅲ-22), 식(Ⅲ-23) 및 오일러 공식 을 이용하여 닫힌해를 구하기 위하여 아래와 같이 온실가스 최적 감축량 함 수에 대해 다음의 식(Ⅲ-24) 및 식(Ⅲ-25)와 같이 가정한다. 즉, 정부당국과 대표기업의 최적 감축량은 상태변수의 일차함수라는 것이다.

_     _ 식 (Ⅲ-24)

_      _    _  식 (Ⅲ-25)

이러한 가정을 바탕으로 닫힌 해를 구하는 과정은 <부록 Ⅲ>에 각각 수 록하였다. 닫힌해를 구한 후 파라미터로 사용되는 값들은 <표 Ⅲ-1>에 수록 되어 있다.

파라미터(parameters) 값(values)

한계저감비용 함수의 파라미터 값 42000

1차 계획기간 간 사회적 할인율,  0.854

Stochastic emission upper limit,  40.42

<표 Ⅲ-1> 모형에 사용되는 파라미터 값

자료: 저자 작성

캘리브레이션을 위한 파라미터 값은 다음과 같은 논리로 선택된다. 우선 시간에 대한 할인율은 한국개발연구원(KDI, 2008)의 예비타당성조사 수행을 위한 일반지침 연구보고서(5판)에서 사용하고 있는 5.5% 수치를 사용하도록 한다. 따라서 이를 기간별 효용의 비중으로 역산하면 약 =0.85에 해당된 다.³⁵⁾ 또한 온실가스 배출전망치(BAU)는 본 모델에서 특정 확률분포를 따 르는 확률변수로 가정되고 있는데, 이는 정부에서 가정하고 있는 온실가스 배출전망치(BAU)와는 성격을 달리한다. 그 이유는 실제로 기업에서 배출할 수 있는 양이기 때문이다. 따라서 산업계에서 주장하고 있는 수치를 사용하 도록 한다. 온실가스 배출전망치(BAU) 대비 감축량에 대한 가정을 위해서 는 우선 온실가스 배출전망치(BAU) 기댓값이 필요한데, 정부에서 이미 발표 하고 가정하고 있는 현재 우리나라의 1차 계획기간 중(2015년~2017년) 배출 권 거래제에서의 기업의 온실가스 배출전망치(BAU) 값을 그대로 사용한다.

현재 국가단위의 온실가스 배출전망치(BAU) 값이 추정되고 있으나 배출권 거래제에 한해서는 온실가스 배출전망치(BAU) 수치가 공개된 것은 없으므 로, 국가 전체의 온실가스 배출전망치(BAU)를 추정하는 데 사용되는, 배출 권거래제에 참여한 할당대상 기업들의 배출권 신청량을 본 모델에서의 온실 가스 배출전망치(BAU)로 사용한다. 즉 기업이 아무런 노력을 하지 않았을 때 모든 배출량을 감당할 배출권 총량을 신청했다고 보는 것이 합리적이므 로 (실제로 1차 계획기간 중 배출권 신청량은 2011~2013년간 배출량을 기준 으로 결정됨), 파라미터 값 역시 기업들의 신청량을 기준으로 설정하였다.

그리고 배출량 절감 폭은 현재 국가감축목표로 확정된 수치인 2020년 대비 30% 감축수치를 사용하여, 1차 계획기간 중에도 온실가스 배출전망치(BAU) 의 30%를 감축하는 것을 가정하여,³⁶⁾ 앞서 가정한 1차 계획기간 중의 온실 가스 배출전망치(BAU) 값의 30%를 정부의 감축 목표치, _ ,로 상정한다.³⁷⁾

35)  ≈



^  





^, 1차 계획년도는 현재 2015~2017년도 3개년으로 구성됨

36) 실제로 1차 계획기간 중의 배출량 감축폭은 30%에 미치지 못하고, 2차 계획기간 중에 이를 대신하여 감축하는 것으로 잠정 계획되어 있다.

37) ｢온실가스배출권 할당 및 거래에 관한 법률｣ 제5조 제1항 제1호에 의한 배출허용총량

따라서 본 모델에서와 같이 상태변수인 대기 중 누적 온실가스 총량,  값

문서에서 15-07 배출권거래제도와 환경세의 조화방안 (페이지 96-116)