가. 상향모형과 시뮬레이션기법
인위적으로 배출되는 온실가스의 상당부문이 에너지부문에서 발생하 기 때문에 대부분의 기후정책모형은 에너지부문을 중심으로 기존에 개 발된 에너지모형에 기반을 두고 있다. 에너지모형은 에너지부문에 가해 지는 외생충격이 에너지부문의 구조에 미치는 효과를 분석하기 위해 1, 2차 석유위기 이후 전 세계적으로 개발되기 시작했다. 에너지모형은 분 석 목적에 특화되어 개발되기 때문에 분석의 대상이 되는 이슈와 경제 및 에너지부분의 구조에 따라 다양한 기법을 이용하여 구축된다. 에너지 모형에는 거시계량모형(macroeconometric models), 응용일반균형모형 (applied general equilibrium models), 에너지경제모형(energy-economy models) 등이 있으며 방법론에 따라 앞에 두 모형을 하향모형 그리고 에 너지경제모형을 상향모형으로 구분한다. 모형의 방법론은 분석의 목적, 분석 대상의 시간적 지리적 범위, 자료의 이용 가능성 등의 측면에서 상 이한 유효성을 보인다. 본 연구에서 이용하는 ‘상향모형’(bottom-up model)은 일반 균형적 파급효과나 거시경제적 파급효과를 분석할 수 없 다는 단점이 있는 반면, 에너지부문의 공급, 전환, 소비의 세부적 기술조 건을 묘사할 수 있다는 장점이 있다.
Topic Analytical Tools ENERGY SECTOR
Accounting Models Optimization Models Iterative Equilibrium Model Decision Analysis Framework
LEAP, STAIR MARKAL, ETO ENPEP
Analytical Hierarchy Process(AHP) NON-ENERGY SECTOR
Forestry Agriculture Rangelands Waste Management
COPATH, COMAP EPIC, CENTURY CENTRUY Landfill Gas Model
ENERGY-ECONOMY INTERACTION LBL-CGE, MARKAL-MACRO
<표 2-7> 온실가스 감축정책 분석툴
자료: Sathaye and Meyers (1995)
에너지경제모형의 가장 큰 장점은 에너지부문을 거시계량모형이나 응 용일반균형모형처럼 하나 혹은 몇 개의 집계변수를 통해 표현하는 것이 아니라 에너지수급 과정을 묘사하는 행태나 기술을 세부적으로 묘사한 다는 점이다. 상향모형의 범주에 속하는 모형들 간에도 상당한 방법론의 차이를 보이기도 한다. 상향모형에서 흔히 사용되는 방법론은 시뮬레이 션기법, 균형기법 그리고 최적화기법 등이며 각 모형은 개별 방법론을 중심으로 개발되기도 하고 둘 이상의 방법론을 결합하여 사용하기도 한 다.
시뮬레이션기법은 에너지소비를 결정하는 변수들 간의 인과관계를 다 양한 기법을 통해 얻은 파라미터를 이용하여 묘사하고 외생적 충격에 의한 파라미터의 변화나 이에 영향을 주는 주요 경제변수의 변화가 에 너지시스템에 미치는 영향을 분석하는 기법이다. 균형기법은 에너지나 관련 기술이 시장에서 선택되는 과정을 (부분)균형의 조정을 통해 분석
하는 기법으로 변수와 파라미터의 변화로 인해 결정되는 새로운 균형점 을 균형 알고리즘(equilibrium algorithm)을 이용하여 계산하는 기법이다.
최적화기법은 에너지소비나 기술을 선택하는 경제주체의 의사결정 과정 을 제약 하에서 이윤, 비용, 에너지소비량 혹은 온실가스 배출량 등과 같은 목적함수를 최적화하는 문제로 묘사하고 정책이나 기술변화의 효 과를 최적 해의 값을 통해 분석하는 기법이다.
나. LEAP시스템의 방법론
본 연구에서 상향모형 구축에 사용하는 LEAP시스템은 에너지정책이 나 기술변화를 분석하기 위해 개발된 시뮬레이션기법의 에너지경제모형 이다. 시뮬레이션기법에 기반을 둔 상향모형의 가장 큰 장점은 모형의 구조를 신축적으로 조정할 수 있으며 각 부문별로 상이한 방법론을 추 가적으로 결합시킬 수 있다는 점이다. 예를 들어, LEAP시스템은 전환부 문에서 전환설비의 가동을 결정할 때 고정된 파라미터 이외에 system load curve, merit order 그리고 자본 및 가동비용 등 다양한 방법론을 이 용할 수 있으며 기술의 확산과정을 묘사하는 경우에도 growth, logistic, exponential function 등 다양한 계량경제학적 기법을 활용할 수도 있다.
이러한 시뮬레이션 기법과 LEAP시스템의 특징은 감축정책의 분석과 하 향모형분석의 지원에 적합한 상향모형 구축에 있어서 큰 장점이 된다.20)
20) 국가규모의 상향모형 구축에 균형기법이나 최적화기법이 사용되기도 하지만 에너 지시스템의 부문별로 균형이 결정되는 메커니즘이나 에너지소비가 결정되는 여건 이 상이하기 때문에 신축적인 모형구축이 어려운 단점이 있다. 일반적으로 균형기 법은 개별 시장의 분석에 그리고 최적화기법은 세부적인 공정분석에 널리 사용된 다.
[그림 2-4] UNFCCC에서 소개하는 주요 감축정책 분석모형
LEAP 시스템은 개발 이후 IPCC의 온실가스 배출계수를 모형에 포함 시키며 온실가스 감축정책의 분석에 광범위하게 사용되고 있다. LEAP시 스템은 2005년 11월 현재 개발국인 미국을 비롯한 134개국에서 사용되 고 있으며 UNFCCC Technology Information Clearing House(TT:Clear)에서 소개하고 있는 대표적인 14개 감축정책 분석모형(UNFCCC- TTModels)에 속하는 모형이다.21) LEAP모형은 에너지부문과 이에 영향을 주는 요인을 몇 개의 모듈로 나누어 하나의 분석시스템으로 구축하는 ‘모듈팩키 지’(modular package) 형태를 띠고 있고 각 모듈은 그 특성에 따라 서로
21) 14개 대표적인 모형은 LEAP을 비롯하여 CADDET, CO2DB, DECADES, EFROM- ENV, ENPEP, ESG, MARKAL, MARKAL-MACRO, MESAP, MESSAGE III, MICRO-MELODIE, RETScreen, SUPER/OLADE-BID 등이다.
다른 계산기법을 적용할 수 있도록 개발되었다.
[그림 2-5] ROK2005모형의 모듈구조
LEAP모형의 모듈은 크게 경제모듈, 에너지모듈 그리고 환경모듈로 구 서되어 있는데, 이는 에너지소비를 결정하는 외생변수, 에너지소비, 에너 지지 전환 및 공급, 온실가스 및 대기오염 배출 등 온실가스 배출을 결 정하는 일련의 과정을 순차적인 모듈로 구성한 것이다.