국토연 20029
에너지절약적 국토공간구조 분석 연구 - 인구분산에 의한 수송에너지 절감효과 분석을 중심으로 - A Study on National Spatial Structure for Energy Saving
- focusing on transportation energy saving by population redistribution -
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김선희․이명훈․정진규
연 구 진
연구책임․김선희 연구위원 이명훈 한양대 교수
연 구 원․정진규 책임연구원
국토연 2002-9 ․ 에너지절약적 국토공간구조 분석 연구
글쓴이․김선희, 이명훈, 정진규 / 발행자․이규방 / 발행처․국토연구원 출판등록․제2-22호 / 인쇄․2002년 12월 17일 / 발행․2002년 12월 20일
주소․경기도 안양시 동안구 관양동 1591-6 (431-712)
전화․031-380-0426(정보자료팀) 031-380-0114(대표) / 팩스․031-380-0474 값․6,000원 / ISBN․89-8182-208-5
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Ⓒ2002, 국토연구원
＊이 연구보고서의 내용은 국토연구원의 자체 연구물로서 정부의 정책이나 견해와는 상관없습니다.
서 문
에너지절약은 경제적으로나 환경적으로 당면과제이다. 지난 2002년 8월 26일 부터 남아프리카공화국 요하네스버그에서 개최된 ‘세계지속가능발전 정상회의 (WSSD: World Summit on Sustainable Development)’에서는 기후변화 대처와 관련 하여 대체에너지개발과 교토의정서 비준을 촉구하는 등 에너지절약을 위한 국제 협력을 강조한 바 있다.
우리나라의 1인당 에너지소비는 세계 13위 수준이고, 이산화탄소 배출량은 세 계 7위 수준이다. 이에 정부에서는 지난 1998년 범정부대책기구를 구성하여 에너 지절약과 기후변화협약 대응대책을 강구해오고 있고, 올해 하반기에는 교토의정 서 비준을 완료하였다. 에너지절약은 이제 피할수 없는 국가의제가 되었고, 산업, 수송, 가정․상업부문에서 전방위적인 에너지절약 대책이 모색되고 있다. 특히 수송부문은 전체 에너지소비의 21.9%이상을 차지하고 있어, 수송과 깊은 연관을 갖는 국토․교통분야 역시 다각적인 에너지절약 대책 마련이 요구되고 있다.
국토공간구조, 토지이용과 교통체계, 에너지소비는 밀접한 관계를 갖는다. 국 토공간구조, 토지이용의 변화는 교통수요와 공급의 변화를 유발하고 이는 곧 에 너지 소비증가를 유발하기 때문이다. 따라서 우리 국토가 에너지절약형으로 지 속적으로 발전하기 위해서는 국토 및 도시(지역)의 공간적 배치와 교통정책, 에 너지소비와의 관계 등을 조사․분석하여 에너지절약형 국토공간구조 개편전략 과 토지이용과 교통정책간의 정합성 확보 등 실질적인 실천전략 등을 장기적으
로 모색할 필요가 있다.
본 연구에서는 국토공간구조의 변화는 교통수송부문의 에너지소비를 변화시 킬수 있을 것이라는 전제 하에, 국토공간상에서의 도시의 배치와 교통수송부문 에너지소비와의 관계 등을 조사․검증하고, 인구분산에 따른 수송에너지 절감효 과분석을 시도해 보았다. 본 연구는 학․연 정책과제로서 4개월이라는 짧은 연구 기간동안 진행된 연구이지만 향후 국토정책차원에서 에너지절약적 국토공간구 조 개편논의에 대한 연구 틀과 방향을 제공하는데 기여하리라 판단된다.
특히 여타 연구과제와는 달리 인력과 기간면에서 부족한 여건 가운데에서도 남다른 열정과 노력으로 훌륭한 연구결과를 내어주신 한양대학교 이 명훈 교수 와 본 연구원의 김 선희 연구위원, 정진규 책임연구원의 노고에 심심한 감사를 표하며, 본 연구를 위해 애써주신 원내․외 연구심의․자문위원들께도 이 자리 를 빌어 감사를 표하는 바이다.
2002년 12월 원장 이 규 방
요 약
본 연구는 우리나라 국토공간을 대상으로 하여, 교통수송부문 에너지소비에 영향을 주는 요소에 관한 검토, 도시분산모형별 수송에너지 절감 가능성에 대한 검토, 인구의 다극분산화에 의한 에너지 소비 감소효과 등을 검토하고, 에너지절 약형 국토공간구조를 위한 실천전략 방향을 제시하고 있다.
본 연구는 총 5장으로 구성되어 있다.
제 1장과 2장에서는 에너지소비를 줄여야 하는 당위성과 에너지소비를 변화 시키는 요인과 함께, 도시공간구조, 교통정책, 에너지소비 관계에 관한 선행 연구를 종합정리하였다.
제 3장 도시분산과 에너지소비의 관계에 관한 분석에서는 도시분산에 영향을 주는 인자를 중심으로 에너지 소비관계를 추출해 보았다. 지역 및 도시의 공간 적 배치에 의해 수송부문의 에너지절감효과가 있다고 전제하고 수송에너지 를 목적변수로 하고, 도시분산도, 인구밀도, 도시화율 등을 설명변수로 하여 실제 데이터를 사용하여 통계적으로 도시분산에 따른 수송에너지 절감가능 성을 검토하였다. 이때 수송에너지는 자료수집의 용이성 등을 고려하여 1인 당 도로부문 에너지소비량(판매량)과 OD교통량 자료를 사용하였다.
제 4장에서는 일본 국립환경연구소에서 수행한 ‘다극분산형 국토이용과 에너 지소비에 관한 연구’를 토대로, 인구분산의 에너지소비 절약효과를 최적화 프로 그램(Comvex Combination Algorithm)을 이용하여 도출해 보았다.
본 연구는 4개월간 수행된 학․연 정책과제로서 시간이나 데이터의 제약상 심도있는 분석에 한계가 있었기 때문에 제 5장에서는 위에서 분석․정리된 내용 을 중심으로 향후 추진될 과제와 방향 등을 정리하여 향후 연구토대를 제공 하였다.
주요 연구결과를 장별로 정리하면 다음과 같다.
제 2장에서는 우선, 도시의 공간적 배치나 도시구조와 에너지 소비의 관계에 대해 과거의 연구를 체계적으로 검토하고자 하였다. 도시구조의 개선에 의한 에 너지절약의 가능성에 대한 종래의 연구는 수송부문을 대상으로 한 연구가 많고, 인구밀도, 인구배치, 혼합토지이용, 대중교통수단, 도로시설정비에 의한 에너지 절약효과가 검토되고 있는 것을 알 수 있었다. 특히, 인구밀도가 높은 도시일수 록 1인당 에너지소비량이 적은 것이 여러 연구에 의해 입증되었다. 그러나, 하나 하나의 도시가 국토 속에서 어떻게 배치되는 것이 에너지 절약의 관점에서 바람 직한가에 대해서는 정량적으로 분석되어 있는 예는 검토할 수 없었다. 그러나, 일본 국립환경연구소의 ‘다극분산형 국토분산의 에너지절약효과’는 우리나라가 현재 당면하고 있는 수도권 집중과 지역균형개발의 명제를 에너지절약적 관점에 서 분석해 볼 수 있는 근거를 제공하고 거시적이고 장기적 측면에서 국토공간개 편의 당위성을 지원할 수 있는 연구임을 확인하였다.
제 3장에서는 우리나라 도시를 대상으로 위치, 인구, 에너지 소비 등의 데이터 베이스를 구축하여 도시의 공간적 배치와 에너지 소비의 관계를 분석하였다. 특 히 도시분산과 에너지소비 관계를 분석하기 위해 엔트로피, 도시분산도, 도시화 율, 인구밀도 및 권역면적 등을 설정하고, 각각의 경우의 가설을 세워 6대 광역권 별 1인당 수송에너지소비와의 관계, 인구규모별 에너지소비와의 관계 등을 분석 하여, 교육 및 생활편익시설의 분포, 산업단지의 규모 및 분포에 의해서도 수송 에너지가 달라질 수 있다는 것과, 지방도시의 서울에 대한 의존도가 높다는 시사 점을 도출하였다. 아울러 권역의 경계를 OD교통량의 크기에 따라 정하고, 목적 변수를 OD교통량으로 하여 폐쇄체계속에서 도시배치, 인구밀도 등에 다른 교통
량의 변화관계를 살펴 본 결과, 도시의 분산을 나타내는 각종 지표와 OD교통량 과는 밀접한 관계가 있음을 확인하였다. 이에 따라 각종 경제적 지표도 함께 고 려한 상태에서 도시분산에 따른 교통량 감소효과를 실증적으로 검토하여 보았으 나, 그 결과는 우리나라의 경우는 선진공업국들과는 달리 도시분산이 이루어지 면 질수록 교통량이 많이 발생한다는 것을 도출하였다.
제 4장에서는 여러 가지 경제변수를 고려하지 않은 채, 단순히 인구의 재배치 에 의해 교통량이 변화될 수 있다는 가정하에, 최적화 시뮬레이션을 통해 교통량 의 유발을 최소화할 수 있는 인구분산 방안을 도출했다. 일본의 경우는 인구의 권역별 최적배치를 통하여, 18.8%의 수송에너지 절감 효과를 예측하였고 우리나 라의 경우는 26.3%의 지역간 유발교통량 절감효과가 예측되었다. 우리나라의 경 우, 에너지절감효과로 산출되지 않았기 때문에 직접적인 비교에는 한계가 있지 만, 두 나라 모두 기존의 인구 밀집 권역 (일본: 관동권, 근기권, 중부권; 한국:
수도권, 부산권)의 인구 분산을 통해 교통 에너지 감소 효과가 있음을 확인하였 다. 이 모형은 아직 개량해야 할 점이 많이 보이기는 하지만, 국토의 균형분산화 에 의해 에너지 절약의 가능성이 있는 것을 정량적으로 시사할 수 있었다.
제 5장에서는 에너지절약적 국토구조를 위한 다음의 3가지 실천방안을 제시하 였다. 첫째, 지역균형개발과 중추기능의 적절분산이다. 지금까지의 고찰을 통해, 인구의 지역적 편중이 높은 곳에서는 승용차, 버스, 트럭 모두 교통량이 증가하 여, 결국 수송에너지의 증가를 가져온다는 것을 추출할 수 있었다. 아울러 교육 및 생활편익시설의 분포, 산업단지의 규모 및 분포에 의해서도 수송에너지가 달 라질 수 있음을 도출할 수 있었다. 따라서, 수송에너지의 감소를 위해서는 각 권 역에 있어 경제적, 문화적 자족성을 갖춘 도시를 규모별로 육성시키고, 이들 규 모별․위계별 중심지의 연계성을 강화시키는 것이 필요하다. 이를 위해서는 권 역 중심지에 국가 중추기능 및 업무기능을 과감히 이전시키고, 그 차하위 중심지 에 이들 고차기능을 지지할 수 있는 기능과 시설을 입지 시키는 것도 수송에너지 의 감소를 위한 효율적인 정책이 될 수 있다고 판단하였다. 도시의 규모 및 분산
방법에 대해서는 중심지이론에서의 교통의 원리를 원용하는 것도 하나의 방법이 될 수 있을 것이다. 아울러, 에너지 효과가 높은 국토공간구조를 형성하기 위해 서는 콤팩트한 도시(compact city)를 위계별로 국토에 적절하게 분산하는 것이 필 요하다고 판단되나, 이에 대해서는 추후 상세히 연구할 필요성이 있다.
둘째, 토지이용과 교통정책의 통합수단과 계획절차 마련이 필요하다. 토지이 용계획과 교통정책의 통합성의 내용은 제 2장에서 서술한 바와 같이 주로 도시 레벨에서 다루어져 왔다. 그러나, 국토공간계획과 지역교통계획의 통합적인 접 근방법을 마련하여 실질적으로 국토 및 지역계획에 적용한다면, 지역간 교통량 의 감소를 가져올 수 있고, 이것은 결국 수송에너지의 감소와 유해한 대기오염물 질의 배출량을 감소시키는데 크게 기여할 수 있을 것이다.
셋째, 수송에너지 절감방안에 대한 이론적 틀의 정립이 필요하다.
에너지 절약적인 국토공간체계의 실현을 위해서는 대도시차원에서의 에너지 절감효과에 대한 이론뿐만 아니라, 대도시와 중소도시, 중소도시 내부, 대도시와 대도시, 중소도시와 중소도시 사이의 수송에너지에 대한 정량적 파악과 더불어, 이들 지역간의 교통에 미치는 영향에 대한 분석 및 지역간 에너지 절감방안에 대한 이론적 체계의 정립이 선행되어야 할 것이다.
본 연구에서는 국토이용 및 공간계획 역시 지구환경보전의 관점에서 에너지절 약을 할 수 있는 방안을 검토하고자 하였으나, 자료수집의 한계 및 연구기간의 제약 등으로 인하여 연구대상을 지역간의 도로부문에 한정하는 등 제한적이고 부분적으로 분석이 이루어졌다. 아울러, 도시구조와 수송에너지에 대하여 가설 에 근거해서 분석을 시도하였기 때문에 실제현상과는 차이가 있을 수 있고, 소득 대비 교통비의 문제, 교통발생과 접근도의 1:1 가정 등 일정 전제조건과 변수에 따라 역가설이 성립할 수 있는 여지가 있기 때문에 향후 세부적인 검증과 수정작 업이 이루어져야 한다.
본 연구에서는 수송에너지>도로부문>자동차 여객교통에 위주로 분석하였기 때문에, 실제 수송에너지소비비율이 큰 철도화물, 철도여객, 해운화물 부문 등이
고려되지 않았다. 화물교통 OD 등의 데이터베이스기반이 구축되면 최근 물류비 용증대에 따른 수송비증대, 에너지소비증대 문제와 연관시켜 볼 때 물류센터의 교통결절점분포에 따른 물류비용감소, 에너지감소효과 등도 검증이 가능할 것으 로 판단된다.
향후 에너지절약을 고려한 공간정책지원을 위해 지역 및 도시차원에서의 다각 적인 분석모형개발 필요하고, 관련분야와의 협력연구기반조성이 필요하다. 이를 테면, 지역간 분석의 경우 SOC(도로)투자효과 평가 모형을 개발하고, 토지이용 과 교통균형의 해인 비용최소화원칙(cost minimization principle)과 연계하여 비선 형 최적화 모형 개발 등을 검토하여 보다 정교한 분석틀을 구축할 수 있을 것이 다. 도시내 분석의 경우는 교통수단간 최적밀도와 거리분석, 대도시 통근실태조 사, 직주균형을 위한 할당모형개발이 필요하다고 생각된다.
이와 함께 에너지소비는 사람들의 교통행위 형태와 자동차와 도로에 의한 공 급조건 등에 의해 영향을 받기 때문에 연구의 범위와 조건을 넓혀가면서 체계화 하는 작업이 요구된다. 여객수송 외의 화물수송 포함시 그 특성에 대한 분석이 요구되며, 지역특성별(산업도시, 관광도시, 경유도시 등)로 사람들의 교통행위형 태를 연구하고, 통근통행뿐만 아니라 비통근통행도 고려하면서, 대중교통서비스 와의 접근성 등도 연구의 대상에 포함시켜야 될 것이다.
이 밖에도 국토․도시정책, 토지이용정책, 교통정책이 환경보전, 에너지절약 관점에서 통합적으로 이루어질 수 있는 실질적인 수단과 실천 전략를 정량적으 로 지원할 수 있는 조사분석틀과 모형 개발이 필요하다. 에너지소비를 유발할 수 있는 요소들(인구, 중추기능, 교통․물류시설, SOC시설 등)을 지역균형발전전략 과 연계하여 에너지소비를 최소화할 수 있는 최적분산, 입지대안 모색에 대한 연 구, 에너지절약적 측면에서의 신도시개발과 내부충진식개발 비교모형에 관한 연 구 등 앞으로 수행해야될 연구들이 산적해 있다. 이에 대한 효율적이면서 실질적 인 연구를 수행하기 위해서는 정부관계부처간의 협의와 관련 연구기관간의 공조 체계 구축이 선행되어야 할 것이다.
차 례
서 문 ···ⅰ 요 약 ··· ⅲ
제 1 장 연구의 개요 ··· 1
1. 연구의 배경 및 목적 ··· 1
2. 연구의 범위 및 방법 ··· 2
3. 연구의 구성 ··· 3
제 2 장 현안 잇슈와 연구동향 ··· 5
1. 현안잇슈와 과제 ··· 5
1) 기후변화협약 교토의정서 비준과 대응동향 ··· 5
2) 수송부문의 에너지소비 현황과 과제 ··· 8
3) 수송부문의 에너지절약대책 동향 ··· 11
2. 에너지절약형 공간구조에 관한 선행연구 검토 ··· 12
1) 도시구조 및 도시공간배치와 에너지 소비에 관한 연구 검토 ··· 12
2) 토지이용과 교통정책의 통합 연구 검토 ··· 22
3) 에너지소비를 변화시키는 요인 정리 ··· 25
4) 향후 분석의 시사점 ··· 30
제 3 장 도시분산과 에너지소비와의 관계 분석 ··· 32
1. 분석의 틀 ··· 32
1) 분석의 관점 ··· 32
2) 도시분산을 나타내는 지표설정 ··· 33
3) 에너지소비에 영향을 미치는 기타지표의 설정 ··· 35
4) 자료수집 ··· 35
2. 가설의 설정과 분석방법 ··· 35
1) 가설 설정의 방향과 범위 ··· 35
2) 도시화율 ··· 37
3) 1인당 지방세 ··· 38
4) 인구밀도 ··· 39
5) 엔트로피 ··· 39
6) 분산도 ··· 42
7) 면적 ··· 43
8) 분석방법 ··· 43
3. 분석의 결과 ··· 44
1) 1인당 에너지 소비를 목적변수로 하였을 때의 분석결과 ··· 44
2) 기타 도로부문 에너지 소비에 영향을 주는 요소1 ··· 50
3) 수송수단별 OD교통량(Trip)을 목적변수로 하였을 때의 분석결과 ··· 52
4. 도시분산에 의한 교통량 감소 가능성 검토 ··· 62
5. 본 분석에서의 문제점 ··· 63
제 4 장 국토이용 다극분산화에 따른 에너지절감 효과분석 ··· 65
1. 다극분산화 국토이용과 에너지소비에 관한 연구(일본 사례) ··· 66
1) 분석방법 ··· 66
2) 수송에너지 모델의 구성 ··· 67
3) 최적화 모형의 구성 ··· 73
4) 분석 결과 ··· 74
2. 인구분산에 따른 에너지소비의 변화 예측(우리나라 사례) ··· 75
1) 연구 개요 ··· 75
2) 분석 결과 ··· 76
3. 일본과 우리나라 사례연구결과의 비교 ··· 77
제 5 장 결 론 ··· 79
1. 분석의 결과 ··· 79
2. 에너지절약적 국토구조를 위한 실천전략 ··· 80
1) 지역균형개발과 중추기능의 적절분산 ··· 80
2) 토지이용과 교통정책의 통합수단과 계획절차 마련 ··· 81
3) 수송에너지 절감방안에 대한 이론적 틀의 정립 ··· 81
3. 본 연구의 한계성 및 향후과제 ··· 82
참고문헌 ··· 85
SUMMARY ··· 89
표 차례
<표 2-1> 교토의정서 의무관련 규정 ··· 6
<표 2-2> 부문별 에너지소비 추이 ··· 8
<표 2-3> 연료별 수송부문 소비 추이 ··· 9
<표 2-4> 도시구조와 에너지소비와의 관계에 관한 분석 요약 ··· 26
<표 2-5> 도시구조와 수송에너지소비와의 관계에 관한 연구방법론 요약 ··· 27
<표 3-1> 수도권내 도로부문 OD교통량 ··· 40
<표 3-2> 1인당 수송에너지에 대한 회귀모형(8권역) ··· 45
<표 3-3> 1인당 수송에너지에 대한 회귀모형(6대 광역권역) ··· 46
<표 3-4> 전국 도로부문 OD교통량 ··· 47
<표 3-5> 1인당 수송에너지에 대한 회귀모형(11개 계급) ··· 49
<표 3-6> 도로부문 수송에너지에 영향을 주는 요소 ··· 51
<표 3-7> 설명변수 ··· 54
<표 3-8> 승용차 총 통행량에 대한 회귀모형 ··· 55
<표 3-9> 기타 승용차 통행량에 영향을 주는 요소 ··· 57
<표 3-10> 버스 총 통행량에 대한 회귀모형 ··· 59
<표 3-11> 트럭 총 통행량에 대한 회귀모형 ··· 60
<표 3-12> 트럭 통행량에 영향을 주는 요소 ··· 61
<표 4-1> 각 교통수단의 지역내 평균거리(㎞) ··· 69
<표 4-2> 수송모델 파라미터 일람표 ··· 72
<표 4-3> 각 추계식의 결정계수 ··· 72
<표 4-4> 수송에너지소비의 현상치와 모델에 의한 추계치 ··· 72
<표 4-5> 지방분산화에 따르는 인구분포의 변화와 수송에너지의 소비량 ··· 74
<표 4-6> 서울권 및 부산권 인구분산에 의한 지역간 유발교통량 변화 ··· 76
그림 차례
<그림 1-1> 연구수행의 틀 ··· 4
<그림 2-1> 자가용이용자의 교통에너지 소비의 국제비교 ··· 10
<그림 2-2> 토지이용밀도와 교통량간의 관계에 관한 국제비교 ··· 10
<그림 2-3> 토지이용과 교통의 상호관계성 ··· 23
<그림 3-1> 도시화율에 관한 가설 ··· 37
<그림 3-2> 1인당 GDP, 지방세에 관한 가설 ··· 38
<그림 3-3> 인구밀도에 관한 가설 ··· 39
<그림 3-4> 엔트로피에 관한 가설 ··· 41
<그림 3-5> 도시분산에 관한 가설 ··· 42
<그림 3-6> 면적에 관한 가설 ··· 43
<그림 3-7> 통행행태(승용차)에 따른 권역구분도 ··· 53
<그림 4-1> 지방분산화에 의한 인구변화와 수송에너지 소비량 ··· 74
<그림 4-2> 서울권 및 부산권 인구분산에 의한 지역간 유발교통량 변화 ··· 76
1
C H A P T E R 연구의 개요
1. 연구의 배경 및 목적
기후변화협약 교토의정서 비준 등과 관련하여 에너지절약적인 국토공간구조 모색과 이를 통한 지속가능한 국토발전 전략 마련이 시급하다. 교토의정서는 EU, 미국, 일본, 러시아를 포함한 39개 부속서1국가에 대해 2008년부터 2012년 사이 1990년 발생한 온실가스 배출량의 평균 5.2%의 감축의무를 부과하는 것으 로서 2002년 11월 현재 EU, 일본, 중국 등 96개국이 비준을 완료하여, 온실가스 감축의무를 규정한 교토의정서가 2003년에 발효될 것으로 예상되고 있다. 우리 나라는 2002년 현재 비준완료상태이나, 비부속서1(Non-Annex1) 국가로서, 온실 가스 감축의무에 대한 부담없이 공통의무만 이행하게 되나 제 2차 의무감축기간 (2013∼2017)에는 감축의무를 부담하게 될 전망이 높다.
교토의정서 비준으로 국내산업의 에너지절약적 구조로의 전환촉진이 요구되 고 있어, 국토․도시․교통분야에서도 장기적인 대응기반마련이 요구되고 있다.
에너지소비의 증대는 온실가스 배출을 증가시키는 주요 원인으로 현재 우리나라 는 범정부 대책기구를 구성(1998.4, 국무총리실)하여 에너지, 산업, 환경, 농림분
야 등에서 기후변화협약 대응종합대책을 수립․추진해오고 있다.
국토공간구조, 토지이용과 교통체계, 에너지소비는 밀접한 관계를 갖고 있다.
교통수송부문의 에너지 소비량이 1980년 4,905천TOE에서 1990년 14,173천TOE, 2001년 32,190천TOE로 교통부분의 에너지소비가 전체에너지소비의 13%(‘80)에 서 22%(2001)로 증가하고 있어 교통시스템과 국토․도시공간 계획(토지이용)이 연계된 에너지절약적 국토발전방향 모색이 요구되고 있다. 국토공간구조, 토지 이용의 변화는 교통수요와 공급의 변화를 유발하고 이는 곧 에너지 소비증가를 유발한다. 특히, 수도권의 집중은 자동차밀도를 증가시키고 이는 만성적인 교통 체증, 에너지소비증가, 대기오염 심화 등을 초래하고 있다.
따라서 국토 및 도시(지역)의 공간적 배치와 교통정책, 에너지소비와의 관계 등을 조사․분석하여 에너지절약형 국토공간구조 개편전략과 토지이용과 교통 정책간의 정합성 확보 등 실질적인 실천전략 등을 제시하여 우리 국토가 에너지 절약형으로 발전하기 위한 모형 모색이 장기적으로 필요하다.
본 연구에서는 국토공간구조의 변화는 교통수요와 공급의 변화를 가져오며, 이에 따라 교통수송부문의 에너지소비의 변화가 있을 것이라는 전제 하에, 국토 공간상에서의 도시의 배치와 교통수송부문 에너지소비와의 관계 등을 조사․검 증하고, 인구분산에 따른 수송에너지 절감효과를 분석하여 에너지절약적 국토공 간구조 개편논의의 토대를 제시하고자 한다.
2. 연구의 범위 및 방법
본 연구는 우리나라 국토공간을 대상으로 하여, 교통수송부문 에너지소비에 영향을 주는 요소에 관한 검토, 도시분산모형별 수송에너지 절감 가능성에 대한 검토, 인구의 다극분산화에 의한 에너지 소비 감소효과 등을 검토하고, 에너지절 약형 국토공간구조 모형의 구축 및 그 실천전략을 제시하고 있다.
교통수송부문 에너지소비에 영향을 주는 요소에 관한 검토에 있어서는, 국내 외의 기존문헌에 대한 조사․분석방법과 인구 및 각종 경제지표, 학력 등과 교통
수송부문 에너지소비량과의 상관관계 분석방법을 병행하여 사용한다. 도시분산 모형별 수송에너지 절감 가능성에 대한 검토에 있어서는, 가설을 설정하고 회귀 모형을 통해 이를 검증하는 방법을 사용한다. 인구의 다극분산화에 의한 에너지 소비 감소효과 부분에 대해서는, 최적화 계획기법을 이용한다.
3. 연구의 구성
본 연구는 <그림 1-1>에서 제시된 바와 같이, 총 5장으로 구성되어 있다.
제 1장과 2장에서는 에너지소비를 줄여야 하는 당위성과 에너지소비를 변화 시키는 요인과 함께, 도시공간구조, 교통정책, 에너지소비 관계에 관한 선행 연구를 종합정리하였다. 제3장 도시분산과 에너지소비의 관계에 관한 분석에 서는 도시분산에 영향을 주는 인자를 중심으로 에너지 소비관계를 추출해 보았 다. 지역 및 도시의 공간적 배치에 의해 수송부문의 에너지절감효과가 있다고 전제하고 수송에너지를 목적변수로 하고, 도시분산도, 인구밀도, 도시화율 등 을 설명변수로 하여 실제 데이터를 사용하여 통계적으로 도시분산에 따른 수 송에너지 절감가능성을 검토하였다. 이때 수송에너지는 자료수집의 용이성 등을 고려 1인당 도로부문 에너지소비량(판매량)과 OD교통량 자료를 사용하 였다.
제 4장에서는 일본 국립환경연구소에서 수행한 「다극분산형 국토이용과 에 너지소비에 관한 연구」를 토대로, 인구분산의 에너지소비 절약효과를 최적화 프로그램(Comvex Combination Algorithm)을 이용하여 도출해 보았다.
본 연구는 4개월간 수행된 학․연 정책과제로서 시간이나 데이터의 제약상 심도있는 분석에 한계가 있었기 때문에 제 5장에서는 위에서 분석․정리된 내용 을 중심으로 향후 추진될 과제와 방향 등을 정리하여 향후 연구토대를 제공 하였다.
<그림 1-1> 연구수행의 틀
Ⅰ. 서론 배경 및 목적
연구의 범위 및 방법
Ⅱ. 현안잇슈와 연구 동향 현안 이슈와 과제
선행연구검토
Ⅲ. 도시분산과 에너지소비
와의 관계 분석 도시분산과 에너지소비의 관계분석
교통에너지소비에 영향을 주는 요소분석
도시분산에 따른 에너지 절감 가능성 검토
Ⅳ. 국토이용 다극분산화에 따 른 에너지절감 효과분석
일본 사례 분석
국내 적용 및 비교
Ⅴ. 결론 실천전략제시
연구한계 및 향후과제
2
C H A P T E R 현안 잇슈와 연구동향
1. 현안잇슈와 과제
1) 기후변화협약 교토의정서 비준과 대응동향
기후변화협약(Convention on Climate Change)은 기후변화와 이로 인한 부정적 영향을 완화시키고 대기중의 온실가스농도를 안정화시키기 위해 1992.6. UNCED 에서 채택되어, 1994. 3. 발효되었으며, 186개국이 비준하였다.
기후변화협약에 의하면 부속서 1(Annex 1) 1)국가에 대해서는 2000년까지 1990 년 수준으로 온실가스 배출량을 감축토록 요구하고 있는데, 우리나라는 현재 비 부속서 1(Non-Annex 1) 국가의 지위를 유지하고 있어, 기후변화 완화조치 및 적 응조치 수립․실시 등 모든 당사국 공통의무사항만을 부과받고 있는 상태이다.
교토의정서(Kyoto Protocol)는 1997년 12월 일본 교토에서 개최된 ‘기후변화 협약 제 3차 당사국총회(COP3)’에서 채택되었다. 교토의정서는 2001년 11월 ‘기 후변화협약 제 7차 당사국총회(COP7)’에서 교토의정서의 이행규칙(operational details)에 관한 합의(마라케시 합의)로 의정서 발효토대를 마련한 바 있다.
1) 한국, 멕시코를 제외한 OECD 회원국 및 동구권 경제전환기구국가 등 총 38개국
교토의정서에서는 모든 당사국 공통의무사항, 부속서 1국가의 의무사항, 발효 요건 등을 규정하고 있는데, 부속서 1국가에 대해 제 1차 공약기간(2008∼2012 년)에 1990년 대비 평균 5%이상의 온실가스 감축의무를 부과(구속적 의무)하도 록 하고 있다. 감축목표는 국가별로 다른데 EU는 -8%, 미국은 -7%, 일본과 캐나 다는 -6%, 러시아는 0%, 호주는 +8%로 차등적으로 설정되어 있다. 우리나라는 부속서 1국가에 속해있지 않아 모든 당사국 공통의무사항만 부과받고 있다.
<표 2-1> 교토의정서 의무관련 규정
구 분 내 용
모든 당사국 공통의무 (제 10조)
․ 온실가스의 국가 통계목록 작성
․ 기후변화 완화조치 및 적응조치 수립․실시
․ 과학적 연구협력 및 체계적 관측 체제 유지․발전
․ 교육․훈련 계획개발 및 기후변화에 관한 공중의 인식제고
부속서 1 국가의 의무
․ 온실가스 배출량을 제 1차 공약기간(2008-12년)에 1990년 수준 대비 평균 5%이상 감축(제3조)
․ 온실가스의 배출량과 흡수량 추산 국가제도 마련(제 5조)
․ 연간 온실가스 배출통계 및 국가보고서(주기적) 제출(제 7조)
․ 개도국에 대한 재정지원 및 기술지원(제 11조) - OECD회원국 해당
발효요건 ․ 55개국 비준과 부속서 1국가 전체의 1990년 배출양의 55%를
차지하는 부속서 1국가가 비준시 발효(이중발효 요건)
교토의정서 비준동향을 살펴보면 2002년 5월 31일 EU를 시작으로 6월 4일 일 본, 8월 30일 중국 등 11월 현재 96개국이 비준완료된 상태이다. 우리나라는 교 토의정서 비준동의안을 7월 11일 국회에 제출하여 정기국회의 심의를 거쳐 11월 현재 비준이 완료된 상태이다. 현재 온실가스 감축의무를 부담하는 AnnexⅠ국가 38개국 중 25개국이 비준을 완료하여 AnnexⅠ국가의 온실가스 배출량중 37.1%
를 차지하고 있어 발효요건인 55%에 아직 미달된 상태이다. 현재 이른바
Umbrella 국가인 미국(배출량 비중 36.1%), 캐나다(3.3%), 호주(2.1%), 러시아 (17.4%), 폴란드(3.0%)가 비준 불가입장을 밝히고 있어 내년 상반기 발효가 현재 로선 불투명한 상태이고, 우리나라는 제 2차 의무감축기간(2013∼2017)에 감축의 무을 부과 받을 것으로 전망하고 있다.
우리나라의 1인당 에너지소비량은 4.14TOE로 일본, 영국보다 많은 세계 13위 수준이다. 에너지소비량의 증가는 지구온난화의 원인물질인 이산화탄소배출의 증가를 초래하는데, 통계청 발표에 의하면 우리나라 이산화탄소 배출량은 4억 1 천만톤으로 세계 7위 수준이다.2) 이처럼 에너지소비가 지속적으로 증가할 경우, 우리나라는 2010년도 되기 전에 미국, 일본, 독일과 중국, 인도, 러시아에 이어 최대 온실가스 배출 국가가 될 것으로 전망되고 있기 때문이다.3)
이에 따라 우리나라에서도 지난 1998년 4월 범정부 대책기구를 구성하여 기후 변화협약 대응대책을 강구해 오고 있다. 5개부처별 대책반(협상대책반, 에너지․
산업대책반, 환경대책반, 농림대책반, 연구개발반)을 운영해오면서 1999년 2월 기후변화협약 대응 종합대책을 수립하여 추진해오고 있다. 특히 지난 2002년 3월 에는 기후변화협약 대책위원회를 개최하고, 제 2차 종합대책(2002∼2004)을 수 립․확정한바 있다. 제 2차 종합대책에는 에너지절약시책 대폭 강화, 태양광 풍 력 등 대체에너지 기술개발 및 보급, 공공기관 건물신축시 대체에너지시설 설치 의무화 등의 내용을 담고 있다.
일본의 경우, 온난화대책의 일환으로 범부처적으로 ‘환경부하가 작은 도시․
국토구조, 교통체계의 구축에 관한 연구(2001∼2004)’ 가 진행 중에 있다. 우리나 라도 온실가스의 배출을 줄이기 위해서는 관련정부부처간의 유기적인 연계체계 를 갖추고 관련법제를 정비하여야 하며, 이를 위해서는 관련 연구기관에서 법제 의 정비를 뒷받침할 수 있는 기초연구가 선행되어야 할 것이다.
2) 통계청. 2002.12. 통계로 본 경제협력개발기구(OECD) 국가 속의 한국
3) 교통개발연구원․에너지경제연구원.2001. 교통분야 온실가스 감축관련: 온실가스 감축대책 등 교통 환경관련규제의 거시경제효과 분석
2) 수송부문의 에너지소비 현황과 과제
전체 에너지 소비에서 수송부문이 차지하는 비율은 2001년 현재 32,190천TOE 로 우리나라 전체 에너지 소비량인 152,502천TOE의 21.9%에 해당된다. 특히 수 송부문에서 소비되는 양을 보면, 2001년 현재 32,190천TOE로 10년 전과 비교해 볼 때 약 2배 이상 증가한 것을 알 수 있다. 구성비도 1980년 13.0%에서 1990년 18.9%, 2001년 21.9%로 지속적으로 증가하고 있다(표 2-2).
<표 2-2> 부문별 에너지소비 추이
( 단위: 천TOE )
구 분 산업 수송(구성비%) 가정․상업 공공기타 합계
1980 16,571 4,905(13.0) 14,043 2,087 37,597
1985 20,014 6,707(14.3) 18,180 2,096 46,998
1990 36,150 14,173(18.9) 21,971 2,812 75,107
1995 62,946 27,143(22.3) 29,451 2,416 121,962
1998 27,148 26,184(19.8) 27,418 2,487 132,128
2001 84,299 32,190(21.9) 33,398 - 149,887
자료: 에너지 통계월보, 에너지경제 연구원, 1999.7 , Energy News in Korea, 2002.2
수송부문에서 사용되는 주요 에너지원은 주로 휘발유와 경유로 전체 사용량의 약 70% 정도를 차지하고 있는데, 이는 자동차 등록댓수 증가추이와 유사한 형태 를 보이는 것으로 분석되고 있다.4)
1985년의 자동차 등록대수와 1990년의 등록대수를 비교하면 약 3배가량의 증 가가 이루어졌음을 알 수 있고, 이와 같은 추세로 휘발유를 비롯한 모든 에너지 원이 급증한 것으로 나타나고 있기 때문이다.
4) 교통개발연구원. 2000. 고유가시대의 교통정책 추진방향과 대책
<표 2-3> 연료별 수송부문 소비 추이
( 단위: 천TOE )
년도 자동차등록
대수(천대)
석유 전력 합계
휘발유 경유 B-C 기타 합계
1980 528 760 3,036 376 696 4,868 34 37,597
1985 1,113 754 4,113 493 1,285 6,645 62
1990 3,395 2,936 7,748 1,199 2,203 14,086 87 75,107 1995 8,469 7,527 12,640 3,020 3,823 27,010 138 121,962 1998 10,470 7,618 10,470 3,662 4,299 26,048 136 26,184 자료: 에너지경제 연구원. 1999.7. 에너지 통계월보 재정리
수송부분의 에너지소비증가는 자동차 증가와 밀접한 관계를 갖고 있으며, 이 는 공간토지이용 및 배치, 인구밀도 등과 상관관계를 갖는다.
자가용 이용자의 교통에너지 소비와 도시밀도를 비교한 선행연구 등5)을 검토 해보면 인구밀도가 높은 고밀도시일수록 1인당 자동차에너지소비는 줄어드는 것을 알 수 있다(그림 2-1).
인구밀도가 높은 서울의 경우, 저밀도의 뉴욕, 도쿄, 파리, 런던, 베를린, 토론 토, 마드리드에 비해 연간 교통량은 적은 것으로 나타나고 있다(그림 2-2). 그러 나 같은 고밀도를 갖는 상파울로, 마닐라, 캘커타 등에 비해서는 2∼5배의 교통 량을 보이고 있고, 같은 통행량을 보이는 샌디에고, 부에노스아이레스에 비해서 는 2∼3배의 고밀구조를 갖는 것으로 분석되고 있다. 이는 서울의 교통량을 일 정수준 유지하기 위해서는 인구밀도를 줄여 고밀구조를 완화시키는 정책모색이 필요함을 시사하고 있다.
5) Newman, Peter and Kenworthy, Jeffrey. 1989a. Cities and automobile dependence. An international sourcebook, England: Gower publishing group: pp. 47-50
Beyer.H. 1997. World Bank Development Report. Estudios Publicos, 67, Santiago. Washington: pp.32-33
<그림 2-1> 자가용이용자의 교통에너지 소비의 국제비교
자료: Newman Peter. Kenworthy Jeffrey. 1989. Cities and Automobile Depence.
An International Sourcebook
<그림 2-2> 토지이용밀도와 교통량간의 관계에 관한 국제비교
0 50 100 150 200 250 300
1000 10000 100000
Mobility vs Space
㎡per person
Passenger km/year
◆
◆ ◆
◆
◆ Karachi
◆
◆ ◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆ ◆
Calcutta
Moscow Buenos Aires
Toronto New York London
Berlin
Manila Cairo
Sao Paulo Seoul
Mexico Santiago Tokyo Paris Madrid
자료: Beyer.H. 1997. World Bank Development Report. Estudios Publicos, 67, Santiago. Washington
3) 수송부문의 에너지절약대책 동향
수송부문의 에너지소비를 줄이기 위한 대책은 크게 교통정책과 토지이용정책 으로 분류할 수 있다.
교통정책은 자동차의 연비향상을 통한 기술적 효율성과 석유연료 품질을 향상 시키는 방안, 교통수요와 연료수요를 절감할 수 있는 방안 등이 있다. 교통수요 와 연료수요를 절감할 수 있는 구체적인 방안으로 자동차 교통의 규제, 대중교통 수단 확대, 도심통행요금 및 주차요금의 관리, 주차수요관리, 효율적인 도로투자 관리 등이 지역특성에 맞게 시도되고 있다.
토지이용정책은 토지이용계획과 교통계획을 통합하여 교통수요를 줄이고, 에 너지효율적 도시를 조성하려는 중․장기적인 방안 등이 있다. 직주근접, 역세권 개발, 자전거․보행지구 확대 등이 검토되고 있다.
수송부문의 에너지절약대책으로 제안․시도되고 있는 자동차교통의 규제, 대 중교통수단의 정비 등은 단기적으로 효율적이나 인구가 한 도시로 과도하게 집 중하게 되면 역으로 에너지효율이 저하될 가능성이 있어서 장기적으로는 좀더 근본적인 대책마련이 요구되고 있다. 현재 장기적인 대안으로서 토지이용과 교 통계획의 통합을 통한 적절한 국토․도시공간이용 구조개편전략 등이 모색되어 야 한다는 필요성이 제기되고 있다.
특히 미국을 중심으로 한 서구의 저밀도 전형적인 도시개발패턴에서 도심의 쇠퇴, 도시외곽의 확산(Urban Sprawl), 직주불균형, 서비스 및 유통시설의 불균등 배치, 업무기능의 분산, 공공교통의 축소 등 다양한 원인으로 인해 저에너지 효 율도시가 생겨나자, 통행거리나 통행횟수의 저감 등 통행패턴의 변화를 구조적 으로 유도하는 에너지절약적 공간배치 및 구조에 대한 논의가 활발히 전개되고 있다. 예를 들면 압축도시(compact city), 분산된 집중(decentralized concentration).
기존 시가지 충진 개발(infill development), 에너지소비를 근본적으로 최소화할 수
있는 도시규모, compactness의 범위에 대한 논의가 그것이다.
2. 에너지절약형 공간구조에 관한 선행연구 검토
1) 도시구조 및 도시공간배치와 에너지 소비에 관한 연구 검토
(1) 가상연구를 전제로 한 연구
도시형태 및 인구분포에 대해 몇 개의 패턴으로 분류하여 교통상황을 분석한 연구들이다. 이 분야의 연구는 Hemmens(1967), Jamieson, Mackay, Latchford(1967), Gilbert, Dajani(1974), Edwards, Schofer(1976) 등의 연구가 대표적이다.
① Hemmens 연구(1967)
도시구조와 교통량에 대한 최초의 연구라고 평가되고 있다. 33종류의 가상도 시를 상정하여 각각의 교통량을 구하고 어떠한 도시에서 교통량이 최소가 되는 가를 검토하였다. 인구 30만명의 가상도시를 37개 존으로 나눠 각 존에 배치된 주거, 고용, 상업 등 3개 분야의 활동분포를 조사하고 교통망 패턴을 조합한 33종 류 가상도시를 설정하였다. 통근과 쇼핑을 목적으로 한 교통만을 고려하고 교통 수단에 대하여는 자동차를 설정하고 공공교통수단은 고려하지 않고 있다. 또한 교통의 총발생량은 각각의 도시에서의 총교통량(총교통시간)이 최소가 되도록 선형계획법을 이용해서 결정하고 있다. 이 모델에서는 주거인구를 도시중심에 가장 많이 배치하고, 주변으로 향한 인구밀도를 감소시키도록 배치한 경우, 총교 통시간이 최소가 되는 결과를 도출하고 있다. 이 경우 고용과 상업의 기회를 도 시중심에 집중시키면 총교통시간은 증가하기 때문에 고용과 상업의 기회는 가급 적 주변에 배치시키는 것이 좋다고 주장하고 있다. 상업과 고용의 기회를 공간적 으로 혼재시키면 총교통시간은 감소하는데 교통망패턴의 변화보다도 거주, 상업, 고용의 기회 3가지를 공간적으로 어떻게 분포시키는가가 총교통량보다 많은 영
향을 주고 있음을 밝히고 토지이용의 중요성을 다시 한번 강조하고 있다.
② Jamieson, Mackey, Latchford 연구(1967)
Hemmens의 연구는 도시형태가 원에 가깝다고 전제하고 이루어졌으나, Jamieson 등은 도시형태 자체도 변화시켜 교통에 미치는 영향을 연구하였다. 전 통적인 도시형태인 차륜형 도시와 현실에는 거의 존재하지 않는 선형의 도시를 상정하여 비교분석하였다. 차륜형 도시에 대하여는 주거, 고용, 상업활동 배치에 따라 2종류의 도시를 고려하고, 선형도시에 대하여는 선형을 형성하는 간선도로 의 본수, 주거, 고용, 상업활동의 배치에 따라 5종류의 도시를 고려하였다.
교통수단으로서는 자가용 승용차뿐만 아니라 버스 등 도로를 이용한 공공교통 기관도 고려하였고, 교통의 발생패턴도 Hemmens와 달리 중력모형(Gravity Model)을 이용하였다. 중력모형을 이용하여 도로 등에 필요한 교통시설의 건설 비용을 계산하고 있는데, 차륜형 도시에서는 건설비용이 크고, 선형도시에서는 전반적으로 비용이 적은 결과를 얻었다.
자가용차로 통근하는데 필요한 시간도 간선도로 2본간에 3가지 유형의 활동이 분포하도록 하고 가장 단순한 선형도시의 경우에 최소가 되도록 계산하였다. 이 연구에서 도시전체의 교통량에 대해 산출하고 있지는 않으나 도시형태에 의해 그 도시의 교통량은 달라지고, 전통적인 차륜형 도시보다도 선형도시에서 교통 량이 적은 경향을 보여주고 있다.
③ Gilbert, Dajani 연구(1974)
1970년대에 들어서면서 로마클럽의 「성장의 한계」 등의 발표에 의해 장기 적인 관점에서 에너지절약이 인식된바 있었다. 이러한 가운데 Gilbert, Dajani는 에너지절약과 도시구조와의 관계를 규명하는 연구를 수행하였다. 이제까지의 교 통과 도시구조에 관한 연구를 정리해서 그 최대 공약수로서 에너지절약의 관점 에서 다음과 같은 4가지 결론을 도출하고 있다.
첫째, 제반활동의 밀집을 통해 교통량을 감소시키도록 할 것
둘째, 이들 활동 등을 도시중심에 배치시키지 말 것. 동심원형의 도시 중심에 활동이 최대 밀집되면 그렇지 않은 경우에 비해 교통량은 증가하기 때문이다.
셋째, Jamieson, Mackay, Latchford 연구를 받아, 도시형태는 선형으로 하는 것 이 바람직하고, 동심원형이 되지 않도록 교통량은 감소시킬 것
네째, 도시규모와 교통량의 문제인데 Nationalwide Personnel Transportation Study(1972)에 의하면 도시규모별로 교통발생이 다르고, 1세대당 교통발생율, 이 동거리도 인구 0.5∼2.5만명의 도시에서 최대이고, 0.5만명 이하나 100만명이상 의 도시에서 최소가 된다고 밝히고 이를 근거로 정책적 시사점을 제시하고 있다.
④ Edwards, Scofer 연구(1976)
수송에너지소비와 도시구조의 관계에 대해 고찰하였다. 37개 가상도시를 선 정해 각각의 도시에 대해 사람의 이동에 필요한 에너지소비를 구하고, 어떠한 도 시에서 여객수송에너지가 줄어드는가를 고찰하였다. 우선 이제까지 연구에서 제 시되었던 도시형태로서 동심원형, 선형, 다핵형, 십자형의 4종류를 선출하고, 각 각을 로리모델을 이용하여, 거주, 고용, 상업의 3활동을 배치시키고, 교통체계도 자동차와 공공수송수단 2종류를 사용하여 37 가상도시를 상정하였다. 상정한 37 개 가상도시 각각에 대하여 사람의 이동에 따른 수송에너지 소비와 근접성을 계 산. 이제까지의 연구에서는 제반활동의 선택이 자의적이었으나, 이러한 배치가 비현실적이라는 지적이 있었기 때문에, 도시구조가 현실적으로 되도록 로리모델 을 이용하였다.
교통의 발생에 대하여서도 이제까지의 연구보다 현실적인 기술을 행하도록 통 근, 일상의 매물 등의 입지에 영향을 미치는 서비스관련이동, 입지에 영향을 받 지 않는 서비스관련이동, 사교에 관한 이동, 집을 기점으로 하지 않는 이동 등 5종류를 고려하고 있다. 이 결과, 상정한 37개 종류의 도시중에 가장 에너지소비 가 큰 도시는 가장 적은 도시에 비해 9∼10배의 에너지를 소비하는 것으로 나타 났고, 도시구조와 수송에너지소비의 관계가 대단히 큰 것으로 나타났다. 도시의
형태별로는 동심원형의 도시에서 에너지소비가 가장 크고, 십자형, 선형, 다극형 순으로 감소하는 경향이 나타났다. 지리적인 넓이에 대하여는 집약적인 토지이 용이 바람직하며, 역으로 외연적 확산(sprawl)에 대해서는 에너지소비는 증대하 는 것으로 나타났다.
고용의 집중과 수송에너지소비와는 강한 관계가 나타나지 않으나, 거주인구가 집중되면, 에너지 소비는 감소하는 경향이 나타남을 보여주었다. 이들 결과를 토대로 도시의 확대억제와 고밀도 도시조성을 강조하고 있고, 교통서비스 수준 과 교통체계 속의 공공교통기관의 역할도 에너지소비에 영향을 미치는 요인으로 취급하였다. 교통서비스 수준이라 함은 자동차도로의 주행속도를 의미하는데, 중심부에 정체가 많으면 주행속도의 향상은 에너지소비를 감소시키는 경향으로 나타난다고 주장하고 있다. 또한 공공교통의 역할이 크면 클수록 에너지 소비는 감소된다고 주장하고 있다.
이 연구는 도시구조와 수송에너지에 대하여 가상도시를 이용한 모델의 하나라 고 생각되어지는데, 다음과 같은 측면에서 논의의 여지가 남아 있는 것으로 평가 되고 있다.
첫째, 여객수송을 대상으로 하고 있어서 화물수송은 모두 빠져있다.
둘째, 사람활동의 가정에 대한 문제인데, 연구자들 스스로도 지적하고 있는바 실제 사람들의 교통행위형태 등의 연구가 필요하다.
셋째, 이것이 현실도시에서 어떠한 의미를 가지는가가 문제인데, 예를 들면, 실제 도시에서 어느 정도 에너지절약이 가능하다고 하는 문제에 대하여는 전혀 제시되고 있지 않고 있다.
(2) 실제도시에서의 최적상태 연구
현실에 존재하는 도시와 이론상의 도시를 비교하는 것은 곤란하기 때문에 실 제도시를 대상으로 토지이용의 변경에 따라 교통량 혹은 수송에너지를 어느 정
도 줄일 수 있는 가를 분석하는 연구들이 70년대 이후 지속적으로 발표되고 있 다. 대표적인 연구로는 Schnider, Beck(1973), Sharpe(1980), Rickaby(1992) 등의 연 구를 들 수 있다.
① Schnider, Beck 연구(1973)
Schnider, Beck는 도시구조라기보다는 도시배치(도시분산에 가까움)의 시점에 서 분석을 시도하였다. 도시권을 몇 개의 node로 네트워크를 형성해서 그 node간 의 연결하는 링크도로의 교통량(교통에 소요되는 시간)에 대해 고찰하였다.
node간 링크도로의 이동에 요하는 시간을 인자로 하고 교통수단으로서는 공공 교통기관은 고려하지 않고 있다. 교통의 발생에 대하여는 중력모형을 이용하여 node간의 교통을 고려하였고, node에서의 제반활동은 거주와 고용만으로 한정하 고, 통근교통만을 취급하였다. 이들 활동 등의 배치는 hemmens 연구처럼 자의적 으로 해석하지 않고 전체 조합을 고려하였다. 즉, 총 400명의 인구가 생활하고 있고, 5개의 node로 이루어진 도시권을 가정, 각 node에 50명단위로 하여 주거, 고용인구를 배치하고 발생한 교통에 대하여 총교통량, 접근성(accessibility) 등을 구하고, 각 각의 지표에서 가장 양호한 조합과 가장 나쁜 조합을 표시하였다.
이 결과 도시중심에서 가장 떨어진 node에 가능한 한 거주인구와 고용인구를 동시에 집중시켜 최소 주거․고용인구를 나머지 node에 배치시키면 총교통량은 최소가 된다고 하는 결과를 얻었다. 이는 총교통량이 최대가 되는 교통량에 비해 1/3의 교통량이 된다. 실제도시에서 고려해 보면 어느 정도 크기를 갖는 지역주 변부에 최대의 거주와 고용을 갖는 도시가 존재할 때에 그 도시의 교통량은 전체 적으로 억제된다고 할 수 있다. 특히 미국 워싱톤주의 King 카운티 서지구를 12node 지역으로 나눠, 38링크를 고려해 실험해 본 결과 1970년의 경우, 94만명이 거주하고 48만명이 고용되고 있는데, 고용인구를 1/3∼1/2 이동시킨 결과, 통근교 통을 50%정도 감소시킬 가능성이 있는 것으로 결과를 얻고 있다.
다른 관점에서 보면 교통량의 감소는 각 node의 거주인구와 고용인구의 균형
(balance)을 이룰 가능성이 있음을 보여주는 것이고 이는 에너지절약측면에서 보 면 상식적으로 직주근접이 좋다는 이론과 일치하고 있다.
② Sharpe의 연구(1980)
도시모델을 응용한 최적화모델 TOPAZ를 이용한 연구이다. 오스트리아 몬트 리올을 대상으로 수송에너지이용의 효율화관점에서 장래의 라이프스타일 및 도 시개발의 option에 대해 연구를 수행하였다. 모델적용사례와 비교하기 위해 4개 의 시나리오를 상정해 비교․분석하고 있다.
시나리오 1은 1977년 시점의 인구 270만명의 멜버른의 수송에너지 소비구조 를 평가한 것이다.
시나리오 2∼4는 2000년에 인구가 350만명으로 증가할 것으로 예상하고 3가 지경우에 대해 각각 수송에너지소비량을 산출한 것이다. 시나리오 2는 현재의 저 밀도 토지이용이 2000년까지 계속되고, 지가를 반영한 주택이 도시주변에 증가 하는 것을 상정한 경우로서 2000년까지 현재의 추세가 계속될 경우를 산정한 것 이다. 시나리오 3은 에너지위기가 발생한 경우로서 에너지위기에 대해 자동차의 조작비용을 상승시키고, 공공교통수단의 보조, 자동차의 승차율 상승, 중정도 밀 도의 개발, 지구충족적인 가로조성에 의한 trip의 단축 등을 정책적으로 추진한 경우이다. 시나리오 3의 경우, 시나리오 2에 비해 약 40%의 에너지소비를 줄일 수 있음을 보여주고 있다. 시나리오 4는 시나리오 3과 같은 중정도의 밀도를 갖 는 개발로서 그 가운데 sub-sector의 개발을 행한 경우와 위성도시를 개발한 경우 에 대해 검토한 것이다. sub-sector의 개발을 한 경우는 시나리오 2에 비해 약간 에너지소비가 감소하나 시나리오 3정도로는 에너지절약효과가 나타나지 않음을 밝혔다. 위성도시를 개발한 경우는 에너지 소비가 증대하는 것으로 나타나고 있다.
③ Rickaby의 연구(1992)
영국의 전통적인 도시구조를 대상으로 도시 인구분포패턴별 에너지소비변화 를 측정한 연구이다. TRANUS 모델을 이용해서 향후 20년간 가구, 직장, 연상면 적이 20% 동일하게 증가한다고 가정하여 5가지 대안을 시뮬레이션하였다.
․ 기존 도심의 교통결절점 위주 개발 ․ 기존 부도심의 교통결절점 위주 개발
․ 기존 대중교통노선과 인구를 도시외곽까지 조금씩 확장할 경우 ․ 도시외곽지역을 저밀도로 개발할 경우
․ 도시외곽지역을 중밀도로 개발하고 신규도로망을 건설할 경우
교통부문과 건물의 난방부문 에너지를 동시에 고려하였고, 대안별 총 에너지 소비 차이는 0.5%이었으며, 교통부문은 0.49%로 나타났다.
(3) 실증데이터를 통해 에너지소비와 도시구조와의 관계를 분석한 연구
도시에서 수송부문의 에너지소비와 도시구조와의 관계를 실제 자료를 이용하 여 정량적으로 규명하고자 시도된 연구들이다. 대표적인 연구는 Markivitz(1971), Lansing, Marans, Zehner(1970), Soot, Sen(1979), 中村, 吉田(1980), Gorden &
Richardson(1990, 1997), 안건혁(2000), 황금회(2001) 등이 있다.
① Markovitz의 연구
뉴욕의 통계를 이용하여 거주지역과 비거주지역이 각각 밀집된 경우와 밀집하 지 않은 경우를 비교하였다. 이 결과 거주지역을 밀집시킨 경우는 밀집시키지 않 은 경우에 비해, 한 세대당 trip발생회수가 45%감소하는 것을 발견하였다. 비거주 적 토지이용 지역에서 밀집된 경우의 상면적당 교통발생회수의 감소는 65%정도 였다. 그런데 상업적 토지이용지역에서는 밀집시킴으로써 교통량 감소는 관찰되 지 않고 있다. 따라서 비거주지역에서의 밀집에 의한 교통량의 감소는 상업적 토 지이용과 고용적 토지이용의 혼재화에 의한 것으로 결론짓고 있다.
② Lansing, Marans, Zehner 연구(1970)
Markovitz의 연구를 반박하는 논문이다. 뉴욕 각 가정의 교통발생에 대한 인터 뷰 조사를 통해 Markovitz의 연구가 지지를 받으려면 뉴욕 각 가정의 교통발생이 기타 도시와 비교해서 적어야 하나, 그와 같은 결론을 얻지 못했다며, 혼합토지 이용에 의한 교통량 감소는 맞지 않다고 부정하고 있다.
③ Soot, Sen 연구(1979)
대도시권 통근 trip에서 소비되는 에너지와 도시구조의 관계에 대한 분석을 시 도하였다. 이 분석은 도시의 탈중심화에 의해 교외의 저밀도 지역이 발생하는 것 에 주목하여, 이들 교외지역의 주민들은 전통적인 CBD(도시중심업무지구)로 통 근하지 않고, 교외로 통근(동심원상의 이동)하고 있는 것으로 판단하여 연구를 수행하였다. 그리고 이들 지역은 저밀도이기 때문에 자동차의존도가 높고, 에너 지소비는 증가하는 것으로 가설을 세워 분석하였다.
시카고를 대상으로 분석한 결과, 도시의 탈중심화는 통근에너지를 증가시킨다 는 가설을 확인하였다.
④ 中村, 吉田연구(1980)
일본의 39개 도시권에 대하여 도시내 수송에너지소비와 도시구조관계를 분석 한 연구이다. 이 연구에서는 도시내 수송에 여객, 화물 모두 포함하고, 「도시자 동차 OD조사보고서」를 토대로 차종별 주행거리를 구하고, 에너지소비 원단위 를 곱해 자동차교통에너지소비를 산출하고 있다. 철도에 관하여도 시각표에서 연차별주행거리를 구해 철도에 의한 에너지소비를 산출하였다. 도시조건으로는 인적 규모, 밀도, 활성도, 산업구성, 토지이용별 면적, 도시의 형태를 표시하는 지 표를 이용해서 수송에너지소비와의 중회귀분석을 시도하고 있다.
분석결과 총수송에너지는 도시의 총인구, 총취업자수, 판매액과 정(+)의 관계
를 갖는 다는 것을 확인하였다. 도시권 향심원적 집적도를 표시하는 20㎞권 인구 가 증가하면 총수송에너지가 증가하는 경향을 보이고 있음을 밝히고 있다. 이는 도시가 중심부에 집적함으로써 총수송에너지가 증가하는 경향이 있다는 것이다.
또한 국철노선밀도가 크게 되면 총수송에너지는 감소하는 경향을 보임을 설명하 고 대량수송기관이 정비됨으로써 총수송에너지가 감소하는 것이 확인하였다.
도심으로의 집중도가 높아지면 대량수송기관의 역할이 증대되는 경향이 있음 을 확인하고 인구밀도에 관하여도 전역에 걸쳐 고밀로 인구가 집적하면 에너지 절약성이 높아지는 경향이 보이는 한편, DID(인구집중지구) 등의 도시중심 인구 밀도가 증가하면, 1인당 수송에너지가 증가하는 결과를 얻고 있다.
도시로의 집중은 에너지효율을 악화시키며, 도시형태로 보면 원형도가 높은 도시는 에너지절약성이 높고, 가로망정비와 상업업무지의 분포가 에너지절약과 깊은 관련이 있음을 규명하였다.
⑤ Newman, Kenworthy 연구(1988)
개개 자동차의 효율과 도시의 수송에너지효율과는 대립적 관계에 있다는 관점 에서 연구를 진행하였다. 자동차의 정체는 개개의 자동차의 에너지효율을 악화 시키기 때문에 에너지절약관점에서는 정체의 해소를 주장하는 연구가 대다수이 나, 본 연구는 정체의 해소는 자동차이용증가를 초래해 도시전체의 수송에너지 효율을 악화시킨다고 하는 가설을 세워, 이를 실증적으로 보여주고 있다.
세계 주요 32개 도시의 1인당 가솔린소비와 토지이용관계를 분석해서 가장 에 너지효율이 높은 도시는 중앙집중적 토지이용을 행하고 자동차 공공교통수단, 자전거가 균형을 이루는 도시임을 제시하였다. 즉, 로스엔젤리스, 휴스턴의 1인 당 가솔린소비가 크고, 동경 및 파리에서는 적음을 밝히고, 자동차의 평균속도가 느린 도시가 에너지효율이 높다고 하는 가설을 세계 주요도시 사례를 통해 확인 시켜주고 있다.
⑥ Gordon & Richardsom 연구(1990, 1997)
Newman & Kenworthy 연구에 대해 조사자료의 신뢰성, 조사방법 등에 대한 반 론을 제기한 연구이다. 휘발유 소비는 사람들의 생활양식과 자동차와 도로에 의 한 공급조건에 의해 영향을 받는다고 주장하면서 통근통행뿐만 아니라 비통근통 행도 고려해야 하고 고밀도시 논의에서 대중교통서비스와의 접근성은 교통수단 선택에 영향을 주지 않는다고 주장하고 있다.
고밀도시가 통행거리는 감소될 수 있지만, 그 결과 절약된 통행비용은 통행수 요를 증가시켜 궁극적으로 통행량을 증가시킨다는 주장을 피고 있다.
⑦ 안건혁 연구(2000)
우리나라 22개 중소도시를 대상으로 1인당 교통에너지 소비량과 도시형태적 변수와의 상관관계를 분석하였다. 도시형태를 나타내는 변수를 규모, 밀도, 도로 등 총량적 특성변수와 인구분포, 산업분포 등 공간구조적 특성변수로 구분하고, 도시별 교통에너지 소비량은 교통부문 에너지 소비현황자료를 이용하였다.
연구결과, 우리나라 중소도시에서는 밀도가 증가함에 따라, 교통에너지 소비 가 감소하는 것을 확인하였다. 또한 도로관련변수는 교통에너지 소비량과 모두 부(-)의 관계를 보여, 도로확충이 도로효율을 증진시켜 에너지소비를 감소시키는 것으로 해석하였다. 인구의 과도한 집중은 교통에너지 소비에 비효율적이며 인 구의 분포가 중심에 근접할수록 에너지 효율적이라고 결론짓고, 앞의 선형연구 결과와 어느 정도 일치하는 결과를 얻었다고 평가하였다.
⑧ 황금회 연구(2001)
기존 연구결과를 검토하여 도심 및 부도심 수도권 성장패턴을 집중과 분산패 턴으로 분류하여 진행하고 통근통행과 교통에너지소비량과의 관계는 기존 통계 및 차량연소소비량을 활용하여 변량분석(ANOVA) 및 회귀분석을 이용한 통계분
석 및 GIS를 이용한 공간분석기법을 응용하였다.
교통에너지절약을 위해서는 인구의 고밀화를 시키는 주거지개발, 서울로의 통 근비율이 낮은 지역개발, 집중적 성장패턴보다는 분산적 성장패턴의 개발 등이 보다 에너지효율적인 개발패턴임을 제시하고 있다. 또한 집중된 지역에서 상대 적으로 저밀도인 지역을 대상으로 고밀도 개발을 진행할 때 교통에너지 효율적 임을 밝히고 있다.
수도권 공간구조는 단핵이 아니라고 평가되고 있는데, 교통에너지 효율성 관 점에서도 단핵이 아니며, 그렇다고 다핵화가 충분히 진행되었다고 평가할 수 없 다. 하지만 수도권 공간구조가 더욱 다핵화 또는 다극화로 진행되어야 한다는 견 해가 설득력이 있다고 평가하고, 교통에너지 효율적인 도시성장 패턴은 공간집 약적 토지이용으로 압축되고, 공간집약적인 성장패턴은 분산적 집중패턴 (decentralized concentration 혹은 dispersed nucleated village)으로 합의가 이루어지 고 있음을 확인하고 있다.
2) 토지이용과 교통정책의 통합 연구 검토
최근 도시계획가 및 교통계획가들은 토지이용패턴과 교통시스템간의 피할 수 없는 상호작용에 관하여 인식하고 있다. 즉, 교통혼잡을 개선하고 교통에너지를 절약하는데 단순히 교통정책을 개선하기보다는 토지이용에 관한 정책의 개선도 중요하다는 것을 인식하고 토지이용과 교통정책의 통합정책을 모색하고 있다.
이는 <그림 2-3>에서 나타내듯 토지이용의 변화 → 교통수요의 변화 → 교통공 급의 변화 → 접근도의 변화 → 토지이용의 변화로 이어지는 상관관계를 Hansen 의 Washington DC 계획(1952)경험이후6) 토지이용과 교통정책의 통합접근이 교 통계획의 가장 기초가 되는 원칙으로 인식하고 있기 때문이다.
7) Hansen, W.G.1956. How accessibility shapes landuse. Jounal of the American Institute of Planners 25. pp. 73-76
토지이용계획과 교통계획의 통합연구는 Moore and Thorsnes(1994), OECD (1995), Grund(1997), Maat(1997), Holz-Rau(1997), 이상광(2000), 한국도시연구소 (2000), 환경정의시민연대(2001) 등을 대표적인 예로 들 수 있다.
<그림 2-3> 토지이용과 교통의 상호관계성
교통 토지이용
통행목적지 선택 교통수단
통행노선 선택 선택
구간 통행량
통행소요시간/
거리/비용 접근도
매력도
승용차 보유 통행발생 결정
개발업자 입지선정
건설
사용자 입지선정
이사 활동
(출처: Wegener, 1996)
① Moore & Thorsnes의 연구(1994)
토지이용계획과 교통계획의 통합적인 정책대안을 제시하고 있다. 신 개발지 에 대한 규제 강화 등 도시확산 방지, 교외지역 주거밀도의 상향, 고밀도 개발의 결절지역 개발, 보행자, 자전거, 다인승 차량 등을 위한 하부구조의 양 및 질적인 개선 등을 정책대안으로 제안하고 있다.
② OECD 연구(1995)
