소 진 영 박 천 건
석유공급교란의 분포 및 변화 추이 분석과 정책적 시사점:
Monte Carlo Simulation 방법
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요 약
1. 연구필요성 및 목적
산업혁명 이후 석유가 인간의 생활형태에 지대한 영향을 미치고 있다 는 것은 누구나 인정하는 사실이다. 석유는 다양한 특성, 사용의 용이성 등 여러 가지 장점뿐만 아니라 저렴한 가격 때문에 인간생활에 있어 필 수불가결한 존재가 되었으며, 결과적으로 인류는 석유에 크게 의존하게 되었다. 반면, 석유는 단기간 안에 재생이 불가능하고 자원이 제한되어 있다는 단점도 동시에 존재한다. 이러한 이중성 때문에 간헐적으로 발생 하는 유전사고, 석유의 국유화 및 유전지역의 전쟁으로 인한 석유공급의 일시적인 중단과 같은 석유공급교란은 때때로 전 세계의 경제를 어려움 에 빠뜨리기도 한다. 본 연구에서는 통계적 기법을 이용하여 기존에 발 생한 석유공급교란들의 발생형태를 분석하여 정책적 시사점을 도출하는 데 그 목적이 있다.
석유는 19세기 후반부터 정제되어 등화용으로 사용되기 시작하였다.
1912년, 비등점의 차이를 이용하여 다양한 형태로 가공되어 가솔린, 등 유, 경유 그리고 중유 등의 석유제품을 생산하였다. 지속적인 석유정제 기술의 개발과 더불어 인간의 최대 발명품인 자동차의 사용 및 석유로 부터 생산되는 생활용품이 일반화됨에 따라 석유가 인류문명의 비약적 인 발달에 기여했으며 그 수요도 증가하기 시작했다. 이처럼 석유는 인 간이 현대문명을 영위하는데 없어서는 안 될 정도로 인류는 석유에 중
독되었다고 해도 과언이 아니다.
석유의 유한성과 대체 에너지의 부재와 맞물려 석유공급교란의 발생 은 일시적인 석유수급의 불균형을 야기하고 국제유가의 상승시키는 요 인으로 꼽히고 있다. 한국을 비롯한 대부분의 석유의존도가 높은 선진국 에서는 석유공급교란에 대비하여 석유비축이나 국제공조체제 등 정책을 마련하여 실시하고 있다. 석유비축의 목적은 미래의 석유공급교란에 의 한 단기간의 석유공급의 불균형으로 초래될 수 있는 경제적․사회적 그 리고 정치적 소요를 대비하기 위한 석유공급 확보에 대한 에너지 정책 이다.
이러한 정책의 유효성을 제고하기 위해서는 석유공급교란에 대한 기 초 연구가 절실한 상황이다. 본 연구에서는 석유비축의 편익을 분석하기 위한 출발점인 석유공급교란의 분포를 추정하는데 통계적인 기법을 활 용한다. 특히, 1951년부터 2003년까지 석유공급교란 발생수가 21개이고 일련의 교란형태가 특정시점을 기점으로 변화가 있다면 전통적인 방법 으로 분포추정은 어려울 것이다. 이 문제의 해결책으로 베이지안 방법을 사용하며 변화점 및 모수추정을 한다.
2. 내용 요약
석유공급교란의 형태를 추정하는 것은 미래의 타당한 석유비축량에 대한 계량적인 접근에 있어서 매우 중요한 부분이다. 기존 연구에서 일 평균공급부족량을 일평균세계공급량으로 나눈 비율이 와이블 분포 (Weibull distribution)를 따른다는 가정으로 석유공급교란의 형태를 파 악했다. 하지만 일평균부족률이 공급량에 영향을 받으므로 공급교란의 형태에 왜곡을 줄 수 있는 여지가 있다. 본 연구에서 일평균공급부족량
자체가 와이블 분포에서 나온 것으로 가정하고 석유공급교란의 형태를 추정한다.
기존 연구는 1951년부터 2004년까지 21개 교란에 대해 와이블 분포 추정을 실시했다. 그 방법은 상당히 초보적인 수준에 머물러 있어서 분 포 추정에 신뢰성을 확보할 수 없다. 공급 부족량의 형태가 특정 시점 을 기준으로 확연한 변화가 있는 데도 불구하고 21개 교란이 한 개의 와이블 분포에 적용된 것은 석유비축량을 설정하는데 상당한 왜곡을 불 러일으킬 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 공급교란의 형태가 구분되는 변화점 (single change-point)의 개념으로 접근을 한다. 이 변화 시점을 전후로 구분되는 공급교란의 형태는 각기 다른 와이블 분포를 따르고 있고 그 교란의 수가 11개 이하로 구성되어 있어 전통적인 통계방법으로 와이블 분포의 모수들을 추정하면 신뢰도가 떨어질 우려가 있다.
변화점 및 분포추정의 신뢰도를 높이기 위해 적은 표본에 대해 추정 의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 베이지안 접근을 시도했다. 모의실험 (Monte Carlo Simulation)을 통하여 분포추정에 대한 모수적 방법과 베 이지안 방법의 차이를 파악하고 변화점 유무에 따른 분포의 형태가 어 떠한 방향으로 변하는지 파악한다.
3. 연구결과 및 정책제언
1970년대 중반을 기점으로 교란의 형태가 바뀌어서 가능한 변화점을 기준으로 구분해 분포를 추정해야 한다. 만약 변화점을 고려하지 않고 분포추정을 하면 왜곡된 결과로 인하여 에너지 정책이 잘못된 방향으로 흘러 미래에 정치적․경제적 혼란을 야기할 수도 있다. 또한 제1차 석유
파동(1973년) 이후로 과거에 비해 교란의 크기의 폭이 커지고 다양화되 었다.
석유공급교란은 에너지 위기관리에 관한 연구의 초석이 되는 여러 연 구들 중에 하나이다. 본 연구를 통하여 석유공급교란에 대한 계량적인 분석의 기반을 다지는 동시에 석유비축, 자주개발 및 조기경보시스템의 기초자료를 제공하는데 기여하는 것이다. 아울러 교토의정서로 세계가 환경오염의 주범인 화석에너지의 사용을 줄이고자 노력하는 현 시점에 앞으로 우리나라가 석유에너지의 의존을 줄이기 위해 에너지 절약, 대체 에너지의 개발 등 다양한 정책과 투자가 있어야 하겠다.
ABSTRACT
1. Introduction - Research Necessity and Goal
Admittedly, oil has had a great influence on human life style since the Industrial Revolution. Oil has become a necessity in human life because of its merits such as diverse traits, facility of use and low prices, so humankind has depended on oil considerably. On the other hand, oil has also faults of irrenewability in a short period of time and finiteness of reserves. This ambivalence accounts for oil supply disruption such as temporary supply interruption caused by oilwell accidents, oil nationalization or wars around oil deposits, frequently leading to gettting global economy into trouble. This study aims to analyze previous cases of oil supply disruption by type in a statistical method and deduce political implications.
Oil has been used as a light fuel since the last half of 19th century. In 1912 petroleum products such as gasoline, kerosene, diesel and heavy petroleum were produced with oil being processed according to principles of difference in boiling points. Given the continuous development of oil refining technology and the spread of automobiles and necessities from petroleum, oil has contributed to rapid development of civilization, and its demand also increased. As
a result, it may fairly be said that humankind is 'oil-addicted' because modern civilization can't go without oil.
In addition, given finiteness of oil and lack of alternative energy, oil supply disruption brings about the temporary imbalance of oil demand and supply and the increase of oil prices globally. Most countries with high dependence on oil, including South Korea, take measures against oil supply disruption such as oil stockpiling or international coordination system. Oil stockpile aims to secure oil supply against economical, social and political disorders to come about in future because of short-term oil supply disruption.
To enhance effectivity of these measures, basic study on oil supply disruption is necessary. This study makes use of statistical method in estimating the spread of oil supply disruption, which will be the starting point of analysis on oil stockpiling benefits. Especially, from 1951 to 2003 there were 21 cases of oil supply disruption, some of which in succession show considerable changes in disruption types, starting from specific point of time. The changes require a new approach of Basian method as a solution to the problem, which will be applied to estimation of change points and parameters.
2. Summary
To presume types of oil supply disturbance is crucial in statistically estimating appropriate stockpiling amount in future. Previous studies were based on the assumption that the rate of dividing daily average
supply deficit by daily average global supply amount should correspond to Weibull Distribution. But given that rate of daily average deficit may be influenced by supply amount, the rate has a risk of distorting types of oil supply disruption. On the assumption that daily average supply deficit per se is deduced from Weibull Distribution, this study presumes types of oil supply disruption.
Previous studies estimated 21 cases of oil supply disruption from 1951 to 2004 in a method of Weibull Distribution. It is not so reliable because it is in a considerably early stage. To apply all 21 cases to only one Weibull Distribution in spite of noticeable changes of types of oil supply deficit at a specific point of time may result in miscalculation of appropriate oil stockpiling amount.
To resolve it this study introduces a conception of 'single change-point' making it possible to classify types of oil supply disruption. Types of oil supply disruption classified approximately at this change point of time show different Weibull Distributions respectively, and the number of oil supply disruption is less than 11.
Thus, traditional statistical method may lower the reliability in estimating parameters of Weibul Distribution.
This study introduced Basian method to enhance reliability of estimation of small samples. This study grasps differences between parameter method and Basian method in estimating distribution by Monte Carlo Simulation and change aspects of distribution types according to whether change point of time is present or not.
3. Study Result and Implications for Policy-Making
Given the fact that with middle part of 1970s as a starting point, types of oil supply disruption were changed, distribution should be estimated with possible change points as a standard. Otherwise, the estimation can lead to distorted result, consequently causing improper energy policies to be taken and political and economical disorders in future. In addition, since the first oil shock in 1973 the width of disruption has been enlarged and the aspects diversified.
Oil supply disruption is one of themes laying a cornerstone in study on energy risk control. This study can contribute to laying the foundation for statistical analysis of oil supply disruption and supplying data base concerning oil stockpiling, self-development and early signal system. Furthermore, at the present time when international society is making efforts to reduce consumption of fossil energy blamed for environmental pollution in compliance with Kyoto Protocol, our government should take diverse measures for energy conservation, alternative energy development, etc. and invest in them in order to reduce our dependence on oil.
제목 차례
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I. 서 론
산업혁명 이후 석유가 인간의 생활형태에 지대한 영향을 미치고 있다 는 것은 누구나 인정하는 사실이다. 석유는 다양한 특성, 사용의 용이성 등 여러 가지 장점뿐만 아니라 저렴한 가격 때문에 인간생활에 있어 필 수불가결한 존재가 되었으며, 결과적으로 인류는 석유에 크게 의존하게 되었다. 반면, 석유는 단기간 안에 재생이 불가능하고 자원이 제한되어 있다는 단점도 동시에 존재한다. 이러한 이중성 때문에 간헐적으로 발생 하는 유전사고, 석유의 국유화 및 유전지역의 전쟁으로 인한 석유공급의 일시적인 중단과 같은 석유공급교란은 때때로 전 세계의 경제를 어려움 에 빠뜨리기도 한다. 본 연구에서는 통계적 기법을 이용하여 기존에 발 생한 석유공급교란들의 발생형태를 분석하여 정책적 시사점을 도출하는 데 그 목적이 있다.
석유는 19세기 후반부터 정제되어 등화용으로 사용되기 시작하였다.
1912년, 비등점의 차이를 이용하여 다양한 형태로 가공되어 가솔린, 등 유, 경유 그리고 중유 등의 석유제품을 생산하였다. 지속적인 석유정제 기술의 개발과 더불어 인간의 최대 발명품인 자동차의 사용 및 석유로 부터 생산되는 생활용품이 일반화됨에 따라 석유가 인류문명의 비약적 인 발달에 기여했으며 그 수요도 증가하기 시작했다. 이처럼 석유는 인 간이 현대문명을 영위하는데 없어서는 안 될 정도로 인류는 석유에 중 독되었다고 해도 과언이 아니다.
석유의 유한성과 대체 에너지의 부재와 맞물려 석유공급교란의 발생 은 일시적인 석유수급의 불균형을 야기하고 국제유가를 상승시키는 요
인으로 꼽히고 있다. 한국을 비롯한 대부분의 석유의존도가 높은 선진국 에서는 석유공급교란에 대비하여 석유비축이나 국제공조체제 등 정책을 마련하여 실시하고 있다. 석유비축의 목적은 미래의 석유공급교란에 의 한 단기간의 석유공급의 불균형으로 초래될 수 있는 경제적․사회적 그 리고 정치적 소요를 대비하기 위한 석유공급 확보에 대한 에너지 정책 이다.
이러한 정책의 유효성을 제고하기 위해서는 석유공급교란에 대한 기 초 연구가 절실한 상황이다. 본 연구에서는 석유비축의 편익을 분석하기 위한 출발점인 석유공급교란의 분포를 추정하는데 통계적인 기법을 활 용한다. 특히, 1951년부터 2003년까지 석유공급교란 발생수가 21개이고 일련의 교란형태가 특정시점을 기점으로 변화가 있다면 전통적인 방법 으로 분포추정은 어려울 것이다. 이 문제의 해결책으로 베이지안 방법을 사용하며 변화점 및 모수추정을 한다.
본 연구와 관련된 주요 선행연구로서 소진영(2006)과 이영구(2000)가 있다. 소진영(2006)은 일평균부족률이 와이블 분포(weibull distribution) 로 가정하고 동북아 공동 석유비축에 관한 편익분석을 연구하였다. 이 보고서의 단점은 와이블 분포의 추정이 적합한 통계절차에서 벗어났으 며 석유공급교란의 변화 추이를 반영하지 못했다는 것이다. 이영구(200) 도 편익분석에 다른 분포를 사용했지만 석유공급교란의 변화 추이를 반 영하지 않았다. 석유공급교란의 변화 추이의 반영은 석유비축에 관해 연 구한 기존 보고서의 결과를 보완의 필요성을 제시해주는 것이다.
이 보고서의 구성은 다음과 같다. 제2장에서 기존에 발생한 석유공급 교란들의 발생 배경, 교란 정도 및 경제에 대한 파급효과에 대한 정성적 인 고찰을 담았다. 제3장에서는 석유공급교란 분포 및 발생 추이의 변화
를 추정하기 위한 통계적 모형을 구축하고, 이 모형을 석유공급교란 크 기 분포에 적용하여 분포를 추정하고 발생 추이 변화를 분석한다. 제4장 에서는 모의실험(Monte Carlo Simulation)과 석유공급교란의 분포 추정 및 분석을 바탕으로 정책적 시사점 도출을 시도한다. 마지막으로 제5장 에서는 석유공급교란과 연관성이 깊은 과제 및 연구방향을 제시하며 보 고서를 마무리 짓는다.
II. 석유공급교란
1. 석유공급교란의 정의
석유공급교란(oil supply shock 또는 oil supply disruption)은 일반적 으로 특정한 국가 또는 국가들로부터 발생하는 석유의 손실을 의미하 며1), 통상정지(embargo)와 같이 산유국 및 국제 정세 불안으로 야기되 는 석유공급량 감소, 2005년의 카트리나 태풍의 피해와 같은 자연재해나 유전 및 유조선의 사고 등에 의해 야기되는 석유공급량 감소, 그리고 한 국가의 영토 내 전쟁이나 분쟁으로 단기간 석유 생산 또는 수입 차질에 의한 석유공급량 감소를 통칭한다.2)
석유공급교란양은 발생 전 달의 공급량 또는 몇 달 동안의 평균과 비 교하여 감소되는 양으로 측정되며, 주로 교란기간 동안 발생한 총 감소 량의 일평균(Average gross supply shortfall)의 수준(level) 또는 총 공급 량(총 소비량)에서의 비중(ratio)으로 표현된다.
혹자는 석유공급량 감소에 따라 달러표시 국제원유가격이 급등하는 경우를 석유공급교란이라 정의하기도 한다. 이는 국제 석유시장이 유기 적으로 연계되어 국지적인 석유공급량 감소의 효과가 가격상승의 형태 로 전 세계에 전달되는 ‘파급효과’에 초점을 둔 정의라고 할 수 있다.
석유공급량 감소의 효과가 국지적으로 나타나는 경우까지 확장하여 좀 더 포괄적으로 석유공급교란을 정의할 수도 있다. 요컨대, 우리나라
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와 같이 원유를 전량 수입하고 있는 순수입국인 경우에는 국제 석유시 장이 안정되어 있더라도, 수입 원유를 운송하는 유조선 사고나 원화의 급격한 평가절하에 따라 원화표시 석유가격이 급등할 수 있다. 이 경우 자국통화 표시 원유가격의 급등을 석유공급교란이라 정의함으로써 국지 적 파급효과에 초점을 둘 수도 있다.
하지만 본 연구가 석유공급량 감소의 파급효과 보다는 석유공급 감소 량의 분포와 변화 추이에 중점을 두고 있기 때문에, 가격의 변동은 정량 적 분석의 범위에서 제외하고 석유공급 감소량에 초점을 둔다.
2. 석유공급교란의 역사
가. 석유공급교란의 발생요인과 유형 및 발생과정
1987년에 Belgrave, Ebinger, Okino는 그들의 저서인 “Energy Security to 2000"에서 당시 석유공급교란을 초래할 수 있는 7가지 발생 요인을 제시한 바 있다. 이를 정리해 보면, ① 아랍지역 산유국들의 반 제국주의(anti-imperalism), ② 팔레스타인 문제, ③ 이슬람교도의 문제,
④ 이란-이라크의 전쟁, ⑤ 테러리즘, ⑥ 산유국 석유판매수입 감소, ⑦ 러시아의 위협 등이 이에 포함된다.
석유시장의 환경과 국제 정세가 시시가각으로 변한 지금에도 그들의 예측이 많은 시사점을 주고 있다. 이들은 7개 석유공급교란 발생요인 중 6개 요인이 산유국, 특히 중동 산유국들과 관련되어 있고3), 나머지 한 요인만 러시아의 위협이라고 지적하고 있다. 이란-이라크의 전쟁은 이미
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일단락되었고, 소비에트 체제가 붕괴됨에 따라 이에 따르는 석유공급교 란의 발생 가능성은 많이 희박해졌다. 오히려 마지막 요인은 소련 붕괴 후 러시아 및 각 독립국들의 석유․가스 개발이 크게 활성화되고, 새로 운 공급원으로서 세계시장의 수입원 다변화를 제공한다는 측면에서는, 오히려 국제석유시장의 안정화에 기여하고 있다.
반면, 9.11 테러사건과 같이 테러의 범위와 규모가 커짐으로서 이에 대한 석유공급교란의 가능성은 커졌다고 할 수 있다. 또한, 1980년대 후 반에 발생한 유전 관련 사고들과 2005년에 발생한 태풍 카트리나의 피 해는 새로운 석유공급교란 발생 요인으로 부각되고 있다.
본 절에서는 1951년에서 2003년까지 발생한 석유공급교란 21개와 최 근 2005년에 발생한 태풍 카트리나에 의한 석유공급교란에 대한 각각의 발생 시기, 발생 배경, 파급 효과, 지속 기간 및 교란의 크기에 대해 알 아본다.
나. 석유공급교란의 역사
1) 이란 유전(Mosaddiq Anglo-Iranian Oil Company) 국유화에 의한 석유공급교란
제1차 세계대전 이후 중동지역에는 석유메이저회사들을 앞세운 영국, 프랑스, 미국 등 열강들의 중동석유에 대한 배타적 균점체제가 형성되어 있었다. 그 후에도 석유확보를 위한 메이저회사들의 경쟁은 중동 전역으 로 확대되었고, 활발한 유전개발활동 결과 1932년 바레인, 1938년 쿠웨 이트와 사우디아라비아에서 각각 유전이 발견되었다. 제2차 세계대전을 맞아 중동의 석유는 더욱 중요한 전략자원으로 평가됐다. 그러나 석유 생 산이 늘어도 서구의 석유메이저회사의 이윤만 커지는 상황에서 산유국의
불만은 고조됐고, 결국 1951년 이란의 민족주의자 모사데크(Mossadegh) 가 영국·이란 석유회사의 국유화를 선포하고 국영 이란석유회사(NIOC) 로 이름을 바꿨다.
그러나 이란에서 물러난 영국은 석유재벌을 동원해 이란 산 석유에 대한 불매운동을 벌여 이란경제를 마비시켰다. 경제적 어려움에 대한 국 민의 불만이 고조됨을 틈타 미국은 이란 내 쿠데타를 도와 모사데크를 실각시키고 팔레비 왕을 복귀시켰다. 자원민족주의 운동이 석유메이저회 사의 힘에 굴복한 것이다.
이 사건으로 인한 석유공급교란은 1951년 3월 1일에 발발하여 1954년 10월까지 44.7개월 동안 지속되었으며, 정치적인 이유로 시작되어 통상 정지 및 경제적인 분쟁의 형태로 발전하였다. 이 사건으로 인한 일평균 공급 부족량은 0.7백만 배럴이었고 이는 세계 수요의 약 7.1%에 달했다.
2) 수에즈 전쟁에 의한 석유공급교란
수에즈 전쟁은 수에즈 운하를 두고 1956년에 이집트와 이스라엘․영 국․프랑스 사이에서 발생한 전쟁이다. 수에즈 운하는 시나이 반도 서 쪽, 대서양의 포트사이드와 홍해의 수에즈 사이를 잇는 길이 163km의 운하로서 1869년 11월 17일에 개통되었다. 이는 유럽과 아시아를 잇는 중요한 무역로이며, 세계 경제의 동향을 가장 민감하게 반영하고, 국제 경제상으로 매우 중요한 요충지다. 특히 중동지역에 유전이 개발됨에 따 라서 이 운하를 통과하는 화물에서 석유의 운송이 차지하는 비중이 높 아지고 있었으며, 1950년대에는 석유가 통과 화물 총 톤수의 60%를 차 지하였다.
영국은 1875년 이집트 정부의 수에즈 운하 소유주를 매입하여 운하의 경영에 대한 발언권을 강화하였다. 1882년 6월 이집트에 반제국주의 반
[그림 2-1] 수에즈 운하
란 진압을 구실로 운하지대를 영국 군사기지로 만들고 며칠 동안 운하
통과를 중지한 바 있으며, 1922년 베르사유 강화조약에 따라 터키의 권 한까지 계승하여 이집트가 독립을 이룬 뒤에도 운하에 대한 군사지배를 지속했으며, 그 이후에도 영국군의 운하지배를 강화하였다.
이에 따라 이 운하의 이집트 반환을 요구하는 반영(反英)운동은 가열 되었고, 1947년 이래 이집트는 주식 입수를 통해 점진적으로 운하회사 국유화를 꾀하였다. 그러는 동안에도 수에즈 운하의 국유화를 요구하는 이집트인의 운동이 격렬해지고, 이집트인과 영국군 사이에 충돌이 빈발 해졌다.
1952년 나세르의 혁명이 성공하고, 1954년 10월 나세르 대통령과 영국 과의 조약에 따라 1956년 6월 영국군이 철수했으며, 7월 26일 나세르는 수에즈 운하 국유화를 단행하였다.
하지만, 1956년 10월 31일 운하 탈환을 위해 이스라엘을 선두로 영국
[그림 2-2] 수에즈 운하 인공위성사진 과 프랑스와 함께 수에즈 전쟁 일으켰다. 이로 인해 1957년 3월 까지 통항이 불가능했으나, 국제 여론의 움직임과 UN결의에 따 라 영국과 프랑스가 철수함에 따 라 수에즈 전쟁은 종결되었다.
그 후 수에즈 운하는 제3차 중동 전쟁이 터진 1967년 6월부터 다 시 폐쇄되었다가, 1974년 이스라 엘군 철수로 1975년 6월 재개된 바 있으며, 현재 수에즈 운하는 이집트의 수에즈운하회사가 관 리, 운영하고 있다.
이 사건으로 인한 석유공급교 란은 1956년 11월 1일에서 1957 년 3월까지 5개월 동안 지속되었 으며, 정치적인 이유로 시작되어 전쟁의 형태로 발전하였다. 이 사건으로 인한 일평균공급부족량은 2.0백만 배럴이었고 이는 세계 수요 의 약 12.7%에 달했다.
아라비아만 연안의 유전개발로 수에즈 운하를 통과하는 화물에서 석 유의 비중이 비약적으로 커져 1960년대 통과화물 총 톤수의 70%를 차지 하였지만, 1967년 6월~1975년 6월까지 중동전쟁 때문에 운하가 폐쇄된 동안 석유탱커를 비롯한 화물선이 대형화되어 한동안 운하를 이용할 수
없게 되었다. 이 때문에 1966년 석유 1억 5409만 톤이었으나 1977년 2395만 톤으로 감소하였다. 1980년 말까지 이집트는 수심을 14.5m로, 너 비 99m에서 160m로 하는 공사를 완공하여 30만 톤급 탱커의 통항을 가 능하게 하였고, 운하통과료는 이집트의 큰 외화 수입원이 되고 있다.
3) 시리아 수송료 분쟁에 의한 석유공급교란
1966년 10월 이라크의 컬쿠크(Kirkuk)에서 시작하여 305마일에 달하는 시리아 영토를 통과하여 바니야스(Baniyas) 및 트리폴리(Tripoli)의 지중 해 포트까지 뻗어 있는 총 550마일의 송유관을 통한 석유 수송이 단절 됨에 따라 석유공급교란이 발생했다. 사회주의 국가인 시리아와 런던에 기반을 둔 서방회사인 이라크석유회사(Iraq Petroleum Co.)4) 간에 통관 료 및 터미널 요금을 둘러싼 분쟁이 주요 원인이다. 이 분쟁에 관련된 모든 당사자들에게 손실이 발생했으나, 시리아는 통관료 및 터미널 요금 의 50% 인상을 이끌어냄으로써 결과적으로 분쟁의 승자가 되었다.
이 사건으로 인한 석유공급교란은 1966년 12월 1일에서 1967년 3월까 지 4개월 동안 지속되었으며, 경제적인 분쟁이 주요 원인이다. 이 사건 으로 인한 일평균공급부족량은 0.7백만 배럴이었고 이는 세계 수요의 약 2.3%에 달했다.
4) 6일 전쟁에 의한 석유공급교란
아랍-이스라엘 전쟁으로 잘 알려진 6일 전쟁은 1967년 6월에 이스라엘 과 이집트․요르단․이라크․시리아 사이에 발발한 전쟁이다.
제2차 대전 이후 이스라엘이 중동에 자리 잡은 이후 이스라엘과 아랍
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연합은 적대관계에 있었으며, 1, 2차 중동전은 이들 관계를 더욱 악화시 켰다. 1964년 카이로의 아랍연합 정상회의에서 시리아, 요르단, 레바논 등 이스라엘 접경국들이 요르단강의 흐름을 바꾸는 계획에 합의하고 토 목공사에 착수한 것이 직접적인 분쟁의 계기다. 1967년 5월 23일 이스라 엘은 선제공격을 계획했고, 이에 대응하여 1967년 5월 30일 요르단은 이 집트, 시리아와 군사동맹을 체결한다. 1967년 6월 5일 일요일 아침, 이스 라엘은 이집트, 요르단, 시리아 및 이라크 공군 기지에 대해 대규모 공 습을 감행함으로써 전쟁이 발발하게 되고, 이스라엘의 공습이 있은 지 수 시간 이내에 아랍 공군세력 대부분이 파괴되었다. 이스라엘 지상군 역시 모든 지역에서 승리를 거둠으로써 6일 만에 전쟁이 종결되어서 이 스라엘이 아랍연한군에 대항한 “6일 전쟁”으로 유명하다.
이 사건으로 인해 전체 수요의 6.4%에 이르는 일평균 2.0백만 배럴의 석유공급교란이 발생하였고, 전쟁은 6일 만에 끝이 났지만 공급교란은 1967년 6월 5일에서 1967년 8월까지 3.1개월 동안 지속되었다.
5) 나이지리아 내전(=비아프라전쟁)에 의한 석유공급교란5)
비아프라전쟁이라고도 불리는 나이지리아 내전은 1967년 서아프리카 나이지리아연방공화국 동부주(東部州)가 비아프라공화국으로 분리․독립 을 선언함으로써 일어난 내전이다.
나이지리아는 아프리카에서 인구가 가장 많고, 부족구성이 복잡하여6) 독립 후 국민적 통합이 쉽게 이루어지지 않았으며, 지역대립․부족대립
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으로 경제, 사회 및 정치 등의 사회 전반적인 통치의 어려움을 겪어왔 다. 이런 상황에서 1966년 1월 군사쿠데타를 통해 정권을 장악한 이론시 가 같은 해 7월말 암살되고 8월초 북부주의 소수부족 출신 고원 중령이 최고군사평의회 의장에 취임하게 된다.
고원은 지역대립․부족대립을 완화할 목적으로 주정부의 권한축소 방 침을 내세웠으나 이에 반발한 이보족 출신의 동부주 군정장관 오주쿠 중령은 1967년 5월 30일 동부주를 중심으로 하는 비아프라공화국의 분 리․독립을 선언하게 된다.
이 독립의 배경에는 동부주에서 산출되는 석유의 배분을 둘러싼 연방 정부와 주정부의 대립도 크게 작용한다. 또한 1966년 중반 이후 북부주 각지에서 이보족 및 동부주 출신자에 대한 빈번한 조직적인 박해사건이 독립의 간접적인 원인이다.
연방군사정부는 이 독립을 인정하지 않고 연방으로 복귀할 것을 요구 하였으나, 비아프라는 이를 거부하여 1967년 7월 드디어 전쟁이 발발한 다.
나이지리아 연방 정부는 비아프라 전쟁 이전에는 미국과 긴밀한 관계 를 유지하였으나, 비아프라 전쟁 중 미국이 나이지리아 연방 정부의 전 쟁물자 지원 요청을 거부함으로써 양국 관계가 소원해졌다. 이후 비아프 라 전쟁 종식 후 전후 복구를 위한 미국의 원조가 증대함으로써 양국 관계는 정상화 된다.
이 내전으로 인해 세계 수요의 1.5%에 이르는 일평균 0.5백만 배럴의 석유공급교란이 1967년 7월 6일부터 1968년 10월까지 16.3개월 동안 발 생하였다.
6) 리비아 가격 분쟁에 의한 석유공급교란
리비아 가격 분쟁에 의한 석유공급교란은 통상정지 및 경제적인 분쟁 에 의해 발생하였고, 이 사건으로 인한 석유공급교란이 1970년 5월부터 1971년 1월까지 9.2개월간 지속되었으며, 일평균공급부족량은 1.3백만 배 럴이었고 이는 세계 수요의 약 2.7%에 달했다.
7) 알제리-프랑스 국유화 분쟁에 의한 석유공급교란
알제리-프랑스 국유화 분쟁에 의한 석유공급교란은 내전에 의해 발생 하였고, 이 분쟁으로 인한 석유공급교란이 1971년 4월 1일부터 1971년 8 월까지 5.1개월간 지속되었으며, 일평균공급부족량은 0.6백만 배럴이었고 이는 세계 수요의 약 1.4%에 달했다.
8) 레바논 정치 소요에 의한 석유공급교란
레바논 정치 소요에 의한 석유공급교란은 내전에 의해 발생하였고, 이 내전으로 인한 석유공급교란이 1973년 3월부터 1973년 5월까지 3.1개월 간 지속되었으며, 일평균공급부족량은 0.5백만 배럴이었고 이는 세계 수 요의 약 1.0%에 달했다.
9) 아랍-이스라엘 전쟁에 의한 석유공급교란
아랍석유수출국기구(OAPEC)와 석유수출국기구(OPEC)의 원유수출금 지․원유생산량제한․원유가격인상으로 야기된 석유공급교란으로서 세 계 각국의 경제적 혼란을 초래한 사건이다. 이집트-시리아가 이스라엘을 기습 공격한 전쟁, 즉 제4차 중동전쟁(10월전쟁, 욤키푸르전쟁)에서 미국 이 이스라엘을 지원하자 중동 산유국들이 이에 대한 항의로 석유 금수
조치를 취함으로써 석유공급교란이 발생하였다.
당시, 세계 석유공급에서 사우디가 차지하는 비중이 1960년대 13%에 서 1973년 21%로 급격히 늘어나, 이미 전 세계는 석유공급에 있어 아 랍권, 특히 사우디의 협조 없이 원활한 석유공급이 이루어질 수 없는 상황이었다. OPEC 소속 걸프만의 6개 원유생산국은 10월 16일 원유 가 격을 17% 인상하고 이스라엘이 아랍 점령지역에서부터 철수하고, 팔레 스타인의 권리가 회복될 때까지 매월 원유생산을 5%씩 감산하기로 결 정하였다.
이로 인해 원유가격이 1973년 10월과 1974년 1월의 인상조치로 약 4 배 가까이 급등했으며, 전 세계의 경제성장률이 크게 떨어지고 1975년 서방 선진국은 마이너스 성장을 기록하였으며, 인플레이션이 가속화되 고, 국제수지에 있어서도 대폭 적자를 기록했다. 반면, 1974년 OPEC국 가의 경제수지는 흑자를 이루었으면 금액으로 보면 600억 달러에 이르 렀다.
이 전쟁으로 인해 전체 수요의 3.4%에 이르는 일평균 1.6백만 배럴의 석유공급교란이 발생하였고, 전쟁의 후유증으로 야기된 통상정지 및 경 제적 분쟁은 1973년 10월 1일에서 1974년 4월까지 6.1개월 동안 지속되 었다.
10) 레바논 내전에 의한 석유공급교란
레바논은 1943년에 프랑스로부터 독립하여 기독교세력과 이슬람세력 이 주도권을 장악하기 위하여 갈등을 겪고 있는 상황이었다. 1970년 9월 요르단에서 추방당한 팔레스타인 게릴라들이 레바논 남부지역을 거점으 로 이스라엘에 대항하여 무장활동을 시작하였고, 1975년 레바논 정부 및 기독교세력과 충돌하여 내전이 시작한 이래 1976년 10월에 휴전이 성립
되었다.
이 사건으로 인해 발생한 석유공급교란양은 전체 수요의 0.6%에 이르 는 일평균 0.3백만 배럴이었고, 실제 석유공급교란 기간은 1976년 4월에 서 1976년 5월까지 2개월로 평가되고 있다.
11) 사우디 유전 사고에 의한 석유공급교란
사우디아라비아 유전 사고에 의한 석유공급교란은 1977년 5월에 발생 하여 1개월간 지속되었으며, 일평균공급부족량은 0.7백만 배럴이었고 이 는 세계 수요의 약 1.4%에 달했다.
12) 이란 혁명에 의한 석유공급교란
이란 혁명은 1979년 2월 팔레비 왕조의 국왕독재를 무너뜨리고 A.R.
호메이니의 지도하에 이슬람 정치체제를 수립한 혁명으로, 이 혁명으 로 인해 발생한 석유공급교란은 1978년 11월부터 1979년 4월까지 6개 월 동안 지속되었으며, 일평균공급부족량은 3.7백만 배럴이었고, 이는 세계 석유소비의 약 7.0%에 달하는 양이었다. 이 혁명으로 인해 유가 가 배럴당 12.7달러에서 37달러까지 폭등하여 약 3배의 유가 상승을 기록했다.
13) 이란-이라크전 발발에 의한 석유공급교란
이란-이라크전은 표면적으로 샤트 알 아랍(Shatt al-Afab)수로와 호르 무즈해협의 3개 도서를 둘러싼 영유권 갈등에 의해 발발했다고 할 수 있다. 이 수로의 영유권 문제는 1932년 이라크의 독립과 더불어 이란과 의 국경선 조정문제가 제기되면서 표면화 되었다. 1975년 알제리에서 개 최된 이슬람국가 정상회담에서 샤트 알 아랍 수로의 계곡선을 경계선으
로 설정하는 합의에 도달하였다.
샤트 알 아랍 수로를 둘러싼 이란․이라크간의 대립은 1970년대 말 이란에 호메이니에 의한 이슬람혁명이 발생함과 더불어 재현되었는데, 호메이니 정권은 이슬람 혁명이데올로기를 중동 전역에 확산시키고자 이라크를 1차적 대상국가로 삼았다. 이러한 이란의 행동에 이라크 사담 후세인 대통령은 1979년 알제리 협정의 폐기를 일방적으로 선언하고 샤 트 알 아랍 수로의 영유권을 주장하면서 1971년 팔레비 정권이 걸프지 역 안보를 명분으로 점령한 아부, 무사, 톰 등 3개 도시의 이란군 철수 를 요구하였고, 급기야 이와 같은 영유권을 구실로 이란 침공을 강행하 였다. 결국 1980년 9월 22일 이란과 이라크의 전면전이 벌어졌다.
이 전쟁의 발발로 인하여 1980년 10월 1일부터 1981년 1월까지 4.1개 월 동안 세계 수요의 약 6.0%에 달하는 일평균공급부족량 3.0백만 배럴 의 석유공급교란이 발생하였다.
이란-이라크 전쟁으로 원유가 폭등하여 1차 석유파동이후 배럴당 10달 러 선을 유지하던 원유가격이 20달러 선을 돌파하였고, 현물시장에서는 5개월 동안 배럴당 40달러까지 급등하여 2.6배 상승하였다.
유가급등이 세계경제성장을 하락시키고 물가릏 상승시켰다. 특히 개발 도상국의 물가상승은 32%에 달했다. OECD소속 국가의 경상수지는 1978년 116억 달러 흑자에서 1979년 332억 달러 적자로 돌아섰다.
14) UK Piper Alpha Offshore Platform Explosion에 의한 석유공급교란 1988년 7월 6일 북해 해저굴착지인 파이퍼 알파(Piper Alpha)에서 폭 발과 함께 화재가 발생하여 167명의 노동자들이 사망하는 사고가 발생 하였다. 세계 최악의 석유관련 재난으로 기록되고 있는 이 사고의 주요 원인은 관리소홀로 파악되고 있다. 이 사고로 인해 일일 평균 0.3백만
[그림 2-3] 파이퍼 알파 유전 사고 배럴의 석유공급교란이 1988년 7 월부터 1989년 11월까지 17.3개 월간 지속되었으며, 이는 세계 석유소비의 약 0.6%에 해당하는 양이다.
15) UK Fulmer Floating Storage Vessel Accident에 의한 석유공급교 란
이 사고로 인해 1988년 12월부터 1989년 3월까지 4개월간 석유공급교 란이 발생하였다. 일평균공급부족량은 0.2백만 배럴로 세계 석유소비의 약 0.4%에 해당한다.
16) 액손 발데즈 사고에 의한 석유공급교란
1989년 3월 23일 대형유조선 엑손 발데즈호가 발데즈 석유 터미널에 서 125만 배럴의 기름을 싣고 미국 알래스카 연안의 프린스 윌리엄 사 운드를 경유하여 남쪽으로 가던 중, 밤 12시경 블라이 암초에 부딪혀 유 조선이 좌초되고 원유가 유출되는 사건이 발생하였다. 선장이 술에 취해 있었고, 무자격 3등 항해사에게 배의 지휘권을 맡긴 점, 비용절감을 위 해 레이더를 작동시키지 않은 점 등이 사고의 원인으로 지적되고 있다.
이 사고의 영향으로 11개의 화물탱크 중 8개, 5개의 발라스트 탱크 중 3개에서 원유가 유출되어 바다를 오염시켰다. 총 25만 8,000 배럴(약 1,000백만 갤런)의 원유가 프린스 윌리엄 사운드 해역 주변에 강풍을 타 고 알래스카 해안으로 밀려들어 1,900km에 이르는 해안이 기름으로 뒤 덮혔다.
이러한 환경오염으로 바다새 25만 마리, 바다수달 2,800마리, 물개 300
마리, 대머리 독수리 250마리, 고래 22마리, 청어 및 연어 등 수많은 동 물들이 떼죽음을 당하였다. 바다에 유출된 기름은 생물학적 분해가 되지 않으며, 증발, 용해, 침전되지 않기 때문에 해양환경과 해양생태계에 지 속적으로 영향을 미쳐, 완전회복까지는 약 30년이 걸릴 것으로 예상된 다.
이로 인해 1990년 미국 기름오염방지법(OPA) 제정 시 선원에 대한 알 콜과 약물복용 여부의 측정 의무조항을 포함시켰고, 유조선의 구조를 이 중선체로 하도록 의무화 규정을 신설했다.
이 사고에 의해 1989년 3월 24일부터 1989년 4월까지 약 0.5개월간 일 평균 1.0백만 배럴의 석유공급교란이 발생하였으며, 이는 세계 소비의 1.9%에 해당한다.
17) UK Comarant Platform 사고에 의한 석유공급교란
1989년 4월, 북해 쉐트랜드(Shetland)로부터 100마일 거리에 있는 쉘의 North Cormorant 플랫홈에서 5만 갤런의 굴착이수(泥水)7)가 바다로 누 출되는 사건이 발생하였다. 이 사건은 쉘의 석유 및 가스 생산 플랫홈에 서 굴착이수를 옮기는 과정에서 배수관 기계조작의 실수에 의해 발생된 것으로 추정되고 있다. 이 굴착이수는 약 680배럴의 원유를 함유하고 있 었다.
이 사건의 파장으로 일평균 0.5백만 배럴의 석유공급교란이 1989년 4 월 1일부터 1989년 6월까지 약 3개월간 발생하였으며, 이는 세계 석유 소비량의 1.0%이 이르렀다.
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18) 이라크-쿠웨이트 침공에 의한 석유공급교란
걸프전쟁으로 더 잘 알려진 이 사건은 1990년 8월 이라크가 쿠웨이트 를 침공하면서 발발했다. 그 당시, 전쟁부채를 갚기 위해 후세인은 석유 수출국기구(OPEC) 국가들에게 유가인상 압력을 가했고, 친미성향이 강 한 사우디아라비아와 쿠웨이트 등은 OPEC국가들의 유가인상에 반대하 는 입장이었다.
후세인은 아랍민족주의를 외치며 친미국가 타도를 주장했으며, 쿠웨이 트는 본래 이라크 영토임을 강조하는 등 쿠웨이트 침공 구실을 마련했 다. 즉, 쿠웨이트가 국경지역에서 원유를 도굴해 갔다는 구실로 24억 달 러의 지불을 요구했으며, 또한 국경선에 있는 루마일라 유전을 이라크 영토로 인정하고, 이라크 부채 100억 달러 탕감과 이라크 앞바다에 있는 쿠웨이트의 부비얀, 와르바 섬을 이라크 영토로 할애해야 한다고 주장했 다. 쿠웨이트가 후세인의 요구를 거절하자 이라크는 1990년 8월에 쿠웨 이트 침공하게 된다.
이 침공으로 인해 1990년 8월 1일부터 1991년 1월까지 5개월간 석유 공급교란이 발생하였고, 세계 석유수요의 8.9%에 해당하는 일평균 4.6백 만 배럴의 석유공급 감소가 발생했다.
19) 베네수엘라 파업과 소요에 의한 석유공급교란
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20) 나이지리아 소요에 의한 석유공급교란
나이지리아 소요는 석유개발 이익의 분배를 둘러싼 부족 간 갈등에 의해 2003년 3월 12일에 야기된 사건이다. 나이지리아 남부 나제르 강 삼각주 유전지대의 최대부족인 Ijaw 부족은 일부 부족들을 선동하여 석 유 생산에 따른 이익의 보다 많은 부분을 이 지역에 배당하라고 요구했 으며, 또한 오바산조 대통령이 자신들의 요구를 차단할 목적으로 이웃한 Irsekiri 부족과 결탁하여, 자신들에게 불리한 선거구 설정을 획책했다고 비난하면서 분쟁의 기운이 고조되었고, 급기야 3월 초 Itsekiri 부족과 Ijaw 부족간 분쟁이 벌어져 양측 무장 민병대 세력의 충돌이 일어났다.
내전이 격화됨에 따라 나이지리아에 있는 다국적 석유메이저회사들이 석유생산을 감축하면서 많은 석유생산시설이 폐쇄되었다. 프랑스 Toral Final Elf사는 미국 Chevron-Tevaco사 석유생산을 중단하고 직원 전원을 철수시켰다. 영국 Royal Dutch Shell사는 송유시스템을 폐쇄하고 직원을 철수시켰다. 결과적으로 나이지리아에 진출한 다국적 석유회사의 생산 감축 규모가 나이지리아 1일 수출물량 200만 배럴의 40%에 달하는 82만 배럴에 달했다. 이 사건으로 인해 석유공급교란이 발생한 기간이 2003년 3월부터 8월까지 6개월간 지속된 것으로 추산되며, 이 기간 동안 일평균 석유공급부족량은 약 0.3백만 배럴로 추정된다.
21) 이라크 전쟁에 의한 석유공급교란
이라크 전쟁은 미국이 2003년 3월 20일 후세인 정권을 ‘세계평화를 위 협하는 무법정권’이라 비난하며 이라크에 공습을 시작하여 발발했다.
1991년 4월 걸프전(1차 이라크전) 종결 후 이라크는 대량살상무기 (WMD)를 개발하여 보유하고 있다는 의심을 받아왔다.
UN 안보리가 여러 차례 이라크 무기 사찰을 시도했으나 이라크가 이 를 수용하지 않아 사찰이 이루어지지 않았다. 2002년 1월, 조지 W. 부시 미국대통령은 연두교서에서 이라크를 이란 및 북한과 함께 세계평화 위 협하는 ‘악의 축’으로 지목하고, 2002년 9월에 부시대통령이 유엔총회 연 설을 통해 이라크에 대량살상무기를 즉각 폐지, 테러지원 중단, 국민억 압 중지 등 5개항을 요구하였지만, 이것이 이루어지지 않을 경우 후세인 정권 축출의지를 표명한 바 있다.
이 전쟁에 의해 발생한 석유공급교란의 규모는 세계 석유소비의 2.6%
에 달하는 일평균 1.9백만 배럴로 추산되고 있다.
22) 허리케인 카트리나에 의한 석유공급교란
2005년 8월 24일 1등급 규모의 태풍인 카트리나가 플로리다에 상륙하 여 멕시코만 서쪽지역의 석유 및 가스 플랫홈을 강타하여 이 지역의 석 유 및 가스 생산에 치명적인 손실을 초래했다.
이 사건으로 인해 7개주에서 1,299명 사망하고 약 250만 세대의 이재민 이 발생하는 등 인명피해를 속출했다. 특히, 약 800 유인 및 수천의 무인 오일․가스 플랫폼을 파괴했으며, 미 동부와 걸프지역을 연결하는 9,000마 일 파이프라인의 일부에 손상을 입혔다. 이로 인해 미국 전체 대비 원유 생산의 28.5%, 정유능력의 47.4%, 천연가스의 19.2%에 손실을 초래했다.
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석유공급교란 원인 시기 지속 기간 (개월)
일평균 공급부족량
(MMBD)
세계소비 비중비율 (%)
이란유전 국유화 통상금지/경제분쟁 51.03-54.10 44 0.7 5.30
수에즈 운하전쟁 중동전쟁 56.11-57.03 4 2.0 11.43
시리아 수송료 분쟁 통상금지/경제분쟁 66.12-67.03 3 0.7 2.04
6일 전쟁 중동전쟁 67.06-67.08 2 2.0 5.00
나이지리아 내전 내전 67.07-68.10 15 0.5 1.25
리비아 가격분쟁 통상금지/경제분쟁 70.05-71.01 9 1.3 2.71
알제리-프랑스 국유화 분쟁 내전 71.04-71.08 5 0.6 1.20
레바논 정치소요 내전 73.03-73.05 2 0.5 0.86
아랍-이스라엘 전쟁 중동전/통상금지/경제분쟁 73.10-74.03 6 1.6 2.75
레바논 내전 내전 76.04-76.05 2 0.3 0.50
사우디 유전사고 사고 -77.05 1 0.7 1.13
이란혁명 내전 78.11-79.04 6 3.7 5.68
이란-이라크전 발발 중동전 80.10-81.01 3 3.0 4.97
UK-Piper Alpha Offsh. Plat. Expl. 사고 88.07-89.11 16 0.3 0.60 UK Fulmer Float. Stor. Vess. Acc. 사고 88.11-89.03 4 0.2 0.39
액손 발데즈 사고 사고 89.03-89.04 1 0.5 1.00
UK Cormarant Platform 사고 89.04-89.06 2 0.5 1.00
이라크 쿠웨이트 침공 중동전/통상금지/경제분쟁 90.08-91.01 5 4.3 6.50
베네수엘라 파업과 소요 내전 02.12-03.02 3 2.1 2.62
나이지리아 소요 내전 03.03-03.08 6 0.3 0.37
이라크 전쟁 중동전 03.03-04.09 19 1.0 1.12
허리케인 카트리나 자연재해 05.08.24 - - -
<표 2-1> 석유공급교란 역사
<표 2-1>은 1951년 이란유전의 국유화로 인해 발생했던 석유공급교란 으로부터 2003년 이라크전쟁으로 발생했던 석유공급교란까지 지속기간 및 공급부족량을 나타내고 있다. 이러한 석유공급교란의 종합적인 분석 은 제4장에서 다루기로 한다.
Ⅲ. 석유공급교란 분포의 통계적 추론
1. 석유공급교란의 계량적 표현
1951년부터 2004년까지 석유공급교란이 21개가 발생했고 모든 석유공 급교란은 상호 관련이 없다고 가정하자. 이러한 공급교란의 성질을 바탕 으로 공급교란의 행태를 밝히고자 노력해 왔다. 과거서부터 교란크기를 세계석유소비에 대한 공급부족량의 비율로 표현하고 교란분포를 전통적 인 통계방법으로 추정되어왔다.
석유공급교란의 분포추정은 일평균공급부족량을 일평균소비량으로 나 눈 값으로 표시된 부족률의 형태를 분석한 것이다. 하지만 비율로 공급 부족을 표현하여 교란분포를 추정하는 것은 다소 분포추정에 왜곡을 불 러일으킬 수 있다. 세계석유소비량이 점차 증가추세이고 각 공급교란이 상호 독립이기 때문에 공급교란 비율이 다소 세계소비량에 영향을 받는 경향이 있다. 따라서 일평균공급부족률로 교란분포의 추정은 다소 석유 소비량에 영향을 받을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 공급교란 의 계량적인 표현을 일평균공급부족량으로 나타내는 것이 타당한 표시 이다.
교란크기의 계량적 정의를 일평균공급부족량으로 사용하는 것이 교란 분포가 세계석유소비량에 영향을 받지 않고 자체 공급교란의 형태에만 영향을 받으므로 공급교란 추정에 정확성 및 신뢰성을 부여할 수 있는 타당한 계량적인 표시라고 생각되어진다. 기호 사용의 일치성을 부여하 기 위해 발생순서대로 관찰된 교란크기를 x i, 1 ≤i≤n 라 가정하자.
2. 석유공급교란 분포
가. 와이블 분포
와이블 분포(Weibull distibution)는 생존과 관련된 자료뿐만 아니라 여러 분야에 널리 쓰이는 분포이다. 극단치이론(extreme value theory)에 서 와이블 분포가 매우 중요해서 산업분야에서 제조시간을 표현하는데 많이 쓰인다. 기상학 분야에서는 풍속(wind speed)의 형태를 추정하는데 와이블 분포가 적용된다. 석유공급교란도 일평균공급부족량으로 측정되 어 바람세기와 같이 와이블 분포로 추정하는 것이 타당한 접근이다.
나. 와이블 분포의 특성
와이블 분포는 연속적인 확률분포함수(continuous probability distribution)로 형태모수(shape parameter)와 척도모수(scale parameter) 로 결정된다. 형태모수( b > 0)와 척도모수( a > 0)에 대하여 와이블 분포 는 다음과 같은 형태를 가진다.
Ƅ ÞƖçſìƀß á ćſ ƀ
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ƀ à θËÃƙƜƚ
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ì Ɩ > × (3-1)[그림 3-1]에서 형태모수( b)는 와이블 분포의 비대칭 정도를 나타내고 척도모수( a)는 퍼짐 정도를 나타낸다. b을 고정시키고 a을 증가시키 면 와이블 분포의 형태는 우측으로 꼬리가 길어진다. 반대로 a을 고정 시키고 b을 증가시키면 최빈수가 좌측에서 우측으로 이동한다.
[그림 3-1] 모수(b, a)에 따른 와이블 분포의 형태
와이블 분포에서 확률변수의 변수변환을 통하여 다른 관련 분포를 생 성한다. 확률변수 X가 와이블분포를 따르고 Y = ln (X)하면 Y의 분포는 극단치분포(extreme value distributio)이며 위치모수(localtion parameter), Ɇ = ln (a)와 척도모수(scale prameter), ɍ = 1/b에 의해 결정된다. 와이블 분포의 특성에 관한 자세한 전개는 부록에 수록하였 다.
3. 와이블 분포의 모수적인 추정방법
X = [ x1,...,xn]가 미지의 모수( b, a)에 의해 결정되는 와이블 분포에서 나온 표본이라 하자. 우리의 관심은 미지의 모수를 추정하는 것이다. 와이블 분포의 추정방법은 몇 가지의 접근으로 볼 수 있다.
{ 그래픽 방법(graphical method) { 모수적 방법(parametric method) { 베이지안 방법(Bayesian method)
가. 모수추정의 그래프 방법
그래픽 방법(graphical method)에서 모수 추정은 자료의 누적분포함수 (cumulative distribution function)를 이용하여 얻는다. 이 방법의 주요단 점은 점근적 성질(asymptotical properties)을 바탕으로 한 통계적인 이론 을 기반으로 해서 개발된 것이 아니다. 그러나 다른 모수추정 방법의 초 기값을 제공하는데 유용하다. 와이블 분포의 두 모수를 추정하는 여러
방법 중에 간단하게 적용할 수 있는 그래픽 방법은 누적분포함수와 위 험함수(hazard function)를 이용하는 것이다.
¿Áåà ¿Á ã Î àÞƖ ç ſìƀß ä æ á ƀ ¿ÁƖ à ƀ ¿Áſí (3-2)
식(3-2)에서 와이블 분포의 누적분포함수( F ) 대신에 경험적 누적함수 (empirical cumulative distribution function)를 이용하여 미지의 두 모수 들을 선형회귀식에 적합하여 구하면 된다. 다른 유사한 접근 방법은 위 험함수(hazard function)를 이용하는 것도 있다. 자세한 절차는 부록을 참조하기 바란다.
나. 모수추정의 모수적 방법
와이블 분포를 계량적인 접근으로 추정하는 방법에는 모수적인 접근 과 베이지안 방법으로 나눌 수가 있다. 모수적인 접근은 우도함수의 값 이 최대가 되게 하는 모수를 추정한다.
위의 조건에 부합하는 추정량을 최대우도추정량(maximum likelihood estimator)이라고 하며, 대표본의 경우에 최대우도추정량은 정칙조건 (regularity conditions)하에서 일치성(consistency), 점근적 불편성 (asymptotically unbiased), 효율성(efficiency), 그리고 정규분포(normally distributed)의 성질을 가지고 있다. 와이블 분포의 우도함수는 미지의 모수에 대해 그 형태가 비선형 연립방정식으로 구성되어 있어 일반적인 연립방정식으로 풀 수 없기 때문에 수치적 접근인 Newton-Raphson법으 로 모수의 추정값을 구한다. 기울기(gradient)와 헤시안 행렬(hessian matrix)이 주어지고 구하고자 하는 모수를 ɂ = ( b,a)라 하면 식(3-3)
으로 |ɂi + 1-ɂi|가 일정한 값에 만족할 때까지 반복 수행해서 근사적 인 모수추정값을 구한다.
ɂi + 1= ɂ i-H- 1( ɂ i)g(ɂ i) (3-3)
모수적 방법은 표본의 수자가 많을수록 추정의 신뢰도가 높아지지만 반대로 적으면 베이지안 방법이 좋은 결과를 낼 수도 있다. 자세한 공식 은 부록을 참조하시오.
4. 와이블 분포의 베이지안 추정방법
베이지안 접근(Bayesian approach)은 모수에 대한 사전정보(prior information)로 출발하고 주어진 자료로 정보를 추가하여 모수를 추정하 는 방법이다.
특히, Markov Chain Monte Carlo(MCMC)방법은 베이지안 방법이 가 지고 있는 계산상의 문제점을 해결해주는 기법으로 현실적인 통계적 모 델(statistical models)에 대한 다양한 방향을 제공한다. 최근 통계적으로 적용되는 분야에서 야기되는 복잡한 구조 또는 표본의 수가 부족해서 생기는 문제를 MCMC방법으로 해결책을 제공해 왔다.
MCMC를 간단히 설명하자면 마코프 체인(Markov Chains)을 이용한 몬테칼르로적분(Monte Carlo integration)이다. 다차원(high-dimensional) 확률분포에 대한 모수추정 및 예측을 할 때 적분이 필요하다. 베이지안 방법은 사전분포와 우도함수를 토대로 사후분포에 대한 추론을 행하기 때문에 모수들에 대한 주변확률분포(marginal probability distribution)를
