가. 비용최소 최적화 모델
수송부문은 변동비의 대부분이 연료비용이 차지한다는 특성을 고려하
여 EFOM-ENV의 일반적인 목적함수인 (1)식을 다음과 같이 변경하여
설정한다.
Min 00OBCOST= ∑
Tp
t=T0+1[PWFt∑
N
i= 1(CVi,tEi,t+CIi,tXi,t] ...(2)
모델 운용을 위한 비용자료는 다음과 같이 정의하고 활용하였다. 즉 단위당 투자비용(CI)은 신규 기술을 도입한 자동차의 구입비용을, 변동 비(CV)은 옵션별 수송수단의 연료비를 사용하였다. 수송부문에서의 고정 비는 임금, 보험료, 자동차관련 각종 세금, 수리유지비 등이 포함되나, 본 연구에서는 모든 수송수단에서 일정한 것으로 가정하였다.
투자비용(CI)은 수송수단별 단위가격으로 입력되어야 하며, 입력단위
는 U$/TOY이다. 즉 수송수단별 연평균 연료소비량당 총구입비용을 산
출하여 입력하였다. 모형에는 파라메타 COST-INV 값으로 입력된다.
변동비용은 수송연료의 주유소 판매가격으로 하였다. 동 모델에서 변 동비는 파라미터 COST-VAR 값으로 입력된다.
나. 분석의 전제
본 수송부문 EFOM-ENV 모형에 외생 자료인 수송부문에너지 수요는
‘기후변화협약 및 교토의정서 대응전략 연구’(3차년도,2002년)의 연구결 과를 인용하였다. 에너지 수요전망은 KEEI모형을 재구성하여 에너지수 요의 부문별 특성에 입각해 경제활동 수준, 에너지이용기술, 에너지 이 용기기의 보급률, 에너지원단위 등의 변수를 이용해 수요전망의 기본구 조식을 설정하고 각 변수의 장기적 추세를 반영하여 이루어진다. 경제성 장은 2000-2020년까지 연평균 4.6% 증가하며, 인구는 동 기간동안 0.4%
증가한다. <표 Ⅳ-3, Ⅳ-4 참조>
<표 Ⅳ-3> 경제성장의 전제
구 분 대응과제2차년도 기준성장안
기준년도 2000년 8.8%
2001년∼2010년 2001∼2005년 5.1%
2006∼2010년 5.1%
2011년∼2020년 2011∼2015년 4.5%
2016∼2020년 3.7%
2000년∼2020년 4.6%
자료: 에너지경제연구원/산업자원부, 기후변화협약 및 교토의정서 대응 전략 연구, 2002
<표 Ⅳ-4> BAU 주요 전망 전제
주요 항목 2000 2005 2010 2015 2020 연평균변화율(%)
’00-’10 ’10-’20 ‘00-’20 GDP(’95년, 조원) 476.3 611.0 783.1 975.9 1170.3 5.1 4.1 4.6
인구(백만명) 47.0 48.5 49.6 50.4 50.7 0.5 0.2 0.4
제조업 VA비중(%) 34.2 32.9 30.8 28.9 27.9 - - -
자료: 전게서
수송부문 에너지수요전망에서는 수송수단(도로, 철도, 해상, 항공)별 화물 물동량 및 여객 수송수요와 도로 수송수요에 대응되는 자동차의 대수 및 주행거리 등을 고려하였다. 수송에너지 수요는 크게 여객, 화물 분야로 대분류하고, 도로, 철도, 해운, 항공 부문으로 중분류하였다. 그리 고 도로부문은 다시 자가용 승용차와 승합차로, 영업용 택시와 버스로 소분류 내지 세분류하여 나타내었다. 이를 다시 사용연료별로 분류(휘발 유, 경유, LPG, CNG, 전력, B-C, 전기, 제트유)하였다.
수송부문의 에너지원별 수요전망은 다음의 표Ⅳ-5 및 표Ⅳ-6와 같다.
<표 Ⅳ-5> 에너지원별 수송부문 에너지수요 전망
2000 2005 2010 2015 2020
연평균증가율(%)
’00-’10 ’10-’20
휘발유 7,884 10,762 13,133 15,361 16,634 5.23 2.39
경 유 13,297 16,088 18,466 20,734 22,860 3.34 2.16 L P G 3,453 4,312 4,628 4,968 5,145 2.97 1.06
중질유 3,969 4,596 5,426 6,322 7,294 3.18 3.00
항공유 2,167 2,660 3,473 4,294 5,149 4.83 4.02
천연가스 0 176 485 620 754 - 4.51 전 력 175 263 394 434 473 8.46 1.85 계 30,945 38,856 46,005 52,734 58,310 4.04 2.40 자료 : 전게서
<표 Ⅳ-6> 수송수단별 에너지수요전망
(단위:천TOE) 수송로 수송수단 연료 2000 2010 2015 2020 여객 도로 승용차 휘발유 7790.2 13042.3 15256.7 16514.6
경유 478.1 4605.3 5406.1 5810.8
LPG 716.3 1951.4 2097.6 2104.3
승합버스 휘발유 31.9 42.5 50.0 57.2
경유 987.8 1387.1 1630.9 1864.0
LPG 316.7 438.3 515.4 589.0
택시 LPG 2044.4 1835.5 1914.0 1960.3
승합차 경유 4990.7 4329.1 4540.3 4682.5
CNG 0 485.2 620.5 753.9
여객 철도 디젤동차 경유 249.0 296.5 303.6 319.3
전기동차 전력 72.7 126.5 138.3 148.6
지하철 전력 92.7 212.7 224.5 242.4
여객 해운 국내선박 경유 63.4 65.2 65.9 67.5 중질유 23.0 25.7 27.1 29.1 국제선박 중질유 30.9 36.6 39.5 41.9 여객 항공 국내선 항공유 797.3 1125.4 1317.3 1511.6
국제선 항공유 1003.5 1818.4 2343.5 2902.5
화물 도로 트럭 휘발유 62.2 47.7 53.8 62.7
경유 5421.2 6296.1 7116.8 8319.1
LPG 375.6 403.0 441.3 491.2
화물 철도 디젤동차 경유 98.7 234.2 293.7 324.9 전기동차 전력 9.4 54.6 71.4 81.9
화물해운 국내선박 경유 807.2 949.4 1014.2 1051.0
중질유 218.8 257.3 274.8 284.8
국제선박 경유 200.7 303.2 362.9 421.1
중질유 3696.3 5106.6 5980.5 6938.2
화물 항공 국내항공 항공유 4.8 7.0 8.4 9.7
국제항공 항공유 361.6 521.9 625.0 725.4
자료: 에너지경제연구원 내부자료
다. 수송부문 유효에너지 전망
EFOM-ENV는 최종에너지 또는 유휴에너지를 외생자료로 입력하여야 한다. 본 연구에서는 수송수단별 효율을 고려하여 유효에너지를 전망하 였다(표Ⅳ-7 참조). 우선 기준안(BAU)을 중심으로 경쟁 가능한 수송수단 들의 최종에너지 공급구조를 구축하였다. 그 다음 경쟁옵션간의 효율을 고려한 유효에너지를 산정하였다. 일반적으로 수송수단의 효율은 연비 (㎞/ℓ)로 나타난다.
<표 Ⅳ-7> 유효에너지 전망
(단위:천TOE) 기술옵션 2010 2015 2020
휘발유
기존 1934.33 2156.72 2120.52
린번 142.10 211.57 327.26
경량화 35.42 55.25 74.78
경차 154.56 230.13 355.97
CVT 37.01 57.72 93.75
소계 2303.42 2711.40 2972.28
경유 소계 716.10 840.48 903.60
LPG 소계 368.90 396.52 397.65
승용차계 3388.42 3948.40 4273.53
버스
자가경유 210.40 247.42 282.77
공공경유 656.71 688.72 710.41
휘발유 8.93 10.51 12.02
CNG 69.72 89.17 108.34
LPG 80.78 94.99 108.55
버스계 1026.54 1130.81 1222.09
트럭
경유 936.84 1059.01 1237.87
LPG 72.92 79.83 88.88
휘발유 7.87 8.88 10.35
트럭계 1017.63 1147.72 1337.1
본 연구에서는 단위열량당 가장 많은 수송서비스를 제공할 수 있는 수송수단을 기준으로 한 상대효율15)을 도출하고, 이를 최종에너지수요에 적용하여 경쟁 옵션들의 유효에너지를 추정하였다. 이때 연료간 경쟁이 발생하지 않는 분야인 해운, 철도, 항공 분야는 효율이 변하지 않는 것 으로 가정하였다.
라. 수송부문 EFOM-ENV 네트워크
1) 여객용 에너지 흐름
ㅇ 도로부문 : 자가용(승용차, 승합) 운수업(택시, 시내버스, 승합) 승용차분야에서는 휘발유, 경유, LPG, 전기 차종간 연료경쟁이 이뤄지 는 것으로 설계가 되었으며, 그 중 휘발유 차량은 다시 린번차량, CVT 차량, 경량화 차량, 기존휘발유차량 그리고, 경차가 서로 경쟁적이라고 가정하였다. 전기차의 경우는 신기술 관련한 구체적 자료를 확보하기 어 려웠으나, 에너지시스템의 구조를 파악하는 차원에서 이를 반영하였다.
그리고 2륜자동차는 현재 장기전망 자료가 없는 상태이나, 향후 장기전
망에서는 이를 고려해야 할 것이므로 네트워크에 반영하였다.
ㅇ 비도로 부문
철도, 해운, 항공분야는 에너지원간의 경쟁이 없는 것으로 가정하여 수요부문별 에너지 흐름을 그대로 반영하였다.
15) 동일거리를 이동함에 있어 전기자동차의 효율이 가장 좋다고 하자. 전기자동차가 사용열량을 1로 할 경우 다른 수송수단은 전기자동차에 비교하여 어느 정도의 효 율을 가지는 가를 살펴보는 상대적 지표임. 전기자동차의 사용열량을 각 수송수단 의 연평균소비열량으로 나눈 값으로 나타남.
2) 화물용 에너지 흐름
도로분야에 있어서는 화물은 주로 트럭에 의하여 운송된다. 트럭에 사 용되는 연료는 경유, LPG, 휘발유, 그리고 CNG 이며 서로 경쟁관계에 있다고 가정하였다. 철도는 디젤동차와 전기동차가 있으며, 사용연료는 각각 경유와 전기이다. 해운분야는 연안해운과 국제해운으로 나눠지며, 연안해운은 경유와 B-C 유, 국제해운은 B-C 유가 사용된다. 그리고 항공 분야는 국내항공과 국제항공으로 분류되고, 사용연료는 항공유이다.
화물운송에 있어서도 여객부문과 마찬가지로 도로부문을 제외한 철도, 해운, 항공분야에는 에너지원간의 경쟁이 없는 것으로 가정하고 최종수 요의 부문별 에너지 흐름을 그대로 반영하였다.
[그림 Ⅳ-1] 여객부문 에너지 네트워크
[그림 Ⅳ-2] 화물수송 네트워크
마. 분석용 자료의 수집
1) 수송수단별 투자비 가) 승용차
수송부문은 차종이 매우 다양하고, 수송수단별로 이용되고 있는 기술 도 제작회사별로 동일하지 않아, 특정한 수송기술에 대한 수평적 비교평 가가 용이하지 않는 것이 현실이다. 그러나 EFOM-ENV 모델은 다양한 기술옵션을 비용 중심으로 평가하는 것이므로, 가능한 한 경쟁이 발생할 수 있도록 에너지 네트워크를 구축할 필요가 있다.
본 모델에 이용된 대표 승용차는 현실적으로 연료대체가 발생하고 있 는 규모인 평균배기량 1,700cc ∼ 1,800cc 급을 중심으로 하였다.16) 모델 의 외생자료로 입력되는 신규 투자비(COST-INV)는 기존 휘발유 승용차 판매가격(자동차 제작사의 공급가격에 부가세를 합한 가격)을 중심으로 산정하였다.17)
경쟁관계에 있게 되는 고연비 승용차는 국내에서 개발이 추진되는 있 는 기술 중에서 실용화 기술개발 완료 및 보급이 일반화될 가능성이 높 은 것으로, 린번엔진 승용차, 무단변속기(Continuously Variable Transmission, CVT) 장착 승용차, 경량화 소재 장착 승용차, 그리고 경 차를 고려하였다.
∙린번엔진 승용차 : 일반 휘발유 승용차 판매가격 대비 약 4.7%
16) 현실적으로 휘발유에서 LPG 로 전환하는 1800cc 급에서 발생하고 있음.
17) D사 1,800cc 특정 모델의 판매가격은 12,100천원 정도임. 동일 모델이라도 선택사양 에 따라 승용차 판매가격은 상당히 달라질 수 있으므로 기본사양을 중심으로 함.
증가 가정. 현재 1,500cc급 3종의 모델에 대한 판매가격 변화율을 반영.
∙무단변속기 장착 승용차 : 일반 휘발유 승용차 판매가격 대비 약 5.4% 증가 가정. 현재 일부 800cc급 및 2,000cc 모델에 대한 판매가 격 변화율 반영.
∙경량화 소재 장착 승용차 : 일반 휘발유 승용차 판매가격 대비 약
5.0% 증가 가정. 시판중인 모델에 적용되는 것으로 보이나, 정확한
자료를 입수하기 곤란하여 가정에 의해 활용.
∙경승용차 : 일반 휘발유 승용차 판매가격와 직접 비교할 수 없어 시 중판매가격을 활용. 일정한 시장점유율 이상으로 물량이 흐르지 않 도록 물량제약을 가함.
연료대체 승용차는 차세대 자동차 기술개발사업(1992∼2002)의 추진에 의해 개발되기 시작하였다. 승용차를 중심으로 전기자동차, CNG자동차 에 대한 기술개발이 활기를 띠고 있으며, LPG 승용차는 이미 택시를 중 심으로 보급되기 시작하였다.
∙LPG승용차 : 일반 휘발유 승용차 판매가격 대비 약 1,000천원 증가 가정. 현재 일반 휘발유 승용차 개조시 약 800천원 정도 소요되는 것으로 조사되고 있음.
∙CNG승용차 : 일반 휘발유 승용차 판매가격 대비 약 4,000천원 증가 가정. 현재 일반 휘발유 승용차 개조시 약 3,000천원 ∼ 3,500천원 정도 소요되는 것으로 조사됨. 전국적으로 시내버스 충전용 이외에 일반 승용차용 CNG충전소는 거의 없음.
∙전기승용차 : 일반 휘발유 승용차 판매가격 대비 약 3배 증가 가정.
현재 선진국의 전기승용차 판매가격 수준은 약 2배 정도로 알려지 고 있음.