복수의 수요관리 정책들을 포괄하여 정책효과를 분석해야 하는 상황 도 종종 발생한다. 예를 들어 우리나라의 에너지기본계획이나 에너지 이용합리화기본계획과 같이 국가단위의 계획을 수립함에 있어 목표수 요를 설정할 때 가용한 에너지수요관리 정책수단들을 포괄하여 시나리 오를 구성하고, 해당 시나리오별로 에너지 절감량을 산정한 후 이를 바 탕으로 목표수요를 설정한다. 법정계획인 지역에너지기본계획의 경우 도 비슷한 방법으로 목표수요를 설정한 후, 이를 달성하기 위한 구체적 인 에너지수요관리 정책 수단들을 설계한다. 상황에 따라서는 최종에 너지소비 부문들 중 일부를 대상으로 해당 정책들을 포괄적으로 분석 해야 하는 상황도 발생한다. 전력수급기본계획은 에너지원 중 전력부 문만을 대상으로 분석하는 경우이다. 이러한 경우는 개별 기술이나 기 술의 집합에 대한 분석을 넘어 전체 에너지 수요와 공급을 고려한 분 석이 필요하며, 필요에 따라서는 수급에 영향을 미치는 다른 요소, 예 컨대 경제적 요소 등까지 고려가 필요하다.
에너지수요와 공급을 결정하는 요인은 크게 시장적 요인과 기술적 요인으로 구분이 가능하다. 이 두 요인 중에서 어떤 그룹의 요인을 중 심으로 에너지수요 및 공급을 결정할 것인가에 따라 에너지-경제모형 은 상향식모형(bottom-up model)과 하향식모형(top-down model)으로 구 분된다. 상향식모형은 경제 내의 기술적 잠재력과 에너지공급기술을 구체적으로 정의하여 다양한 대체기술이 비용조건과 에너지공급에 미 치는 영향을 분석하는 방법이고, 하향식 모형은 시장에서 채택된 이용 가능한 기술만을 고려하여 소득, 가격탄력성과 같은 총량경제지수를 통해 에너지수요를 결정한다(임재규 외, 2013, p. 98).
IPCC(2001)는 에너지 절감 및 온실가스 감축을 위한 정책들의 효과 분석 모형들을 제시하고 있는데, 여기에는 투입산출모형(Input-output
models), 거시경제모형(Macroeconomic models), 연산가능일반균형모형
(Computable general equilibrium models, CGE), 동태적 에너지최적화모형 (Dynamic energy optimization models), 통합에너지시스템 시뮬레이션모 형(Integrated energy-system models), 그리고 부분 예측모형(Partial forecasting models) 등을 포함하고 있다(임재규 외, 2013, p. 95). 본 절에 서는 우리나라에서 에너지정책 효과평가를 위해 많이 채택되고 있는 상향식모형인 LEAP 모형과 TIMES 모형, 그리고 대표적인 하향식모형 인 CGE 모형을 대상으로 그 작용 원리와 장점 및 단점 등을 비교평가 하고, 본 연구의 에너지효율관리 정책의 효과를 평가하기에 적합한 모 형을 검토하였다.
가. 주요 방법론 검토
1) LEAP 모형
LEAP(Long-range Energy Alternative Planning System)은 Stockholm
Environment Institute(SEI)에서 에너지정책 및 기후변화 완화 관련 분석
을 위해 개발된 분석도구이다(임재규 외, 2013, p. 104). LEAP은 시나리 오 분석에 기반을 두고 있으며, 시나리오는 에너지소비 행위에 대한 포 괄적인 정보에 기초하며, 특정지역에 대한 경제, 인구, 기술, 가격 등에 가정들을 반영한다. 비교적 신축적인 데이터 구조하에서 에너지소비 행태와 기술에 대한 시나리오를 설정할 수 있다. 이를 통해 분석대상 지역이나 국가의 에너지수급과 공급에 대한 중장기 전망이 가능하며,
정책분석 도구로서 에너지 관련 정책, 프로그램, 투자 및 행등 등이 물 리적, 경제적 그리고 환경에 미치는 효과와 문제를 분석하는 데 활용이 가능하다.
시나리오 설정을 통해 기준전망(Business as usual, BaU) 결과가 도출 됨과 동시에, 각종 정책 및 프로그램에 의한 수급전망 등을 도출할 수 있다. 시나리오별 전망결과가 도출되면, 이러한 결과는 각종 정책 및 프로그램들의 효과를 독립적으로 또는 종합적으로 분석할 수 있다.
LEAP은 크게 경제모듈, 에너지모듈 그리고 환경모듈로 구성된다. 에 너지수급을 결정하는 외생변수, 에너지소비, 에너지전환 및 공급, 온실 가스 및 대기오염 배출 등 온실가스 배출을 결정하는 일련의 과정을 순차적인 모듈로 구성한 것이다(이성인 외, 2009, p. 38).
[그림 5-2] LEAP의 일반적인 모듈 구조
자료: 임재규 외(2013, p. 106)
각 모듈은 그 특성에 따라 서로 다른 계산기법을 적용할 수 있다(임
재규 외, 2013, p. 107). 최종에너지소비를 결정하는 데 있어 크게 세 가
지 방식을 선택적으로 사용할 수 있는데, 첫째는 에너지집약도(energy
intensity)를 통해 에너지 소비량을 결정하는 ‘에너지소비활동 분석
(activity analysis)’이다. 이 계산법은 에너지소비활동(activity level)과 단 위 활동의 에너지소비량, 즉 에너지집약도를 활용하며, 그 수식은 아래 와 같다.
에너지수요 에너지소비활동 수준×에너지집약도 [수식 2]
둘째는 ‘스톡분석(stock analysis)’ 방법으로, 에너지소비가 에너지사용
기기의 수명이나 보급대수에 크게 의존하는 경우에 기기의 보급대수 (stock)와 기기당 에너지소비량(energy intensity per device)을 통해 에너 지소비량을 계산한다. 그 산식은 아래와 같다.
에너지수요 기기별 보급대수×기기별 에너지집약도 [수식 3]
마지막으로, 수송부분에 대해서는 차종별 등록대수와 연비(fuel
economy) 그리고 연간 운행거리를 이용해 에너지소비량을 계산하는
‘수송 분석(transport analysis)’이 있으며, 그 산식은 아래와 같다. 에너지수요 자동차 보급대수×연간 운행거리×연비 [수식 4]
LEAP은 에너지정책에 대한 아이디어나 계획에 대한 분석과 평가를 복잡한 타 분석모형을 거치지 않고 손쉽게 수행할 수 있는 장점이 있 다. 또한 모델 내부에 에너지관련 기술의 기술적 특성, 비용 및 환경적
효과 등에 대한 데이터베이스(Technology and Environmental Database, TED)가 있으며, 부문별, 기술별 에너지 수급변화에 따른 온실가스 배출 량을 동시에 산정할 수 있다는 것이 여타 상향식 모델과 차별화된 LEAP 시스템만의 장점이다(이성인 외, 2009, p. 40). 반면, 거시경제모 형과 같이 정책이 고용이나 GDP 등과 같은 경제변수에 미치는 파급효 과를 분석할 수 없으며, 자동적인 시장균형 또는 최적화 분석을 수행하 기 어려운 단점이 있다(임재규 외, 2013, p. 104). 또한 입력 데이터의 질이 도출되는 결과에 큰 영향을 미친다는 점도 주의해야 할 부분이다 (이성인 외, 2009, p. 40).
2) TIMES 모형
TIMES(The Integrated MARKAL-EFOM System)62)는 지역, 국가, 다지 역(multi-regional) 또는 글로벌 에너지시스템을 구축하기에 용이한 경제 모델로서, 다기간(multi-period time horizon)에 걸친 기술기반의 에너지 역학관계를 구현하기에 적합하다(Loulou 외, 2016, p. 9). 이 모델은 일 반적으로 전체 에너지부문을 포함하지만, 필요에 따라서 전력, 지역난 방 등 개별 에너지부문만으로 모형을 구축하는 것도 가능하다.
TIMES도 상향식 모형으로, 모형 내에 에너지 공급기술을 구체적으
로 정의하고, 다양한 대체 기술의 도입이 에너지공급과 비용에 미치는 영향을 분석하는 방법론이다(안지운, 2014, p. 24). 에너지수요를 포함한 최종 수요가 외생적으로 주어지며, 그 수요를 충족시키기 위한 에너지 공급이 모형에서 결정된다. 즉, 에너지 및 서비스 수요를 가정하고 그
62) TIMES의 구조는 MARKAL(Market Allocation Model)과 EFOM 등 두 상향식 모델의 영향을 받았다(Loulou 외, 2016, p. 9)
수요를 충족시키기 위해 하위 요소들을 어떻게 활용하는지를 결정하는 방식으로 분석된다.
TIMES의 에너지경제는 에너지 캐리어(carriers), 물질, 에너지서비스
및 배출과 같은 상품이나 서비스에 대한 생산자와 소비자로 구성된다. 기본적으로 완전경쟁 시장을 가정하며 결과는 생산자 잉여와 소비자 잉여의 합인 총 순잉여(net total surplus)를 극대화하는 공급과 소비의 균형상태가 된다. 완전경쟁 시장의 가정에서 벗어나 기술 보급의 제약, 배출에 대한 제약, 외생적 유가 적용 등과 같은 제약들을 적용할 수도 있으며, 세금이나 보조금과 같은 시장 결함(market imperfections)도 적용 이 가능하다.
TIMES에서 에너지경제는 세 가지 유형의 요소들로 구성된다. 첫째
는 공정이라는 개념에서의 기술인데, 이는 특정 상품을 다른 상품으로 전환시키는 물리적 플랜트, 차량 또는 다른 디바이스를 의미한다. 채굴 공정이나 수입 과정이 여기에 포함되며, 에너지를 수요서비스로 전환 하는 활동, 예컨대 난방 시스템, 차량과 같은 최종 소비 디바이스, 정유 공장과 같은 에너지공정 플랜트, 전기를 생산하는 전환 공정 등이 여기 에 포함된다. 둘째는 상품인데, 여기에는 에너지 캐리어, 에너지 서비 스, 물질, 화폐의 흐름, 배출로 구성된다. 상품은 하나 또는 그 이상의 공정으로 생산되며, 다른 공정에서 소비된다. 마지막은 상품의 흐름인 데, 이는 공정과 상품을 연결시킨다. 흐름은 상품과 같은 특성을 같지 만, 하나의 특정 공정에 국한되어 있으며, 하나의 투입 또는 그 공정의 하나의 산출을 말한다. 예를 들어, 특정 지역, 특정 시점, 특정 기간에 서 특정 유형의 풍력터빈에서 생산된 전력이 하나의 상품 흐름이다.
[그림 5-3]는 가상의 단일 에너지서비스 수요, 즉 가정의 난방 부문을
통해 TIMES 모형의 일반적인 구조를 보여준다. 여기에는 가스, 전력 및 난방유 에너지 캐리어(상품)를 각각 사용하는 세 가지 최종 소비 난 방 기술들이 있다. 이 에너지 캐리어는 하나의 가스 플랜트, 세 개의 발 전 플랜트, 그리고 하나의 정유소와 같은 다른 기술에 의해 생산된다.
[그림 5-3] TIMES의 기준(reference) 에너지시스템 구조도
자료: Loulou 외(2016, p. 19)
3) CGE 모형
연산가능 일반균형모형(Computable general equilibrium, GCE)은 다양 한 에너지 및 기후변화 정책효과 분석에 주로 사용되는 하향식 모형이 다. CGE는 비교정학 분석(comparative static analysis)을 통해 정책의 효 과를 평가할 수 있다(Böhringer 외, 2003, p. 2). 생산자와 소비자가 비용