경제·인문사회연구회 녹색성장 종합연구 총서 10-02-43 기본연구보고서 10-20
이 성 인 최 도 영
저소비·고효율 경제사회 구축을 위한 국가 에너지효율화
추진전략 연구
녹색성장 종합연구
총서 일련번호
연구기관 고유 일련번호
연 구 보 고 서 명 연구기관
10-02-25 10-35 자동차 연비 및 온실가스 규제방안 연구
10-02-26 10-15 배출권거래제도와 신재생에너지 공급의무화 제도 연계방안 연구
10-02-27 10-16 자유무역협정(FTA)의 에너지 수급구조 및 온실가스 배출 파급효과 분석
10-02-28 10-17 2012년 이후 국제 탄소시장 전망 및 활용전략 연구 10-02-29 10-18 탑-러너 제도의 친경쟁적 도입 방안 연구 10-02-30 10-13 광역경제권 신재생에너지 선도산업의 육성방안 연구
10-02-31 10-9 에너지효율시장 조성방안 연구
10-02-32 10-14 신재생에너지 부품․소재 산업 육성을 통한 수출 산업화 전략 연구
에너지경제 연구원 10-02-33 10-12 스마트그리드 구축을 위한 시장참여자의 역할과
정책방향
10-02-34 10-28 미래 수소경제 실현을 위한 기반구축 연구:
가정․상업 및 발전부문의 수소공급 인프라 구축 10-02-35 10-29 미래 수소경제 실현을 위한 기반구축 연구:
수소경제 이행의 산업 및 국민경제 파급효과 분석 10-02-36 10-30
바이오에너지산업 육성을 통한 FTA 대응전략 연구:
유기성 폐자원의 에너지화에 따른 기후변화 대응 잠재력 연구
10-02-37 10-31
바이오에너지산업 육성을 통한 FTA 대응전략 연구:
축산물과 쓰레기를 이용한 바이오가스 생산의 환경적 가치 추정
10-02-38 10-32 저탄소 경제시스템 구축 전략 연구: 상․하향식 통합모형 개발 및 저탄소 정책효과 분석
2010년 경제·인문사회연구회 녹색성장 종합연구 총서
“저소비 ․ 고효율 경제사회 구축을 위한 국가 에너지효율화 추진전략 연구”
1. 녹색성장 종합연구 총서 시리즈
녹색성장 종합연구
총서 일련번호
연구기관 고유 일련번호
연 구 보 고 서 명 연구기관
10-02-39 10-33 저탄소 경제시스템 구축 전략 연구: 저탄소 경제 체제 구축전략 수립
에너지경제 연구원 10-02-40 10-26 에너지부문의 기후변화 대응과 연계한 녹색성장
전략 연구: 녹색성장 정책수단의 효과 분석 10-02-41 10-27
에너지부문의 기후변화 대응과 연계한 녹색성장 전략 연구: 기후대응 녹색에너지산업의 시장 확대 방안 분석
10-02-42 10-25 시장친화형 에너지 가격체계 구축 종합 연구 10-02-43 10-20 저소비․고효율 경제사회 구축을 위한 국가 에너지
효율화 추진전략 연구
2. 참여연구진
연구기관 연구책임자 참여연구진
주 관 연구기관
에너지경제연구원 이성인 연구위원
최도영 연구위원 민동기 건국대 교수 김인수 에너지관리공단 실장
<요 약>
1. 연구의 필요성 및 목적
최근 고유가로 대변되는 에너지자원 위기와 기후변화로 대변되는 환 경위기에 직면하여, 저탄소 녹색성장이 국정과제로 대두됨에 따라 에너 지효율 제고가 선택이 아닌 필수 사항으로 정부정책의 핵심과제의 하 나로 추진되고 있다. 에너지 효율은 에너지안보, 기후변화, 경제적 측면 에서 중요하다. 최근 기후 변화 문제가 대두하면서 온실가스 배출량의 약 85%를 차지하는 에너지의 효율 향상은 중요성이 더 크게 부각 되 었다. 에너지효율성 제고를 위한 국가차원의 적극적인 대응이 이루어지 지 않으면 향후 국내 경제사회적 효용의 상대적 악화 뿐 아니라 산업 및 국가 경쟁력의 하락마저 야기할 수 있다.
정부는 ‘2020년 배출량 전망 대비 30% 감축’이라는 국가 온실가스 감축 목표를 2009년 말에 발표하였고, 에너지다소비업체(사업장)을 대 상으로 온실가스․에너지 목표관리제를 2012년부터 본격 시행한다는 계획이다. 대상 업체는 최근 3년간 평균 온실가스 배출량 및 에너지 사 용량이 일정 기준 이상인 업체(법인) 및 사업장으로 단계적 확대되게 된다. 중기 온실가스 감축목표를 달성하기 위해 부문별, 업종별 중장기 감축목표를 설정하고 에너지다소비 사업장을 대상으로 하는 온실가 스․에너지 목표관리제도의 효과적인 추진을 위해서는 업체별로 실현 가능한 합리적인 감축목표 도출이 필요하다. 부문별/업종별 에너지-온 실가스 목표 설정과 업체별 합리적인 감축목표를 도출하기 위해서는 에너지효율 평가와 절감 잠재량 평가가 요구되고 있다.
따라서 본 연구는 이러한 요구에 맞추어 제조업을 중심으로 3년간 (2010～2012년) 걸쳐 제조업 업종별로 에너지효율성 평가와 에너지 절 약잠재량을 분석하는데 그 목적이 있다. 1차년도 연구인 금년에는 철 강, 석유화학 및 시멘트산업 등 3대 에너지다소비 업종을 대상으로 에 너지효율성을 평가하고 에너지절감 잠재량을 추산해 보고자 하였다
2. 주요 내용
우리나라는 2008년 기준 경제규모는 세계 12이이며, 에너지소비 세
계 10위의 에너지다소비 국가이다. 그러나 한국은 에너지원단위는
OECD국가 중에서 높은 국가에 속한다. 에너지원단위가 높은 주요 요
인은 에너지 다소비업종 중심의 산업구조와 선진국에 비해 상품·서비스 의 부가가치가 창출이 낮은 데 기인한다. 제조업과 에너지다소비 업종 의 비중이 크면 클수록 국가 에너지원단위는 높아지게 된다. 한국의 제 조업 총부가가치 비중은 28.4%로 일본(20.7%), 독일(23.6%), 미국 (12.7%), 영국(12.4%)에 비하여 7.7∼16.0%p 높고, 또한 에너지다소비 산업의 비중도 6.3%로 이들 국가에 비하여 2.3∼4.1%p 높은 수준이다.
그러나 부가가치 창출율(부가가치/생산액)은 주요 선진국에 비하여 아 직 낮은 수준이다.
국내 제조업의 에너지소비는 2000~‘09년 기간 중 연평균 2.3%의 증 가율을 기록하여 부가가치 성장률(5.3%)보다 낮은 안정적인 증가세를 나타냈다. 조립금속업, 석유･석탄 및 화학제품제조업, 1차금속업의 에 너지소비가 각각 4.9%, 4.0%, 1.1% 증가한 반면, 나머지 업종들의 에 너지소비는 분석기간 중 모두 감소하였다. 제조업의 부가가치 에너지원
단위는 분석기간 동안 연평균 2.9%씩 개선되었다. 조립금속업은 부가 가치 성장과 에너지소비 증가율이 가장 높은 업종이지만 에너지원단위 는 2009년 기준으로 0.06(TOE/백만원)으로 가장 낮은 수준이다. 조립 금속업의 연평균 원단위 개선율은 4.4%에 달해, 섬유의복업(4.5%) 다 음으로 빠른 개선추세를 보였다. 에너지다소비 업종인 석유･석탄 및 화 학제품제조업의 에너지원단위는 분석 기간 중 소폭(연평균 0.1%) 악화 된 것으로 나타났고, 2006년 이후 원단위 악화 추세가 나타나고 있다.
1차 금속업의 에너지원단위는 단지 연평균 0.2% 개선되었다. 비금속
광물업은 에너지원단위가 비교적 높은 연평균 3.5% 개선되었다.
에너지원단위의 한계를 보완하기 위해 널리 사용되는 디비지아 방법 으로 생산 활동, 산업구조변화, 에너지효율 개선으로 에너지소비를 요 인분해(decomposition)를 수행하였다. 2000년과 2009년 두 연도간의 제 조업 에너지소비 변화를 요인별로 살펴보면, 생산 활동이 제조업 에너
지소비 38.1백만TOE) 증가 효과 있었으나 산업구조 변화와 에너지효
율 개선이 각각 17.2백만TOE, 4.3백만TOE 감소 효과를 가져와 실재 에너지소비는 단지 16.6백만TOE에 증가에 그친 것으로 분석되었다. 또 한 제조업 전체 에너지소비에서 61%(2009년 기준) 비중을 차지하고 있는 원료용(석유화학업의 납사, 1차금속업의 원료탄)의 에너지 소비를 제외하고, 순수하게 연료로 사용된 에너지원 만을 대상으로 에너지소비 변동에 대해 요인분해를 수행하였다. 요인분해 결과, 생산 활동이 제조 업 에너지소비 15.5백만 TOE 증가 효과를 나타냈으나 산업 구조변화 효과가 7.8백만TOE, 에너지원단위 개선이 4.8백만TOE 에너지소비 감 축효과를 가져와 실재 에너지소비증가는 3.5백만 TOE 증가에 그친 것 으로 추정되었다. 원료용 에너지를 제외한 분석 결과가 산업구조 변화
와 원단위 개선이 에너지소비 감소에 대한 기여도가 훨씬 큰 것으로 추정되었다. 이는 원료용 에너지는 절감에 한계가 있고, 대체가 불가능 한 원료의 성격을 갖고 있기 때문이다. 따라서 제조업 부문에서 2000~09년 기간 동안 산업구조 변화와 에너지효율 개선이 에너지소비 증가를 억제하는데 상당한 역할을 한 것으로 평가된다.
본 연구에서는 에너지원단위와 같은 전통적 효율성 평가방법의 문제 점들을 극복할 수 있는 대안으로 최근 크게 주목을 받고 있는 자료포 락분석법(DEA) 이용하여 에너지다소비산업인 철강업(ISIC 2710), 석유 화학(ISIC 24) 및 비금속광물업(ISIC 26)에 대해 OECD 주요 국가 간 에너지 효율성을 상대평가 하였다. 투입기준모형을 이용하여 에너지효 율성을 측정하였다. 산출요소로 일반적으로 사용되고 있는 생산액과 부 가가치를 사용하였다. 투입요소로는 일반적인 생산함수식에서 나타나 는 노동과 자본과 함께 에너지를 선택하였으며, 국가별 업종의 투입 노 동을 대체하는 변수로 유사논문에서 사용하고 있는 산업종사자 수를 선택하였다. 자본의 대체변수로서는 총고정자본형성을 사용하였다. 자 국화폐기준인 총고정자본형성과 산출의 변수인 생산액 및 부가가치는 PPP 환율을 적용하여 달러로 환산하였다. 석유화학산업에 투입되는 납 사는 단순히 연료로서가 아니라 원료로서 투입되는 성격이 강하기 때 문에 이들 비에너지와 순수한 에너지만을 분리하여 투입요소로 선정하 였다. 분석자료로 에너지소비 자료는 IEA의 통계를 이용하고, OECD 및 각국의 통계청을 활용하여 업종별 생산액, 부가가치, 총자본형성 및 종사자 수에 대해 자료를 수집하였다. 철강 생산 통계는 세계철강협회 통계자료를 활용하였다.
철강업의 에너지효율성을 자료이용 가능한 17개 국가를 대상으로
2000년부터 2006년까지 연도별로 실증분석 결과, 한국의 철강업의 에 너지효율성은 일본, 스웨덴과 더불어 상대적으로 분석대상 기간 효율성 이 높은 것으로 평가되었다. 또한 산출요소로 선철, 조강 및 최종제품 생산량으로 하고, 투입요소로 철강산업의 구조적 특성을 반영하기 위하 여 유연탄, 전기 및 화석연료로 선정하여 2007년과 2008년의 에너지효 율성을 측정하였다. 2007년의 경우 한국의 철강업은 일본, 스페인, 터 키, 영국, 네덜란드, 슬로바키아, 오스트리아 국가와 함께 에너지효율성 이 높은 국가로 평가되었다. 2008년의 경우 한국의 철강업의 에너지효 율성이 2007년에 비하여 떨어진 0.84로 나타났으며, 이는 규모의 효율 성이 낮아 나타난 현상으로, 2008년의 경우 규모의 효율성 개선으로 16% 정도 에너지를 절감 가능한 것으로 평가되었다.
석유화학산업의 에너지효율성을 OECD 22개 국가를 대상으로 측정 한 결과, 한국의 연료용 에너지(납사제외) 효율성은 2002년까지 주요 선진국에 비하여 상대적으로 낮은 것으로 평가되었으나, 2003년부터는 에너지효율성이 1로 효율적인 국가로 평가되었다. 원료용 납사의 효율
성도 2002년까지 연료의 효율성이 상대적으로 낮은 것으로 평가 되었
으나, 2003년부터는 효율적인 국가로 평가되었다.
한국의 비금속광물업의 에너지효율성은 2000년 0.72에서 2006년에
는 0.90으로 개선되고는 있으나 상대적으로 낮은 것으로 나타났다. 규
모의 효율성과 기술적 효율성이 2005년까지는 모두 낮았으나 2006년 의 경우 기술적 효율성은 1인데 반하여 규모의 효율성이 낮아 에너지 효율성이 낮은 것으로 평가되었다. 에너지절감 잠재량 측면에서 살펴보 면, 2000년에는 28%, 2001년 25%, 2002년 12%, 2003년 14%, 2004년 11%, 2005년 18%, 2006년의 경우에는 10% 정도 에너지절감 잠재력이
있는 것으로 평가되었다. 미국, 영국, 그리스, 벨기에, 오스트리아, 네덜 란드, 스페인 및 룩셈부르크 등 8개국의 비금속광물업은 에너지효율성 이 1로 나타났다. 반면에 한국(0.90) 독일(0.92), 프랑스(0.90), 이태리 (0.79) 등 14개국은 상대적으로 효율성인 낮은 것으로 평가되었다.
에너지다소비산업의 에너지절감 잠재량은 에너지 정밀진단 결과를 토대로 분석하였다. 2000년 이후 철강, 석유화학 및 시멘트업체 중 진 단을 받은 167개 업체의 정밀진단 결과를 집계․분석한 결과, 절감 가 능한 에너지 잠재량은 전체 에너지사용량의 10.6%인 3,471천TOE로 집계되었으며, 절감잠재량을 100% 실현하기 위해서는 1조 5,016억원 의 투자비가 소요되고, 연간 9,100억원의 에너지비용 절감이 기대되는 것으로 집계되었다. 에너지절감으로 CO2 감축 예상량은 5,861tCO2/년 으로 추산되었다. 에너지절감 잠재량은 업종별로 살펴보면, 화공업종이 에너지소비량의 10.9%, 철강업종이 9.5%, 시멘트업종 8.0% 각각 절감 가능한 것으로 나타났다. 여기서 절감 잠재량은 진단 이후 설비개선 등 에너지절약 투자가 이행되어 이 보다 작을 것으로 추정된다. 이들 다소 비산업의 절감잠재량을 설비별로 살펴보면, 조업 및 공정개선 부분이 43%, 열사용 설비 및 공정에서 발생되는 폐 에너지 및 발열 에너지를 회수하는 폐열회수 부분이 24.0%, 그리고 기존의 에너지 사용설비 및 관련 설비를 추가/보완하여 에너지를 절감하는 설비보완부분이 16%를 절감 가능한 것으로 나타났다. 다음으로는 고효율 또는 신설비로 대체 하여 에너지 절감을 도모하는 설비개체가 13%, 운전관리합리화 4% 순 으로 절감잠재량이 큰 것으로 분석되었다.
철강 산업체의 요인별 절감잠재량이 가장 높은 부분은 설비보완 부 분으로 41%로 가장 많고, 다음으로는 조업 및 공정 개선부분 22%, 폐
열회수 17%, 운전관리합리화 13%, 설비개체 6% 순으로 나타났다. 설 비별 잠재량이 가장 높은 부분은 요·로 설비로써 57%를 차지하고 있었 으며, 다음으로는 압축설비류 19%, 건조기 및 가열기류 13%, 터빈 및 펌프 설비류 4% 순으로 나타났다. 화학산업체의 요인별 에너지절감 잠 재량이 가장 높은 부분은 조업 및 공정개선 부분으로 46% 이었으며 다음으로는 폐열회수 23%, 설치개체 14% 설비부분이 13% 순으로 나 타났다. 절감잠재량을 설비별로 살펴보면, 화공산업의 특성상 반응기류 의 절감잠재량이 24%로 가장 높았으며, 다음으로는 기타 열사용설비 19%, 열저장 및 수송설비 16%, 건조기 및 가열기류 11% 순으로 나타 났다. 시멘트 산업체의 에너지절감 잠재량은 에너지 사용량의 80% 이 상을 요·로 부분에서 사용하는 산업의 특성으로 인하여 폐열회수 부분 으로 절감잠재량의 약 79%를 차지하고, 설비보완 7%, 운전관리합리화 6%, 조업 및 공정개선 3%, 열원대체 2%, 설비개선 2% 순으로 잠재량 이 높은 것으로 나타났다. 시멘트 산업의 설비별 절감잠재량이 가장 높 은 부분 역시 에너지사용량의 80% 이상을 차지하고 있는 요·로 설비류 로 전체 절감잠재량의 85%에 달하였으며 다음으로는 송풍기설비류 6%, 기타 열사용 설비류 4% 순으로 나타났다.
3. 정책제언
국가 에너지이용 효율 향상을 위해서 장기적인 목표를 가지고 통합 적이고 일관된 정책과 체계적인 실천이 요구된다. 에너지절감 잠재량의 상당부분이 복잡다기한 요인으로 시장에서 절감으로 실현되지 못하고 있다. 따라서 기술적, 경제적, 제도적 측면에서 통합적이고 일괄적으로
추진되어야 한다. 그리고 전반적인 에너지효율시책에 대해 모니터링 및 평가를 통해 지속적으로 개선해 나가야 한다. 또한 에너지 절감 및 효 율 정책 이외에도 경제 전반의 부가가치 창출력 향상과 더불어 기술혁 신, 산업구조 개편 등 경제 전반의 에너지 효율화가 필요하다. 에너지 절감 및 온실가스 감축을 위해서는 정부와 기업 간의 보다 긴밀한 파 트너십이 무엇보다 중요하다.
정부는 산업체의 생산 활동을 위축시키지 않으면서 에너지효율 개선 을 이루어지도록 감축 목표를 설정하고, 고효율 및 우수사례의 채택 및 보급 확산을 저해하는 시장장벽을 제거하여야 에너지효율 활동이 시장 에 의해 추진되도록 시장을 조성하는 방향으로 정책을 추진해야 한다.
그리고 정부는 목표관리업체별 목표할당을 하기 위해 업종․업체별로 기술수준, 감축여력, 업종내 경쟁력 등을 분석하여 적정 목표량 도출하 고, 인벤토리 구축 및 핵심절차 이행에 필요한 행정․재정․기술 지원 을 강화해 나가야 한다. 특히 대기업과 중소기업 간의 상생협력을 적극 적으로 유도하고 에너지진단에 따른 에너지절약시설 투자에 대한 자금 지원 등 우대를 통해 진단결과 이행을 제고하여야 한다. 또한 공장이나 설비단위에서 비용효과적인 에너지절감 가능분야를 파악하여 이를 실 행해나가는 에너지관리(EM)경영이 산업전반에 확산 되도록 지원이 필 요하다.
감축주체 관점에서도 효율적인 에너지 및 온실가스 배출관리가 무엇 보다 중요한 과제이다. 즉 어떤 기업, 소비자이든 지금까지 노력을 기 울여 온 에너지절감의 성과와 원인을 파악하고, 향후 개선되어야 할 사 항과 그 우선순위를 파악해야 한다. 즉, 현재의 에너지효율 수준을 진 단․평가하고, 이용가능한 절감수단의 잠재량을 토대로 실현가능한 절
감 잠재량이 파악하는 것이 우선되어야 한다. 앞서 논의한 바와 같이 국내 에너지다소비산업의 에너지효율성은 상대적으로 높은 것으로 평 가되나, 기술적 저감수단을 통한 절감 잠재량은 상당 수준 존재하는 것으로 평가된다. 철강, 석유화학, 시멘트 산업 등 에너지다소비산업은 모든 산업의 기초소재를 공급하고 전후방 산업과의 밀접한 연계성을 가지고 있어 이들 산업체의 에너지효율은 다른 산업에 파급효과가 크 다. 따라서 에너지다소비산업체는 기후변화 해결을 위해 가장 중요한 것은 신속하고 자발적인 실천을 목표를 설정하고, 저탄소 공정으로 전 환하고 녹색 비즈니스를 확대해 기후변화에 선도적으로 대응 해 나가 야 한다. 이를 위해 자체적으로 에너지효율 수준을 평가하고 에너지저 감 수단을 발굴하여 절감잠재량을 추산을 바탕으로 에너지절약 및 온 실가스 감축대책을 수립하여 전사적으로 추진해 나가는 것이 요구된다.
국내 철강업은 단기적으로는 원료가격 급등과 고품위 철강 원료의 고갈 추세에 맞추어 저품위 원료 사용 기술 등의 개발과 함께 중장기 적으로는 온실가스 배출원인 석탄을 대체 할 수 있는 수소환원제철법 등과 같은 혁신기술 분야에 대한 산-학-정 공동 연구개발이 필요하다.
화학산업의 경우도 공정 기술은 기술주기가 30년 이상으로 기술적 안 정성이 확보되어야 현장기술로서 적용이 가능하나, 절약잠재량의 큰 조 업 및 공정부문에 개선을 위해 지속적 노력이 요구된다. 시멘트 산업은 에너지절감 잠재량이 큰 폐열회수 확대와 더불어 슬래그 시멘트 생산 확대해 나갈 필요가 있다. 최근 철강업의 고로설비 건설․확대로 고로 슬래그 추가 발생량은 연간 360만 톤에 이를 것으로 추정되고 있다.
본 연구의 업종별 에너지효율성 평가와 절감 잠재량 추정은 미시적 자료의 부족으로 일정한 한계를 가지고 있다. 향후 연구는 에너지효율
성 평가의 정밀도를 높이기 위해 관련 기초자료를 확보하여 업데이트 하고, 또한 비용 최소화, 바람직하지 않은 산출물인 이산화탄소 배출을 포함시키는 등 DEA 모형의 확장과 더불어 민감도 분석 등 추가적인 실증분석이 필요하다. 온실가스․목표관리제도하에서 기업별 감축목표 협상의 기초자료로 활용하기 위해서는 기업단위 에너지효율성 평가와 절감잠재량 분석이 필요하나, 기업별 기초자료가 절대적으로 부족현실 에서는 불가능하다. 이는 장기적인 과제로 추진하고 단기적으로 감축목 표 협상에서 에너지진단 결과를 활용하는 것이 바람직하다. 따라서 1차 년도 연구대상인 3대 에너지다소비산의 분석을 지속적으로 업데이트하 고 분석대상 업종도 확대하여 2012년까지 전제 제조업 업종을 대상으 로 면밀할 실증분석을 수행할 예정이다.
ABSTRACT
1. Research Background and Purpose
As the low-carbon green growth emerges recently as a national issue in the face of energy resource and environmental crisis, the improvement of energy efficiency has been promoting as a key issue in the governmental policy not as selection but as required item. The energy efficiency is very important in terms of energy security, climate change and economy. Global warming and climate change currently underway worldwide are deemed to threaten the very existence of human life in the end, Unless the active response in the national level to the enhancement of energy efficiency is performed, the nation would suffer from not only the relative deterioration in the domestic economic, social welfare, but also the decline in the industry and national competitiveness in the future.
The targeted companies must set their own goals by Sept. 2011, to be implemented from 2012. it’s needed to identify the reasonably feasible reduction target for each firm in order to effectively promote the target management system regarding greenhouse gas and energy In addition, it’s required to assess the energy efficiency and energy saving potential in order to set the energy-greenhouse gas target by sector and industry and to identify the reasonable reduction target for each company
In accordance with these requirements, therefore, this Study purposes to assess the energy efficiency and to analyze the energy saving potential by manufacturing sector over 3 years (2010~2012) centering on manufacturers. This year, the first year for this Study, it tried to assess the energy efficiency and estimate the energy saving potential for 3 biggest energy-consuming industries, including iron and steel, petroleum chemistry and non-metallic mineral industry.
2. Summary
Korea is the world’s 12th largest economic power and 10th energy-consuming nation by the base year 2008. The nation, however, ranks high level of OECD with regard to the energy intensity. The energy intensity is high primarily because the industrial structure is centered to the energy intensive manufacturers and the added value of products and service is created low compared to the developed nations. The more the proportion of manufacturer and energy-intensive sector, the higher the energy intensity.
The domestic manufacturer’s energy consumption recorded the annual average growth rate of 2.3% from 2000 to 2009, with sound growth trend being lower than the added value’s growth rate(5.3%).
The energy consumption of 1st metal industry, such as metal assembly, petroleum/coal and chemistry product manufacturer, indicated the increase of 4.9, 4.0 and 1.1%, respectively, whereas that of other sectors all decreased for the analysis period. The energy
consumption per the value-added of manufacturer was improved by the annual average of 2.9% for the same period. The metal assembly industry showed the highest growth rate in the value-added and the energy consumption, but its energy intensity was lowest at 0.06 (TOE/one million won) by the base year 2009. The annual average improvement of energy intensity in the meal assembly industry reached 4.4%, with rapid improvement trend being shown, and was followed by textile & apparel industry (4.5%). The energy intensity in petroleum/coal and chemistry product manufacturer, the energy intensive sector, was shown a little deteriorated (annul average of 0.1%) for the same period, the deteriorated trend of energy consumption since 2006. The energy intensity in the 1st metal industry was improved just at the annual average of 0.2%. The energy consumption in the non-metallic mineral industry was improved at the annual average of 3.5%, comparatively high.
In order to complement the limitation of the energy intensity, the decomposition of production activities, industrial structure change, energy efficiency was carried out through Divisia method. Looking at the factor-specific change of energy consumption between 2000 and 2009, production activities showed the growth effect of 38.1 million TOE in manufacturer’s energy consumption while they showed the decrease effect of 17.2 and 4.3 million TOE in industrial structure change and energy efficiency improvement respectively, so it’s analyzed that the real energy consumption increased just by 16.6
million TOE. The energy consumption for feedstock(naphtha of petroleum chemistry and coking coal of 1st metal industry) account for 61% of the total manufacturer’s energy consumption, the decomposition analysis on energy consumption change was carried out only for the energy source used for fuel. As the result of the decomposition, the production activities showed the growth effect of 15.5 million TOE in the manufacturer’s energy consumption, but the industrial structure change and the energy intensity showed the energy reduction effect of 7.8 and 4.8 million TOE respectively, so the real increase of energy consumption is just 3.5 million TOE. In the analysis result excluding the energy for feedstock, it’s estimated that the industrial structure change and the energy intensity improvement contributed far more to the reduction of energy consumption. This is because the energy for feedstock has a limit to reduction and has largely the impossible fuel characteristics. Accordingly, it's evaluated that the industrial structure change and the energy efficiency improvement had a significant role in restricting the energy consumption growth in the manufacture sector from 2000 to 2009.
The energy efficiency in 3 biggest energy intensive industries(steel, petrochemical and other non-metallic mineral industry) was measured using Data Envelopment Analysis(DEA). As for output factor, the production amount and the value-added were used. As for input factor, the energy, along with labor and capital indicated in the general production function formula, was selected. As for analysis
data, the energy consumption data was used through IEA statistics and the data regarding the sector-specific production, the value-added, the gross capital formation and the number of workers were collected using OECD and each nation’s statistic office. The statistics on steel production was used by the statistic data of World Steel Association.
According to the empirical analysis on the energy efficiency of Iron and steel industry(ISIC 2710) in 17 nations belonging to OECD by year from 2000 to 2006, it’s evaluated that the energy efficiency of Korea’s Iron and steel industry is high relative to Japan and Sweden for the analysis period. In addition, selecting coal, electricity and fossil fuel in order to reflect the production of pig iron, crude steel and finished product as output factor and the steel industry’s systematic characteristic as input factor, the energy efficiency was assessed for both 2007 and 2008. In the case of the year 2007, Korea’s Iron and steel industry was evaluated high in the energy efficiency along with Japan, Spain, Turkey, UK, Netherlands, Slovakia and Austria. In the case of the year 2008, the energy efficiency of Korea’s steel industry showed 0.84, deteriorated compared to 2007, which was a phenomenon caused by decreased scale efficiency, and in the case of 2008, it’s evaluated that it’s possible to reduce energy by 16% thanks to the improvement of scale efficiency.
According to the assessment of the energy efficiency in the petrochemical industry(ISIC 24) targeting 22 nations belonging to OECD, the Korea’s fuel energy efficiency (excluding naphtha) was
evaluated to be low relative to the major developed nations by 2002, but to be an energy-efficient nation with the energy efficiency of 1 from 2003. Its fuel naphtha efficiency was also evaluated to be relatively low by 2002, but to be efficient from 2003.
Korea’s energy efficiency in the non-metallic mineral industry(ISIC 26) has been improved 0.72 in 2000 to 0.90 in 2006, but relatively low. The scale efficiency and technical efficiency all showed low level by 2005, but in 2006 the technical efficiency was 1 while the scale efficiency was lower, so the energy efficiency was evaluated to be relatively low.
The energy saving potential in the energy-intensive industry was analyzed based on the result of precise energy audit. According to the energy audit on 167 firms out of Iron and steel, petroleum chemistry and cement ones having been diagnosed since 2000, the energy saving potential was calculated to be 10.6%(3,471 thou. TOE) of the total energy consumption. The energy saving potential by sector showed 10.9%, 9.5% and 8.0% in chemistry, steel and cement sector, respectively. Here, the energy saving potential is expected to be less because the investment for energy saving including facility improvement has been implemented since the diagnosis. Looking at the energy saving potential in the energy-intensive industry by facility, the saving potential showed 43% in the operation and process improvement sector, 24.0% in the heat recovery sector to recover wasted energy and heat produced in facility and process for heat
production and 16% in the facility complement sector to save energy through adding/complementing the existing energy usage facility and relevant facilities. Next, the saving potential was analyzed to be big at 13% in the equipment to promote energy reduction through replacing high-efficiency or new facility and 4% in the reasonable operation management sector, in order. The saving potential by factor in the steel industry showed the highest in the facility complement sector at 41% and 22% in the operation and process improvement sector. The highest sector in the energy saving potential in the chemistry industry was the operation and process improvement sector at 46%, and 23%
in wasted heat recovery. The energy saving potential in the cement industry accounted for around 79% of the energy saving potential in the waste heat due to the characteristics of the industry to use over 80% of energy consumption in the furnace sector
3. Recommendation on policy
Significant proportion of the energy saving potential cannot be carried out in market due to various reasons. Accordingly, the integrated, consistent policy should be promoted in terms of technique, economy and system. And the promotion should continue to be improved through monitoring and assessment on overall energy efficiency policy. In addition, the upgrade of the value-added creation over the overall economy and the overall energy efficiency including technique innovation and industrial restructuring are required. Above
all, the intimate partnership between the government and companies are needed to carry out the energy saving and the greenhouse gas reduction.
The government should set the reduction target so that it might make the production activities of business not withered and improve the energy efficiency, and remove the market barriers to interfere with the adoption and expansion of high-efficiency and best practice And the government should identify the appropriate objective after analyzing technique level, energy saving capability and the competitiveness by sector and industry in order to allocate the objective to the managed industries and strengthen the support of public administration, finance and technique needed to implement the construction of inventory and key process. Especially, the government should actively introduce the win-win cooperation among large and medium-sized firms and drive the implementation of energy audit result through funding the energy saving facility according to the energy audit. In addition, after grasping the cost-effective, energy reduction-possible sector at plant and facility unit, the government needs to support them so that the energy management can be expanded across the overall industry.
The energy-intensive industry, including steel, petroleum chemistry and cement industry, provides the basic materials for all the industries and is closely related to various industries, so their energy efficiency has big effect on other industries. the energy-intensive industry should
give the priority to setting the quick, voluntary practice as its objective in order to solve the problems regarding climate change, and has a leading role to response to the climate change, with transferring its operation to low carbon process and expanding the green business.
So it should asses its own energy efficiency level, discover the reduction measure and found the energy saving and greenhouse reduction measure based on the potential reduction, promoting the measure in the entire company level.
The domestic steel industry needs to develop the fuel-effective technique in accordance with the trend of high-price oil and high-quality steel resource depletion on the short-term basis and need a joint development among academy, industry and government for innovative technique such as a hydrogen reduction iron and steel making method to replace coal, which is the emission source of greenhouse gas, on the long-term basis. In the case of chemistry industry, its process technique cycle is over 30 years, so when the technique safety is secured, the technique can be applied. Therefore the operation and process sector, which are large in the potential reduction, are required to be continually taken efforts for improvement. The cement industry, in addition to the expansion of waste heat recovery with large potential energy reduction, need to be expanded in the sector of slag cement.
제목 차례
제Ⅰ장 서 론··· 1
제Ⅱ장 에너지효율 및 절약잠재량 이론적 고찰··· 5 1. 에너지효율 지표 및 측정방법 ··· 5 가. 효율성 개념··· 5 나. 에너지효율 정의 및 측정방법 ··· 8 2. 에너지절감 잠재량과 절감 정책수단··· 15 가. 에너지절감 잠재량 개념 및 구분··· 16 나. 에너지절감 장애요인··· 18 다. 에너지절감 정책수단··· 23
제Ⅲ장 제조업 에너지소비 및 요인분해··· 27 1. 제조업 에너지소비 분석 및 국제비교··· 27 2. 제조업 에너지소비 요인 분해··· 35 가. 디비지아 요인분해 방법론··· 35 나. 에너지소비 변화(‘00~‘09년) 요인분해··· 41 다. 연도별 에너지소비 변화(‘00~‘09년) 요인분해··· 48
제Ⅳ장 DEA 모형을 이용한 에너지효율성 측정··· 53 1. DEA 분석모형 설정··· 56 2. 투입 및 산출변수 선정··· 61 3. 에너지효율성 실증분석 결과··· 63
가. 철강업 에너지효율 국제비교 ··· 63 나. 석유화학업 에너지효율 국제비교··· 67 다. 비금속광물업 에너지효율 국제비교··· 69
제Ⅴ장 에너지소비 분석 및 절감 잠재량 평가··· 76 1. 업종별 에너지소비 및 기술적 저감수단··· 76 가. 철강산업··· 76 나. 석유화학산업··· 90 다. 시멘트산업··· 95 2. 에너지절감 잠재량 분석(에너지진단) ··· 103 가. 업종별 에너지절감 잠재량··· 105 나. 업종별 요인별, 설비별 에너지절감 잠재량··· 106
제Ⅵ장 일본의 업종별 에너지절감 추진현황··· 117 1. 업종별 에너지절감 추진··· 117 가. 철강업··· 117 나. 석유화학··· 123 다. 시멘트업··· 126 2. 일본 산업부문의 기술개발 계획··· 130
제Ⅶ장 결론 및 시사점··· 135
참고문헌··· 142
<부록> DEA(Data Envelope Analysis) 이론··· 148
표 차례
<표Ⅲ-1> 경제활동별 국내총생산 비중··· 27
<표Ⅲ-2> 제조업 구조와 업종별 성장률··· 28
<표Ⅲ-3> 주요국의 에너지원단위 국제비교··· 29
<표Ⅲ-4> 주요국의 에너지원단위 국제비교··· 30
<표Ⅲ-5> 업종별 총부가가치 기여율 및 부가가치 창출율··· 32
<표Ⅲ-6> 주요국의 업종별 에너지소비 및 비중 국제비교··· 33
<표Ⅲ-7> 1인당 에너지소비 국제비교(2008년) ··· 34
<표Ⅲ-8> 제조업 업종별 부가가치 추이··· 42
<표Ⅲ-9> 제조업 업종별 에너지소비 추이··· 43
<표Ⅲ-10> 제조업 업종별 에너지원단위 추이··· 44
<표Ⅲ-11> 제조업 에너지소비 증가 요인별 기여효과··· 45
<표Ⅲ-12> 제조업 에너지소비 증가 요인별 기여효과(원료용 제외) · 47
<표Ⅲ-13> 제조업 에너지소비 증가에 대한 요인별 기여효과··· 49
<표Ⅳ-1> 투입요소 및 산출요소··· 62
<표Ⅳ-2> 철강업산업의 에너지효율성 국제비교(2007년) ··· 63
<표Ⅳ-3> 철강업 에너지효율성(2008년) ··· 64
<표Ⅳ-4> 철강업 전체 효율성 국제비교··· 65
<표Ⅳ-5> 철강업 에너지효율성 국제비교··· 66
<표Ⅳ-6> 석유화학산업 에너지(연료) 효율성 국제비교··· 67
<표Ⅳ-7> 석유화학산업의 원료용 납사 효율성 국제비교··· 68
<표Ⅳ-8> 비금속광물업 전체 효율성 국제비교··· 69
<표Ⅳ-9> 비금속광물업의 전체 규모효율성 국제비교··· 71
<표Ⅳ-10> 비금속광물업의 전체 순수기술 효율성 국제비교··· 71
<표Ⅳ-11> 비금속광물업 에너지 효율성 국제비교··· 73
<표Ⅳ-12> 비금속광물업 에너지 규모효율성 국제비교··· 74
<표Ⅳ-13> 비금속광물업 에너지 순수기술 효율성 국제비교··· 75
<표Ⅴ-1> 국가별 철강생산 순위··· 78
<표Ⅴ-2> 국내 주요 철강업체 현황··· 78
<표Ⅴ-3> 국내 철강업의 생산능력 현황··· 79
<표Ⅴ-4> 철강산업의 원별 에너지소비··· 81
<표Ⅴ-5> 철강산업의 온실가스 배출 현황··· 83
<표Ⅴ-6> BAT 적용 시 철강산업 에너지 및 CO2 감축 잠재량 비교··· 85
<표Ⅴ-7> 아․태 6개국 철강산업의 고로부문 에너지회수설비 도입율· 85
<표Ⅴ-8> 철강업의 주요 에너지절약 실적··· 86
<표Ⅴ-9> 철강업 에너지 및 온실가스 저감 신기술 개요··· 87
<표Ⅴ-10> 신기술의 에너지절감 및 온실가스 감축 효과··· 88
<표Ⅴ-11> 신기술의 기술수준/도입시기 및 감축유형··· 89
<표Ⅴ-12> 석유화학산업의 생산단계별 에너지 소비 추이··· 91
<표Ⅴ-13> 석유화학산업의 연료연소에 의한 CO2 배출원단위 추이·· 91
<표Ⅴ-14> 석유화학산업의 에너지․온실가스 감축 신기술··· 94
<표Ⅴ-15> 국내 시멘트사의 생산능력과 클링커 생산··· 96
<표Ⅴ-16> 국내 시멘트 생산량 (슬래그시멘트 포함) ··· 97
<표Ⅴ-17> 시멘트 산업의 에너지 소비 추이··· 98
<표Ⅴ-18> 시멘트산업의 CO2 배출원단위··· 99
<표Ⅴ-19> 시멘트산업의 에너지․온실가스 감축 신기술··· 102
<표Ⅴ-20> 업종별 에너지진단 업체 및 에너지사용량··· 104
<표Ⅴ-21> 3대 에너지다소비 업종별 에너지절감 개선항목··· 105
<표Ⅴ-22> 3대 에너지다소비 업종별 에너지절감 잠재량··· 106
<표Ⅴ-23> 3대 다소비업종 요인별 절감 항목 및 평균 절감 잠재량·· 107
<표Ⅴ-24> 철강업 요인별 절감 항목 및 평균 절감 잠재량··· 110
<표Ⅴ-25> 철강업 요인별 에너지절감 잠재량··· 110
<표Ⅴ-26> 석유화학공업 요인별 절감 항목 및 평균 절감 잠재량· 112
<표Ⅴ-27> 석유화학공업 요인별 에너지절감 잠재량··· 113
<표Ⅴ-28> 시멘트업종 요인별 절감 항목 및 평균 절감 잠재량··· 115
<표Ⅴ-29> 시멘트업종 요인별 에너지절감 잠재량··· 115
<표Ⅵ-1> 일본 철강업계 에너지․온실가스 감축대책 구성··· 118
<표Ⅵ-2> 일본 철강업 에너지원단위와 CO2 배출원단위 추이 및 목표·· 119
<표Ⅵ-3> 일본 철강업 업무용 에너지원단위 및 CO2 배출 추이···· 119
<표Ⅵ-4> 일본 철강업의 수송에너지 CO2 배출 추이··· 120
<표Ⅵ-5> 일본 철강업의 폐플라스틱 및 폐타이어 이용 실적··· 122
<표Ⅵ-6> 일본 철강업 에너지절약설비 해외보급 및 CO2 감축효과··· 122
<표Ⅵ-7> 일본 석유화학업의 에너지원단위 및 CO2 배출원단위 추이· 123
<표Ⅵ-8> 일본 석유화학산업의 에너지절약 대책 및 효과··· 124
<표Ⅵ-9> 일본 시멘트업의 에너지원단위 및 CO2 배출원단위 추이··· 126
<표Ⅵ-10> 일본 시멘트업계 에너지절약설비 투자현황(2008년) ··· 127
<표Ⅵ-11> 일본 시멘트업계 에너지절약설비 투자계획(2009~2010년) · · 128
<표Ⅵ-12> 일본 시멘트업 2008년도 오피스 CO2 배출량··· 129
<표Ⅵ-13> 일본 초연소시스템 기술개발 로드맵··· 133
그림 차례
[그림Ⅱ-1] 기술적 및 배분적 효율성··· 7 [그림Ⅱ-2] 에너지절약 잠재량 개념 및 분류··· 16 [그림Ⅱ-3] 에너지소비- 유발 동인-지표-에너지정책 간의 관계··· 26 [그림Ⅲ-4] 주요국의 에너지원단위 추이··· 30 [그림Ⅲ-5] 제조업 에너지소비 증가 요인별 기여분··· 46 [그림Ⅲ-6] 제조업 에너지소비 증가 요인별 기여분(원료용 제외) ···· 48 [그림Ⅲ-7] 요인별 제조업 에너지소비증가율 기여도··· 49 [그림Ⅲ-8] 2대 에너지다소비업종의 에너지원단위 추이··· 50 [그림Ⅲ-9] 2대 에너지다소비업종과 조립금속업 부가가치 비중 추이·· 51 [그림Ⅲ-10] 요인별 제조업 에너지소비증가율 기여도(원료용 제외) · 52 [그림Ⅲ-11] 2대 에너지다소비업종의 에너지원단위 추이(원료용 제외) ·· 52 [그림Ⅴ-1] 철강산업의 에너지 흐름(Flow) ··· 82 [그림Ⅴ-2] 일관제철업종의 조강 톤당 CO2 배출량(tCO2/톤-철강) · · 84 [그림Ⅴ-3] 석유화학산업의 에너지 흐름(Flow) ··· 92 [그림Ⅴ-4] 시멘트산업의 에너지 흐름(Flow) ··· 100 [그림Ⅴ-5] 3대 에너지다소비업종 요인별 에너지절감 잠재량··· 107 [그림Ⅴ-6] 3대 다소비업종 설비별 에너지절감 잠재량··· 108 [그림Ⅴ-7] 철강업 요인별 에너지절감 잠재량··· 109 [그림Ⅴ-8] 철강업 설비별 에너지절감 잠재량··· 111
[그림Ⅴ-9] 석유화학공업 요인별 에너지절감 잠재량··· 112 [그림Ⅴ-10] 석유화학공업 설비별 에너지절감 잠재량··· 113 [그림Ⅴ-11] 시멘트업종 요인별 에너지절감 잠재량··· 114 [그림Ⅴ-12] 시멘트업종 설비별 에너지절감 잠재량··· 116
제Ⅰ장 서 론
우리나라는 제조업 부문의 급격한 성장과 구조변화에 따라 높은 산 업에너지소비 증가를 경험하였다. 최종에너지소비에서 차지하는 제조 업의 비중은 1970년도의 22%에서 2009년에 51%에 이르는 높은 증가 를 보였다. 에너지소비의 급증은 에너지안보 문제의 심화와 더불어 에 너지공급능력의 확충을 위한 재원 마련과 입지 문제, 그리고 환경문제 의 악화와 같은 여러 다른 문제점을 수반하게 되면서 90년대 들어 정 부는 에너지 공급확충에 앞서 수요관리를 보다 강조하는 방향으로 에 너지정책기조를 바꾸었으며, 높은 성장률과 산업에너지소비의 높은 비 중을 감안하여 산업부문에서의 에너지절약을 에너지안보, 산업 경쟁력, 환경질의 개선을 위한 실천적 수단으로서 높은 관심을 가지게 되었다.
최근 고유가로 대변되는 에너지자원 위기와 기후변화로 대변되는 환 경위기에 직면하여, 저탄소 녹색성장이 국정과제로 대두됨에 따라 에너 지효율 제고가 선택이 아닌 필수 사항으로 정부정책의 핵심과제의 하 나로 추진되고 있다. 제조업의 에너지 효율이 중요한 이유는 에너지 안 보, 기후 변화, 경제적 측면에서 세 가지 배경에서 찾을 수 있다. 먼저 에너지 안보 측면에서는 에너지 공급은 제한되어 있는 반면에, 자원 민 족주의와 강대국의 공격적 자원 확보에 따라 부존자원이 거의 전무한 우리나라로서는 ‘제5의 에너지’인 에너지 효율을 강조할 수밖에 없다. 아울러 최근 기후 변화 문제가 대두하면서 에너지 효율 향상은 중요성 을 더 크게 부각 되었다. 온실가스 배출의 대부분이 에너지에 의해 발
생하기 때문이다. 우리나라는 온실가스 배출량의 약 85%가 에너지 연 소에 의해 발생한다. 정부는 이 문제를 해결하기 위해 ‘2020년 배출량 전망 대비 30% 감축’이라는 국가 온실가스 감축 목표를 2009년 말에 발표하였다. 마지막으로, 경제적 측면의 에너지 효율이 매우 중요한 요 소임은 제품 원가에 에너지 비용이 반영되기 때문이다. 에너지효율성이 상대적으로 낮은 한국은 에너지효율성 제고를 위한 국가차원의 적극적 인 대응이 이루어지지 않으면 향후 국내 경제사회적 효용의 상대적 악 화뿐만 아니라 산업 및 국가 경쟁력의 하락마저 야기할 수 있다. 에너 지 가격은 국민 경제적으로도 수출이나 수입에서 큰 비중을 차지하기 때문에 무역 수지에 직접적인 영향을 준다. 에너지의 96%를 수입하고 있는 우리나라에서 그 영향은 더 클 수밖에 없다.
이 같은 배경에서 정부는 지난해부터 에너지다소비 업체의 에너지소 비를 체계적으로 줄이기 위해 중요시책으로 에너지 목표관리제 도입 추 진되어 왔다. 에너지 목표관리제도는 금년 4.14일 “녹색성장기본법 시 행령”이 발효되면서 온실가스-에너지 목표관리제로 통합․운영 되고
2012년부터 본격 시행에 들어간다. 저탄소 녹색성장 기본법」시행령 제
29조에 따른 목표관리 대상 업체는 최근 3년 간 평균 온실가스 배출량 및 에너지 사용량이 일정 기준 이상인 업체(법인) 및 사업장으로 단계 적 확대되게 된다. 중기 온실가스 감축목표를 달성하기 위해서는 부문 별, 업종별 중장기 감축목표를 설정하고 에너지다소비 사업장을 대상으 로 하는 온실가스․에너지목표관리제도의 효과적인 추진을 위해서는 업체별로 실현 가능한 합리적인 감축목표 도출이 필요하다. 부문별/업 종별 에너지-온실가스 목표 설정과 업체별 합리적인 감축목표를 도출하 기 위해서는 에너지효율 평가와 절감 잠재량 평가가 선행되어야 한다.
본 연구는 산업부문을 중심으로 3년 간(2010～2012년) 걸쳐 제조업 업종별로 에너지효율성 평가와 에너지 절약잠재량을 분석에 목적이 있 다. 1차년도 연구인 금년에는 철강업, 석유화학업 및 비철금속업 등 3 대 에너지다소비 업종을 대상으로 에너지효율성을 평가하고 에너지절 감 잠재량을 추산해 보고자 하였다.
본 연구의 구성과 주요 연구내용은 다음과 같다. 제Ⅱ장에서 일반적 효율성, 에너지효율성 및 에너지절약 잠재량 정의 및 개념을 정립하고, 에너지절감 장애요인 및 정책수단들을 살펴본다. 더불어 전통적 에너 지효율 측정방법을 설명하고 그 유용성과 한계점을 살펴보았다. 제Ⅲ 장에서는 제조업의 에너지 소비실태를 분석하고 국제 비교를 통해 에 너지효율과 소비실태를 파악코자 하였다. 또한 제조업의 전체로서의 에너지원단위(부가가치기준)는 전반적 효율을 나타내는 지표로 사용되 지만 이 경우 잘못된 판단을 내릴 수 있다. 이에 따라 제조업의 에너지 효율의 변화를 보다 정확하게 파악하기 위해 제조업 에너지소비 변화 를 로그 디비지아 방식을 활용하여 생산활동, 산업구조 변화 및 에너지 원단위 변화 등 3개 요인에 의한 변동분으로 요인분해(decomposition) 수행하였다.
제Ⅳ장에서는 에너지효율 측정하고, 절감 잠재력을 가늠해보기 위해
DEA의 모형을 설정하였다. 이를 토대로 철강업, 석유화학 및 비금속광
물업을 대상으로 OECD 주요국가의 자료를 이용하여 실증분석을 토대 로 에너지효율성을 측정하여 국가간 비교를 하였다. 제Ⅵ장에서는 에너 지다소비산업인 철강, 석유화학 및 시멘트 업종의 산업 특성과 현황, CO2 배출을 살펴보고, 에너지․온실가스 저감 기술에 대해 검토하였다
또한 2000년 이후 진단한 에너지다소비업체 179개 업체에 대한 진단
결과를 종합 정리하고, 에너지진단 결과를 토대로 업종별로(철강, 화학, 시멘트 산업) 에너지절감 가능한 잠재량을 집계․추산하였다.
제Ⅶ장에서는 우리나라의 벤치마크 대상인 일본의 3대 에너지다소비 산업을 대상으로 에너지․온실가스 감축 노력을 살펴보고, 일본의 산업 부문 기술개발 로드맵을 정리하였다. 그리고 마지막으로 제Ⅷ장에서 결 론을 맺고 시사점과 추가 연구계획을 제시하기로 한다.
제Ⅱ장 에너지효율 및 절약잠재량 이론적 고찰
1. 에너지효율 지표 및 측정방법
가. 효율성 개념
경제학에서 성과(performance)를 논할 때, 생산성(productivity)과 효 율성(efficiency)이라는 두 가지 성과 척도가 가장 널이 이용되고 있다.
생산성은 성과에 대한 기술적 척도(descriptive measure)로 투입 대비 산출의 비율로 정의된다. 효율성은 성과에 대한 규범적 척도(normative measure)로 최적 투입 대비 실제 투입의 비율 또는 최적 산출 대비 실 제 산출의 비율로 정의된다. 이러한 비율은 주어진 투입으로 달성할 수 있는 최대잠재산출(maximum potential output)에 대한 실제 산출의 비 율 또는 주어진 산출을 생산하는 데 필요한 실제 투입에 대한 최소잠 재투입(minimum potential input)의 비율로 측정 된다(Lovell, 1993).
오늘날의 효율성 개념은 Debreu(1951)과 Koopmans(1951)가 복수의 투입요소를 갖는 기업의 효율성에 대한 간단한 측정치를 정의하기 위 해서 수행한 연구를 바탕으로, Farrell(1957)이 수행한 기술효율성 (technical efficiency)에 관한 연구에 기인한다(Coelli, 1996). 효율성의 측정은 Koopmans(1951)과 Debreu(1951)의 영향을 받은 Farrell(1957) 에서 시작되었다. Koopmans는 파레토 최적성을 도입함으로써, 효율적 상태와 비효율적 상태를 구별하는 효율성 개념을 제시한 바 있다. 다 만, 효율성을 측정할 수 있는 구체적인 정보나 방법론을 제공하지 못한
한계가 있음에 따라, Farrell은 효율성의 개념을 체계적으로 정리하면서 도 이를 측정할 수 있는 방법을 제시하였다.
Farrell(1957)에 의하면 기업(조직)의 효율성은 두 부분으로 구성되어 있다. 하나는 기술적 효율성(technical efficiency)이며, 이는 일정한 투 입으로부터 최대의 산출을 얻는 조직의 능력을 반영한다. 다른 하나는 배분적 효율성(allocative efficiency)이며, 이는 투입요소 가격과 생산기 술이 주어진 경우에 최적비율로 투입요소를 활용하는 조직의 능력을 나타낸다. 이들 두 지표를 곱하면 총효율성(overall efficiency) 또는 경 제적 효율성(economic efficiency)을 측정하는 지표가 된다.
Farrell의 기본논리를 투입지향 측정지표(input-oriented measures)지 표를 중심으로 살펴보기로 한다(Coelli 외, 1998). 두 가지 투입요소(x1
x2)를 가지고 한 가지 산출물(y)을 생산하는 조직이 있고, 이 조직은 생 산기술에 있어 규모보수(수익)불변(constant returns to scale: CRS)의 특징을 지니고 있다고 하자. [그림Ⅱ-1]에서 등량곡선(isoquant curve) SS1은 완벽하게 효율적인 조직들이 산출물을 생산하기 위하여 두 가지 생산요소들을 조합하는 다양한 방식들을 나타내고 있으며, 이를 통해 기술적 효율성(technical efficiency: TE)을 측정할 수 있다.
어느 조직이 한 단위의 산출물을 생산하기 위해 점 P로 규정된 투입 량을 사용한다면 이 조직의 기술적 비효율성은 QP로 표시할 수 있다.
이것은 산출물을 감소시키지 않고 모든 투입요소를 비례적으로 감소시 킬 수 있는 양으로서 QP/OP의 비율로 표시할 수 있으며, 기술적으로 효율적인 생산을 달성하기 위해 감소되어야 할 모든 투입요소의 비율 을 나타낸다. 따라서 한 조직의 기술적 효율성(TE)은 OQ/OP로 정의할 수 있다. 왜냐하면 이것은 (1-QP)/OP와 동일하기 때문이다. 이 값은 0
[그림Ⅱ-1] 기술적 및 배분적 효율성
과 1사이의 값을 가지므로 조직의 기술적 효율성의 정도를 나타내는
지표가 된다. 가장 효율적인 조직에서는 이 값이 1(또는 100%)로 나타 나게 된다. 예를 들면, Q점은 효율적인 등량곡선 위에 위치하고 있어 기술적으로 효율적이다. 그리고 단위 생산당 투입량이 점점 더 커짐에 따라 기술적 효율성은 점점 더 작아지게 된다. SS1이 음의 기울기를 갖 고 있는 한, 다른 투입요소가 불변인 상태 하에서 단위 생산당 어느 한 투입요소의 증가는 기술적 효율성의 저하를 가져오게 된다.
Farrell(1957)은 여기에 가격이라는 요소를 추가하여 논의를 확장시 켰다. [그림Ⅱ-1>에서 등비용선(isocost line)의 기울기인 AA1로 표시되 는 투입요소의 가격비율을 알 수 있다면, 배분적 효율성(allocative efficiency: AE)을 측정할 수 있다. 점 P에서 가동하는 조직의 배분적 효율성(AE)은 OR/OQ로 정의할 수 있다. 그 이유는 RQ가 기술적으로
는 효율적이지만 배분적으로는 비효율적인 Q점에 비해 배분적으로 효 율적인 동시에 기술적으로도 효율적인 Q1점에서 생산이 이루어질 경 우에 소요되는 생산비용보다 초과되는 비용을 나타내기 때문이다.
경제적 효율성(economic efficiency: EE)은 OR/OP로 정의할 수 있는
데, 여기서 RP는 비용감소분으로 해석할 수 있다. 기술적 효율성
(OQ/OP)과 배분적 효율성(OR/OQ)을 곱하면 경제적 효율성이 되며, 세 지표는 모두 0과 1사이의 값을 갖는다.
나. 에너지효율 정의 및 측정방법
에너지효율(energy efficiency), 에너지절약(energy conservation), 에 너지절감(energy saving)이란 용어는 공공정책에서 다양한 의미로 널리 이용되고 있다, 에너지 효율과 절약은 동일 의미로 사용되기도 하고 또 한 각각 다른 의미로 구분하여 사용되기도 한다. 에너지 효율과 절약의 의미를 구분할 경우, 에너지절약(energy conservation)은 소비행태의 변 화에 따른 에너지소비 절감(energy saving)을 말하며, 반면 에너지효율 은 소비행태의 변화 없이 에너지절감 기술의 채택을 통한 에너지소비 절감을 말한다. 에너지절감(energy saving)은 에너지 소비과정에서 불 가피하게 발생되는 낭비 에너지(waste energy), 즉 에너지 서비스로 이 용되지 못하는 불필요한 에너지 소비를 줄이는 것을 말한다. 여기서 낭 비 에너지는 필요한 에너지 서비스(냉․난방, 취사, 이동, 동력 등)를 얻기 위해서 투입되어야 하는 최소에너지를 말한다.
에너지 효율성의 정의는 투입과 산출의 비율로서 정의되며 투입수준 이 고정적일 때 산출을 가능한 많이 생산하는 능력 또는 동일한 산출 을 생산하기 위해서 가능한 한 투입을 적게 사용하는 능력을 나타낸다.
이러한 에너지 효율성은 투입과 산출요소에 근거한 기술적, 물리적, 경 제적 관점에서 에너지효율을 정의하고 이를 통하여 측정하고 있다. 엔 지니어링 관점에서 기술적 정의는 에너지 전환 장치에서 투입한 에너 지의 양에 대하여 얻은 에너지 서비스 양의 비율(technical ratios)을 에 너지효율로 정의한다. 물리적 관점에서 정의는 일정한 서비스 및 재화 생산량을 생산하기 위해 투입된 에너지 양의 비율로 정의된다. 경제적 관점에서 정의는 일정한 서비스 및 재화 생산금액을 위해 투입된 에너 지 비율(economic ratios)을 에너지효율로 정의한다. 물리적 정의에는 기술적 효율뿐만 아니라 소비행태의 효율을 포함한다. 경제적 정의는 기술적, 행태적, 경제적 변화 등을 내포하는 에너지효율 개념이다.
1) 기술적 에너지효율
기술적 에너지효율은 에너지사용 기기 및 설비의 에너지효율 지표로 널리 이용되고 있다, 에너지사용기기 및 설비의 기술에 있어 산출 에너 지 서비스 양은 에너지 투입량에 의해 결정되며. 이를 함수식으로 표시 하면 다음과 같이 표시된다.
수식 1여기서 는 에너지 서비스 양이며, 는 투입 에너지 양을 나타낸 다. 투입 에너지와 산출한 에너지 서비스의 관계는 일정한 환경 제약 하에서 설비 및 기기의 에너지 전환 효율에 의해 결정된다. 상기 식을
에너지 소비 양을 산출 에너지 서비스 양의 함수로 표시하면 다음과 표시된다.
수식 2에너지 서비스와 투입 에너지 간에 선형관계에 있을 경우 에너지소 비 양은 다음과 같이 표시된다.
수식 3
여기서 는 기술의 전환효율을 나타내는 기술적 에너지효율을 나타 낸다. 기술적 에너지효율은 다음과 같이 표시 된다.
수식 4
기술적 에너지효율 지표는 에너지사용 기기 및 설비의 효율지표로 유용성을 가지고 있으나 소비자의 소비행태를 반영하지 못하는 단점이 있다. 에너지 소비량은 기술의 전환 효율과 에너지 서비스에 대한 수요 에 의해 결정된다. 에너지사용 기기의 에너지 전환효율은 불변이 아니 라 소비자의 노력에 따라 변동한다. 에너지소비는 소비자의 에너지절감 노력에 의해 결정된다. 예를 들면, 불필요한 조명 소동, 경제적 운전, 고효율 기기의 구입 사용 등 소비자 측면에서는 에너지절감은 에너지 소비량을 결전하는 요인이다. 소비자의 소비행태를 상기 식에 추가하면 다음과 같이 표시된다.
상기 수식은 에너지소비 절감은 기술적 요인과 소비자의 행태적 요 인(절감 노력)임을 보여준다. 최종 사용자의 입장에서 볼 때 에너지 효 율의 개선, 혹은 보다 정확한 용어로 에너지 효율의 변화는 두 가지의 중요한 요인에 연계되어 있다. 첫째, 에너지 효율은 고효율 기술 혹은 고효율 기기의 확산과 직접적으로 연계되어 있는 것으로 고효율 기술 의 개발과 이의 확산은 에너지 효율의 변화를 가져오게 된다. 이 경우 에는 에너지 효율의 개선이라는 바람직한 결과를 도출되게 된다. 두 번 째는 기술과 기기가 사용되어지는 행태의 변화로서 소비자(개인 또는 생산조직)의 에너지소비행태(에너지 관리방법 및 관리 수준) 등이 전체 적인 에너지효율에 직접적인 영향을 주게 되는 경우이다. 예를 들면 실 내온도 수준 혹은 이용기기의 정비 등은 개별 소비자의 에너지 효율에 영향을 주게 되며 나아가 국가적 에너지효율에도 영향을 주게 된다. 그 러나 위의 2가지 요인은 에너지효율 변화에 서로 다른 상충효과를 주 는 경우가 있다. 경우에 따라 기술향상으로 인한 에너지효율 증가분이 비효율적인 소비행태 혹은 관리에 의하여 일부 혹은 전체가 상쇄될 수 있다. 예를 들어, 고효율 형광등의 개발과 확산은 에너지의 효율적 사 용을 가져오지만 이러한 신제품으로 인해 과거에 비해 점등 시간에 대 한 관심이 소홀해져 사용 기간이 더 길어진다면 기술개발과 확산에 의 해 기대되는 절감 양은 줄어들 수 있다. 따라서 한 나라나 한 산업의 에너지효율에 대한 적절한 분석을 추구하기 위하여서는 기술의 변화뿐 아니라 실제 사용행태의 변화까지도 함께 고려하는 것이 필요하다.
2) 물리적 에너지효율
물리적 에너지효율은 경제 행위에 필요한 에너지 소비량을 경제행위 의 물리적 산출물로 나눈 비율(techno-economic ratios)이다. 경제적 효 율 지표는 분모가 화폐 단위로 평가한 산출물인 반면 물리적 효율지표 의 분모는 물리적 산출물이라는 점에서 물적 및 경제적 효율 지표의 차이가 있다. 경제적 효율지표(에너지 원단위) 보다 세분화된 수준인 하부 부문이나 사용자 수준에서 사용되고 있다. 에너지 원단위와 마찬 가지로 기술 경제 비율은 에너지 소비를 물질적 단위(철강 톤 등)로 측 정된 경제 행위의 지표나 소비 단위(자동차, 가구)와 효율 지표로 이용 되고 있다. 물적 에너지효율은 단위당 평균 에너지 소비를 나타내며, 일반적으로 물량기준 에너지원단위 또는 생산물 단위당 에너지소비 (SEC: specific energy consumption)로 칭하기도 한다. ※ 철강 1톤의 생산을 위해 투입된 에너지량(TOE/톤), 1인당 에너지소비량(TOE/인), 건물에너지원단위(TOE/건물 또는 면적), 수송에너지원단위(TOE/자동 차, 인-㎞, 톤-㎞, ㎞) 등이 가장 좋은 물량기준 에너지원단위 예이다.
물리적 효율은 다음과 같이 정의되고 측정된다,
여기서 는 i 경제 행위의 산출물 당 에너지 소비량(물량기준 에너 지원단위), Ei 는 i 경제 행위에 투입한 에너지 소비량, 는 i 경제 행위의 물리적 산출물을 나타낸다.
이러한 물적 효율지표의 장점은 기술과 소비행태가 에너지효율과 직 접적으로 연계되어 있다는 점으로 에너지절약 수단의 효과는 에너지원
단위()의 감소로 표현될 수 있다. 즉, 한 단위의 물적 산출물 생산에 투입한 에너지 양의 변화, 즉 경제행위 한 단위당 에너지소비량의 감소 는 소비자의 자발적 절약 행위의 총합(에너지효율 기술 변화 포함)으로 직접 에너지효율 개선으로 해석할 수 있다. 또한 물적 효율 지표는 어 떻게 효율수준이 경제행위 수준과 연계되는지를 파악할 수 있는 가장 쉬운 방법을 제시하고 있다. SEC의 하락으로 단위 비용이 낮아지면 이 는 다시 높은 생산성을 가져오며, 이러한 흐름의 해석이 물적 효율 지 표에서는 가능하다. 그리고 물적 효율 지표는 경제적 효율 지표에서보 다는 세분화된 분야에서 사용되므로, 경제적 효율 지표의 한계인 구조 적 효과에 대한 발생 문제점이 적게 된다.
그러나 물적 에너지효율 측정에 있어 최종 제품의 생산에 있어 에너 지 소비를 많이 사용하는 중간재에 대해 고려하기가 쉽지 않다는 내생 적 단점을 가지고 있다. 만약 중간재를 외부에서 조달하여 그 중간재를 최종산출물 생산에 투입하거나, 또는 중간재를 생산하여 외부에 판매 할 경우 중간재의 에너지소비와 최종 산출물에서 중간재를
