저탄소 경제 시스템 구축 전략 연구 :

경제·인문사회연구회 녹색성장 종합연구 총서 10-02-38 기본연구보고서 10-32

저탄소 경제 시스템 구축 전략 연구 :

상 ․ 하향식 통합모형 개발 및 저탄소 정책효과 분석

노 동 운

오 인 하

녹색성장 종합연구 총서일련번호

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 에너지수급구조 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 수출산업화

전략 연구 에너지경제연구원

10-02-33 10-12 스마트그리드 구축을 위한 시장참여자의 역할과 정책 방향

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 통합 모형 개발 및 저탄소 정책효과 분석

2010년 경제·인문사회연구회 녹색성장 종합연구 총서

저탄소 경제 시스템 구축 전략 연구 : 상 ․ 하향식 통합모형 개발 및 저탄소 정책효과 분석

1.

녹색성장 종합연구 총서 시리즈

녹색성장 종합연구 총서일련번호

연구기관 고유 일련번호

연 구 보 고 서 명 연구기관

10-02-39 10-33 저탄소 경제시스템 구축 전략 연구: 저탄소 경제체제

구축전략 수립 에너지경제연구원

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 확대방안 분석

10-02-42 10-25 시장친화형 에너지 가격체계 구축 종합 연구

10-02-43 10-20 저소비ㆍ고효율 경제사회 구축을 위한 국가 에너지효 율화 추진전략 연구

2.

참여연구진

연구기관 연구책임자 참여연구진

주 관 연구기관

에너지

경제연구원 노동운 선임연구위원

오인하 책임연구원 정경화 책임연구원 심성희 책임연구원 이호무 책임연구원 김현석 책임연구원 김진나 위촉연구원 협 력

연구기관

원광대학교 김수이 교수 한국경제

연구원 조경엽 박사

<요 약>

1.

연구 필요성 및 목적

우리나라는

2009

년

11

월에

2020

년까지 기준 배출량 대비

30%

감축 한다는 중기 온실가스 감축목표를 발표했다

.

따라서 지속적인 경제성 장을 촉진하면서 온실가스 감축을 달성할 수 있는 전략 수립이 시급 하게 되었다

.

감축목표를 비용 효과적으로 달성하기 위해 녹색성장기본법을 제정 하고 온실가스

․

에너지 목표관리제와 배출권 거래제 도입이 추진되고 있다

.

따라서 이러한 다양한 정책 및 수단의 효과를 평가할 수 있는 분석모형 개발이 필요한 상황이다

.

본 연구의 목적은 다양한 기후변화 정책의 경제

․

환경적 효과를 분 석할 수 있는 상향식 모형과 하향식 모형을 개발하고

,

이를 통해 기후 변화정책의 경제

․

환경적 효과를 분석하는 것이다

.

2

차년도 연구

(2009

년

)

에서 개발한 상향식 모형

(MARKAL)

과 하향식

모형

(CGE)

을 발전시켜 감축 잠재량과 감축비용을 분석하고 감축목표

를 달성하기 위한 정책수단을 평가하게 된다

.

상향식 모형은 부문별 온실가스 감축수단

,

온실가스 감축 잠재량

,

온실가스 감축비용 분석에 유용하다

.

하향식 모형은 정책수단이 국민

총생산

(GDP)

등의 거시경제 지표에 미치는 효과를 추정하는 데 효과

적이다

.

상향식 모형 분석결과는 부문별 감축목표 설정에

,

하향식 모

형의 분석결과는 정책수단 선정평가에 유용할 것으로 기대된다

.

본 연구의 기준년도는

2005

년이며 분석기간은

2050

년까지 설정되었 으나

2020

년을 기준으로 분석결과가 제시되었다

.

모든 비용은

2005

년 불변가격이며 할인율은

5.5%

를 적용했다

.

온실가스는 연료연소에서 발 생한 이산화탄소

(CO

2

)

에 국한 되었다

.

분석은 크게 부문별 분석과 지역별 분석으로 구분 되었다

.

부문별 분석에서 부문은 전환

,

산업

,

가정

,

상업

,

수송으로 구분 되었고 지역 별 분석에서 전국 수도권

,

강원권

,

충청권

,

전라권

,

경북권

,

경남권 등

6

개 광역권으로 구분 되었다

.

저탄소 정책으로는

2020

년의 기준 배출량 대비

20%

감축하는 시나 리오를 설정했다

.

정책수단으로 상향식 모형에서는 온실가스 감축기술 을

,

하향식 모형에서는 배출권 거래제와 탄소세를 선정했다

.

상향식 모형은 기술적 감축수단을 이용하여 부문 및 지역별 온실가 스 감축 잠재량과 감축비용을 분석했다

.

하향식 모형은 감축목표를 달 성하기 위한 정책수단

(

배출권 거래제

,

탄소세

)

의 효과와 거시경제 지 표에 대한 영향을 분석했다

.

2.

연구 내용

상향식 모형

(MARKAL)

의 분석결과

,

이용 가능한 모든 기술적 감축 수단을 활용할 경우

2020

년에 달성 가능한 감축 잠재량은 기준 배출 량 대비

22.9%

인

143,900

천

CO

2톤에 불과한 것으로 나타났다

.

따라서 우리나라의 중기 감축목표인

30%

를 달성하기 위해서는 기준 배출량의

7.1%

에 해당되는 배출권

(44,671

천

CO

2톤

)

을 분석대상이외

부문이나 해외에서 구입해야 할 것으로 분석된다

.

국가 온실가스 감축 잠재량의 대부분

(60%)

은 전환부문

,

특히 발전부 문의 이산화탄소 흡수 및 저장기술

(CCS)

이 차지할 것으로 분석되었다

.

산업부문의 감축 잠재량은 미미한 비중

(

국가 감축 잠재량의

3.7%)

을 차지할 것으로 나타났다

.

국가 전체의 기술적 최대 감축 잠재량

(

배출량의

22.9%)

을 달성하기 위한 한계비용은

$228,414/CO

2톤

,

평균비용은

$441/CO

2톤에 이를 것 으로 분석된다

.

현재의 국제 탄소가격과 비슷한 한계비용

($19/CO

2톤

)

으로 달성 가능한 감축 잠재량은 배출량의

16.3%

인

102,505

천

CO

2톤으 로 분석된다

.

국내 배출권 거래제 도입시 상업과 발전을 제외한 모든 업종 및 부 문은 배출권을 구매해야 할 것으로 분석된다

.

개별감축에 비해 온실가 스 감축비용은 최소

-7%(

가정

)

에서 최고

-81.6%(

시멘트

)

감소될 수 있 을 것으로 분석된다

.

국내 배출권 거래제를 국제 탄소시장과 연계시키면 비용 감소는 더 욱 확대되어 감축비용은 최소

-10.6%(

가정

)

에서 최고

-123.7%(

시멘트

)

감소될 것으로 전망된다

.

따라서 배출권 거래제도를 도입하고 국제탄 소시장과 연계시키면 개별감축에 비해 온실가스 감축비용이 대폭 축 소될 수 있을 것으로 예상된다

.

지역별 감축 잠재량 분석에 있어서 수도권의 감축 잠재량은

2020

년 배출량의

24.8%

에 해당되는

59,077

천

CO

2톤으로서 지역중에서 가장 높 은 감축 잠재량과 감축율을 달성할 것으로 분석된다

.

경남권은 수도권 다음의

20.1%(26,358

천

CO

2톤

),

전라권은 가장 낮은 감축율인

13.1%(24,749

천

CO

2톤

),

충청권과 경북권 및 강원권의 감축율

은 약

16%

내외이며 감축잠재량은 강원권이 가장 낮은

10,627

천

CO

2톤 에 이를 것으로 분석된다

.

지역별 기술적 최대감축 잠재량을 달성하는데 소요되는 평균 감축 비용은 강원권이

-$10/CO

2톤으로서 가장 낮고 수도권이

$443/CO

2톤 으로서 가장 높을 것으로 분석된다

.

충청권은

$187/CO

2톤이며 경북권 은

$231/CO

2톤

,

전라권은

$241/CO

2톤에 이를 것으로 분석된다

.

본 연구에서 설정한

20%

의 감축목표를 달성하기 위해 국내 배출권 거래제를 도입하면 감축율이

20%

를 상회하는 수도권과 경남권이 배출 권을 판매할 수 있을 것으로 분석된다

.

배출권 판매량은 수도권이 가장 많고 경남권은 미미한 수준에 이를 것으로 분석된다

.

나머지 지역은 모두 배출권을 구매해야 하며 배출권 구매량은 전라권이 가장 많고 강원권이 가장 적을 것으로 분석된다

.

개별감축에 비해 강원권의 감축비용이 가장 크게 감소

(-68.5%)

하고 경남권이 가장 적게 감소

(-0.2%)

할 것으로 분석된다

.

전라권과 충청권 은 각각

-30.1%

와

-22.2%

의 비용감소가 가능하고 경북권과 수도권은

-16.8%

와

-7.4%

의 비용감소가 가능할 것으로 분석된다

.

국내 배출권 거래제와 국제 탄소시장을 연계할 경우 감축비용 감소 폭은 더욱 확대되어 강원권은 가장 높은

-290.2%,

경남권은 가장 낮은

-96.7%

의 비용감소가 나타날 것으로 분석된다

.

하향식 모형

(CGE)

을 이용하여 분석한 결과 탄소세나 배출권 거래제 를 도입할 경우 에너지원별 수요 감소폭은 석탄의 수요 감소폭이 가 장 크며 다음으로는 가스

,

석유

,

전력의 순서대로 수요 감소율이 낮아 질 것으로 분석된다

.

산업생산은 에너지 다소비 업종에서 크게 감소할 것으로 분석된다

.

배출권 거래제와 탄소세를 활용해서 감축목표를 달성할 경우 에너지 수요변화는 지역별로 상이하게 나타날 것으로 분석된다

.

배출권 거래제를 실시할 경우

,

시나리오

II (

목표강화

,

배출권거래제

)

의 배출권 가격은

2018

년 탄소 톤당

6,951

원에서

2035

년 탄소 톤당

7,070

원으로 꾸준히 상승할 전망이다

.

감축목표가 고정된 시나리오

IV

(

목표고정

,

배출권거래제

)

의 경우에는

2018

년 탄소 톤당

6,998

원에서

2033

년에는

3,082

원으로 하락할 전망이다

.

배출권거래량은 시나리오

II (

목표강화

,

배출권거래제

)

의 경우에는 전라권과 경북권이 배출권을 판매하고

,

수도권

,

강원권

,

경남권은 배출 권을 매입할 것으로 분석된다

.

이는 수도권

,

강원권

,

경남권

,

충청권의 감축비용이 전라권

,

경북권보다 높기 때문이다

.

탄소세를 적용하여 각 지역별로 온실가스 감축을 이행할 경우에 감 축비용은

2020

년에 수도권이 탄소 톤당

12,803

원으로 가장 높고 경북 권이 가장 낮은

1,247

원으로 분석된다

.

일반적으로 배출권거래제를 활용하는 것이 전반적으로 온실가스 감 축비용을 감소시키는 것으로 분석된다

.

그러나 수도권

,

강원권

,

경남권 은 배출권거래제에 의한 지역총생산

(GRDP)

감소폭이 탄소세보다 낮 은 반면

,

전라권과 경북권의 경우에는 배출권거래제의

GRDP

감소폭 이 더 클 것으로 분석된다

.

이는 수도권과 전라권 및 경북권이 배출권을 파는 지역인 반면

,

다 른 지역은 배출권을 사는 지역이라는 분석과 일관성이 있는 분석이다

.

3.

연구결과 및 정책제언

본 연구에서는 상향식 모형과 하향식 모형의 연구결과를 비교하여 두 모형의 연계방안 및 활용방안을 강구했다

.

두 모형을 연계해서 저 탄소 정책효과를 분석할 수 있는 방법은 두 모형을 상호 보완적으로 활용하는 방안이다

.

상향식 모형과 하향식 모형을 독립적으로 활용하는 것보다는 두 모 형의 장점을 활용하여 정책효과 분석에 적용하는 것이 바람직하다

.

즉

,

상향식 모형은 부문별 감축비용 추정이나 감축 잠재량 분석에 활용 하고 하향식 모형은 거시경제 지표에 미치는 영향을 분석하는 것이다

.

상향식 모형은 부문별 및 업종별 온실가스 감축 잠재량 분석을 통한 부문별 감축목표 설정에 활용하는 것이 효과적이다

.

반면에 하향식 모 형은 국가 전체의 분석이나 거시경제 지표에 미치는 영향을 통해 정 책수단 비교 평가에 활용하는 것이 바람직하다

.

상향식 모형에 의하면 전환부문의 감축 잠재량이 높은 반면 산업부 문의 감축 잠재량은 낮은 것으로 나타났다

.

하향식 모형에 의하면 산업부문에서 에너지 다소비 업종의 온실 가스 감축비용이 높은 것으로 나타났다

.

또한 부문별 감축 잠재량을 반영하여 부문별 감축목표를 설정하는 것이 바람직할 것으로 보인다

.

이러한 연구결과를 감안하면 산업부문과 특히 에너지 다소비업종에 대한 감축목표는 신중하게 설정될 필요가 있을 것이다

.

상향식 모형에 의한 지역별 분석에 있어서 수도권이 가장 높은 감 축 잠재량과 감축율을 나타냈다

.

반면 충청권과 전라권은 가장 낮은 감축율을 보였다

.

따라서 동일한 감축율이 적용될 경우 전라권과 충청

권의 감축부담이 클 것으로 예상된다

.

하향식 모형 분석결과 동일한 감축목표

(20%)

를 달성할 경우 수도권 과 경남권의 감축비용이 가장 높은 것으로 나타났다

.

전라권과 경북권 은 비교적 낮은 감축비용을 나타냈다

.

배출권 거래제가 도입될 경우 상향식 분석모형에 의하면 발전과 상 업부문이 배출권을 판매할 수 있을 것으로 분석되었다

.

반면 나머지 부문은 모두 배출권을 구매해야 할 것으로 나타났다

.

현재의 국제탄소가격

($20-30/CO

2톤

)

을 감안하여 국제탄소시장을 활 용할 경우 모든 부문이 배출권을 구매해야 할 것으로 분석되었다

.

따 라서 국제탄소시장에서 우리나라는 주요 배출권 구매자 역할을 할 것 으로 예상된다

.

상향식 모형을 이용한 지역별 분석에서는 수도권과 경남권이 배출 권을 판매할 지역으로 나타났다

.

그러나 하향식 모형의 분석에서는 수 도권과 충청권이 배출권 매입지역으로 나타났으며 전라권과 경북권이 배출권을 판매할 수 있는 지역으로 나타났다

.

본 연구에서는

2020

년에 온실가스 감축목표를

20%

로 설정했는데 이 는 우리나라의 감축목표

(30%)

에 비하면 낮은 수준이다

.

따라서 국가 감축목표를 달성하기 위해서는 대부분의 업종과 지역이 배출권을 매 입하거나 추가적인 감축이 이루어져야 할 것으로 예상된다

.

이러한 감축으로 인해 국가의 경제성장과 지역경제가 부정적 영향 을 받을 가능성이 있다

.

따라서 보다 비용이 낮은 온실가스 감축수단 을 적극적으로 개발할 필요가 있을 것이다

.

정부는 기술개발에 대한 연구개발 예산을 증대시킬 필요가 있을 것이다

.

ABSTRACT

1. Research Purpose

The purpose of this research is to develop the bottom-up model and top-down model and to estimate the effect of low-carbon strategy. Bottom-up model(MARKAL) has advantage to estimate sectoral GHG mitigation potential and MAC, and top-down model(CGE) is strong to estimate the economic effect of GHG mitigation policies.

Bottom-up model etimates technological GHG mitigation potential and abatement cost for each sectors and six regions. Top-down model estimates the cost-effectiveness of carbon tax and GHG emission trading system for each sectors and regions. Low-carbon strategy is set to reduce GHG emsiion by 20% compared to baseline emission in 2020.

The result of this empirical study is reckoned to be useful as a

preliminary study on combining or integrating bottom-up and

top-down model. The result of bottom-up model has useful

information to set GHG reduction target for sectors, and the result

of top-down model is useful to evaluate the effectiveness of policy

and measures

2. Summary

The national GHG mitigation potential in 2020 is 22.9% (140,900 ths. tCO

2

) compared to 2020 BAU levels(629,171 ths. tCO

2

) based on bottom-up model estimation. Conversion sector has the largest share(60.5%) of national reduction potential, and industrial sector has the smallest share(3.7%) due to high efficiency.

Korean sectors have to buy carbon credit equivalent to 7.1% of GHG emissions in order to achieve national target in 2020. Also, government and industrial sectors have to develop more efficient low-cost technologies to reduce emissions.

Under the emission trading system, sectors excluding commercial and electricity have to buy allowances to achieve the target of 20%.

The mitigation cost to achieve 20% target in 2020 will be decrease by between 10.6% and 123.7% when the domestic emission trading system is connected to international carbon market. This forecast comes from the fact that the cost to reduce GHG emissions is high in Korea.

Capital Region has the largest mitigation potential of 59,077 ths.

tCO

2

(24.8% compared to baseline in Capital Region), Kang-Won

Region has the smallest potential of 10,627 ths. tCO

2

(16.0%). Capital

Region and Kyung-Nam Regios only can sell permissions to get

20% target under emission trading measures.

The mitigation cost in Kyung-Nam Region will be decrease by 96.7%, and Kang-Won Region can reduce the mitigation cost by 290.2% compared to command and control approach under international emissions trading system.

Top-down model(CGE) includes carbon tax and cap and trading system as low carbon strategy. The estimated average cost to reduce 20% of BAU levels using cap and trade in 2020 is $7/tCO

2

and the cost of CO

2

reduction is higher in Capital region.

The average cost to reduce 20% of BAU levels using carbon tax in 2020 is the highest in Capital region($12.5/tCO

2

).

In the case of adopting carbon tax, GDP is estimated to have declined by 1.25% in 2020, and 1.24% in the case of adopting cap and trade. As a result, emission trading system is more cost-effective measures than carbon tax to reduce emissions.

There is no robust method to combine bottom-up and top-down models since the basic structur and assumptions of two model types are different. The best way is to use two models complimentarily.

The bottom-up model is applicable to estimate GHG reduction potential and mitigation cost in sectoral terms. The top-down model is best to estimate the effect of policy and measures on the macro-economic indicators.

As a result, top-down model is more suitable to compare the

effect of emission trading system and carbon tax on economic

system. The bottom-up model is used to estimate the capacity of each sectors to comply with the GHG emission reduction regulation.

3. Research Results & Policy Suggestions

The electricity sector has the most cost-effective potential to reduce GHG emissions, and industry sector has the smallest GHG emission reduction potentials.

As most of the electricity sector's potential comes from carbon capture and storage technology, government has to invest in CCS technology such that CCS can be introduced in electricity sector before 2020.

And, government has to take into account of lowest GHG emission reduction potentials and international competitiveness of industrial sector to set reduction target for sectors.

According to the result, cap-and-trade is more effective than carbon tax in the tiny difference. Recently, Korean government introduced GHG&Energy Management Program in order to achieve the mid-term GHG emission target.

Since the emission trading system can contribute to the cost

reduction to reduce emissions, government has to integrate domestic

emission trading into international carbon market. And government

has to invest in R&D on new technologies to reduce GHG

emissions and energy consumptions.

제목 차례

제

1

장 서론

··· 1

1.

연구 필요성

··· 1

2.

연구 목적

··· 2

3.

통합모형 개발 방향

··· 4

제

2

장 상향식 모형에 의한 저탄소 정책효과 분석

··· 9

1.

분석 모형 및 분석 대상

··· 9

2.

입력 자료

··· 18

3.

온실가스 감축수단

··· 48

4.

분석결과

··· 78

제

3

장 하향식 모형에 의한 저탄소 정책효과 분석

··· 144

1.

분석대상 지역 및 산업

··· 144

2.

온실가스 감축목표 시나리오

··· 147

3.

저탄소 정책의 부문별 효과 분석

··· 149

4.

저탄소 정책의 지역별 효과 분석

··· 162

제

4

장 통합모형 개발 및 활용 방안

··· 178

1.

온실가스 감축 잠재량 분석

··· 178

2.

온실가스 감축 비용 분석

··· 181

3.

정책수단 선정

··· 185

4.

상향식 모형과 하향식 모형의 활용 방향

··· 189

5.

전년도 연구와의 차이

··· 189

제

5

장 결론

··· 191

1.

분석결과 요약

··· 191

2.

정책적 시사점

··· 198

3.

향후 연구 방향

··· 200

참 고 문 헌

··· 201

표 차례

<

표

2-1>

분석모형의 개요

··· 10

<

표

2-2>

부문별 분석대상 에너지 시스템 분류

··· 14

<

표

2-3>

기준에너지 시스템

(RES)

의 구성요소

··· 17

<

표

2-4>

전환부문의 최종수요 변수

··· 19

<

표

2-5>

전환부문의 최종수요

··· 19

<

표

2-6>

전환부문의 지역별 최종수요

··· 21

<

표

2-7>

산업부문의 최종수요 변수

··· 22

<

표

2-8>

산업부문의 최종수요

··· 24

<

표

2-9>

산업부문의 지역별 최종수요 비중

··· 26

<

표

2-10>

가정부문의 최종수요 변수

··· 27

<

표

2-11>

가정부문의 최종수요

(

가구수

,

백만

) ··· 27

<

표

2-12>

가정부문의 지역별 최종수요 비중

··· 29

<

표

2-13>

상업부문의 최종수요 변수

··· 29

<

표

2-14>

상업부문의 최종수요

··· 30

<

표

2-15>

상업부문의 지역별 최종수요 비중

··· 32

<

표

2-16>

수송부문의 최종수요 변수

··· 33

<

표

2-17>

수송부문의 최종수요

··· 34

<

표

2-18>

수송부문 육상교통의 지역별 최종수요

··· 38

<

표

2-19>

에너지원별 발열량

··· 39

<

표

2-20>

원유 및 주요 에너지원 가격 전망

··· 40

<

표

2-21>

에너지원별 가격

··· 41

<

표

2-22>

온실가스 배출계수

··· 45

<

표

2-23>

시멘트산업의 공정배출

··· 47

<

표

2-24>

철강산업의 공정배출

··· 47

<

표

2-25>

전력의 온실가스 배출계수

··· 48

<

표

2-26>

전환부문의 온실가스 감축수단 개요

··· 49

<

표

2-27>

전환부문 신기술 도입 시나리오

··· 49

<

표

2-28>

전환부문 연료전환 시나리오

··· 50

<

표

2-29>

전환부문

CHP

도입 시나리오

··· 51

<

표

2-30>

전환부문

CCS

도입 시나리오

··· 53

<

표

2-31>

발전부문 송배전 손실율 감소 시나리오

··· 53

<

표

2-32>

발전부문의 연료전지발전 도입 시나리오

··· 54

<

표

2-33>

산업부문의 온실가스 감축수단

··· 55

<

표

2-34>

산업부문 신기술 도입 시나리오

··· 56

<

표

2-35>

산업부문의 연료전환 시나리오

··· 57

<

표

2-36>

산업부문의 원료전환 시나리오

··· 57

<

표

2-37>

산업부문의

CHP

도입 시나리오

··· 58

<

표

2-38>

산업부문의 신재생발전 도입 시나리오

··· 59

<

표

2-39>

산업부문의

CCS

도입 시나리오

··· 60

<

표

2-40>

가정부문의 온실가스 감축수단

··· 60

<

표

2-41>

난방부문의 진공단열패널 도입 시나리오

··· 62

<

표

2-42>

냉방부문의 고효율 기기 도입 시나리오

··· 63

<

표

2-43>

조명부문의 고효율 조명기기 도입 시나리오

··· 63

<

표

2-44>

가전기기의 고효율 제품 도입 시나리오

··· 64

<

표

2-45>

가정부문의 연료전지 도입 시나리오

··· 65

<

표

2-46>

상업부문의 온실가스 감축수단

··· 66

<

표

2-47>

난방부문의 진공단열패널 도입 시나리오

··· 67

<

표

2-48>

냉방부문의 흡수식 냉온수기 도입 시나리오

··· 67

<

표

2-49>

조명부문의 고효율 조명기기 도입 시나리오

··· 68

<

표

2-50>

상업부문의 연료전지 도입 시나리오

··· 69

<

표

2-51>

수송부문의 온실가스 감축수단

··· 70

<

표

2-52>

수송부문 자가용 승용차의 점유율 시나리오

··· 71

<

표

2-53>

수송부문 영업용 승용차

(

택시

)

의 점유율 시나리오

··· 73

<

표

2-54>

버스 및 화물차용 바이오디젤 혼합비율 시나리오

··· 73

<

표

2-55>

수송부문 자가용 버스의 점유율 시나리오

··· 74

<

표

2-56>

수송부문 영업용 버스의 점유율 시나리오

··· 75

<

표

2-57>

수송부문 자가용 화물차의 점유율 시나리오

··· 76

<

표

2-58>

수송부문 영업용 화물차의 점유율 시나리오

··· 77

<

표

2-59> 1

차 에너지 수요 전망

··· 78

<

표

2-60>

부문별 에너지 수요 전망

··· 80

<

표

2-61>

연료연소에 의한 온실가스 배출 전망

··· 81

<

표

2-62> 2020

년 우리나라의 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축율

·· 84

<

표

2-63>

국가 전체의

2020

년 부문별 감축 잠재량 및 감축비용

··· 85

<

표

2-64>

국가 전체의

2020

년 감축 잠재량 및 감축비용

··· 88

<

표

2-65>

전환부문의

2020

년 감축 잠재량 및 감축율

··· 89

<

표

2-66>

전환부문의

2020

년 감축수단별 감축 잠재량 및 감축비용

·· 90

<

표

2-67>

산업부문의

2020

년 감축 잠재량 및 감축율

··· 94

<

표

2-68>

산업부문의

2020

년 감축 잠재량 및 감축비용

··· 96

<

표

2-69>

상업부문의

2020

년 감축 잠재량 및 감축율

··· 99

<

표

2-70>

상업부문의

2020

년 감축 잠재량 및 감축비용

··· 100

<

표

2-71>

가정부문의

2020

년 감축 잠재량 및 감축율

··· 103

<

표

2-72>

가정부문의

2020

년 감축 잠재량 및 감축비용

··· 104

<

표

2-73>

수송부문의

2020

년 감축 잠재량 및 감축율

··· 107

<

표

2-74>

수송부문의

2020

년 감축 잠재량 및 감축비용

··· 108

<

표

2-75> 20%

감축 및 배출권 거래제 도입시

2020

년 업종별 배출권 판매 및 구매량

··· 111

<

표

2-76> 20%

감축 및 배출권 거래제 도입시

2020

년 업종별 감축비용 변화

··· 114

<

표

2-77>

연료연소에 의한 지역별 온실가스 배출 전망

··· 115

<

표

2-78>

충청권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축율

··· 116

<

표

2-79>

충청권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축비용

·· 117

<

표

2-80>

전라권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축율

·· 120

<

표

2-81>

전라권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축비용

·· 120

<

표

2-82>

경북권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축율

··· 123

<

표

2-83>

경북권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축비용

·· 124

<

표

2-84>

수도권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축율

··· 127

<

표

2-85>

수도권의

2020

년 온실가스 감축 잠재량 및 한계감축비용

··· 128

<

표

2-86>

경남권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축율

··· 131

<

표

2-87>

경남권의

2020

년 온실가스 감축 잠재량 및 감축비용

··· 132

<

표

2-88>

강원권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축율

··· 134

<

표

2-89>

강원권의

2020

년 부문별 온실가스 감축 잠재량 및 감축비용

·· 135

<

표

2-90>

지역별 감축 잠재량 및 감축비용

··· 138

<

표

2-91> 20%

감축 및 국내 배출권 거래제 도입시

2020

년의 지역별 배출권 판매

(+)/

구매

(-)

량

··· 139

<

표

2-92> 20%

감축 및 국제 배출권 거래제 도입시

2020

년의

배출권 판매

(+)

및 구매량

(-) ··· 141

<

표

2-93>

배출권 거래제 도입시 감축비용 변화

··· 143

<

표

3-1>

지역분류

··· 144

<

표

3-2>

산업분류

··· 145

<

표

3-3>

하향식 모형의 온실가스 감축 시나리오

··· 148

<

표

3-4>

기준안

(BAU)

의 산업별 온실가스 배출량 전망

··· 151

<

표

3-5>

온실가스 감축 시나리오별 에너지 수요 변화

··· 154

<

표

3-6>

배출권 거래제 도입시 시나리오별 배출권 가격

··· 155

<

표

3-7>

탄소세

(

개별이행

)

도입에 따른 부문별 온실가스 감축 비용

156 <

표

3-8>

온실가스 감축 시나리오별 국가 거시경제지표 변화

··· 157

<

표

3-9>

온실가스 배출규제가 산업별 생산에 미치는 영향

··· 160

<

표

3-10>

온실가스 배출규제가 산업별 생산에 미치는 영향

··· 161

<

표

3-11>

기준안

(BAU)

의 지역별 온실가스 배출량 전망

··· 162

<

표

3-12>

온실가스 감축 시나리오별 지역별 에너지 수요 변화

··· 164

<

표

3-13>

배출권 거래제 도입 시 시나리오별 배출권 가격

··· 168

<

표

3-14>

시나리오

II(

목표강화

,

배출권거래제

)

의 지역별 배출권 거래량

··· 169

<

표

3-15>

시나리오

IV(

목표고정

,

배출권거래제

)

의 지역별 배출권 거래량

··· 169

<

표

3-16>

시나리오

I(

목표강화

,

탄소세

)

의 지역별 탄소감축 비용

··· 170

<

표

3-17>

시나리오

III(

목표고정

,

탄소세

)

의 지역별 탄소감축 비용

··· 171

<

표

3-18>

온실가스 감축 시나리오별 지역

GDP

변화

··· 173

<

표

3-19>

온실가스 감축 시나리오별 지역 소비 변화

··· 174

<

표

3-20>

온실가스 감축 시나리오별 지역 투자 변화

··· 176

<

표

3-21>

온실가스 감축 시나리오별 지역 순수출 변화

··· 177

<

표

4-1>

경북권의

2020

년 온실가스 감축 잠재량 분석 예

··· 179

<

표

4-2>

상향식 모형과 하향식 모형의 감축 잠재량 분석

융통성 비교

··· 180

<

표

4-3>

상향식 모형과 하향식 모형의 감축비용 분석 융통성 비교

182

<

표

4-4>

상향식 모형을 이용한 경북권의

2020

년 온실가스

감축비용 분석 예

··· 183

<

표

4-5>

경북권의

2020

년 온실가스 감축비용 분석 예

··· 185

<

표

4-6>

상향식 모형과 하향식 모형의 정책수단 평가 활용 가능성

187

<

표

4-7>

경북권의

2020

년 온실가스 배출권 거래량

··· 187

<

표

4-8>

하향식 모형을 이용한 정책수단별

2020

년 지역

GDP

변화

188

<

표

4-9> 2

차년도

(2009

년

)

연구 대비 개선 사항

··· 190

그림 차례

[

그림

2-1 ]

전환부문의 수요

(2005=100) ··· 20

[

그림

2-2]

산업부문의 최종수요

(2005=100) ··· 25

[

그림

2-3]

가정부문의 최종수요

(2005=100) ··· 28

[

그림

2-4]

상업부문의 최종수요

(2005=100) ··· 31

[

그림

2-5]

수송부문 육상교통의 최종수요

(2005=100) ··· 36

[

그림

2-6]

철도

,

해운

,

항공교통의 최종수요

(2005=100) ··· 37

[

그림

2-7]

국가 전체의 온실가스 한계감축비용

(MAC) ··· 86

[

그림

2-8]

국가 전체의 온실가스 평균 감축비용

··· 87

[

그림

2-9]

전환부문의 온실가스 한계감축비용

(MAC) ··· 91

[

그림

2-10]

전환부문의 온실가스 감축 평균비용

··· 92

[

그림

2-11]

산업부문의 온실가스 한계감축비용

(MAC) ··· 97

[

그림

2-12]

산업부문의 온실가스 평균 감축비용

··· 98

[

그림

2-13]

상업부문의 온실가스 한계감축비용

(MAC) ··· 101

[

그림

2-14]

상업부문의 온실가스 평균 감축비용

··· 102

[

그림

2-15]

가정부문의 온실가스 한계감축비용

(MAC) ··· 105

[

그림

2-16]

가정부문의 온실가스 평균 감축비용

··· 106

[

그림

2-17]

수송부문의 온실가스 한계감축비용

(MAC) ··· 109

[

그림

2-18]

수송부문의 온실가스 평균 감축비용

··· 110

[

그림

2-19]

충청권의

2020

년 온실가스 감축 잠재량 및 한계비용

(MAC) ·· 119

[

그림

2-20]

전라권의

2020

년 온실가스 감축 잠재량 및 한계비용

(MAC) ·· 122

[

그림

2-21]

경북권의

2020

년 온실가스 감축 잠재량 및 한계비용

(MAC) ·· 126

[

그림

2-22]

수도권의

2020

년 온실가스 감축 잠재량 및 한계비용

(MAC) ·· 130

[

그림

3-23]

경남권의

2020

년 온실가스 감축 잠재량 및 한계비용

(MAC) ·· 133

[

그림

3-24]

강원권의

2020

년 온실가스 감축 잠재량 및 한계비용

(MAC) ·· 137

[

그림

3-1]

산업별 온실가스 배출량 전망

··· 152

[

그림

3-2]

시나리오별

GRDP

와

GDP

변화 비교

(2030

년

) ··· 159

[

그림

3-3]

기준안

(BAU)

의 지역별 온실가스 배출량 전망과 감축 시나리오

· 163

[

그림

4-1]

경북권의

2020

년 온실가스 감축 한계비용 및 평균비용 분석 예

·· 184

제1장 서 론

1.

연구 필요성

현재 유엔에서는 기후변화협약

(UNFCCC)

에 의한 선

.

개도국 장기 협 력적 행동

(AWG-LCA)

협상과 교토의정서

(Kyoto Protocol)

에 의한 부속 서

I

국가의

post-2012

의무부담 설정

(AWG-KP)

협상이 진행되고 있다

.

2009

년 말에 작성된 코펜하겐합의문에 제출된 선진국의

2020

년 감축 목표는

1990

년 배출량 대비

17-25%

수준이다

.

온실가스 농도를

450ppm

수준으로 안정화시켜 지구온도를 산업혁명 대비

2

도 이내 상승으로 억 제하기 위한

IPCC

의 권고 수준

(25-40%)

에도 미치지 못하는 수준이다

.

장기 협력적 행동

(AWG-LCA)

의 기초가 되었던 발리행동계획

(Bali

Action Plan)

에 의하면 선진국 뿐만 아니라 개도국도 온실가스 감축행

동을 취하도록 되어 있다

.

지구온도 안정화를 위해서는 선진국뿐만 아 니라 개도국도 노력에 동참해야 한다는 것이 일반적인 시각이다

.

우리나라는

2009

년 말

(11

월

)

에 중기

(2020

년

)

감축목표를 발표했기 때 문에 온실가스 감축은 이제 우리의 현실이 되었다

.

따라서 지속적인 경제성장을 촉진하면서 온실가스 감축을 달성할 수 있는 전략 수립이 시급하게 되었다

.

정부는 온실가스 감축목표를 비용 효과적으로 달성하기 위해 녹색 성장기본법을 제정하고 온실가스

․

에너지 목표관리제와 배출권 거래 제 도입을 추진하고 있다

.

이러한 다양한 정책 및 수단의 효과를 평가 할 수 있는 분석방법이 필요한 상황이다

.

2.

연구 목적

본 연구는

3

단계

(2008-2010

년

)

연구의 마지막 단계

(2010

년

)

연구이다

.

다양한 기후변화 정책의 경제

․

환경적 효과를 분석할 수 있는 통합모 형을 개발하고 이를 통해 기후변화정책의 경제

․

환경적 효과를 분석 하는 것이 연구 목적이다

.

우선

2

차년도 연구

(2009

년

)

에서 개발한 상향식 모형

(MARKAL)

과 하향식

모형

(CGE)

을 발전시켜 기후변화 정책의 경제

․

환경적 효과를 분석했다

.

2020

년에 기준 배출량 대비

20%

를 감축하는 감축목표를 설정하고 이를 달성하기 위한 정책수단 평가 및 감축잠재량과 감축비용을 분석하였다

.

기준 배출량 대비

30%

감축 이라는 국가 감축목표 대신

20%

감축목 표를 설정한 것은 분석모형에서

30%

의 감축 해를 찾을 수 없었기 때문 이다

.

이는 국가 감축목표 분석연구와 본 연구의 분석방법 및 분석대상 이 다르기 때문에 나타난 결과로 풀이된다

.

상향식 모형은 부문별 온실가스 감축수단

,

온실가스 감축 잠재량

,

한계감축비용

(MAC),

분석에 유용한 모형이다

.

최종수요가 고정되어 있 고

,

부가가치나 국민총생산

(GDP)

과 같은 변수들을 사용하지 않기 때 문에 거시경제에 대한 파급효과 분석에는 적합하지 않다

.

반면

,

하향식 모형

(CGE)

은 정책수단이 국민총생산

(GDP)

등의 거시 경제 지표에 미치는 효과를 추정하는데 유용한 모형이다

.

그러나 부문 별 감축 잠재량이나 감축비용을 제시하지 못하는 한계점이 있다

.

상향식 모형과 하향식 모형은 각각 장점과 단점을 갖고 있으므로 두 모형을 연계하면 저탄소 정책의 효과를 종합적으로 분석할 수 있다

.

상 향식 모형 분석결과는 부문별 감축목표 설정에

,

하향식 모형의 분석결

과는 정책수단 선정에 유용할 것으로 기대된다

.

제

2

장에서는 상향식 모형에 의한 온실가스 감축 잠재량 및 감축비 용을 분석하고 제

3

장에서는 하향식 모형에 의한 저탄소 정책의 거시 경제 지표 영향을 분석했다

.

제

4

장에서는 두 모형의 연계방안과 활용 방안을 제시하며 제

5

장에서는 정책적 시사점을 제시했다

.

본 연구의 기준년도는

2005

년이며 분석기간은

2050

년까지 설정되었 으나

2020

년을 기준으로 분석결과를 제시했다

.

모든 비용은

2005

년 불 변가격이며 할인율은

5.5%

를 적용했다

.

온실가스는 연료연소에서발생 한 이산화탄소

(CO

2

)

만 대상으로 설정했다

.

분석은 크게 부문별 분석과 지역별 분석으로 구분해서 실시했다

.

상향식 모형의 부문별 분석에서는 우리나라 전체 에너지 시스템을 전환

(

발전

,

정유

,

지역난방

,

도시가스

),

산업

(

농림어업

,

광업

,

제조업

,

건 설업

),

가정

,

상업

,

수송으로 구분했다

.

제조업은 자동차

,

철강

,

제지

,

시멘트

,

석유화학으로 세분화했다

.

하향식 모형의 부문 구분도 상향식 모형과 일관성을 갖도록 설정되었다

.

지역별 분석에서는 전국을 수도권

,

강원권

,

충청권

,

전라권

,

경북권

,

경남권 등

6

개 광역권으로 구분했다

.

각 지역은 부문별 분석의 부문 구분을 유지하도록 설정했다

.

상향식 모형과 하향식 모형에 동일한 지 역구분을 적용했다

.

저탄소 정책은

2020

년의 기준 배출량은 대비

20%

감축하는 시나리 오를 설정했다

.

정책수단으로 상향식 모형에서는 온실가스 감축기술 을

,

하향식 모형에서는 배출권 거래제와 탄소세를 적용했다

.

탄소세는 분석대상

(

부문 및 지역

)

이 배출권 거래기능이 배제된 상황에서 개별적 으로 감축목표를 달성하는 경우를 의미한다

.

상향식 모형에서는 기술적 감축수단을 이용하여 부문 및 지역별 온 실가스 감축 잠재량과 감축비용을 분석했다

.

하향식 모형에서는 감축 목표를 달성하기 위한 정책수단

(

배출권 거래제

,

탄소세

)

의 효과와 거 시경제 지표에 대한 영향을 분석했다

.

본 연구 결과는 상향식 모형과 하향식 모형을 연계할 수 있는 기초 연구로 활용될 수 있을 것이다

.

또한 중앙정부와 지방정부가 기후변화 정책 및 조치가 국가의 거시경제 지표와 경제 각 부문에 미치는 영향 을 파악하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다

.

3.

통합모형 개발 방향

가. 통합모형 개발추이

에너지

-

경제 분석모형은 크게 상향식

(bottom-up)

과 하향식

(top-down)

접근방법으로 나눌 수 있다

.

상향식은 분석대상을 기술적으로 표현할 수 있는 반면 하향식 모형은 분석대상을 내생적인 조정이라는 종합적 인 측면을 잘 표현할 수 있다

.

이러한 두 모형의 장점과 단점을 활용하기 위해 모형을 연계하는 시도가 많이 이루어졌다

.

지금까지 시도된 연계모형은 크게 세 종류로 분류될 수 있다

(Strachan, et al. 2008).

첫째

,

상향식 모형과 하향식 모형을 독립적으로 개발한 이후에 두 모형을 연계

(link)

하는 방법이다

.

두 모형의 장점을 활용해서 상호 연 계

(soft-linked)

하는 방법이다

.

동 접근방법은 두 모형의 장점을 잘 활용할 수 있지만 행태가정

(behavioral assumptions)

과 추정개념

(accounting concep)

의 차이로 인

해 일관적이지 못하다는 지적을 받고 있다

.

둘째

,

한 분석모형에 다른 분석모형의 축약형식

(reduced form)

을 사 용하는 방법이다

. MARKAL-Macro

가 대표적인 모형으로서

,

기술적이 고 구체적인 상향식의 접근방법에 내생적인 에너지 수요와

GDP

효과 를 반영하는 방법이다

.

이러한 방법은 기본적으로 상향식 모형이나 하향식 모형 중심의 분 석방법에 해당된다

.

상향식 위주의 모형에서는 생산요소 및 부문간 대 체가

,

하향식 모형위주에서는 기술적인 관계가 반영되지 못함으로써 두 모형의 단점이 근본적으로 해결되지 못하는 단점을 갖고 있다

.

셋째

, 1990

년대 이후에 추진된 방법으로서 상호보완문제

(mixed

complementarity problems)

를 해결하기 위한 해결알고리즘

(solution

algorithms)

을 개발해 두 모형을 완전히 통합하는 방안이다

.

이는 결정변수와 균형상태 간 불균형과 상보성을 명확하게 명시할 수 있으며 기술 표현이 가능한 상향식 모형과 경제적 영향 분석이 가 능한 하향식 모형의 장점을 하나의 모형에서 이용할 수 있는 강점이 있다

.

그러나 하향식 모형과 상향식 모형의 일관성 있는 통합을 가능하게 하는 분해적 접근법

(decomposition approaches)

에 대한 추가적인 연구 가 필요한 것으로 나타나고 있다

.

나. 통합모형 개발 방향

에너지정책 분석에 주로 이용되는 연산일반균형모형

(CGE)

은 에너지 시스템의 기술적인 정보를 반영하지 못한다는 단점이 있다

.

이를 보완 하기 위해 에너지 분야는 상향식 모형을 이용하고

,

이 외 일정한 대체

탄력성을 지니는 생산부문은 하향식 모형을 연계하여 분석한 사례도 있다

(Bohringer, 1998).

이러한 방법은 시장왜곡 등으로 인해 주요 산업부문의 대체탄력성 을 구하기 어려운 경우나 에너지 집약적인 산업부문 분석에 적절하다

.

기존

CGE

모형에 반영되는 효율성 모수를 향후 적용 가능한 기술을 토대로 한 모수로 대체할 수 있는 장점이 있다

.

CGE

와 같은 하향식모형은 국가산업연관표를 토대로 분석하는데 반 해

,

상향식 행태분석모형은 세부적인 기술관련 데이터를 토대로 분석 하게 된다

.

따라서 두 모형에 사용된 자료를 조화시키는 과제가 해결 될 필요가 있다

.

자료의 일관성을 유지하기 위해 국가산업연관표의 에너지 부문에서 산출한 총 액수가 상향식모형의 기술에 투입된 총 액수와 일치해야 한다

.

두 모형을 연계하기 위해서는 자료 수정이 이루어져야 하는 과제가 남아 있다

.

미국 발전부문을 대상으로 미국 내 온실가스 배출량을 제한하는 세 가지 주요 시나리오의 거시경제 효과를 분석한 연구

(Yuan et al.)

에서는 상향식모형

(NEEM)

과 하향식모형

(MRN)

이 통합된 방법이 사용되었다

.

분석 결과 하향식 모형

(MRN)

은 거시경제 지표를 분석하는데 적합 하나 기술적인 부문을 고려하지 못한다는 단점이 있다

.

이와 반대로 상향식 모형

(NEEM)

은 발전부문과 같은 경제 하위부문을 분석하는데 적합하나 경제 전반을 분석하기 어렵다는 단점이 지적되었다

.

상향식 모형은 전력부문에 적용되었고 경제전반에 미치는 영향은 하향식 모형이 적용되었다

.

본 연구는 두 모형은 서로 상이하나 상호 보완적이기 때문에 적절하게 통합될 경우

,

상호적으로 일관성 있는 거 시경제 효과 분석결과를 도출할 수 있다는 점을 보여주고 있다

.

구체적인 발전관련 기술을

CGE

모형에 포함시켜 탄소세가 미국경 제에 미치는 영향을 분석한 연구도 있다

(Wing, 2006).

기존 상향식 모 형의 분석결과와 비교하였을 경우

,

기술적 표현을 포함할 경우 이산화 탄소 감축의무가 있는 부문의 후생손실은 더 높은 것으로 나타났다

.

동 연구에서

CGE

모형은 정책 효과를 분석하고 에너지 부문과 비 에너지 부문간 상호관계를 표현할 수 있는 장점을 갖고 있는 것으로 나타났다

.

그러나 에너지 공급 또는 최종수요 기술을 명백하게 표시할 수 없어 부문별 분석이 힘들고 실증적 증거가 부족하다는 단점이 나타났다

.

이러한 단점을 보완하기 위해 하향식 모형과 상향식 모형이 통합된 보완적 형태

(complementarity)

의

CGE

모형

(Christopher et al., 2003)

도 제시되었다

.

상향식 모형과 하향식 모형을 통합하기 위해서는 서로 다른 자료원에서 산출된 기초자료를 조율해야 한다는 문제점이 제기되었다

.

CGE

모형에 상향식 행태 분석을 반영시킨

SCREEN(Sustainability Criteria for REgional ENergy policies)

모형을 이용한 연구도 있다

(Kumbarogul et al., 2003).

동 모형을 이용하여

BAU

시나리오를 바탕 으로 스위스의 탄소세 도입 시 발전 부문과 일부 거시경제 지표에 미 치는 영향을 분석했다

.

이외에 에너지 수요공급과 경제 주요 부문의 거시경제 파급효과 간 상호관계를 분석하는 통합된 에너지경제균형모형

(energy-economy equilibrium model)

도 제시되었다

(Jaccard et al., 2004).

상향식 모형의 기술적 표현과 하향식 모형의 리스크와 기술 선호도에 따른 행태모수 를 실증적으로 측정할 수 있는 모형이다

.

연산일반균형모형

(CGE)

과는 달리 정부예산과 노동시장 및 투자 간 균형을 유지

(equilibrate)

하지 못할 뿐 아니라 투입 및 산출 표현 대부 분이 에너지 집약적인 산업부문에 쏠려있다는 단점이 드러났다

.

앞에서 살펴본 바와 같이 지금까지 개발된 통합 및 연계노력으로 일부 통합모형이 개발된 경우도 있다

.

그러나 대부분의 통합모형은 독 립적인 단일 모형이라기 보다는 두 모형을 보완적으로 적용하는 방법 이라고 할 수 있다

.

두 모형의 장점과 단점을 보완하기 위한 이러한 노력은 향후에도 지속될 것으로 예상된다

.

상향식 모형과 하향식 모형은 각각의 장점과 단점을 갖고 있다

.

상 향식 모형은 에너지 시스템의 구체적인 기술적 관계를 잘 설명하고 있다

.

구체적인 대상 부문별 온실가스 감축 잠재량과 한계감축비용 분 석에 매우 유용한 모형이다

.

하향식 모형은 정책이 거시경제 지표 등 국가경제에 미치는 영향을 분석하는데 매우 유용한 모형이다

.

특히 다양한 정책수단의 효율성을 비 교 분석함으로써 정책수단 선택에 효과적으로 활용할 수 있는 모형이다

.

우리나라와 같이 중기

(2020

년

)

감축목표가 설정된 상황에서는 부문별 감축 잠재량과 감축비용에 대한 분석이 필요한 실정이다

.

이를 통해 부문별 감축목표를 효과적으로 설정할 수 있기 때문이다

.

이와 같은 부문별 분석에는 상향식 분석모형이 매우 유용하다

.

감축목표가 설정되면 이를 달성하기 위한 효과적인 정책수단을 도입 해야 한다

.

배출권 거래제나 탄소세 혹은 거래기능이 없는 개별적인 감축 수단을 선정해야 한다

.

이러한 분석에는 하향식 모형이 매우 유용하다

.

따라서 본 연구는 지난

1

차년도 연구

(2008

년

)

와

2

차년도 연구

(2009

년

)

에서 개발된 상향식 모형과 하향식 모형을 보다 발전시키고 두 모 형을 보완적으로 활용할 수 있는 대안 제시에 중점을 두기로 한다

.

온 실가스 감축목표 설정 및 정책수단 선정에 두 모형을 적절하게 활용 할 수 있는 방안을 제시하는 것이 주된 목적이라고 할 수 있다

.

제2장 상향식 모형에 의한 저탄소 정책효과 분석

1.

분석 모형 및 분석 대상

가. 상향식 분석모형 개요1)

본 장에서는 상향식 최적화 모형

(bottom-up optimization model)

인

MARKAL

을 이용하여 저탄소 정책의 효과를 분석하게 된다

.

MARKAL

은 에너지 수급 및 환경 관련 제약조건에서 최종수요를 충

족하는 최소비용의 에너지 시스템을 선택하는 모형이다

. MARKAL

은 동적 선형계획 모형

(dynamic linear programming model)

이면서 부분 균형모형이다

.

목적함수로 비용함수가 사용되며 에너지 시스템의 할인된 총비용이 비용함수로 표현된다

.

총비용에는 기술에 대한 연간화된 투자비용

,

기 술의 고정 및 변동 운영

∙

유지비용

,

에너지 및 물질의 수입비용과 국 내 자원 생산비용

,

에너지 및 물질의 수출에 의한 수입

(收入),

에너지

,

기술 및 오염물질 배출에 부과 지급되는 세제 및 보조금이 포함된다

.

제약조건으로는 전력

,

열 및 모든 에너지의 수급 균형

,

오염물질 배 출량 등이 사용된다

.

제약조건에는 에너지 서비스 수요

,

기술의 설비 능력

,

설비 이용률

,

재화의 수급균형

,

배출 제약 등이 포함된다

.

1

차 에너지의 수출 입 및 국내 생산량

(

공급량

),

기술

(

자원기술

,

전환

1) 분석모형은 제1차년도(2008년), 제2차년도(2009년) 연구 보고서의 내용을 인용했으며 일부 내용을 수정했다.



 _{  }



^{  }



_{  }^{   } ·   ·







  ·      ^{ }

    ^{ } ⋯    ^{ }

기술

,

가공기술

,

수요기술 등

)

의 투자 규모와 설비용량 및 활동 수준

,

오염물질 배출량 등이 모형에서 결정되는 변수

(decision variables)

이 다

.

상향식 분석모형인

MARKAL

의 개요는 다음 표와 같다

.

구분 구성 요소 내용

모형 명칭 MARKAL 국제에너지기구(IEA)의 에너지 시스템 분석 (ETSAP) 모형

모형의 유형

상향식 최적화 최소비용의 에너지 시스템 구축  동적 선형계획 장기간을 고려한 최적화 달성

부분균형 접근법 주어진 최종수요를 충족하기 위한 최소비용의 에너지 시스템 구축

모형의 구성

목적함수 기술관련 비용의 할인된 총비용 제약조건 에너지 및 물질의 수급조건

결정변수 에너지 공급량, 기술의 투자/활동수준 목적함수  비용함수 비용함수의 최소화

<표 2-1> 분석모형의 개요

자료 : 에너지경제연구원,저탄소 경제시스템 구축전략 연구(1차년도), 2008

분석모형의 목적함수는 분석기간에 발생한 연간비용의 합계

(ANNCOST)

를 현재가치

(NPV)

로 표현하다

.

R(r)

은 분석대상 부문이나 지역

(region)

의 수로서 부문별 분석에서는 부문의 수를 의미하며 지역별 분석에서는

6

개의 광역권을 의미한다

. NPER

은 분석기간의 구간

(period)

의 수로서 본 연구에서는 분석기간을

2005-2050

년으로 설정했으므로 분석기간 구간 수는

8

이 된다

.

NYER

은 각 구간

(period)

내의 기간

(years)

의 수로서 본 연구에서는 각 구간을

5

개의 연도로 구분했으므로

NYER=5

가 된다

.

²⁾

d

는 할인율 로서 본 연구에서는

5.5%

의 할인율을 적용했으며

t

는 구간

(period)

을 의미한다

(t = 1, 2, , , 9).

연간비용의 합계

(ANNCOST)

는 모든 기술

(k),

수요부문

(d),

오염물질

(p)

및 투입연료

(f)

의 비용을 합계한 것이다

.

여기에는 연간 투자비용

,

연간 운영비용

(

고정 및 변동 운영비용

,

연료 인도비용

,

에너지 수입 및 추출비용

),

세제수입의 합계와 에너지 수출에 의한 수입도 포함되어 있다

.

연간비용을 수식으로 표현하면 다음과 같다

.

  



^{   ∗ }

  ^∗    ^∗



^{ }





^{ }  ^∗  ^∗



^{ }





^{  ∗  }

  ^∗    ^∗

     ^∗  





^{   ∗     }

2) MARKAL에서 분석기간 구간(period)내의 기간(year)은 모형자가 설정한 일정한 기간

(예를 들면 5년 단위)으로 설정되는 특성이 있다.

연간화 투자비용

(annualized investment cost)

은 각 구간

(t)

에서의 단 위당 투자비용

(Annualized_Invcost)

에 투자규모

(INV)

를 곱하여 모든 지역

(r),

구간

(t)

과 기술

(k)

에 대하여 합산한 것이다

.

단위당 투자비용은 총 투자비용을 기술 할인율

(hurdle rate)

을 사용 하여 기술 수명기간동안 동일한 연간 비용으로 분산시킨 개념이다

.

투 자비용에는 마지막 분석기간의 좌초된 가치

(salvage value)

도 반영된다

.

고정운영비용3)은 단위당 고정운영비용

(Fixom)

에 설비규모

(CAP)

를

,

변동운영비용은 단위당 변동운영비용

(Varom)

에 기술활동수준

(ACT)

을 곱해서 산출한다

.

인도비용은 재화

(c)

의 단위당 인도비용

(Delivcost)

에 기술의 운영에 필요한 재화의 양

(Input)

을 곱해서 산출한다

.

채광비용

(Miningcost)

은 가격수준

(l)

에서 재화

(c)

의 채광비용에 채광량을 곱하게 된다

.

거래비용

(Tradecost)

은 재화의 단위당 수출입을 위한 거래비용

(transaction cost)

이나 수송단가에 양을 곱하며

,

수출비용이나 수입비 용은 수출입 단가에 수출

.

입 양을 곱하여 산출할 수 있다

.

에너지 수입비용은 에너지 수입가격

(Importprice)

에 에너지 수입량

(Import),

탄소세 세수는 단위당 세금요율

(Tax)

에 오염물질 배출량

(ENV)

을 곱해서 산출한다

.

기술

(k)

은 자원기술

(resource technology),

가공기술

(process technology),

전환 및 변환기술

(conversion/transformation technology),

수요기술

(demand technology)

로 구분된다

.

자원기술은 에너지원별 수입기술을 의미한다

.

전환기술은

1

차 에너 지를

2

차 및 최종 에너지로 전환하는 기술로서 발전

,

정유

,

지역난방

,

3) 우리나라의 기술DB에서는 기술의 고정유지비용에 보험료와 인건비 등이 포함되어 있다.

도시가스

,

수소에너지 생산 기술이 여기에 해당된다

.

발전기술내에서 도 수많은 종류의 에너지원별 기술로 분류된다

.

가공기술은 에너지와 물질의 흐름을 표현하는 기술로서 각 업종내 의 수많은 종류의 기술로 구성되어 있다

.

기술에는 크게 비용

(

투자비 용

,

고정비용

,

운영비용

),

에너지 및 물질의 사용량 등이 구체적으로 표현된다

.

수요기술은 최종에너지를 사용하는 기술이다

.

수요부문

(d)

은 최종 수요로서 업종별로 상이하게 정의된다

.

전환부 문에서는 전력소비

,

열에너지 소비

,

석유제품 소비

,

수소에너지 소비

,

가스소비로 구분되고 산업부문에서는 자동차 생산

,

시멘트 생산

,

석유 화학제품 생산

,

종이 생산

,

철강 생산 등을 의미한다

.

가정부문에서는

5

가지 용도

(

난방

,

냉방

,

취사

,

가전기기

,

조명

),

상업 부문에서도

5

가지 용도

(

동력

,

냉방

,

취사

,

가전기기

,

조명

)

의 수요를 의 미한다

.

수송부문에서는 도로교통

,

철도

,

항공

,

수상 교통의 서비스 수 요가 최종수요로 정의된다

.

투입연료

(f)

는 다양한 에너지원을 의미하며 본 연구에서의 오염물질

(p)

은 이산화탄소

(CO

2

)

를 의미한다

.

나. 분석 대상 에너지부문4)

1) 분석대상 에너지 시스템

본 연구의 부문별 분석대상은 우리나라 전체 에너지 시스템이다

.

에 너지 시스템은 에너지흐름에 따라

1

차에너지 공급부문

,

전환부문

,

최 종에너지 소비부문으로 구분된다

.

4) 본 절은 제2차년도(2009)보고서에서 인용했으며 일부 내용을 수정․보완했다.

대분류 중분류 소분류 세 분 류

1차 에너지

공급

국내생산 생산 원자력, 신재생

수입 수입 석탄, 석유(원유, 석유제품), LNG

수출 수출 석유제품

벙커 벙커링 국제항공<