에너지ㆍ환경ㆍ경제 통합 계량경제 시뮬레이션 모형에 의한 온실가스 저감수단의 평가

부경진; 최도영

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자료유형: 연구보고서

저자정보: 부경진 최도영

저널정보: 에너지경제연구원 에너지경제연구원 연구보고서 에너지경제연구원 연구보고서 02-11

발행연도: 2002.12

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본 연구는 국내에서 온실가스 배출 저감을 위해 개발된 여러 가지 정책수단을 대상으로 그 실효성을 평가하고, 그 것이 국민경제에 미치는 영향을 측정 한 다음, 각각의 저감수단의 비용효과(cost -effectiveness)를 평가하고자 하였다. 그 동안 제기된 여러 가지 저감수단과 정책들에 대한 미시적인 여러 가지 분석도구를 이용하여 교토메카니즘과 기타 정책수단들에 대한 경제분석이 이루어져 왔으며, 더 나아가서 동태적 분석을 위해 CGE 등 시뮬레이션 모형이 개발되어 정책수단에 대한 다양한 분석이 시도되었다. 이러한 시뮬레이션 분석이 대부분 수학적 모델인 CGE에 집중되어 온 것에 반해 본 연구에서는 순수 거시경제이론에 입각하여 경제주체들의 행태에 주안점을 둔 계량경제 시뮬레이션 모형을 개발하였다.
시뮬레이션 모형은 에너지 모듈과 환경 모듈, 경제 모듈의 3개의 모듈로 구성되었다. 이 세 가지 모듈들은 GOP와 에너지수요, 오염물질 배출량의 연결고리 변수로 상호연결된다. 또한 시뮬레이션 모형은 40개의 추정식(stochastic equations)과 36개의 항등식 (identities)로 총 76개의 연립방정식 체계를 이루고 있다. 내생변수는 76개, 외생변수는 24개로 구성되었다. 모델의 예측력과 안정성, 즉, robustness를 판별하는 기준인 의태분석(backcasting) 결과도 아주 양호하게 나타났다.
동 모델을 이용하여 외생변수에 대한 가정과 전제를 바탕으로 2002년 부터 2020년까지 전망한 결과가 〈표 1〉에 실려있다. GDP는 2001년~2020년 기간동안 3.9%의 연평균 증가율을 보일 것으로 전망된다. 이는 우리나라의 경제구조가 향후 20년간 현재의 선진국들과 같이 상당히 안정화될 것이라는 것을 의미한다. 1차에너지 수요는 2001년에 198,285천 TOE 수준에서 연평균 2.7%의 증가율로 늘어나 2020년에는 325,925천 TOE를 기록할 전망이다. 또한 에너지부문의 CO₂ 배출은 같은 기간중 123,273천 TC에서 180,953 천TC로 2.0%의 연평균 증가율을 나타낼 것으로 예상된다.
〈표 1〉 GDP, 에너지수요 및 CO₂ 배출 전망
〈표삽입〉
이와 같은 전망을 가지고 4개의 기본시나리오와 2개의 파생시나리오, 총 6개의 탄소세 시나리오를 설정하여 정책시뮬레이션을 실시하였다. 4개의 기본시나리오는 단순히 탄소세를 탄소톤 당 5, 10, 15, 20만원을 부과하는 것이고, 파생시나리오는 10만원의 탄소세를 부과하는 경우 거둬들인 탄소세 수입을 재투자, 재투자하되 효율, 환경, 신재생에너지원에 투자하는 두 가지를 상정하였다
6가지의 탄소세 시나리오를 바탕으로 실시된 정책시뮬레이션 분석으로부터 얻은 몇 가지 중요한 발견사항은 다음과 같다.
첫째, 탄소세의 에너지소비, CO₂ 배출량 저감 및 경제손실은 〈표 2〉와 같다.
〈표 2> 탄소세의 에너지소비, CO₂ 배출량 저감 및 경제 효과
〈표 삽입〉
둘째, 현재 일반적으로 인식된 것처럼 연료의 탄소함량에 비례하여 탄소배출량이 저감되기는 하나 오히려 연료가격에 반비례하여 연료별 탄소배출량이 저감되는 것으로 나타났다. 예를 들면, 석탄의 탄소함량이 다른 연료에 비해 월등히 많기는 하나 더 중요한 것은 석탄의 가격이 다른 에너지원에 비해 1/3 또는 1/4 수준에 머무르고 있다는 점이다. 동일한 탄소세를 부과하면 가격상승효과는 석탄의 경우 가격이 상대적으로 높은 타 연료에 비해 훨씬 확대되어 나타난다.
셋째, 탄소세의 인상에 따라 이산화탄소 배출량이 저감규모가 체감하는 현상을 보인다. 다시 말하면, 탄소세를 두배로 인상하여도 이산화탄소 배출량이 두 배로 줄지 않는 다는 것이다. 이는 어디까지나 모델의 구조적 특성, 즉, 추정식의 형태에 기인하는 것이다. 즉, 대부분의 에너지원별 수요를 추정하는 회귀식(regression equations)이 로그-로그(log-log) 형태를 취하고 있고, 또한 가격변수의 계수(가격탄력성)가 1이하를 취하고 있기 때문에 가격이 오를수록 수요감소폭은 체감하게 된다.
넷째, 탄소세를 부과함에 따라 에너지 원단위(energy intensity)도 장기적으로 저감되는 현상을 보인다. 이러한 현상은 에너지원단위에만 국한되지 않고 단위에너지 당 탄소배출량인 탄소배출계수도 점진적으로 감소하고 있다. 이는 본 시뮬레이션 모델 디자인에서 의도된 것은 아니나 에너지소비자의 탄소함량이 높은 연료로부터 탄소함량이 낮은 연료로의 자발적 선택으로 유인된 탄소배출계수의 감소현상으로 간주될 수 있을 것이다.
다섯째, 1997년도 교토의정서(Kyoto Protocol)의 부속서 1 국가(Annex 1 countries)에게 의무화된 1990년도 탄소배출량 안정화는 현재 우리의 국가 경제구조상 감당하기에는 너무 크기 때문에 고려대상에서 제외하였다. 그럼에도 불구하고, 머지않아 직면하게 될지 모를 제2차 의무기간(2013-2017)에 개도국에 대한 감축의무에 대응하기 위해 2000년 안정화를 가정하면, 이는 탄소톤 당 10만원 내외의 탄소세 부과를 통해 가능하다.
여섯째, 모델구조의 특성에 기인하는 것이지만 본 연구에서의 탄소세의 경제적 충격은 비교적 큰 것으로 나타났다. 특히 GDP와 관련 지표, 즉, 최종소비, 개인소득, 투자, 수출에 미치는 영향은 0.2-0.3 정도의 탄성치를 가지고 상당히 높게 나타났다. 이러한 경제적 손실은 탄소세를 재투자함으로써 상당부분(50% 이상) 회복되는 것으로 나타났다.
마지막으로, 탄소세를 에너지절약이나 효율향상, 환경개선, 더 나아가서 신ㆍ재생에너지에 투자하는 경우 추가적인 이산화탄소 배출 저감은 물론 기타 대기오염물질의 배출저감 효과가 나타났다. 탄소세의 1/10 만을 관련분야에 투자한 경우 3% 포인트의 추가 이산화탄소 배출 저감을 시현하였으며, 만약 투자비율을 늘린다면 그 효과는 더욱 높아질 것으로 기대된다.

This study assesses the effectiveness of GHG mitigation measures, measures their impacts on national economy, and evaluates the cost-effectiveness of each measures. A number of modeling efforts, most of which are computable general equilibrium (CGE) techniques, have been made for dynamic analysis of policy measures to mitigate GHG emissions. CGE models, however, fails to incorporate economic behaviors into their model structure, overly relying on mathematical relations. In this study, dynamic simulation model, based on macro-economic and econometric theories, was developed. This empirical simulation model investigates the ways in which energy, environment, and economy interact as well as evaluates the impacts of GHG mitigation measures on energy consumption, environment, and macro-economic indicators.
The simulation model is composed of three modules: an energy module, an environmental module and an economic module. Each module consists of identities as well as stochastic equations, totalling 76 equations (40 stochastic equations and 36 identities). To test the predictive accuracy and stability of the model which indicate a model’s robustness, mean absolute percentage error (MAPE) is employed as a back casting technique. Version 4.1 of Eviews was the modeling software program chosen for this effort. The result of backcasting, MAPEs were within an acceptable range for most of edogenous variables.
Using this model and assumed values for exogenous variables, forecasting was conducted for endogenous variables. GDP was projected to increase at a relatively slow annual growth rate of 3.9% between 2001 and 2020. Total energy consumption and CO₂ emissions in 2020 are predicted to be 325.9 million TOE and 181.0 million TC, respectively. These results are comparatively consistent with those other major studies (KEEI, 1998, and 2000)These forecast provides a reference case (or baseline) for the ensuing policy simulation.
〈Table 3〉 Projected GOP, Energy Demand, and CO₂ Emissions
〈표 삽입〉
Because the model is grounded on economic structural behaviorism, the dynamic nature of the current economy is effectively depicted and simulated through manipulating exogenous policy variables. This macro-economic model is used to simulate six major policy interventions. This study considers only carbon tax for scenario analysis. Four basic scenarios and two derived scenarios were constructed: namely, 1) 50,000Won/TC, 2) 100,000Won/TC, 3) 150,000 Won/TC, 4) 200,000Won/TC, 5) 100,000/TC with reinvestment of tax revenue, 6) 100,000Won/TC with reinvestment of tax revenue in energy efficiency, conservation, environmental improvement, and renewable energy R&DD.
〈Table 4〉 Impact of Carbon Tax on Energy, CO₂ Emissions, and Economy
〈표 삽입〉
Major findings from this policy simulation are: 1) impact of carbon taxes in proportion with the relative price of each fuel as well as the carbon content of each fuel.; 2) reduction rate in CO₂ emissions is shriking as carbon tax increases; 3) carbon tax reduces the energy intensity as well as carbon intensity (carbon coefficients); 4) CO₂ emissions stabilization of 2000 (the most likely CO₂ emissions reduction requirement for Korea in Kyoto Protocol) could be achieved with 10,000Won/TC; 5) economic loss by carbon tax could be partially made up for through reinvestment of carbon taxes into energy efficiency and renewable energy programs.

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