[논문]자원 수급 및 가격 예측 -니켈 사례를 중심으로-

정재헌

문제 정의

많은 자원 중에서도 본 연구는 지난 1년간 특히 심한 가격 급등과 급락을 가져온 니켈의 수급 및 가격 변화에 대하여 시스템 다이나믹스 방법에 의한 예측을 시도하였다. 니켈은 건축 자재, 양식기, 자동차 등에 많이 쓰이고 있는 스테인리스의 원료로 쓰이며 특히 고가의 원자재로서 톤당 3000만원 근처(2008년 1월 16일 현재 런던비철금속거래소(LME) 현물 거래가격 톤당 26,705달러)에서 거래되고 있는 비철금속이다.
실행 결과는 회귀분석의 방법보다 더 높은 정확성을 보여 주었다. 이 연구는 상당히 값비싸면서 스테인리스 생산 등에서 높은 원가 비중을 보이는 니켈에 대해 미래 수급 및 가격을 예측하였고 또 가능한 수요 및 공급 측 변화에 의해 초래되는 상황에서 가격이 어떻게 변할 것인가에 대한 시나리오별 분석도 실행하여 그 실용성을 높였다.

제안 방법

본 연구 모델의 타당성 검증으로서 먼저 기존의 자료와 시뮬레이션 결과를 비교하는 하향식 검증을 실시하였다. 2002년도 1분기부터 2007년도 3분기까지의 각 지역별 실제 니켈 수요 데이터와 실제 니켈 가격 데이터를 모델을 통해 자생되는 각 지역별 니켈 수요와 가격 데이터와 비교하였다. 그 결과 이들 모든 자생변수들의 MAPEs평균이 10% 이하로 나오고 특히 니켈 가격은 그 수치가 6.
2장에서 본 연구는 먼저 니켈 수요에 영향을 주는 요인을 설명하고 다음 니켈 공급, 최종적으로 니켈 가격에 대해 모형 구성을 시도하였다. 3장에서는 시뮬레이션 결과에 대해 과거 데이타로 검증하였다.
그림에서 보듯이 니켈의 90% 안밖이 이들 6개 지역에서 소비되어 왔다. 따라서 세계 전체의 니켈 수요를 모형화하기 위해서 우리는 이들 6개 지역의 니켈 수요를 우선 모형화하고 기타 지역의 수요를 반영하기 위한 일정한 비율(타 지역 소비감안 가중치: 가장 최근 실측치인 1.18793을 사용)을 곱하여 전 세계 지역별 니켈 수요를 모형화하였다.
4절에서 이 값에 변화를 주어 가능한 시나리오에 대한 분석을 시도한다. 또한 니켈 공급 독점에 의한 감산이 발생할 때 공급 차질이 발생하면 더 많은 니켈 생산 감소가 오는 쪽으로 어느 한쪽만의 효과를 감안하도록 모형화하였다.
이러한 상황을 고려하여 분기별 니켈 공급은 니켈 잠재 공급에 니켈 공급 독점으로 인한 공급자에 의한 의도적인 감산, 생산차질에 의한 니켈 공급 감소 효과 등을 감안하여 [그림 6]의 모형에 의해 결정된다. 모형구축에서 니켈 공급 독점 효과는 3분기 연속으로 가격이 떨어질 때, 공급자가 의도적으로 2% 니켈 감산을 기획하여 실행하는 것으로 모형화하였다. 생산차질은 과거 실적 데이타가 있는 경우 실제 전문기관에서 추정한 생산 차질 계수를 사용하고 미래 예측의 생산 차질은 일정한 확률분포를 가지고 발생하는 것으로 모형화하였다.
본 논문은 주로 선형의 방정식 체계로 이루어지는 계량 경제학적인 방법에 의한 수급 및 가격 예측을 현실의 모사에 보다 충실한 시스템 다이나믹스에 의한 방법으로 바꾸어보았다. 시스템 다이나믹스 기법은 최근과 같이 비선형적인 가격 급등락 등의 상황을 보다 충실하게 반영할 수 있고 또 많은 비선형적인 상황 변화를 포함한 미래의 보다 다양한 시나리오에 대한 분석을 가능하게 한다.
본 연구는 주로 회귀분석의 방법에 의해 도출되던 자원 수급 및 가격 예측을 시스템 다이나믹스에 의한 방법을 적용하여 실행해보았다. 자원 중에서 특히 최근 비선형적인 변화 경향을 보이고 있는 니켈에 대하여 시스템 다이나믹스 방법을 적용하였다.
모형구축에서 니켈 공급 독점 효과는 3분기 연속으로 가격이 떨어질 때, 공급자가 의도적으로 2% 니켈 감산을 기획하여 실행하는 것으로 모형화하였다. 생산차질은 과거 실적 데이타가 있는 경우 실제 전문기관에서 추정한 생산 차질 계수를 사용하고 미래 예측의 생산 차질은 일정한 확률분포를 가지고 발생하는 것으로 모형화하였다. 4절에서 이 값에 변화를 주어 가능한 시나리오에 대한 분석을 시도한다.
본 연구는 주로 회귀분석의 방법에 의해 도출되던 자원 수급 및 가격 예측을 시스템 다이나믹스에 의한 방법을 적용하여 실행해보았다. 자원 중에서 특히 최근 비선형적인 변화 경향을 보이고 있는 니켈에 대하여 시스템 다이나믹스 방법을 적용하였다.
이러한 차이로 인하여 회귀방정식 모형의 계수들을 그대로 사용할 수 없고 다만 시스템 다이나믹스 모형에서 시작되는 칼리브레이션(Calibration)의 시작점으로서만 참고하였을 뿐이다. 즉 이들 시스템 다이나믹스 모형의 각 관계식의 계수들은 회귀방정식 모형([표 1]을 참조)의 것에서 출발하여 캘리브레이션 방법을 통해 실제치와 오차를 최소화하는 방법을 통해 수정되었다. 그 결과로 얻어진 각 지역별 분기별 니켈 소비 및 가격 모형의 계수 값들은 [표 1]에 표시되어 있다.

대상 데이터

시뮬레이션 결과는 다음과 같이 도출되었다. 2007년도 4분기에서 2012년 4분기까지의 각 지역별 스테인리스 생산 예측량과 산업생산지수, 그리고 전세계 니켈 생산 계획량, 유로화 대비 달러화 환율이 입력데이타로 사용되었다. 그 결과로 각 지역별 니켈 수요량 및 세계 니켈 수요량이 결정되고 이 결정된 세계 니켈 수요량과 니켈 생산 계획량에 의해 니켈 재고가 결정된다.
회귀 방정식 모형에 의한 추정은 2002년 1분기에서 2007년 3분기까지의 실적치를 대상으로 이루어졌다. 이 [표 1]에서 보듯이 지역별 니켈 수요는 지역에 따라 두 유형으로 구분된다.

데이터처리

본 연구 모델의 타당성 검증으로서 먼저 기존의 자료와 시뮬레이션 결과를 비교하는 하향식 검증을 실시하였다. 2002년도 1분기부터 2007년도 3분기까지의 각 지역별 실제 니켈 수요 데이터와 실제 니켈 가격 데이터를 모델을 통해 자생되는 각 지역별 니켈 수요와 가격 데이터와 비교하였다.

이론/모형

국내외에서 수급 예측 또한 가격 예측에 대한 시스템 다이나믹스 기법의 적용에 대한 논문은 의외로 많지 않으며 곽상만 et al(2002), 정석재 et al(2005) 정도가 눈에 띈다. 비철금속 수급 및 가격에 대한 회귀분석적 방법에 의한 접근은 다수가 있으나 본 논문은 IMF(2006)의 내용을 많이 참조하였다.
오차를 최소화할 때 쓰이는 오차의 척도는 나중의 결과를 검증하는데도 이용되는데 우리는 일반적으로 널리 알려진 다음과 같이 계산되는 MAPEs(절대평균오차비율, Mean Absolute Percentage Error)을 사용하였다. MAPEs = #,로 계산되는데 여기서 #는 표본기간에 대해 모델의 해에 의해 예측되는 i번째 내생변수이며 #는 i번째 실제 관측된 변수이다.

성능/효과

2002년도 1분기부터 2007년도 3분기까지의 각 지역별 실제 니켈 수요 데이터와 실제 니켈 가격 데이터를 모델을 통해 자생되는 각 지역별 니켈 수요와 가격 데이터와 비교하였다. 그 결과 이들 모든 자생변수들의 MAPEs평균이 10% 이하로 나오고 특히 니켈 가격은 그 수치가 6.5%로서 높은 예측치를 보여주고 있다. [표 1]에서 보이는 회귀분석 모형의 MAPEs 값과 대비해볼 때, 시스템 다이나믹스 방법이 더 높은 설명력을 보여주고 있음을 알 수 있다.
따라서 우리는 2006년 2분기를 기준으로 두 시기를 구분하여 니켈 가격 모형을 수립하였다. 그 결과는 후술하겠지만 니켈 가격의 MAPEs가 6.5%로 오차가 크게 줄어들었다.
실행 결과는 회귀분석의 방법보다 더 높은 정확성을 보여 주었다. 이 연구는 상당히 값비싸면서 스테인리스 생산 등에서 높은 원가 비중을 보이는 니켈에 대해 미래 수급 및 가격을 예측하였고 또 가능한 수요 및 공급 측 변화에 의해 초래되는 상황에서 가격이 어떻게 변할 것인가에 대한 시나리오별 분석도 실행하여 그 실용성을 높였다.
한편 공급 차질로 인하여 공급량이 감소하는 경우([그림 13]의 우하단 그림 참조), 공급 차질이 자주 발생하는 경우(공급 차질이 45% 확률로 3%, 45% 확률로 1%로 일어나는 경우 : 0.45,0.45(3%,1%)로 그림에서 표시)보다 발생 빈도는 작지만 한번 공급 차질이 발생했을 때 공급 차질의 정도가 심한 경우(공급 차질이 25% 확률로 4%, 25% 확률로 2%로 일어나는 경우 : 0.25,0.25(4%,2%)로 그림에서 표시)가 더욱 더 큰 가격 상승을 불러 일으킴을 알 수 있다.

후속연구

본 연구의 한계점은 니켈 수요 측면의 예측에서 6개 지역의 주요한 수요만을 예측하여 전 세계 수요량 예측에 사용하였다는 점이다. 기타 인디아, 브라질, 러시아 등 신흥 개발국의 수요는 그 량이 아직은 미미하고 또 수요량이 일정한 패턴이 없이 급변하고 있어 모델링이 어렵다는 점에서 제외되었다.
기타 인디아, 브라질, 러시아 등 신흥 개발국의 수요는 그 량이 아직은 미미하고 또 수요량이 일정한 패턴이 없이 급변하고 있어 모델링이 어렵다는 점에서 제외되었다. 향후 이들 지역의 수요량 모델을 구축하여 전체 모델에 포함시킬 여지가 있다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	니켈 수요는 어떻게 분류되는가?	니켈 수요는 크게 스테인리스 용도 니켈 수요와 비 스테인리스 용도 수요로 나뉘어지며 스테인리스 용도 니켈 수요는 니켈 수요의 가장 큰 비중(67%, 2006년 기준)을 차지한다.
	최근 광물자원에 대한 수급 및 가격 예측에 대한 분석에 대해 회의적인 시각이 있는 이유는 무엇인가?	광물자원에 대한 수급 및 가격 예측은 해외 및 국내 투자 기관에서 주로 계량경제학적 분석에 의한 방법이 시도되고 있다. 그러나 최근 국제적으로 원자재 가격이 급등과 급락을 거듭하면서 분석의 정확도에 대해 회의적인 시각도 있다.
	시스템 다이나믹스 기법의 이점은 무엇인가?	본 논문은 주로 선형의 방정식 체계로 이루어지는 계량 경제학적인 방법에 의한 수급 및 가격 예측을 현실의 모사에 보다 충실한 시스템 다이나믹스에 의한 방법으로 바꾸어보았다. 시스템 다이나믹스 기법은 최근과 같이 비선형적인 가격 급등락 등의 상황을 보다 충실하게 반영할 수 있고 또 많은 비선형적인 상황 변화를 포함한 미래의 보다 다양한 시나리오에 대한 분석을 가능하게 한다.

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