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문제 정의
- (2012)이 제안한 교통량 미조사 지선도로에 대한 교통량을 예측하는 방법을 응용하였다. 따라서 본 연구에서는 수도권지역 중 서울과 인천 등 거대도시와 인접하며 통행량이 많은 경기도를 대상으로 Tier 1, Tier 2 및 실제 활동도를 바탕으로 하는 Tier 3 방법론을 통한 경기도 31개 시∙군의 2008년 도로수송부문 온실가스 배출량의 상호비교 분석을 목적으로 한다.
가설 설정
- CH4와 N2O 배출량 산정을 위한 non-CO2 배출계수는 2006 IPCC 가이드라인은 유종 및 차량별 배출계수를 제시하고 있지 않아 1996년 IPCC 가이드라인의 배출계수를 적용하였다(KEC,2010; IPCC, 1996). 우리나라에서는 1988년 이후 삼원촉매장치의 장착이 의무화되었기 때문에, 전 차량에 대해 삼원촉매장치가 부착된 것으로 가정하였다 (KEC, 2010). Tier 2에 의한 배출량 산정은 식(2)와 같다(IPCC, 2006)
제안 방법
- Comparison of 2008 GHG emissions from road transportation calculated by Tier 1, Tier 2, and Tier 3 for each local city/county in Gyeonggi Province. The emissions on branch roads were estimated by a new methodology developed.
- 도로수송부문에서 사용되는 에너지원은 휘발유, 경유, LPG, CNG로 나눌 수 있다. Tier 1 방법의 기본 활동자료인 연료소비량을 TOE로 환산하여 표 2에 시∙군별로 제시하였다. 유류사용량은 국가석유정보시스템(KNOC, 2009)에서 자료를 조사하였으며, CNG는 각 지자체의 해당 도시가스공급업체에서 자료를 확보하여 산정하였다.
- Tier 2를 적용하기 위해, 연료소비량을 차종 및 배출제어기술에 따라 세분하여 계산하고, 산정된 연료 소비량을 바탕으로 배출계수를 적용하여 산정하였다. Tier 2는 활동자료로서 연료소비량을 이용하는 점에서는 Tier 1과 유사하지만, 차량 1대당 연료소비량과 차량등록대수를 곱하여 연료소비량을 산출한 점에서 차이가 있다.
- Tier 3 방법론은 주요 간선도로의 교통량을 바탕으로 GIS 도로지도 상에서 도로연장을 이용하여 VKT를 산정하였으며, 해당 배출계수를 이용하여 간선도로에 대한 온실가스 배출량을 산정하였다. 또한, 미실측 지선도로에 대해서는 교통량을 추정하는 프로그램을 이용하여 배출량을 산정하였으며 산정결과는 표 3과 같다.
- 경기도를 남부지역과 북부지역으로 나누어 교통 통행량을 특성을 비교하였다. 경기도 내 주요 간선도로의 교통량은 “경기도 교통DB센터”의 2008년도 자료를 이용하여 산정하였다.
- 도로수송 부문에서 Tier 1, Tier 2 및 Tier 3을 이용하여 배출량을 산정할 때, 각각 활동자료로 사용되는 각 지자체별 이륜차를 제외한 연료사용량 및 차량등록대수와 실제 교통특성을 반영하는 VKT를 비교분석하였으며, 그 결과는 표 2와 같다. 2008년도 연료 사용량은 경기도의 31개 시∙군 중 고양시가 754,252 toe/yr로 가장 많았으며, 수원시가 725,047 toe/yr, 용인시가 665,540 toe/yr 순이었다.
- 도로이동오염원의 배출량을 산정하기 위한 Tier 3는 자동차의 VKT를 이용하는 방법으로 본 연구에서는 경기도 내 주요 간선도로의 도로 교통량과 GIS 도로맵을 이용하여 경기도 각 지역의 총 주행거리를 산정하였다. 그림 2는 경기도 전 지역의 차종별 주행거리 비율을 나타낸 것이다.
- 두 기관의 차종별 분류체계가 상이하기 때문에, 식(3)을 이용하여 배출량을 산정하기 위해서 적용할 주행거리 및 배출계수의 차종체계를 통일하였다. 따라서 국립환경과학원의 배출계수 분류항목과 각각 대응시켜, 1종과 2종은 각 지자체의 차량등록대수 자료의 차종비율을 이용하여 배분하였다. 그 외 국토해양부의 3종~12종은 국립환경과학원의 배출계수 항목에 맞추어, 3종~4종은 소형트럭, 5종~7종은 중형트럭, 8종~12종은대형트럭으로 분류하였다.
- Tier 3 방법론은 주요 간선도로의 교통량을 바탕으로 GIS 도로지도 상에서 도로연장을 이용하여 VKT를 산정하였으며, 해당 배출계수를 이용하여 간선도로에 대한 온실가스 배출량을 산정하였다. 또한, 미실측 지선도로에 대해서는 교통량을 추정하는 프로그램을 이용하여 배출량을 산정하였으며 산정결과는 표 3과 같다. 2008년도 Tier 3로 계산된 경기도 도로수송부문의 주요 간선도로 상에서 배출되는 온실가스 배출량은 18,051 kt-CO2 Eq/yr이었으며, 지선도로를 포함한 전체 배출량은 24,152 kt-CO2 Eq/yr이었다.
- 본 연구에서는 경기도 31개 시∙군별 도로수송부문의 온실가스배출량을 Tier 1, Tier 2 및 Tier 3에 따라 각각 산정하여 비교 분석하였다. 도로수송부문은 방법론에 따라 연료소비량을 이용하는 방법(Tier 1,2)과 실제 교통특성을 반영하는 VKT를 이용하는 방법(Tier 3)이 있으며, 연료소비량에 바탕을 둔 방법론은 지자체별 실제 교통량을 반영하지 못한다.
- 이 방법은 실측자료를 사용하기 때문에 시∙공간적 배출분배에 적합하고 차종별 연비기술이 반영된 가장 합리적인 방법론이다. 본 연구에서는 경기도 교통 DB센터에서 측정한 실제 교통량 자료를 바탕으로 GIS 도로맵을 이용하여 총 주행거리를 산정한 후, 배출계수를 곱하여 배출량을 산정하는 방법론을 도입하였다. Tier 3과 관련한 배출량 산정식은 식(3)과 같다(IPCC, 2006).
- Tier 1과 Tier 2는 연료소비량을 이용하는 방법으로, Tier 1은 IPCC 가이드라인에서 제공하는 배출계수를 사용하는 방법이다. 본 연구에서는 국가석유정보시스템의 경기도 시∙군별 연료 종류별 소비량(KNOC, 2009)과 2006 IPCC 가이드라인에서 제시한 연료별 배출계수를 곱하여 추정하였다. Tier 1에 의한 배출량 산정은 식(1)과 같다(IPCC,2006).
- 본 연구에서는 온실가스 부문에 높은 비중을 차지하며, 공간적인 분배가 어려운 도로수송부문의 온실가스를 Tier 1, Tier 2 및 Tier 3 방법론에 입각하여 각각 산정하였다. 특히, 기초지자체의 도로수송 부문의 실제 배출량에 근접한 배출량을 산정하기 위해, Tier 3 방법론에서는 Kim et al.
- Tier 1 방법의 기본 활동자료인 연료소비량을 TOE로 환산하여 표 2에 시∙군별로 제시하였다. 유류사용량은 국가석유정보시스템(KNOC, 2009)에서 자료를 조사하였으며, CNG는 각 지자체의 해당 도시가스공급업체에서 자료를 확보하여 산정하였다. 경기도의 총 연료소비량은 이륜차를 제외하고 경유 3,711 천TOE, LPG 2,563 천TOE,휘발유 2,046 천TOE, CNG 200 천TOE로 조사되었다.
- 경기도의 총 연료소비량은 이륜차를 제외하고 경유 3,711 천TOE, LPG 2,563 천TOE,휘발유 2,046 천TOE, CNG 200 천TOE로 조사되었다. 이 연료소비량에 입각하여 최종 Tier 1 방법론에 의한 배출량을 산정하였다. Tier 1로 계산된 경기도전체지역의 도로수송 부문의 온실가스 배출량은19,991 kt-CO2 Eq/yr이었다.
- 적용된 새로운 방법론을 간략히 설명한다면, 지선도로 온실가스 배출량 산정을 위해 기존경기도 교통 DB센터에서 이미 조사된 읍(邑)∙면(面)∙동(洞) 규모의 시∙군도의 양방향 전일 교통량 자료를 바탕으로 군집분석법(cluster analysis)을 실행하고, 기초지자체의 도시유형별 미조사도로의 특성을 일차적으로 분류하였다. 이들 분류된 군집유형을 기지의 정보로 활용하여 전문가시스템(expert system)을 개발하고, 경기도 내 모든 미조사 지선도로에 확대 적용하여 교통량을 추정하였다. 자세한 개발과정은 Kim et al.
- ,2012)을 적용하였다. 이에 따라 경기도 내 2차선 이상의 미조사 지선도로에 확대적용이 가능한 교통량을 추정하였다. 적용된 새로운 방법론을 간략히 설명한다면, 지선도로 온실가스 배출량 산정을 위해 기존경기도 교통 DB센터에서 이미 조사된 읍(邑)∙면(面)∙동(洞) 규모의 시∙군도의 양방향 전일 교통량 자료를 바탕으로 군집분석법(cluster analysis)을 실행하고, 기초지자체의 도시유형별 미조사도로의 특성을 일차적으로 분류하였다.
- 이에 따라 경기도 내 2차선 이상의 미조사 지선도로에 확대적용이 가능한 교통량을 추정하였다. 적용된 새로운 방법론을 간략히 설명한다면, 지선도로 온실가스 배출량 산정을 위해 기존경기도 교통 DB센터에서 이미 조사된 읍(邑)∙면(面)∙동(洞) 규모의 시∙군도의 양방향 전일 교통량 자료를 바탕으로 군집분석법(cluster analysis)을 실행하고, 기초지자체의 도시유형별 미조사도로의 특성을 일차적으로 분류하였다. 이들 분류된 군집유형을 기지의 정보로 활용하여 전문가시스템(expert system)을 개발하고, 경기도 내 모든 미조사 지선도로에 확대 적용하여 교통량을 추정하였다.
- 2008년도 경기도 31개 시∙군의 도로수송부문에 대한 온실가스 배출량을 Tier 1, Tier 2 및 Tier 3 방법으로 각각 산정하여 표 3과 그림 4에 제시하였다. 특히, Tier 3은 통행량이 실제 조사된 활동자료를 바탕으로, 주요 간선도로 상에서의 온실가스 배출량과 지선도로에 대해서 교통량을 추정하는 프로그램을 적용하여 간선도로와 지선도로의 배출량을 산정하여 비교하였다.
- 본 연구에서는 온실가스 부문에 높은 비중을 차지하며, 공간적인 분배가 어려운 도로수송부문의 온실가스를 Tier 1, Tier 2 및 Tier 3 방법론에 입각하여 각각 산정하였다. 특히, 기초지자체의 도로수송 부문의 실제 배출량에 근접한 배출량을 산정하기 위해, Tier 3 방법론에서는 Kim et al. (2012)이 제안한 교통량 미조사 지선도로에 대한 교통량을 예측하는 방법을 응용하였다. 따라서 본 연구에서는 수도권지역 중 서울과 인천 등 거대도시와 인접하며 통행량이 많은 경기도를 대상으로 Tier 1, Tier 2 및 실제 활동도를 바탕으로 하는 Tier 3 방법론을 통한 경기도 31개 시∙군의 2008년 도로수송부문 온실가스 배출량의 상호비교 분석을 목적으로 한다.
- 의 배출량(kg)은 Tier 1과 배출계수만 다르고, 산정방법은 같다. 한편 non-CO2의 배출량(kg)은 모든 연료종류(a; 가솔린, 디젤, 천연가스, LPG 등), 차종(b), 배출저감장치(c; 삼원촉매장치 등)를 고려하여 연료소비량을 산정하고 동일한 조건을 만족하는 배출계수를 선정하여 곱한 후 합산하였다. Tier 2에서 사용된 배출계수는 Kim et al.
대상 데이터
- Table 1. Registered motor vehicles for each local city/county in Gyeonggi Province.
- Tier 2 방법론으로 배출량을 산정하기 위해, 한국환경공단의 “지자체 온실가스 배출량 산정지침”에 입각하여 차량등록대수와 세부분류/연료별 차량 1대당 연료소비량을 이용하였다(KEC, 2011). 경기도 각 지자체별 차량등록대수는 국토해양부의 자동차등록현황을 이용하였으며, 차량분류는 IPCC 분류체계에 맞추었다. 2008년 경기도의 IPCC 기준으로 분류한 차량의 등록대수는 승용차 3,183,310대, 소형트럭 485,866 대, 중형트럭 및 버스 219,680대로 조사되었다.
- 경기도 내 주요 간선도로의 교통량은 “경기도 교통DB센터”의 2008년도 자료를 이용하여 산정하였다.
- 본 연구에서는 주행거리와 관련한 활동자료로서 12차종으로 분류된 국토해양부의 차량분류표를 사용하였으며(Kim et al., 2012), 차종별 배출계수 자료는 국립환경과학원의 자료를 이용하였다. 두 기관의 차종별 분류체계가 상이하기 때문에, 식(3)을 이용하여 배출량을 산정하기 위해서 적용할 주행거리 및 배출계수의 차종체계를 통일하였다.
데이터처리
- Tier 3 배출계수는 국립환경과학원의 배출계수 산출식을 인용하였으며, 이 산출식은 평균주행속도의 함수로 온실가스 종류별 배출계수에 대한 자료를 참조할 수 있다(NIER, 2009). 평균주행속도는 경기도에서 조사한 도로구간별 속도를 양방향 평균 속도로계산한 값을 이용하였다. 본 연구에서는 교통량 자료가 확보되지 않은 지선도로의 통행량 자료와 관련하여, 응용통계학을 이용한 새로운 방법론(Kim et al.
이론/모형
- Tier 2 방법론으로 배출량을 산정하기 위해, 한국환경공단의 “지자체 온실가스 배출량 산정지침”에 입각하여 차량등록대수와 세부분류/연료별 차량 1대당 연료소비량을 이용하였다(KEC, 2011).
- Tier 2는 활동자료로서 연료소비량을 이용하는 점에서는 Tier 1과 유사하지만, 차량 1대당 연료소비량과 차량등록대수를 곱하여 연료소비량을 산출한 점에서 차이가 있다. Tier 2 방법론의 CO2 배출량 산정을 위한 CO2 배출계수는 국내에서 개발된 배출계수를 적용하였다. CH4와 N2O 배출량 산정을 위한 non-CO2 배출계수는 2006 IPCC 가이드라인은 유종 및 차량별 배출계수를 제시하고 있지 않아 1996년 IPCC 가이드라인의 배출계수를 적용하였다(KEC,2010; IPCC, 1996).
- Tier 3 배출계수는 국립환경과학원의 배출계수 산출식을 인용하였으며, 이 산출식은 평균주행속도의 함수로 온실가스 종류별 배출계수에 대한 자료를 참조할 수 있다(NIER, 2009). 평균주행속도는 경기도에서 조사한 도로구간별 속도를 양방향 평균 속도로계산한 값을 이용하였다.
- 평균주행속도는 경기도에서 조사한 도로구간별 속도를 양방향 평균 속도로계산한 값을 이용하였다. 본 연구에서는 교통량 자료가 확보되지 않은 지선도로의 통행량 자료와 관련하여, 응용통계학을 이용한 새로운 방법론(Kim et al.,2012)을 적용하였다. 이에 따라 경기도 내 2차선 이상의 미조사 지선도로에 확대적용이 가능한 교통량을 추정하였다.
- 이들 분류된 군집유형을 기지의 정보로 활용하여 전문가시스템(expert system)을 개발하고, 경기도 내 모든 미조사 지선도로에 확대 적용하여 교통량을 추정하였다. 자세한 개발과정은 Kim et al. (2012)의 논문을 참조할 수 있다.
성능/효과
- 결론적으로 지자체별 도로수송부문의 온실가스 배출량은 산정방법론에 따라 분설결과에 차이가 발생하며 지자체별 감축목표 설정 등을 위해서는 실제 교통량 특성을 반영한 Tier 3 방법론이 적합한 것으로 볼 수 있다. 그러나 이를 위해 미실측 도로에 대한 활동자료의 추가적인 확보와 교통량 추정 방법론의 개발과 투자가 요구된다.
- 경기도 내 주요 간선도로의 교통량은 “경기도 교통DB센터”의 2008년도 자료를 이용하여 산정하였다. 경부고속국도, 영동고속국도, 서해안고속도로가 통과하는 남부지역이 북부지역보다 교통량이 더 높은 것으로 조사되었다. 남부지역 중 경부고속국도 및 영동고속국도가 통과하는 용인시의 교통량이 1,898,848대/일로 가장 높았으며, 다음으로 경부고속국도 및 서해안고속국도가 통과하는 화성시가 1,677,423대/일로 높게 조사되었다.
- 경부고속국도, 영동고속국도, 서해안고속도로가 통과하는 남부지역이 북부지역보다 교통량이 더 높은 것으로 조사되었다. 남부지역 중 경부고속국도 및 영동고속국도가 통과하는 용인시의 교통량이 1,898,848대/일로 가장 높았으며, 다음으로 경부고속국도 및 서해안고속국도가 통과하는 화성시가 1,677,423대/일로 높게 조사되었다. 북부지역은 서울외곽순환고속국도가 통과하는 고양시의 교통량이 1,916,375대/일로 높게 조사되었으며, 반면에 면적이 작고, 도로 연장이 짧은 지역, 인구가 적은 지역인 동두천시와 연천군의 교통량은 각각 62,893대/일, 94,626대/일로 낮게 조사되었다.
- 도로수송부문은 방법론에 따라 연료소비량을 이용하는 방법(Tier 1,2)과 실제 교통특성을 반영하는 VKT를 이용하는 방법(Tier 3)이 있으며, 연료소비량에 바탕을 둔 방법론은 지자체별 실제 교통량을 반영하지 못한다. 도로수송부문의 배출량을 3가지 방법별로 산정한 결과, 경기도 전체지역의 배출량은 Tier 1의 경우, 19,991 ktCO2 Eq/yr, Tier 2의 경우, 18,511 kt-CO2 Eq/yr, Tier 3의 경우, 24,152 kt-CO2 Eq/yr이었다. 시군별 배출량 역시 방법론에 따라 커다란 차이를 보였다.
- 또한 Tier 3은 차량의 실제 교통량을 이용한 주행거리를 반영하지만 교통량 등 방대한 활동자료를 완벽하게 확보할 수 없을 경우 과소평가되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서도 미실 측 지선도로망을 고려하지 않았을 경우, Tier 3의 배출량이 18,051 kt-CO2 Eq/yr로 모든 방법론 중 가장 낮았으나, 지선도로망을 고려할 경우 24,152 kt-CO2Eq/yr으로 주요 간선도로만을 계산할 때보다 33.2%증가하였다.
- 남부지역 중 경부고속국도 및 영동고속국도가 통과하는 용인시의 교통량이 1,898,848대/일로 가장 높았으며, 다음으로 경부고속국도 및 서해안고속국도가 통과하는 화성시가 1,677,423대/일로 높게 조사되었다. 북부지역은 서울외곽순환고속국도가 통과하는 고양시의 교통량이 1,916,375대/일로 높게 조사되었으며, 반면에 면적이 작고, 도로 연장이 짧은 지역, 인구가 적은 지역인 동두천시와 연천군의 교통량은 각각 62,893대/일, 94,626대/일로 낮게 조사되었다.
- 2%를 차지하였다. 소형트럭과 중형트럭 및 버스의 경우 경유소비량이 전체유류소비량의 90.0%와 79.4%를 각각 차지하는 것으로 분석되었다. Tier 2 방법에 의한 경기도 지자체별 온실가스 배출량 산정결과는 표 3에 제시하였으며, 경기도 전체지역의 도로수송 부문의 온실가스 배출량은 18,511 kt-CO2 Eq/yr로 계산되었다.
- 그림 2는 경기도 전 지역의 차종별 주행거리 비율을 나타낸 것이다. 승용차의 VKT는 63.0%로 매우 높은 비율을 차지했으며, 소형트럭 21.6%, 소형버스 5.2%, 중형트럭 4.9% 순으로 나타났고 시내버스가 0.3%로 가장 비율이 낮았다.
- 2008년도 Tier 3로 계산된 경기도 도로수송부문의 주요 간선도로 상에서 배출되는 온실가스 배출량은 18,051 kt-CO2 Eq/yr이었으며, 지선도로를 포함한 전체 배출량은 24,152 kt-CO2 Eq/yr이었다.지선도로를 포함할 경우 배출량이 33.8% 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 2008년도 경기도 31개 시∙군의 도로수송부문에 대한 온실가스 배출량을 비교한 결과 그림 5와 같이 산정방법론에 따라 차이를 보였다.
- 경기도 31개 시∙군 중 차량등록대수가 가장 많은 수원시는 Tier 2에 입각한 배출량은 1,602 kt-CO2 Eq/yr로 가장 많았으나, VKT 교통량에 바탕을 둔 Tier 3에 입각한 배출량은 1,217 kt-CO2 Eq/yr로 VKT가 상대적으로 긴 용인시의 2,352 kt-CO2 Eq/yr, 고양시의 1,681 kt-CO2 Eq/yr보다 배출량이 적었다. 차량등록대수를 기준으로 하였을 때, 수원시가 2008년 도로수송부문 배출량이 가장 높게 산정되었지만, 실제교통량을 기준으로 하였을 때는 용인, 고양, 성남, 화성, 시흥시가 수원시보다 배출량이 더 높게 산정되었다. 이는 차량등록대수가 이동오염원의 특성을 잘 반영하지 못한다는 것을 의미한다.
- 경기도 31개 시∙군의 차량등록대수와 연료사용량과 VKT와의 상관성을 그림 3에 제시하였다. 차량등록대수와 연료사용량과의 상관계수 R2은 0.84로 매우 높은 상관을 보였으나, 연료사용량과 VKT 두변수 간의 상관계수 R2은 0.35로 경기도 지역별 연료사용량과 실제 교통량을 나타내는 VKT의 상관성은 높지 않게 분석됐다. 이는 차량등록대수나 연료사용량이 실제 교통량을 반영하지 못한다는 의미이다.
- 2008년도 경기도 31개 시∙군의 도로수송부문에 대한 온실가스 배출량을 비교한 결과 그림 5와 같이 산정방법론에 따라 차이를 보였다. 총 배출량의 경우, Tier 3로 산정할 때 24,1525 kt-CO2 Eq/yr로 가장 높게 계산되었으며, Tier 2로 산정할 때 18,511 kt-CO2 Eq/yr로 가장 낮게 계산되었다.
후속연구
- 결론적으로 지자체별 도로수송부문의 온실가스 배출량은 산정방법론에 따라 분설결과에 차이가 발생하며 지자체별 감축목표 설정 등을 위해서는 실제 교통량 특성을 반영한 Tier 3 방법론이 적합한 것으로 볼 수 있다. 그러나 이를 위해 미실측 도로에 대한 활동자료의 추가적인 확보와 교통량 추정 방법론의 개발과 투자가 요구된다.
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