본 연구에서는 현재 대두되고 있는 온실가스 저감에 초점을 맞추어 고속도로상에 배출되고 있는 $CO_2$에 대해 정부정책 목표를 기준에 따른 전기차 보급전망과 2010년 기준 배출 현황을 토대로 장래 분석(2020년)을 하였다. 연구에서 수행한 주요 내용은 다음과 같다. 첫째, 고속도로에서 배출하는 온실가스의 경우 2010년 기준으로 약 17.3백만톤의 $CO_2$ 배출량이 발생하는 것으로 나타났으며, 이후 2015년 17.4백만톤, 2020년 16.2백만톤으로 분석되었다. 이러한 패턴의 결과는 KTDB 상의 O/D의 영향과 교통량 변화가 2015년 이후 2020년까지 증가하다가 2020년부터 감소하는 추세가 반영된 결과이다. 둘째, 전기차 보급전망에 따라 배출된 온실가스의 경우에는 2015년은 17.1백만톤으로 미시행(전기차 반영없음) 대비 약 2.0%의 저감효과가 발생되는 것으로 분석되었으며, 2020년에는 14.2백만톤으로 미시행 대비 약 12.8% 저감효과가 분석된 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 현재 대두되고 있는 온실가스 저감에 초점을 맞추어 고속도로상에 배출되고 있는 $CO_2$에 대해 정부정책 목표를 기준에 따른 전기차 보급전망과 2010년 기준 배출 현황을 토대로 장래 분석(2020년)을 하였다. 연구에서 수행한 주요 내용은 다음과 같다. 첫째, 고속도로에서 배출하는 온실가스의 경우 2010년 기준으로 약 17.3백만톤의 $CO_2$ 배출량이 발생하는 것으로 나타났으며, 이후 2015년 17.4백만톤, 2020년 16.2백만톤으로 분석되었다. 이러한 패턴의 결과는 KTDB 상의 O/D의 영향과 교통량 변화가 2015년 이후 2020년까지 증가하다가 2020년부터 감소하는 추세가 반영된 결과이다. 둘째, 전기차 보급전망에 따라 배출된 온실가스의 경우에는 2015년은 17.1백만톤으로 미시행(전기차 반영없음) 대비 약 2.0%의 저감효과가 발생되는 것으로 분석되었으며, 2020년에는 14.2백만톤으로 미시행 대비 약 12.8% 저감효과가 분석된 것을 알 수 있었다.
This Study analyzed the electric car effect on the Korea Expressway System in terms of year 2020 $CO_2$ emission. The analysis was based on the green car dissemination goal by the government and year 2010 emission statistics. Major contents performed in the study area were as follows. Fir...
This Study analyzed the electric car effect on the Korea Expressway System in terms of year 2020 $CO_2$ emission. The analysis was based on the green car dissemination goal by the government and year 2010 emission statistics. Major contents performed in the study area were as follows. First, the greenhouse gases emitted from the highways were found to be approximately 17.3 million tons of $CO_2$ as of 2010. Analysis showed the emission would be 17.4 million tons in 2015 and 16.2 million tons in 2020. The results in the pattern reflect the effect of O/D on the KTBD and the trend of traffic increase from 2015 to 2020 followed by decrease in 2020. Second, in the case of greenhouse gas emission with the anticipated supply of electric cars, the amount of emission in 2015 will be 17.1 million tons, which is about 2.0% reduction compared to the lack of introduction of electric cars. The analysis also showed that in 2020, the amount of emission will be 14.2 million tons, which indicates the effect of reduction is 12.8% compared to non implementation of the program.
This Study analyzed the electric car effect on the Korea Expressway System in terms of year 2020 $CO_2$ emission. The analysis was based on the green car dissemination goal by the government and year 2010 emission statistics. Major contents performed in the study area were as follows. First, the greenhouse gases emitted from the highways were found to be approximately 17.3 million tons of $CO_2$ as of 2010. Analysis showed the emission would be 17.4 million tons in 2015 and 16.2 million tons in 2020. The results in the pattern reflect the effect of O/D on the KTBD and the trend of traffic increase from 2015 to 2020 followed by decrease in 2020. Second, in the case of greenhouse gas emission with the anticipated supply of electric cars, the amount of emission in 2015 will be 17.1 million tons, which is about 2.0% reduction compared to the lack of introduction of electric cars. The analysis also showed that in 2020, the amount of emission will be 14.2 million tons, which indicates the effect of reduction is 12.8% compared to non implementation of the program.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 고속도로의 온실가스 배출량 중 이산화탄소만을 대상(Tier 3 방식 선정)으로 하여 기준년도를 비롯, 향후 목표연도에 따라 예상 배출량을 산정하고, 향후 전기차가 보급될 것을 가정한 시나리오를 바탕으로 고속도로에 미치는 온실가스(이산화탄소) 저감 효과가 어떻게 변화되는지 분석하고자 한다.
이에 본 연구에서는 현재 유추할 수 있는 사실과 근거를 과거 통계자료(과거 차종별 교통량 추이, 고속도로 이용차량 구성비의 변화율 등)와 정부정책에 의거한 목표치 등을 통해 최대한 논리적으로 전제 및 가정을 하고자 하였다.
가설 설정
다만, 활동자료 중 고속도로 이용차량은 예열 중 배출량과 배출제어기술은 없다고 가정하였다.
본 연구에서 2015년에는 총 차량대수 : 20,000천대, 2020년에는 총 차량대수 23,000천대로 가정하였다.
이 수식은 전국 총 차량대수 중 목표연도에 고속도로를 이용할 것이라 판단되는 통행량 비율을 구하고, 그 중에서 전기차의 경우 승용차라고 가정한 수식이다.
때문에 장래 O/D 중 전기차에 대한 신규 O/D를 산출함에 있어 영업소간 거리에 대한 제약을 둠으로써 전기차의 실제적인 이동 이동행태를 반영할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 반경 100km를 고속도로를 이용하는 전기차의 한계이동거리로 가정하였으며, 영업소 간 거리가 100km 이내의 승용차통행이 전기차 통행으로 전환되는 것으로 설정하였다.
이에 본 연구에서는 장래 고속도로 이용차량의 비율이 지난 5년간의 비율과 동일하게 유지될 것으로 가정하였다(본 연구에서는 0.3의 비율 적용).
이에 본 연구에서는 향후 그린카가 보급되어 고속도로를 통행하게 될 경우, 이러한 차종구성비가 그대로 유지될 것으로 가정하였으며, 승용차의 비율이 대부분 그린카로 전환 될 것을 전제로 하였다(본 연구에서는 2010년 기준 0.665 적용).
제안 방법
O/D의 경우에도 네트워크 교통량 정산을 위해 기 수집된 TCS 5일 자료를 1일 평균 O/D로 변환하였다. 또한 링크 통행특성을 최대한 반영하기 위하여 평일 O/D 중 랜덤하게 선정하여 분석을 시행하였다(2010년 9월 29일, 10월 6일, 27일, 11월 3일, 10일(5일)).
고속도로 온실가스 배출량 방식은 Tier 3방법론을 준용하되, 본 연구의 목적과 특성에 맞추어 식(1)을 구성하여 연구를 수행하였다.
둘째로, 고속도로 온실가스 배출량을 산정하기 위해 필요한 배출계수를 속도, 차종 등을 고려하여 본 연구에 맞게 적용하였다.
O/D의 경우에도 네트워크 교통량 정산을 위해 기 수집된 TCS 5일 자료를 1일 평균 O/D로 변환하였다. 또한 링크 통행특성을 최대한 반영하기 위하여 평일 O/D 중 랜덤하게 선정하여 분석을 시행하였다(2010년 9월 29일, 10월 6일, 27일, 11월 3일, 10일(5일)).
또한 본 연구에서는 자동차 연비기술 개선에 따른 온실가스 배출량을 분석하는데 있어 특정도로구간의 교통 특성(교통량, 차종, 주행속도 등)을 반영하기 위하여 Tier3 방법론을 적용하였으며, 도로구간에 따른 차량활동도 수준(VKT)과 차종별 배출계수를 산정하여 기준년도와 장래 년도에 대한 배출량을 산정하였다.
마지막으로, 정부정책의 그린카 보급전망을 통하여 고속도로 온실가스 배출량을 산출하고, 미시행시(그린카 보급 없음)와의 비교 분석을 통해 그 효과가 어느정도인지 분석하였다.
본 연구에서는 현재 대두되고 있는 온실가스 저감에 초점을 맞추어 고속도로상에 배출되고 있는 CO2에 대해 Emme 3 모형을 활용(전기차 보급전망과 더불어 장래 분석을 위해 활용)하여 분석하였다.
본 연구의 방법은 크게 4가지로 구분할 수 있으며, 이는 첫째 고속도로 온실가스 배출량을 산출하기 위하여 산정 방법론을 살펴보고 그에 맞는 배출량 산정 방법을 선정하였다.
셋째로, 한국도로공사 관리구간의 활동자료(통계연보, 속도 자료 등)등을 토대로 2010년 기준 배출량 산정과 더불어 향후 장래의 온실가스 배출량을 산정하였다.
아울러, TCS에서 제공된 O/D자료를 4개의 시간대로 구분하여 분석을 하였다.
온실가스 배출량 산출에 필요한 교통량은 기준년도와 장래 목표연도의 예측이 필요하므로, Emme/3 모형에서 산출된 구간별 교통량을 토대로 다시 시간대(4개 시나리오 구성 : 07-09시, 09-18시, 18-20시, 20-07시, 첨두, 비첨두시 반영)별 교통량을 기초로 하였다.
이에 고속도로 네트워크를 기반으로 연구를 수행하기 위해서는 KTDB 상에 기재된 존의 위치를 TCS 영업소 위치로 수정해야 한다. 이에 존 센트로이드를 TCS영업소(IC 등)으로 이동하여 수정 설정하였다.
장래 O/D 중 승용차(TCS 1종) 중 전기차(EV)에 대한 신규 O/D를 산출함에 있어, 영업소간 통행비율과 영업소간 거리를 고려하여 고속도로 통행비율을 적용하였다.
대상 데이터
Emme/3 모형을 활용하기 위해서 네트워크의 경우, KTDB 전국권 자료 활용하였으며, 본 연구 특성에 맞추어 고속도로 네트워크만을 활용하였다.
각 구간별 교통량 및 배출량 산정을 위해 고속도로의 동서축과 남북축 대표구간을 선정하고, 주요 JC를 중심으로 전국권 60개 지점을 선정하여 교통량 정산을 수행하였다.
도로 교통량 통계연보(2010년)에서 제시하고 있는 고속도로 구간별(IC-IC, IC-JC, JC-JC)거리를 적용하였다.
또한 O/D데이터는 한국도로공사에서 구축되어 있는 TCS 자료의 5일치 자료를 일 평균하여 활용하였다(2010년 평일 자료).
아울러, 공간적 범위는 현재 한국도로공사가 관리, 운영하는 고속도로를 대상(폐쇄식 구간, 개방식 구간 구분하여 분석)으로 하였으며 총 31개 노선, 세부구간 441개로 선정하였다.
이에 시간대별 교통량은 한국도로공사에서 수집된 TCS 데이터를 기준으로 구분하여 구분하였으며, 개방식 구간의 경우에는 차량의 기종점 데이터(O/D)를 확인할 수 있는 방법이 없으므로, 도로교통량 통계연보를 활용하였으며, 장래 예측의 경우에는 기존 문헌의 “KOTI(2008) 고속도로 통행요금제도 및 법령에 관한 개선방안 모색을 위한 교통수요분석 연구” 등을 토대로 장래 변화율을 고려한 교통량 자료를 적용하였다.
데이터처리
또한 이를 위해 적용한 속도는 구간별 시간대별 속도를 적용하였고, 개방식의 경우 통계연보 속도를 활용하였다.
이론/모형
2011.09 기획재정부 등 정부합동계획이 발표한 전기차를 포함한 그린카 로드맵의 보급비율을 적용하였다(Table 8 참조).
Result summary 2008, 한국교통연구원”의 분석결과를 준용하였다.
배출계수는 국립환경과학원에서 제시한 2009년 차종별 연료별 배출계수를 적용하였다.
성능/효과
각 노선별로 고속도로를 이용하는 차량의 총 대수를 파악해 보면 Table 1과 같으며, 2006년 이후 2010년까지 약 5년간 꾸준히 증가하는 것으로 나타났으며, 지난 5년간의 전국 차량등록대수와 비교하여 이용차량 대수 비율을 살펴보면 29-32%가 이용한 것으로 분석되었다.
고속도로 온실가스 배출량을 산정한 결과 2010년 기준 총 17,323,342톤/년이 산출되었으며, 노선별로 살펴보면 경부선이 배출량 1위로 전체 배출량의 21.5%를 차지하였으며, 이후 영동선, 서해안선, 중부내륙선 순으로 나타났다(폐쇄식 구간 + 개방식 구간).
교통량 정산을 수행한 결과, 수도권은 ±15%, 전국권은 ±30%내외로 비교적 현실을 잘 반영하고 있다는 결과를 얻게 되었다(전체 노선의 경우에는 –4.3%의 오차율을 보임).
분석결과, 현재 2010년 기준으로는 약 17.3백만톤의 CO2 배출량이 고속도로에서 발생하는 것으로 나타났으며, 이후 전기차 보급전망을 반영하지 않은 결과로는 2015년 17.4백만톤, 2020년 16.2백만톤으로 분석되었다.
아울러 전기차 보급전망에 따라 배출된 온실가스의 경우에는 2015년은 17.1백만톤으로 미시행(전기차 반영없음) 대비 약 2.0%의 저감효과가 발생되는 것으로 분석되었으며, 2020년에는 14.2백만톤으로 미시행 대비 약 12.8% 저감효과가 분석된 것을 알 수 있었다.
이러한 경우, 사용할 수 있는 방식이 주행조건으로 추정하는 Tier 3방식이 있을 수 있는데, 이는 특정 도로 구간에서의 교통량과 주행속도, 차종별 배출계수를 통해 온실가스를 계산하는 방법론(Tier 3)이 본 연구의 목적 즉, 교통요인에 따른 온실가스 변화 및 감축효과를 분석하는데 적합하다고 판단하였다.
이에 본 연구에서는 Tier 3의 온실가스 산정방법론을 국내 지침에서 활용하는 방법론으로 활용하였으며, 이는 IPCC에서 규정한 방법론은 아니나 특정 도로구간의 교통특성을 반영한 온실가스 방법론으로 충분히 활용가능할 것으로 판단하였다.
이중 본 연구에서 분석하고자 하는 전기차의 보급비율을 살펴보면, 2015년에는 전체 그린카 보급 비율 중 약 6.1%에 해당하는 것으로 나타났으며, 2020년에는 28.6% 수준을 나타내는 것으로 분석되었다.
장래 교통량 및 배출량을 Emme/3 모형을 통해 산정해 본 결과(폐쇄식 구간만 적용), 교통량은 2010년에 비해 2015년에는 18.76%, 2020년에는 11.19%가 증가하였으며, 이산화탄소 배출량 산정결과 2010년 대비 2015년에 19.91% 증가, 2020년에는 11.74% 증가하는 것으로 산출되었다.
그린카 수요예측을 위해 우선 전국의 자동차 등록대수를 구해야 한다. 지난 10년간의 자동차 등록대수 추이를 살펴보면, 전국 자동차 등록대수는 꾸준히 증가하고 있는 것으로 파악되었으며, 시계열 분석결과 연간 약 514.51천대씩 증가하는 것으로 분석되었다.
후속연구
그러나 본 논문의 세부적인 분석내용 및 가정 내용은 향후 지속적인 연구가 필요하다고 판단되며 이를 통해 세부적인 검증과 내용보완이 수행해야 할 것으로 보인다.
또한, 차종별 배출계수 적용식에 대해서도 일반적인 실험환경 구축이 아닌 현실적이고, 각 도로특성과 등급에 맞춘 계수식이 개발되어야 할 것으로 보이며, 차종별 구성에 있어서도 교통특성에 맞춘 적용방식 검토가 면밀히 이루어져야 할 것이다.
본 연구에서는 장래 분석을 위해 Emme 3모형과 고속도로 TCS 기반의 자료를 활용하였으나, 개방식의 경우에는 통계연보 자료에 의존한 한계가 있다.(특히, 장래 예측치를 산출할 때는 O/D추정에 대한 어려움)
아울러, 전기차에 국한되어 연구가 진행된 측면이 있으므로, 향후 전기차의 전력생산단계에서의 배출량과 함께 그린카 전반에 대한 보급전망과 그린카의 연비 및 속도에 따른 배출계수에 대한 선행 연구 등이 있어야 할 것으로 보인다.
이에 고속도로 전반에 대한 효과분석을 위해서는 기종점간 데이터 처리에 있어서 개방식 구간에 대한 자료 구축이 필요할 것으로 보인다.
이에 본 논문에서 다루었던 가정들에 대한 철저한 검증을 하지 못한 한계점을 지니고 있다. 특히, 전기차의 고속도로 통행패턴의 경우 기존 승용차와 유사한 패턴을 따른다는 것과 고속도로 차종 구성비가 그대로 유지될 것이라는 가정들이 그 예가 될 수 있다고 할 수 있겠다.
향후 지속적으로 친환경 자동차(그린카 포함)들이 점차 도로교통 분야에서 이슈가 될 뿐 아니라 정부 정책적인 차원에서 그린카의 시장확대와 증가추세로 전환될 것 등을 감안한다면 본 연구에서 지향하고자 하는 온실가스 저감효과 분석에는 어느 정도 의미있는 결과가 도출되었다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 전 세계적으로 지구온난화 및 환경문제에 대한 의식들이 변화됨에 따라 무엇을 위한 노력이 이루어지고 있는가?
현재 전 세계적으로 지구온난화 및 환경문제에 대한 의식들이 변화됨에 따라 온실가스 감축을 위한 여러 노력들이 이루어지고 있다. 교통시스템과 운영에 있어서도 보다 지속가능하고 친환경적인 정책들이 구축되고 진행되고 있는 실정이다.
고속도로 온실가스 배출량 산정을 위해서 고려되어야 할 사항은?
- 온실가스 배출량 산정방법 검토
- 배출량 산정을 위한 기초 데이터 구축(노선별, 구간별, 차종별 교통량, 속도, 구간 거리 등)
- 기존 여러 문헌에서 제시된 속도에 따른 배출계수식 중 고속도로에 적합한 최적의 배출계수식 선정 등
온실가스 증가에 대한 주요한 원인은?
이러한 온실가스(GHG : Greenhouse Gas) 증가에 대한 원인에는 날로 지속적으로 증가하고 있는 자동차 배기가스 중 이산화탄소(CO2)가 주요한 원인인 것으로 알려져 있다.
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