전 세계는 온실가스 배출량을 저감하기 위한 방안을 제시하고 있다. 우리나라는 2030년 전망치 대비 국내에서 25.7%, 전체로는 37%의 국가 자발적 감축목표를 제출하였다. 본 연구에서는 기술평가를 위한 통합평가모형인 GCAM(Global Change Assessment Model)을 이용하여 국가 자발적 감축목표에서 제시한 감축목표 25.7%가 우리나라 에너지시스템에 미치는 영향을 평가한다. 분석결과, 석탄, 가스를 사용하는 발전기술은 각각 28%, 13.5% 발전량이 줄어드는 것으로 나타나지만, 바이오매스, 풍력, 태양에너지는 각각 47.6%, 22.0% 그리고 45.4% 증가하는 것으로 나타났다. 주목할 점은 신기술로 분류되는 USC(초초임계발전) 등 화석연료 발전기술들이 온실가스 감축목표달성에 전혀 또는 거의 기여하지 못하는 결과를 보인다는 점에서 향후 신기술을 선정할 때 정량적 평가 등 세심한 주의가 필요함을 보여준다.
전 세계는 온실가스 배출량을 저감하기 위한 방안을 제시하고 있다. 우리나라는 2030년 전망치 대비 국내에서 25.7%, 전체로는 37%의 국가 자발적 감축목표를 제출하였다. 본 연구에서는 기술평가를 위한 통합평가모형인 GCAM(Global Change Assessment Model)을 이용하여 국가 자발적 감축목표에서 제시한 감축목표 25.7%가 우리나라 에너지시스템에 미치는 영향을 평가한다. 분석결과, 석탄, 가스를 사용하는 발전기술은 각각 28%, 13.5% 발전량이 줄어드는 것으로 나타나지만, 바이오매스, 풍력, 태양에너지는 각각 47.6%, 22.0% 그리고 45.4% 증가하는 것으로 나타났다. 주목할 점은 신기술로 분류되는 USC(초초임계발전) 등 화석연료 발전기술들이 온실가스 감축목표달성에 전혀 또는 거의 기여하지 못하는 결과를 보인다는 점에서 향후 신기술을 선정할 때 정량적 평가 등 세심한 주의가 필요함을 보여준다.
In accordance with the global efforts to reduce greenhouse gas emissions, Korean government submitted its INDC (Intended Nationally Determined Contribution) of 25.7% for domestic reduction and the total of 37% reduction by 2030 including the purchase of emission reduction permit from abroad. In this...
In accordance with the global efforts to reduce greenhouse gas emissions, Korean government submitted its INDC (Intended Nationally Determined Contribution) of 25.7% for domestic reduction and the total of 37% reduction by 2030 including the purchase of emission reduction permit from abroad. In this study, 25.7% reduction target is being evaluated to see its impact on domestic energy system using the integrated assessment model, GCAM (Global Change Assessment Model). Results show that electricity generation from fossil fuel technologies using coal and gas decrease by 28.0%, 13.5% while that of biomass, wind power, solar energy increase by 47.6%, 22.0% and 45.4%, respectively. It is worth noting that so called new technology such as USC (ultra supercritical power generation) does not contribute to achieving the emission reduction target and careful and quantitative analysis is required for such categorization in the future.
In accordance with the global efforts to reduce greenhouse gas emissions, Korean government submitted its INDC (Intended Nationally Determined Contribution) of 25.7% for domestic reduction and the total of 37% reduction by 2030 including the purchase of emission reduction permit from abroad. In this study, 25.7% reduction target is being evaluated to see its impact on domestic energy system using the integrated assessment model, GCAM (Global Change Assessment Model). Results show that electricity generation from fossil fuel technologies using coal and gas decrease by 28.0%, 13.5% while that of biomass, wind power, solar energy increase by 47.6%, 22.0% and 45.4%, respectively. It is worth noting that so called new technology such as USC (ultra supercritical power generation) does not contribute to achieving the emission reduction target and careful and quantitative analysis is required for such categorization in the future.
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문제 정의
GCAM 모형은 전 세계 32개 지역과 국제 에너지상품시장의 장기 균형결과가 산출되지만, 본 연구에서는 국가온실가스 배출제약이 부과된 상황에서 발전부문 전력공급의 동태적 변화의 결과에만 집중하여 점검하는 것을 목적으로 한다.8) 또한 GCAM은 1차 에너지원이 석유제품 등 2차 에너지원으로 전환되고, 이들이 다시 전력이나 도시가스 등으로 전환되는 모든 과정을 단계별로 고려한다는 특징이 있다.
오히려 온실가스 감축제약이 주어지는 경우, 전통적인 석탄 발전기술이면서 대규모 전력생산을 하던 coal(conv pul) 기술을 비롯하여 그 외 나타나는 모든 기술들이 전력생산량이 거의 늘지 않거나 함께 줄어드는 것으로 나타나고 있다. 또 가스발전 기술의 경우에도 대규모 전력생산을 하던 gas(CC) 기술과 그 외 기술들이 2030년까지 거의 함께 줄거나 변함이 없다는 것과, 2035년 이후 나타나는 그 외 기술들의 증가도 그 폭이 그리 크지 않다는 점은 시사하는 바 크다고 하겠다.
가 제시되고 있지만, 해당 결과를 각각 추출하여 정리하는 작업이 매우 복잡하다. 또 한국에 대해서 default 값으로 입력된 자료가 있기는 하지만 모든 에너지서비스 부문에 대해 이미 국내에서 확인된 정보들을 추가로 상세히 update하는 작업을 아직 본격적으로 진행하지 않았다는 점 또한 CO2만을 기준으로 분석하게 된 다른 이유라고 지적하고자 한다.
우리나라는 발전부문의 온실가스 저감의 일환으로 청정화력발전 도입을 제시하고 있다. 본 연구에서는 GCAM을 이용하여 국내 온실가스 저감목표로 제출한 INDC 25.7%를 달성하고자 하는 경우 예상되는 발전믹스와 온실가스 배출에 미치는 영향을 평가하였다. 수급균형을 해로 도출하는 모형의 특성상, 에너지원간 상대가격 구조, 균등화된 비용, 해당기술의 효율 및 이용율 등의 기술별 물리적 특성이 기술경쟁과정에서 명시적으로 반영되고 있다는 점을 지적할 수 있다.
본 연구에서는 기술평가가 가능한 통합평가모형으로 발전부문의 관련 기술경쟁력을 정량적으로 평가함으로써, INDC 목표달성을 위한 기술별 저감잠재량을 평가함과 아울러 결과가 갖는 의미를 점검해 보고자 한다. 분석을 위해 선택한 GCAM (Global Change Assessment Model)은 기본적으로는 상향식 모형의 특징을 갖고 있으며, 기술경쟁 및 선택에 있어 승자독식이 발생하지 않도록 조건부 로짓(conditional logit) 형태의 기술선택모형2)을 이용하는 것이 특징이다.
6MtCO2eq와 약 1% 정도의 근소한 차이가 남을 지적한다. 본 연구에서는 이렇게 얻어진 기준안이 제공하는 흡수부문의 정보까지 모두 활용하기 위해, 총 배출량 기준으로 기준안을 활용하되, 온실가스 배출제약을 부과한 결과 또한 흡수부문을 포함하는 순배출량 기준으로 평가함을 지적한다.
가설 설정
관련 설비용량과 수명은 7차 전력수급계획에 제시된 값을, 그리고 용량계수는 전력통계정보시스템(2016)의 2010년~2014년 발전설비용량, 발전량으로부터 얻은 값을 적용하였다.13) 일반수력, 양수, 소수력은 발전설비의 7차 전력수급계획 이후 구간(2030~2050년)에 대해서는, 해당 설비가 크게 증가하지 않는 추세를 감안, 편의상 발전량이 동일한 것으로 가정하였다.
3) 수송부문은 여객과 화물로 서비스수요가 구분되어 있다. 여객서비스수요는 기준년도 대비 1인당 소득, 사용자비용, 인구, 소득탄력성, 여객수요의 가격탄력성 등으로 결정되고, 화물서비스수요는 기준년도 대비 GDP, 사용자비용, GDP탄력성, 화물서비스의 가격탄력성 등으로 나타내고 있다(Mishra et al.
7차 전력수급기본계획 중 원자력 발전과 자원제약으로 설비증설이 고정되어 있는 수력은 제시된 발전량을 입력하되, 이들을 제외한 나머지 필요전력량은 신재생을 포함하는 모든 발전설비들의 경쟁을 통해 충족되도록 하였다. 원자력 발전의 경우, 기존 설치된 원전은 주어진 설비용량이 설계수명 종료 시점에 설비폐지되는 것으로 가정하였다. 관련 설비용량과 수명은 7차 전력수급계획에 제시된 값을, 그리고 용량계수는 전력통계정보시스템(2016)의 2010년~2014년 발전설비용량, 발전량으로부터 얻은 값을 적용하였다.
제안 방법
분석전제 설정을 위해 2차 국가에너지기본계획(산업통상자원부, 2014), 7차 전력수급계획(산업통상자원부, 2015) 등에 제시된 사회경제변수(생산가능인구, 노동생산성 증가율)를 바탕으로 GDP를 설정하였다. 시뮬레이션 기간 동안 전력수요의 기준이 되는 에너지서비스수요는 기본적으로 GDP와 에너지가격의 함수로 표시되는데, GDP 관련 전제는 <표 1>에 제시되어 있다.
이 논문에서는 우리나라 온실가스 배출량 중 지구온난화지수(Global Warming Potential)로 가중된 우리나라 온실가스 배출량 중 약 90.55%를 차지하는 CO2를 기준(온실가스종합정보센터, 2015)으로 2030년 기준으로 설정된 기준안에 25.7%의 국가 온실가스 감축제약을 부과하는 것을 비교대안으로 설정하였다.15) 본 연구가 CO2만을 기준으로 분석하여도 전체 추이의 평가에 큰 문제가 없다고 판단하는 이유 중 하나는 교토의정서상의 온실가스 6종(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6) 중 CO2를 제외한 나머지 온실가스 배출량은 <그림 1>과 같이 정체/감소하거나 배출량이 증가하더라도 그 증가 폭이 작다는 점이다.
대상 데이터
발전설비별 비용과 효율 등의 상세 입력자료는 EIA자료를 바탕으로 작성된 GCAM 내부정보와 EIA(2010, 2013)의 자료, 국내 발전설비 자료의 일부는 KETEP 내부정보임을 밝히며, 해당 정보는 이하에서 KETEP(2016)으로 표시한다. 다른 발전원별 기술특성 데이터 중 비용관련자료는 GCAM 내부에서 사용되는 형태인 1975년 불변가격으로 변환하여 사용하였다.14)
성능/효과
15) 본 연구가 CO2만을 기준으로 분석하여도 전체 추이의 평가에 큰 문제가 없다고 판단하는 이유 중 하나는 교토의정서상의 온실가스 6종(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6) 중 CO2를 제외한 나머지 온실가스 배출량은 과 같이 정체/감소하거나 배출량이 증가하더라도 그 증가 폭이 작다는 점이다.
2030년 기준안 대비 비교대안의 분석결과, 석탄, 가스발전기술을 통해 생산하는 전력은 각각 28.0%, 13.5% 줄어드는 것으로 나타나지만 바이오매스, 풍력, 태양에너지의 발전량은 각각 47.6%, 22.0%, 45.4% 증가하는 것으로 나타났다. 또 신재생을 제외한 전원의 경우 전력생산증가율과 거의 같은 크기의 온실가스배출증가율이 나타나는 이유도 점검하였다.
이들 서비스수요는 수송모드별로 에너지소비량, 연비, Load Factor 등으로 세부 요인구분을 통해 요인별 영향을 반영할 수 있는 구조로 되어 있다.4) 산업부문은 활용가능한 자료의 상세내역에 따라 차이가 있지만, 앞서와 같이 산업부문별 에너지서비스 수요를 구체적인 물리적 산업생산품 또는 에너지수요 등으로 구성할 수 있고, 이 수요는 1인당 GDP,에너지서비스의 상대가격, 인구비율 등의 함수로 구성할 수 있다.5)
특히 이때 CCS 기술인 경우, 각 기술별 온실가스 저감비용은 온실가스 제거율(remove fraction, rf), 탄소가격(GHG Value), 온실가스 저장비용(storage cost)을 주요변수로 하여 계산된다.7) 온실가스 제거율이 높은 경우, 온실가스의 직접 배출량이 감소하고, 부과되는 총 탄소세가 감소하는 반면, 높은 온실가스 제거율로 인해 온실가스 저장비용이 상승한다.
6MtCO2eq이다. GCAM은 토지사용, 변화 및 산림 부문을 포함하는 모형이지만, UNFCCC에 제시한 2030년 BAU 추계에 활용된 모형 등을 감안, 흡수부문을 포함하지 않은 총배출량 기준일 것임을 전제로 GCAM의 기준안을 맞추었다.17) 즉, 기준안에서 토지사용, 변화 및 산림 부문에 의한 CO2 흡수량을 포함하지 않는 경우, 작성된 2030년 기준안은 약 859.
수급균형을 해로 도출하는 모형의 특성상, 에너지원간 상대가격 구조, 균등화된 비용, 해당기술의 효율 및 이용율 등의 기술별 물리적 특성이 기술경쟁과정에서 명시적으로 반영되고 있다는 점을 지적할 수 있다. 그 결과, 온실가스 배출제약이 커짐에 따라 감소하는 기존기술의 발전량을 대신할 수 있는 경쟁력을 갖추어야 한다거나, 그 결과로 나타나는 온실가스 배출규모 또한 이전에 비해 줄어들어야 한다는 등, 소위 발전부문의 신기술이 갖추어야 할 조건을 정량적으로 평가할 수 있다는 특징이 있다.
4% 증가하는 것으로 나타났다. 또 신재생을 제외한 전원의 경우 전력생산증가율과 거의 같은 크기의 온실가스배출증가율이 나타나는 이유도 점검하였다. 화석연료를 이용한 발전기술의 경우, 온실가스 배출제약에 따라 전반적인 발전량이 감소하며, 시장진입 잠재력이 낮아지는 반면, 온실가스배출이 없는 신재생에너지는 시장진입 잠재력이 높아짐을 분석결과는 정량적으로 보여주고 있다.
후속연구
다만, 본 연구에서 사용한 발전설비관련 다양한 비용 및 효율에 대한 입력값에 의해 좀 더 다른 결과가 발생할 여지가 있다는 점에서 발전설비에 대한 좀 더 신뢰할 수 있는 정보를 반영하거나, 관련 세부기술별 민감도 분석 등을 추가하는 것이 필요하다. 또 분석에는 반영하지 않았으나 온실가스 배출제약이 증가할 때 바이오매스에 의한 에너지 공급에 대한 선호가 증가하면서 토지사용, 변화 및 산림 부문에서 흡수하는 온실가스의 양이 증가한다는 점에서 이 부문에 대한 상세 연구도 추가적으로 이루어져야 한다.
다만, 본 연구에서 사용한 발전설비관련 다양한 비용 및 효율에 대한 입력값에 의해 좀 더 다른 결과가 발생할 여지가 있다는 점에서 발전설비에 대한 좀 더 신뢰할 수 있는 정보를 반영하거나, 관련 세부기술별 민감도 분석 등을 추가하는 것이 필요하다. 또 분석에는 반영하지 않았으나 온실가스 배출제약이 증가할 때 바이오매스에 의한 에너지 공급에 대한 선호가 증가하면서 토지사용, 변화 및 산림 부문에서 흡수하는 온실가스의 양이 증가한다는 점에서 이 부문에 대한 상세 연구도 추가적으로 이루어져야 한다.
특히 KETEP 내부자료로 확인한 석탄 USC기술은 배출제약으로 인해 전력생산과 온실가스배출이 모두 줄어드는 기술로 신기술에 합당하지 않음을 보여주고 있다. 물론 추가적으로 효율개선, 투자비 저감 등의 시나리오를 별도로 분석하여 그 잠재경쟁력을 평가해볼 필요가 있기는 하지만 현재 결과로 보아 그다지 경쟁력을 쉽게 확보할 수 있을 것으로 보이지는 않는다.
즉, 이들 후보군의 기술들은, 탄소제약이 없는 경우 대단위 전력을 생산하던 해당기술, 즉 gas (CC), coal (conv pul)의 온실가스 배출량 33.1, 204.7MtCO2의 일정비율 정도에 해당하는 전력생산을 함으로써 기존기술을 대체하는 경쟁력을 보여주지 못하고 있다는 점이다. 후보군의 기술들 중 가장 많은 온실가스를 배출하는 기술조차도 기존기술의 온실가스배출비율에 비교해보면, 가스기술의 경우 gas (Advanced CT)가 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
온실가스 배출량 감축을 위한 정부 정책은 무엇인가?
정부는 온실가스 배출량 감축을 위해 2009년에는 2020년 BAU 대비 30% 온실가스 감축목표를 발표하였으며, 2011년 저탄소녹색성장 기본법을 입안하고 에너지목표관리제, 국가온실가스감축로드맵, 배출권거래제도와 국가기후변화 적응 기본계획 등을 수립한 바 있다(외교통상부, 2016). 2015년 제출한 자발적 감축목표(Intended Nationally Determined Contribution, INDC)에서 우리나라는 2030년 BAU를 850.
국내 에너지모형은 어떤 방식을 채택하고 있는가?
국내에서는 상향식 모형을 이용하여 발전기술 보급에 의한 온실가스 저감 잠재력 평가, 하향식 모형을 이용하여 온실가스 감축을 위한 정책수단 평가, 그리고 두 모형을 연계하여 정책수단과 기술보급의 영향을 함께 평가하고 있다. Park et al.
최근 에너지모형은 어떻게 구분되는가?
(2015)에 의하면, 기술평가 모형은 정의된 시스템의 물리적 특성을 반영할 수 있어야 한다고 지적하였으며, 모형을 방법론에 따라 축차적 모형과 최적화 모형으로 구분하였다. 최근 에너지모형은 일반균형모형(General Equilibrium Model) 유형의 하향식(Top-down) 모형, 최적화 및 축차적 시뮬레이션(Optimization & Simulation) 방식을 활용하는 상향식(Bottom-up) 모형, 그리고 이들 특성을 같이 구현하는 hybrid 형태의 모형으로 구분된다. 하향식 모형은 투입산출표와 경제주체별 최종지출부문(가계, 기업, 정부와 순수출)을 미시적 모형으로부터 거시적 aggregation까지의 모델링을 통해, 세부 부문변화가 거시경제에 미치는 영향을 평가한다.
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