인구구조 및 전원구성의 변화를 반영한 3E(경제-에너지-환경) 거시계량분석

국문 초록 (Abstract)

본 학위논문에서는 최근 경제 및 에너지 분야에서 떠오르는 두 가지 화두인 인구구조의 고령화 문제, 탈원전 및 신재생에너지 발전 확충으로 대변되는 전원구성계획에 대한 문제를 다룬 세 개의 실증연구를 담고 있다. 세 개의 연구들은 각각 독립적인 주제로도 볼 수 있으나 인구학적인 요인의 변화와 에너지 환경 정책이 경제에 미치는 영향을 분석하고 종합한다는데 있어 공통된 목적을 갖는다. 세부적으로 2장에서는 인구구조의 변화가 주택용 전력수요에 미치는 영향에 대한 패널분석을 진행하였고, 3장에서는 포트폴리오 이론을 활용한 최적 전원구성을 분석하였으며, 4장에서는 고령화와 전원구성의 변화 등과 같은 요인이 우리나라의 경제, 에너지, 환경에 어떠한 영향을 주는지를 3E 모형을 통해 살펴보았다.
최근 유엔보고서에서는 지구상에 도래할 15대 과제를 꼽으며 그 중 하나로 인구증가를 제시하고 있는데, 인구의 양적 팽창 뿐만 아니라 저출산 및 기대수명 증가로 인한 고령화에 따른 질적 변화가 핵심적인 문제가 될 것으로 전망하였다. 이와 같은 인구 문제는 미래사회의 거대 이슈 가운데 하나로 부상하여 다양한 분야에 충격을 가져올 것으로 예상되고 있다. 우리나라의 경우, 1980년대 중반부터 저출산 추세가 본격적으로 나타났고, 1990년대 들어 저출산 기조가 심화되었으며, 기술 발달에 의한 기대수명 연장 및 생활수준의 향상 등으로 고령화 현상이 대두되고 있다. 특히 우리나라의 고령화 속도는 타 선진국 대비 상당히 빠른 양상을 보이고 있다.
인구구조의 고령화에 따라 거시경제적 측면에서는 생산가능 인구의 감소에 따라 잠재 성장률이 하락하게 되며, 소비 행태도 변화하게 되고, 이에 따라 소비 위축될 수 있다. 또한, 국민연금이 빠르게 고갈되어 만성적인 재정 위기가 발생할 수 있다. 에너지 수요의 측면에서는 연령별 에너지 소비패턴이 상이하기 때문에 특정한 방향으로의 에너지 소비 증감을 예측하기 어렵다. 이러한 상황에서 고령화가 에너지소비에 미치는 영향을 분석한 대다수는 횡단면 미시자료를 활용하고 있어 시간이 지남에 따른 효과를 포착하고 있지 못하고 있고, 비록 소수이나 시계열 혹은 거시패널자료를 활용한 연구는 고령화 지수 혹은 65세 이상 인구비율 등의 더미변수를 활용한 분석이 주를 이루고 있다. 그러나 에너지 소비의 행태는 각 연령별로 이질적인 동시에 연령 증가에 따라 큰 차이를 보이지는 않기 때문에 고령화 효과를 정해진 연령 구간을 나눠 분석하는 것은 상당한 한계가 존재한다.
본 학위논문의 제2장에서는 고령화가 주택용 전력소비에 미치는 효과를 분석함에 있어 시간의 지남에 따른 효과를 포착하기 위해 거시패널자료를 활용하는 한편, 기존 선행연구에서처럼 더미변수를 활용하지 않고 인구 전체의 연령 분포를 명시적으로 활용하였다. 이를 위해 Fair and Dominguez(1991)에서 제시한 아이디어를 활용하였는데, 이는 1인당 변수로의 구조식 변환 과정 및 인구관련 변수가 미치는 영향을 다항함수(polynomial function)의 형태로 반영하고 특정 제약하에서 Shirley Almon's polynomial 방식으로 풀어냄으로써 거시경제변수에 연령분포 전체의 효과를 반영하는 방법이다. 이를 통해 연령분포 전체에 대한 전력소비행태의 변화 및 이질성을 반영하였다. 또한, 연령분포가 전력 소비에 미치는 영향을 소득분위별, 기간별로 구분하여 분석함으로써 기존 선행연구에서는 분석되지 못한 다양한 시사점을 찾고자 하였다.
2장의 분석결과를 요약하면 다음과 같다. 먼저, 연령분포가 국내 주택용 전력소비량에 미치는 영향은 매우 유의하게 나타났다. 구체적으로 국내 주택용 전력소비량에 대해 핵심생산인구인 20세~44세 연령층은 소득이 많고 전자기기에 익숙한 연령층으로 전력소비를 증가시키는 것으로 나타났고, 45세~59세 연령층은 전력소비를 감소시키나 그 크기는 크지 않고 오히려 60세 이상 연령층부터는 전력소비를 크게 증가시키는 것으로 나타났다. 이는 미래소득의 불확실성 및 예비적 저축에 따라 은퇴시점 연령층에서는 주택용 전력소비를 줄이나, 고령층이 될수록 가구원수의 감소(규모의 비경제), 건강상의 문제로 인한 냉난방 수요 증가, 집안 거주 시간 증가하여 전력소비를 늘리기 때문으로 볼 수 있다. 한편, 연령분포의 효과는 소득분위별로 다소 다르게 나타났는데, 특히 60세 이후 전력소비량 증가폭은 고소득층, 중소득층, 저소득층 순으로 크게 나타났다. 또한, 2000년 이전에 비해 2000년 이후 20대, 30대와 40대, 50대의 전력소비량 차이가 줄어들었음을 확인할 수 있었다.
이러한 분석은 효과적인 온실가스 저감 및 효율적인 전력 소비 정책을 펼침에 있어 연령층별 전력소비패턴에 대한 이해를 돕는다는 측면에서 매우 중요하다. 소득수준이 향상됨에 따라 에너지 절약에 대한 인식이 개선될 수도 있으나 연령층별로 소비행태가 다르다는 점에서 지구 온난화에 대비한 에너지 절약 관련 정책 설계시 전력을 이미 풍부하게 사용하고 있는 연령층과 적게 사용하는 연령층을 구분할 필요가 있을 것이다. 본 연구의 결과에 비춰보면 주택용 전력소비에 대해서는 핵심생산인구 및 60대 이상 연령층에 대한 에너지 절약 정책 및 교육이 필요하다 할 것이다. 또한, 저소득층 고령연령층의 전력소비량이 중소득층, 고소득층에 비해 낮다는 분석 결과와 같이 연령에 따른 전력소비행태가 소득분위별로도 상이하다는 점은 날씨 환경 요소에 취약한 고령연령을 대상으로 한 에너지 보조 정책 설계시 보다 세심한 주의가 요구됨을 알려준다.
3장에서는 포트폴리오 이론을 활용하여 이론적인 최적 전원믹스(power mix)를 도출하였다. 현재 우리나라는 건설기간이 짧은 LNG 발전, 석탄 등 화력중심으로 전력설비가 이루어져 있어, 저탄소경제로의 이행을 위한 전원구성계획이 필요한 시점이다. 또한, 일본 원전사고 등과 같은 일련의 사건들로 인하여 원자력 발전 안정성에 대한 논의가 확대되어 왔고, 고리1호기를 영구정지시키며 탈원전 전원구성 정책 기조가 시작되었다. 이에 2017년 10월 발표한 에너지전환로드맵에서는 정부의 에너지정책 기본방향으로 원전을 단계적으로 감축하며, 재생에너지를 2030년까지 발전량의 20%로 확대하겠다는 ‘재생에너지 3020’ 계획을 제시하였다. 이와 같은 정책기조를 담아 전력거래소는 8차 전력수급기본계획에서 기존 안정성과 경제성 중심에서 환경과 국민안전까지 고려한 전원구성계획을 발표하였다.
여기에 한편 최근의 에너지 시장은 경쟁적 환경 속에서 급격한 에너지 기술의 변화로 새로운 에너지자원이 개발되고, 에너지가격의 변화가 심화되는 등 불확실성이 높은 상황이다. 특히 우리나라는 에너지 수입비율이 약 97%로 에너지 해외 의존도가 매우 크기 때문에 에너지 가격에 대한 불확실성을 고려한 안정적 전력공급의 시스템이 구축되어야 한다. 이에 본 연구에서는 최근의 정책기조에 맞는 전원구성계획과 함께 발전비용 최소화 뿐만 아니라 불확실성에 대비한 최적 전원 구성을 검토하였다.
포트폴리오 이론은 현대 재무이론의 근간이라 할 수 있는 이론으로 불확실한 미래를 고려하여 포트폴리오를 구성하고 있는 여러 자산들 사이의 상관관계를 이용하여 주어진 위험수준하에서 기대수익률을 극대화하거나 혹은 주어진 기대수익률하에서 위험수준을 줄일 수 있다는 이론이다. 전원 믹스는 여러 발전원들에 대한 포트폴리오의 일종으로 볼 수 있기 때문에 포트폴리오 이론을 적용할 수 있다. 다만, 주어진 위험수준하에서의 목적함수가 수익률의 최대화가 아닌 비용의 최소화로 설정되는데, 수익률대신 비용이 활용됨에 따라 기존의 효율곡선(Efficient Frontier)이 위험-수익률 평면에 나타나지는 것과 달리 전원믹스에서의 효율곡선은 위험-비용 평면에 나타나지게 된다. 이에 따라 기존 전력수급계획에서 고려되는 ‘비용최소화’ 뿐만 아니라 ‘불확실성 최소화’까지 같이 고려되어 비용-위험 수준에서의 최적 전원믹스를 도출할 수 있었다. 또한, 우리나라는 발전 연료의 대부분을 수입하고 있기 때문에 다양한 발전비용 중 연료비에 대한 위험에 가장 크게 노출되어있다는 점에서 연료비에 대한 불확실성을 명시적으로 고려하여 최적 전원믹스를 도출하였다.
최적 전원구성 포트폴리오 분석 결과, 현재의 에너지원별 발전량 포트폴리오는 위험-비용 측면에서 비효율적인 것으로 나타났는데, 이는 원자력 발전이 발전단가 측면에서 저비용-저위험 발전원이기 때문이다. 최대전력수요에 대한 제약 하에서의 최적 전원믹스에서는 LNG 발전이 추가됨에 따라 비제약 최적 전원믹스 보다는 고비용, 고위험 발전원으로 나타났으나 여전히 비효율적인 전원구성을 갖고 있는 것으로 나타났다. 다만, 에너지원별 발전비용과 위험수준이 일정하다고 가정하고 8차 전력수급기본계획 하에서의 발전량 믹스 시나리오를 적용한 결과, 2017년 전원믹스보다는 저위험-저비용 포트폴리오로 향하는 방향성을 확인할 수 있었다.
한편, 전기사업법이 개정됨에 따라 경제급전에서 안전급전 및 환경급전으로 변화할 수 있는 근거가 생겼는데, 이에 대한 시나리오 분석도 진행하였다. 최근의 탈원전 기조를 반영하기 위하여 정부보조금, 중대사고피해비용(위험중립 및 회피), 일반적 위험회피비용, 주변지역위험회피비용 등을 포함한 외부비용이 사적비용인 원자력 발전비용에 전가되는 경우를 가정하여 안전급전시 최적전원구성을 분석한 결과, 비용-위험 수준 하에서 원자력 발전 비중을 상당히 많이 감소시키고 대신 유연탄 발전량이 기존보다 높아져야한다는 결과를 얻을 수 있었다. 다만, 환경급전 시나리오를 추가하는 경우 안전급전만을 적용한 경우보다 화석연료의 최적 발전량 비중이 감소하였는데, 이는 원자력 발전이 환경급전 측면에서 온실가스를 배출하지 않는 청정에너지원이라는 점에 기인한다. 이러한 분석은 향후 안전급전 및 환경급전에 따른 최적 전원구성이 비용-위험 수준에서 변화할 수 있다는 시사점을 제공한다.
4장에서는 인구구조의 고령화와 전원믹스의 변화가 우리나라 경제, 에너지, 환경에 미치는 영향을 3E 모형을 통해 분석하였다. 3E 모형은 Economy – Energy - Environment의 약자로 경제-에너지-환경의 상호작용을 반영하여 다양한 파급경로를 통해 서로 영향을 미칠 수 있도록 설계되어 정책 시나리오 시뮬레이션을 통한 분석을 하기 위한 모형이다. 국내에서도 소수의 거시계량 3E 모형이 존재하기는 하나 폭 넓은 분석이 가능하도록 기존 3E 모형들을 개선, 확장하였다.
본 연구의 모형은 크게 거시경제, 에너지, 환경부문으로 구분되며, 거시경제는 지출부문, 생산부문, 물가부문으로 이루어져 있고, 에너지는 에너지소비부문과 에너지가격부문으로 구성되어 있어 86개의 행태식과 18개의 정의식 등 총 104개의 방정식으로 3E 모형을 구축하였다. 특히 거시경제부문은 산업별 생산부문을 세분화하였고, 에너지소비는 최종에너지 소비를 기준으로 석탄, 석유, 도시가스, 전력, 열, 신재생 에너지 등으로 에너지원을 구분하였다. 또한 에너지원별 소비량도 다소비 부문들을 중심으로 세부 부문별로 구분하였다.
전체적으로 거시경제부문에서 도출된 수요가 에너지 부문의 수요를 견인하고, 에너지 소비에 따라 환경 부문에서 온실가스가 배출되는 것이 본 모형의 주 파급경로로 설정하였고, 에너지 부문이 거시경제부문에 미치는 파급경로는 국제유가 및 국내에너지가격 등의 에너지가격 경로를 통해 생산비용을 변동시켜 거시경제부문의 생산 및 수요에 영향을 미치는 것으로 모형화하였다. 또한, 환경부문이 거시경제 및 에너지부문에 미치는 파급경로는 시나리오 분석시 탄소세와 같은 온실가스저감 정책과 탈원전, 신재생에너지 확충과 같은 전원구성의 변화 등으로 반영하였다.
모형의 역사적 실험 결과 대부분의 변수들은 MAPE가 8% 이내로 나타나 양호한 결과를 보였다. 모형 내에서 외생변수로 간주되는 변수의 변화에 따른 내생변수의 반응을 분석하는 시나리오 분석을 총 4가지로 진행하였는데, 이는 인구구조 고령화, 전원믹스 변화, 국제유가 상승 및 하강, 탄소세 부과 시나리오 등이다. 인구구조 고령화 시나리오는 2012년~ 2016년의 인구비율이 통계청 인구추계상(중위) 2026년 ~ 2030년 인구비율로 변화하는 경우에 대한 시나리오를 적용하였는데, 전체적으로는 경제 및 에너지 소비량에 미치는 파급효과가 무시할 수 없을만큼 큰 것으로 나타났고, 세부업종 및 에너지원별로 영향을 받는 크기와 방향이 다를 수 있음을 확인하였다. 전원믹스 변화 시나리오는 8차 전력수급기본계획에서 발표한 발전량 변화 시나리오를 적용하였는데, 원자력 발전 비중이 줄고 LNG 발전비중이 올라가며 전력가격이 상승하여 에너지가격의 경로로 전반적인 경제에 영향을 주는 것으로 나타났다. 국제유가 시나리오의 경우, 국제유가의 상승충격이 국내 에너지 가격에 미치는 영향이 하락충격보다 더 크게 나타났고, 이에 국제유가가 경제 및 에너지소비에 미치는 효과가 비대칭적인 것을 확인하였다. 마지막으로 탄소세 부과 시나리오도 에너지 가격을 상승시켜 전반적인 산업경기 및 에너지 소비에 영향을 미칠 수 있음을 보였다.

참고문헌 (Reference)

• 1 김동석, "“인구구조 고령화와 산업구조,”", 『한국개발연구원 경제 인문사회연구회 협동연구 총서』 06-05-02, 세부과제보고서(1), 2006
• 2 현대경제연구원, ", “친환경 전력정책의 비용과 편익", ” 『한반도 르네상스 구현을 위한 VIP 리포트』 700(17-27), 2017
• 3 조창현, "“전력시장 운영체제에 관한 소고”", 『규제연구』 16(1)1, 117-143, 2007
• 4 고가영, "“1인 가구 증가 소비지형도 바꾼다”", 『LG Business insight』 18, 2014
• 5 이수진, 이정임, "동그라미 , “반려동물 현황과 주요 이슈", ” 『경기연구원 이슈 & 진단』 188, 1-24, 2015
• 6 김기호, 육승환, 안병권, "“인구고령화가 경제성장에 미치는 영향,”", 『BOK 경제 연구』 2017-21, 2017
• 7 손종칠, 정선영, 이동렬, "“인구고령화의 경제적 영향 및 정책과제,”", 『한국경제연 구』 34(2), 153-191, 2016
• 8 김태헌, 이상열, "“에너지세제의 탄소세 도입비용 영향연구,”", 에너지경제연구원 『기본연구보고서』 12-13, 2012
• 9 윤원철, "“포트폴리오 기법을 활용한 신규 전원 선택”", 『에너지경제연구』 8(1), 59-90, 2009
• 10 문소상, 황상필, 최영일, 윤석현, "“한국은행 분기 거시계량경제모형의 재구축,”", 한국은행 『조사통계월보』 9, 23-127, 2005
• 11 한국개발연구원, ", “인구구조 고령화의 경제적 영향과 대응과제(I)", ” 한국개발연구 원 연구보고서, 2004
• 12 손원익, 이정석, "“고령사회 진입에 따른 환경문제 및 정책과제,”", 한국환경정책평 가연구원 『녹색성장연구』 2011-04, 2011
• 13 강종구, "“인구 고령화에 따른 우리나라 산업구조 변화,”", 『BOK 경제연구』2017-28, 2017
• 14 산업연구원, ", “저출산 고령화시대, 산업정책적 대응 강화 필요", ” 『i-KIET 산업경제이슈』 2017-15, 2017
• 15 신동현, "“고령화가 국내 전력 소비 변동성에 미치는 영향,”", 『에너지포커스』 2017 가을호 14(3), 99-112, 2017
• 16 이유수, 최봉석, 정용훈, "“거시계량모형을 이용한 전력요금 파급효과 분석,”", 『에 너지경제연구』 13(1), 23-56, 2014
• 17 김원규, 황원식, "“저출산 고령화의 경제적 영향분석과 정책시사점,”", 산업연구원 『ISSUE PAPER』 2017-425, 2017
• 18 이유수, "“포트폴리오 이론을 활용한 전원믹스 계획의 분석”", 에너지경제연구 『기본연구보고서』 12-07, 2012
• 19 강윤영, 임기추, "생활양식이 가정부문 에너지 소비에 미치는 영향 분석", 에너 지경제연구원 『기본연구보고서』 04-01, 2004
• 20 변미리, "“서울의 베이비붐 세대, 도시의 미래를 변화시킨다,”", 서울시정개발연구 원 『SDI 정책리포트』 71, 1-20, 2010
• 21 한국경제연구원, ", “고령화 시대의 성장동력 제고를 위한 고용률 수준 추정", ” 『KERI Brief』 16-22, 2016
• 22 이근태, "“20대가 해오던 생산활동 60대가 대체할 날 멀지 않았다,”", KDI 경제정보센터 『나라경제』 8-9, 2017
• 23 오형나, 홍종호, 이성재, "“가구 패널자료를 이용한 가계부문 에너지 소비행태 분석", ” 한국재정학회 추계학술대회, 2017
• 24 한국은행, ", “우리나라 국민대차대조표와 자본스톡 추계에 대한 이해", ” 한은금요강좌, 2013
• 25 김바우, 한정민, 이진면, 이용호, 김재진, "“인구고령화가 소비구조 및 산업생산 에 미치는 영향 연구", ” 산업연구원 연구보고서 2013-31-20, 2013
• 26 성명기, "“인구구조 변화를 고려한 연간 거시재정모형 구축 연구,”", 『한국경제연구』 24, 5-56, 2009
• 27 김대용, 황상필, 손민규, "“한국은행 분기거시계량모형(BOK12) 재정모형 구축 결 과,”", 한국은행 『조사통계월보』 67, 14-34, 2013
• 28 노승철, 이희연, "“가구 부문의 에너지 소비량에 영향을 미치는 요인 분석,”", 『국토계획』 48(2), 295-312, 2013
• 29 김동구, 박선영, "“인구 고령화가 에너지 사용과 탄소 배출에 미치는 영향,”", 『환 경정책연구』 13(2), 99-129, 2014
• 30 김영덕, 이동우, 유정식, 양준모, "“에너지-거시경제모형을 이용한 유가상승 파 급효과 추정,”", 『에너지경제연구』 7(1), 1-41, 2008
• 31 김재혁, "“경제-에너지-환경(3E)의 상호작용에 관한 경제동학적 접근,”", 박사학위논문, 2016
• 32 김덕영, 문형남, "“인구구조 변화에 따른 중장기 재정수요 전망에 관한 연구,”", 국회입법조사처, 정책연구용역보고서, 2012
• 33 고제이, 권혁진, "인구구조 변화에 따른 조세수입 전망과 사회복지 지출부담 분석", ” 한국보건사회연구원 연구보고서 2014-22-7-2, 2014
• 34 김수이, "“계량경제모형을 이용한 탄소세의 산업별 실효성에 관한 연구,”", 에너지 경제연구원 『기본연구보고서』 06-11, 2006
• 35 오세신, 차경수, "“거시계량모형을 이용한 유가변동 및 유류세 변화의 파급효과 분석,”", 『에너지경제연구』 13(1), 83-119, 2014
• 36 노정녀, "“가구 구성원 특성과 가전제품 사용에 따른 가정용 전력 수요의 예측,”", 『한국경제연구』 32(2), 177-202, 2014
• 37 백혜연, 장인수, 원종욱, 안형석, 성병찬, "“인구구조 변화를 고려한 국민연금 재 정추계 모형 개발을 위한 연구,”", 한국보건사회연구원 연구보고서 2016-19, 2016
• 38 박선영, 김동구, "“고령인구 비중 증가가 소비구조 변화를 통해 생산과 고 용에 미치는 영향”", 『산업경제연구』 26(6), 2519-2546, 2013
• 39 박광수, 정윤경, "“맞춤형 에너지자원을 위한 가구 특성별 에너지 소비지출 결정 요인 분석,”", 에너지경제연구원 『기본연구보고서』 14-04, 2014
• 40 원두환, "“고령화가 가정부문 에너지 소비량에 미치는 영향 분석: 전력수요를 중 심으로,”", 『자원환경경제연구』 21(2), 341-369, 2012
• 41 김주환, 김진수, "“포트폴리오 이론을 활용한 제 6차 전력수급기본계획의 신규전 원구성 비교 연구”", 『자원환경경제연구』 23(4), 583-615, 2014
• 42 원두환, 정수관, 임현진, "“지구온난화가 가계부문 에너지 소비량에 미치는 영향 분석: 전력수요를 중심으로,”", 『에너지경제연구』 12(2), 33-58, 2013
• 43 신동현, 조하현, 장민우, "“소득 수준에 따른 한국 도시 가구의 전력소비행태 이 질성과 전기요금개편 효과 분석,”", 『에너지경제연구』 14(3), 27-81, 2015
• 44 노동운, 최도영, 부경진, "“에너지 환경 경제 통합 계량경제 시뮬레이션 모형에 의한 온실 가스 저감수단의 평가,”", 에너지경제연구원 『기본연구보고서』 02-11, 2002
• 45 안지운, "“기술경제분석을 통한 미래에너지 시스템 구축 전망: 기술 경제 통합에 너지 전망 모형 구축,”", 에너지경제연구원 『기본연구보고서』 11-33, 2011
• 46 김현석, 박광수, "“시장 친화형 에너지가격체계 구축 종합 연구: 탄소세 배출권거 래제 도입의 에너지가격 파급효과,”", 에너지경제연구원 『기본연구보고서』 11-35, 2011
• 47 노동운, 최도영, 부경진, "“분기별 계량경제 시뮬레이션 모형 개발을 통한 에너 지 환경 경제지표의 전망 및 관련 정책의 평가,”", 에너지경제연구원 『기본연구보고서』 03-09, 2003
• 48 신동현, "“고령화 도시화와 변동성이 수송 부문 에너지소비에 미치는 효과에 관 한 연구: 78개 국가의 패널 분석,”", 『에너지경제연구』 14(2), 127-176, 2015