계량경제모형을 통한 발전부문의 연로대체에 관한 연구
1. 연구필요성 및 목적
1887년 최초의 전등불이 밝혀진 이래 한국의 전력 생산은 비약적인 증가를 경험하면서, 2004년 현재 약 6,461만㎾의 발전설비 용량으로 367,581GWh의 전력을 생산하기에 까지 이르렀다. 이러한 발전과정에서 두 차례의 석유파동을 계기로 에너지원의 다원화를 추구하게 되면서 원자력 등의 새로운 발전 에너지원이 도입되고, 2001년 이후 한국전력공사 독점체제의 문제점을 극복하기 위해 발전부문이 경쟁체제로 전환되기도 했다.
한국의 발전연료는 현재 석탄, 석유, LNG, 수력 및 원자력으로 다원화되어 각 에너지원이 기저 · 중간 · 첨두부하의 영역의 발전을 담당하고 있다. 하지만, 대부분의 에너지원을 수입에 의존하고 있어서 에너지시장의 환경 변화에 매우 취약한 상황이다. 또한, 발전부문의 특성상 장기적인 수요예측 하에서 대규모 설비시설 투자가 이루어지기 때문에 산업부문의 기업처럼 이윤극대화 및 비용최소화에 따른 에너지 선택을 하는데 제약이 많다.
본 연구는 그동안 산업 및 제조업 부문의 연료대체를 분석하는데 광범위하게 사용되었던 선형로짓비용비중함수 모델을 기초로 발전부문의 연료대체를 계량적으로 분석하고자 한다. 산업부문의 연료대체와 관련해서는 국내 · 외의 많은 연구결과들이 있었지만 발전부문의 연료대체는 전혀 연구가 이루어지지 않았다. 이는 산업부문의 연료선택 행위와는 확연히 구분되는 발전부문의 특성과 발전 연료의 자료문제 때문으로 파악 된다. 따라서, 발전부문의 연료대체를 단순히 경제 요인만을 이용하여 분석하는 시도 자체로서 연구의 의의가 있다.
2. 내용 요약
에너지원간 대체효과를 분석하기 위해 오랫동안 초월대수(translog)를 이용한 비용함수 모델이 주로 사용되어왔다. 초월대수함수를 이용한 대표적인 연구는 Pindyck(1979a, 1979b) 등을 들 수 있다. 국내의 연구사례로는 신정식 · 류지철(1988) 등이 대표적이다. 하지만, 초월대수함수가 경제이론상의 규칙성과 부합하지 않는 경우가 많다는 지적이 제기되면서 이러한 문제를 해결하기 위해 다른 함수형태들이 검토되었고, 최근에 가장 많이 이용되는 함수가 선형 로짓비용비중함수이다. Considine(1989)은 정태 로짓모형을 이용하여 연료대체를 분석한 바 있다. Jones(1995)는 동태모형으로 로짓비용비중함수를 확장하여 미국 산업부문 에너지원간 대체관계를 분석하였다. 이들 연구는 선형 로짓모형이 초월대수함수에 비해 경제이론에 잘 부합됨을 밝히고 있다. 로짓비용비중함수를 이용한 국내 연구 사례로는 박창수(2003), 박광수(2005) 등을 들 수 있다. 기존 연구사례에서 알 수 있듯이, 연료대체에 관한 연구는 주로 산업 및 제조업 부문에 국한되어서 수행되었다.
본 연구에서는 최소로짓카이제곱(minimum logit chi-square model)을 이용하여 비용비중함수를 추정하였다. 최소로짓차이제곱 추정법은 선택 모형을 분석하는 선형확률추정법(linear probability)의 일종으로, 한 관측점에서 관측치의 숫자가 많을 경우 적용하는 가중치 최소자승법이다(weighted least square, Maddala 1983). 최소로짓카이제곱의 추정치는 일치추정량이며 점근적으로 정규분포를 따른다는 것이 알려져 있고, 최우추정치와 동일한 점근적 분산을 갖는다.
변형된 로짓비용비중함수는 비용비중의 로그비율이 단일요소함수로만 표현된다는 특징이 있다. 따라서 비용비중함수를 개별적으로 추정할 수 있기 때문에 기존의 연구에서 사용된 추정방법보다 간편하게 추정을 수행할 수 있다. 발전부문의 경우 일반적으로 원자력이나 유연탄은 기저부하를 생산하기 때문에 가격의 변동과 상관없이 전력생산에 투입된다. 첨두부하 생산에 투입되는 연료는 주로 도시가스나 석유(중유 및 경유)가 담당하는데, 이러한 경우 위의 추정식을 이용하여 도시가스와 석유의 연료비중만을 개별적으로 분석할 수 있다.
한국 제조업부문의 연료비용 자료를 이용하여 기존의 로짓비용비중함수모델, 개별요소의 비용비중 모델 그리고 변형모형의 시스템 모델의 추정치
1. Research Purpose
Since 1887 when the first electric light was lit up in the Kyongbok palace, Korea has experienced the rapid growth of electric generation. In 2004, Korea generated 367,581 GWh with 64 million ㎾ power plants. In the process of developing, world oil crises led to Korea's pursuit of diversification of energy source such as nuclear power and Korea has exerted to overcome monopolistic problem of KEPCO (Korea Electric Power Corporation) by switching the power generation sector into competitive economic system.
Major energy source for generating electric power has diversified into coal, oil, LNG, water and nuclear but Korea has suffered from the change in circumstances of world's energy market. In addition, the choice of energy has been constrained by the large-scale investment in power plants and equipments under the long-term demand forecast, so that the fuel choice of electric power has been different from the economic choice, cost minimization or profit maximization of private companies.
To investigate fuel-substitution of power generation sector in Korea, this study adopted and modified the linear logit cost share model that has been utilized for fuel-substitution study in industry sector. So far, the distinct aspect of power generation sector and insufficient data of generation cost have been obstacles in econometric analysis of power generation sector in Korea. Thus, this study is supposed to be first attempt to estimate input demand and price elasticity of power generation sector.
2. Summary
The translog model has been popular in investigating fuel substitution such as Pindyck (1979a, 1979b), Shin and Ryu (1988), etc. However, the translog was also known that sometimes it generates the theoretically inconsistent result. Among other alternative models to overcome the inconsistence, the linear logit cost share model is most widely adopted recently. Considine (1989) investigated the fuel substitution by static logit model and Jones (1995) adopted a dynamic logit cost share model for the study of fuel substitution in US industry sector. Park (2003) and Park (2005) also analyzed the fuel substitution in industry and manufacture sectors of Korea.
This report employed and modified the minimum logit chi-square model by changing the characteristics of choice set in fuel for power generation. The minimum logit chi-square which is a member of linear probability models, is a weighted least square method originally developed for the case when many observations are available in each observation points (Maddala 1983). The estimate of minimum logit chi-square is consistent and asymptotically normally distributed with asymptotic variance matrix equivalent to that of maximum likelihood estimate.
The modified logit cost share model describes the log of cost share ratio by single fuel. Thus, the modified model estimates the cost share individually rather than a system of cost share. This fact makes the estimation easy since nuclear or coal undertakes the base load which produces certain amount of electricity at any input price.
For comparison, this study estimated fuel cost share functions of Korea's manufacture sector from previous logit cost share model, modified individual cost share model and modified cost share system. Modified individual cost share model or cost share system does not have the identification problem, which does not require normalization process. Price elasticities from the parameter estimates showed that all elasticities are inelastic with the magnitude in order of individual cost share, cost share system and previous logit cost share. Own price elasticities were all negative and city gas was most elastic than other fuels.
In the next chapter, was reported the estimation result of modified cost share model with fuel consumption in power generation sector. Due to Insufficient data series and unclear price data, only modified individual cost share model was applicable to analys
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