장기 에너지수요 전망모형 개선 연구 (1차년도) - 수송 및 산업 부문

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1 장기에너지수요전망모형개선 연구 (1 차년도 ) - 수송및산업부문 연구책임자 : 김수일

2 참여연구진 연구책임자 : 연구위원 연구참여자 : 선임연구위원 책임연구원 김수일 박광수 차경수

3 요약 i 요약 연구의필요성및목적 상향식장기에너지수요전망모형은 20~30년의전망기간동안부문별, 에너지원별최종에너지수요와일차에너지수요의변화를전망하고정책수단과기술변화의효과를예측하기위한모형으로국가에너지정책의수립및기후변화대책등다양한목적을위해장기전망모형을활용 상향식장기에너지수요전망모형은입력자료에따라모형구조를쉽게바꿀수있고모형을이해하기쉽고에너지수요를최종세분된단계에서추정하므로에너지관련정책이나수단들을모형에반영하기용이 - 하지만, 에너지경제연구원의기존상향식장기에너지수요전망모형을활용하는과정에서다양한정책수단과기술발전을반영하는데어려움을경험. - 또한기존상향식장기에너지수요전망모형을활용한이후시점에구축된최근자료들이미반영 본연구는기존장기에너지수요전망모형의활용과정에서드러난모형의구조적문제를해결하고에너지와관련된최신축적자료를반영하기위해기존장기에너지수요전망모형을개선하고새로운시스템을구축을목적 - 1차년도장기에너지수요전망모형개선은새롭게구축되는장기에

4 ii 너지수요시스템의전체구조설계와수송부문및산업부문모듈을구축하는것을목적 본연구를통하여새롭게구축되는에너지경제연구원의장기에너지수요전망모형은장기에너지수요시스템 (KEEI-LEDS, KEEI Long-Term Energy Demand System) 이라명명 연구내용 1. KEEI-LEDS 의개요 KEEI-LEDS는우리나라의부문별, 에너지원별최종에너지수요와전환부문투입을고려한장기일차에너지수요의변화를전망하고정책수단과기술변화의효과를예측하고자개발 KEEI-LEDS의기본목적 - KEEI-LEDS는국가의최종에너지와일차에너지의장기수요를전망 - KEEI-LEDS는에너지관련국가정책및수단의변화, 기술변화, 경제상황의변화, 소비변화등이장기에너지수요에미치는영향을분석하고예측 KEEI-LEDS의구조는기존모델구조의합리성및적합성을평가한후에너지서비스성격의동질성, 대체가능성, 자료입수가능성, 추정가능성, 기술및정책적유의미정도에따라기존모형을변경 - 에너지최종수요의다섯개부문모듈 ( 수송, 산업, 가정, 상업, 공공 기타부문 ) 과전환부문의세개모듈 ( 전력, 열에너지, 도시가스생산 ) 그리고작업결과를필요에맞게출력하는종합모듈로구성 - 개별모듈은모듈특성에맞는하부모듈혹은연산루틴으로구성

5 요약 iii 2. KEEI-LEDS 수송부문모듈의개요 수송부문모듈의목적 - 수송부문모듈은국가단위의수송부문에너지수요를전망 - 수송부문모듈은장기에너지수요전망을수행함에있어기술발전이나거시경제상황의변화, 구조적변화, 소비자선택의변화, 정책도입에따른수송부문에너지수요의변화를예측 KEEI-LEDS 수송부문모듈은수송서비스의성격이동질적이며대체가능한지와자료입수및추정이가능한지그리고기술적, 정책적으로분석이필요하며유의미한시사점을제공할수있는지를고려하여변경 - 이에따라수송부문모듈은우선자가용자동차, 화물수송, 항공수송, 기타수송등네개의기본연산모듈과수송부문출력모듈로구성 자가용자동차모듈은비사업용으로등록된자가용승용차, 자가용승합차그리고비사업용화물자동차를분석 화물수송모듈은사업용화물자동차, 철도, 선박등의항공화물을제외한화물수송수단을대상 항공수송모듈은항공기를이용한국내외여객및화물수송에필요한에너지수요를계산 기타수송모듈은택시, 버스, 여객철도, 지하철, 해운여객등대중여객수송수단과특수차량그리고앞서언급한모듈들에포함되지않은모든수송수단들을포함

6 iv 3. KEEI-LEDS 산업부문모듈의개요 산업부문모듈의목적 - 산업부문모듈은국가단위의산업부문에너지수요를전망 - 산업부문모듈은장기에너지수요전망을수행함에있어기술발전이나거시경제상황의변화, 산업구조의변화, 정책도입에따른산업부문에너지수요의변화를분석하고예측 산업부문에너지서비스의용도는크게건물관리, 설비, 원료로구분 - 건물은생산을위한장소이며, 건물에서필요한에너지서비스는조명, 냉 난방및환기등을위한빛, 열, 동력등으로노동환경개선및생산시설의유지를위해사용 - 설비는조립, 가공, 전환등의업종별특성을반영하며, 에너지사용측면을고려하여구분 설비에투입되는에너지는공정에따라간접및직접가열용에너지, 동력용전력, 전기화학용전력, 원료용에너지로구분 산업부문모듈의설비모듈은에너지의최종사용에따라가열용연료, 동력용전력, 전기화학용전력, 비연료를계산하는루틴으로구성된일반공정설비모듈, 업종의공정특성을반영한특수공정설비모듈, 그리고비제조업모듈로구성 - 원료용에너지는석유화학용납사및원료용 LPG와 1차금속의유연탄, 건설용아스팔트등 KEEI-LEDS 산업부문모듈은한국표준산업분류 (KSIC, 9차개정 ) 의농림어업, 광업, 제조업및건설업을포함하며일반공정산업, 특수공정산업, 비제조업으로분류

7 요약 v 특수공정설비에해당하는업종은에너지집약제조업중일부인비금속, 1차철강, 석유정제및석유화학 - 전환산업에해당하는코크스및석유정제업에서코크스생산은 1차철강의일관제철공정에서분석하고석유정제는공정특성상석유화학과함께석유산업으로분석 - 석유산업은정제공정과석유화학공정이결합된대표공정으로에너지사용을표현하며, 정제공정에서소비한연료와석유화학공정의투입원료및연료수요를계산 일반공정설비모듈은특수공정산업을제외한나머지제조업과비제조업인광업의설비용에너지소비를계산 비제조업모듈은농림어업과건설업을담당 4. KEEI-LEDS 의시범운용과모형평가 개선된모형이원활히작동하는가를점검하는것을목적으로 2030년까지장기에너지수요전망을수행 하지만모형점검이목적이기때문에전망결과에대한해석이나전망결과를이용한시사점도출은제외 시사점및향후계획 본연구를통하여에너지경제연구원의장기에너지수요시스템 (KEEI-LEDS, KEEI Long-Term Energy Demand System) 을설계하고수송및산업부문모듈을구축 - 개선된시스템은기존장기에너지수요전망모형의활용과정에서드러난모형의구조적문제를해결하고에너지와관련된최신축적자료를반영

8 vi - KEEI-LEDS는에너지관련정책이나기술그리고사용방식의변화를모형에용이하게반영하여에너지수요의변화와정책및기술효과등을보다정확하게분석 KEEI-LEDS는에너지경제연구원의기존장기에너지수요전망모형과구조, 전망방법, 구축자료측면에서차별성존재 KEEI-LEDS는연구목적과정책수요에부합하는다양한결과들을도출가능 - 새로구축된수송및산업부문모듈을장기전망에시범적용한결과기존모형보다신축적이고광범위한분석틀을제공함 - 하지만, 모형이복잡해지면서모형의유지및운용을위한인적, 물적자원지속적인투자가필요 - 또한, 시범운용과정에서발견된누락부분및오류수정을위한마무리작업을 2차년도과제에서수행해야함. 1차년도수송및산업부문개선모형의완결과가정, 상업, 공공부문의개선작업을 2차년도에수행 향후, 온실가스감축잠재량추정이나국가에너지기본계획수립을위한장기에너지수요전망에유용하게사용될것으로기대

9 차례 i 차례 제1장서론 1 제1절연구의배경및필요성 1 1. 상향식장기에너지수요전망모형의필요성및연구목적 1 2. 최종에너지및일차에너지 2 제2절상향식장기에너지수요전망모형사례 4 1. National Energy Demand System (NEMS) 4 2. MEDEE-S 5 3. 에너지경제연구원장기에너지수요전망모형 6 제2장 KEEI Long-Term Energy Demand System의개요 8 제1절 KEEI-LEDS의목적및기본구조 8 제2절전망방법 10 제3절기존 KEEI Model과의차이점 11 제3장수송부문모듈 13 제1절 KEEI-LEDS 수송부문모듈의개요 13 제2절자가용자동차모듈 자가용자동차수요하부모듈 소비자선택하부모듈 운행거리하부모듈 자가용자동차연료수요하부모듈 22 제3절화물수송모듈 24

10 ii 1. 도로화물하부모듈 철도화물하부모듈 해운화물하부모듈 32 제4절항공수송모듈 항공수송수요하부모듈 항공에너지수요하부모듈 41 제5절기타수송모듈 근거리대중교통하부모듈 장거리대중교통하부모듈 해운여객하부모듈 기타수송하부모듈 50 제6절수송부문결과출력모듈 50 제4장 KEEI-LEDS 산업부문모듈 52 제1절 KEEI-LEDS 산업부문모듈의개요 산업부문모듈의목적및기본구조 산업부문모듈의전망과정 55 제2절산업부문모듈의세부구조및전망방법 산업부문통합관리모듈 59 가. 산업부문 DB 관리 60 나. 연산제어 60 다. 산업부문에너지수요결과관리 60 라. 산업부문온실가스 건물관리모듈 62 가. LHVAC 63 나. 내부수송 65

11 차례 iii 3. 일반공정설비모듈 66 가. 직접및간접가열 68 나. 전기화학용전력 69 다. 동력용전력 69 라. 비연료 특수공정설비모듈 비제조업설비모듈 70 가. 장비및설비 71 나. 선박급유 (CALFISH) 산업부문전환모듈 ( 자체생산 ) 73 가. 연료배분 75 나. 열병합발전 77 제3절특수공정설비산업 차철강모듈 80 가. 공정단계별생산하부모듈 81 나. 고로공정하부모듈 81 다. 파이넥스공정하부모듈 82 라. 전로공정하부모듈 83 마. 전기로하부모듈 83 바. 기타공정하부모듈 비금속모듈 86 가. 공정단계별생산하부모듈 87 나. 킬른하부모듈 88 다. 생산및출하하부모듈 석유정제및석유화학모듈 89 가. 공정단계별생산하부모듈 91

12 iv 나. 석유정제하부모듈 92 다. 석유화학하부모듈 93 제5장 KEEI-LEDS의시범운용과모형평가 97 제1절수송및산업부문의에너지소비 부문별에너지소비개요 수송수단별에너지소비 산업부문용도별에너지소비 104 제2절에너지수요전망을위한전제및시나리오 공통전제및시나리오 107 가. 외부제공공통전제 107 나. 사용자작성공통전제 부문별전제및시나리오 110 가. 수송부문 110 나. 산업부문 112 제3절수송부문모듈의에너지수요전망결과 113 제4절산업부문모듈의에너지수요전망결과 에너지통계개편안기준 현행에너지밸런스기준 128 제 6 장결론 137 참고문헌 140

13 차례 v < 표차례 > < 표 4-1> KEEI-LEDS 의산업분류와한국표준산업분류 54 < 표 5-1> KEEI-LEDS 시범운용을위한주요전제 (GDP, 인구, 국제유가 ) 108 < 표 5-2> KEEI-LEDS 시범운용을위한주요전제 ( 산업구조 ) 109 < 표 5-3> 수송부문에너지수요전망결과 113 < 표 5-4> 산업부문에너지수요전망결과 ( 국가에너지통계개편안 ) 120 < 표 5-5> 산업부문용도별에너지수요전망결과 121 < 표 5-6> 산업부문에너지수요전망결과 ( 에너지밸런스 ) 129 < 표 5-7> 산업부문주요지표 130

14 vi [ 그림차례 ] [ 그림 1-1] National Energy Demand System 의구조 5 [ 그림 1-2] 장기에너지수요전망모형의구조 7 [ 그림 2-1] 장기에너지수요시스템의구조 9 [ 그림 3-1] KEEI-LEDS 수송부문모듈의구조 14 [ 그림 3-2] KEEI-LEDS 수송부문모듈의연산흐름 15 [ 그림 3-3] 자가용자동차모듈의구조 17 [ 그림 3-4] 화물수송모듈의구조 24 [ 그림 3-5] 항공수송모듈의구조및연산흐름 36 [ 그림 3-6] 기타수송모듈의구조및연산흐름 44 [ 그림 4-1] KEEI-LEDS 산업부문의에너지서비스의용도및연산과정 53 [ 그림 4-2] 산업부문모듈의전망작업흐름도 59 [ 그림 4-3] 건물관리및내부수송의에너지사용흐름 63 [ 그림 4-4] 일반공정설비의에너지사용흐름 66 [ 그림 4-5] 비제조업설비의에너지사용흐름 71 [ 그림 4-6] 산업부문전환모듈의구조 75 [ 그림 4-7] 철강산업의공정흐름도 80 [ 그림 4-8] 시멘트산업의공정흐름도 87 [ 그림 4-9] 석유정체및석유화학산업의공정흐름도 90

15 차례 vii [ 그림 5-1] 수송및산업부문의에너지소비추이 99 [ 그림 5-2] 자가용자동차보유대수추이 100 [ 그림 5-3] 화물수송량추이 100 [ 그림 5-4] 항공여객추이 ( 인키로 ) 101 [ 그림 5-5] 항공화물수송량추이 ( 톤키로 ) 102 [ 그림 5-6] 대중교통및해운여객추이 ( 인키로 ) 103 [ 그림 5-7] 주요철강제품생산추이 105 [ 그림 5-8] 기초유분생산추이 105 [ 그림 5-9] 시멘트및클링커생산추이 106 [ 그림 5-10] 수송부문수송분야별에너지수요전망결과 115 [ 그림 5-11] 도로부문에너지수요전망결과 116 [ 그림 5-12] 철도부문에너지수요전망결과 117 [ 그림 5-13] 항공부문에너지수요전망결과 117 [ 그림 5-14] 해운부문에너지수요전망결과 118 [ 그림 5-15] 산업부문의에너지수요전망결과 119 [ 그림 5-16] 산업부문용도별에너지수요전망결과 122 [ 그림 5-17] 농림어업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 122 [ 그림 5-18] 광업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 123 [ 그림 5-19] 음식담배업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 123 [ 그림 5-20] 섬유의류업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 124 [ 그림 5-21] 펄프목재업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 124 [ 그림 5-22] 석유정제및석유화학업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 125 [ 그림 5-23] 1차철강업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 125 [ 그림 5-24] 비철금속업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 126 [ 그림 5-25] 비금속업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 126 [ 그림 5-26] 조립금속업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 127 [ 그림 5-27] 기타제조업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 127

16 viii [ 그림 5-28] 건설업용도별에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 128 [ 그림 5-29] 산업부문에너지원별수요전망결과 ( 천 TOE) 130 [ 그림 5-30] 농림어업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 131 [ 그림 5-31] 광업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 131 [ 그림 5-32] 음식담배업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 132 [ 그림 5-33] 섬유의류업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 132 [ 그림 5-34] 펄프목재업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 133 [ 그림 5-35] 석유화학업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 133 [ 그림 5-36] 1차철강업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 134 [ 그림 5-37] 비철금속업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 134 [ 그림 5-38] 비금속업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 135 [ 그림 5-39] 조립금속업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 135 [ 그림 5-40] 기타제조업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 136 [ 그림 5-41] 건설업에너지수요전망결과 ( 천 TOE) 136

17 제 1 장서론 1 제 1 장서론 제 1 절연구의배경및필요성 1. 상향식장기에너지수요전망모형의필요성및연구목적 상향식장기에너지수요전망모형은 20~30년의전망기간동안부문별, 에너지원별최종에너지수요와일차에너지수요의변화를전망하고정책수단과기술변화의효과를예측 - 에너지기본법제6조제1항과동법제6조제3항제1호 1) 에의거 2007 년국가에너지기본계획의장기에너지수요전망과장기온실가스저감잠재량추정을수행 - 국가에너지정책의수립및기후변화대책등다양한목적을위해장기전망모형을활용 상향식장기에너지수요전망모형의장단점 - 입력자료에따라모형구조를쉽게바꿀수있고모형을쉽게이해 - 에너지수요를최종세분된단계에서추정하므로에너지관련정책이나수단들을모형에반영하기용이 - 반면, 상향식모형은거시경제적효과및에너지가격의변화를신축적으로모형에반영하기어렵고모형의세분화에따라모형구조가매우복잡해질수있다는단점 1) 에너지기본법은매5년마다국가에너지기본계획을수립하며국가에너지기본계획은반드시장기에너지수요전망을포함해야한다고규정

18 2 - 에너지경제연구원의기존상향식장기에너지수요전망모형을활용하는과정에서다양한정책수단과기술발전을반영하는데어려움을경험. 또한기존상향식장기에너지수요전망모형을활용한이후시점에구축된최근자료들이미반영 본연구는기존장기에너지수요전망모형의활용과정에서드러난모형의구조적문제를해결하고에너지와관련된최신축적자료를반영하기위해기존장기에너지수요전망모형을개선하고새로운시스템을구축을목적 - 최신자료는이전자료의축적과현재진행중인국가에너지통계개편방안을포함 - 1차년도장기에너지수요전망모형개선은새롭게구축되는장기에너지수요시스템의전체구조설계와수송부문및산업부문모듈을구축하는것을목적 본연구를통하여새롭게구축되는에너지경제연구원의장기에너지수요전망모형은장기에너지수요시스템 (KEEI-LEDS, KEEI Long- Term Energy Demand System) 이라명명 2. 최종에너지및일차에너지 최종에너지는최종소비부문의에너지이용설비에서사용되는에 너지로정의되며빛, 열, 동력등에너지가제공하는서비스에대한 수요를만족시키기위한연료, 열, 전기등으로정의 2) 2) 에너지기본법제2조는연료, 열, 전기를에너지로정의하며, 연료는석유, 가스, 석탄그밖에열을발생하는열원으로정의한다. 제품의원료로사용되는것은제외

19 제 1 장서론 3 - 비에너지로분류되는제품원료로다양한석유제품이있으며, 이는주로산업부문의제품생산에투입 - 에너지와비에너지가국가에너지밸런스의최종에너지부문을구성 최종에너지중석유제품을제외한이차에너지 ( 전력, 도시가스, 열에너지 ) 를생산하는데필요한에너지투입량과최종소비된석유및석탄제품, 신재생에너지의합계를일차에너지로정의 - 빛, 열, 동력등의에너지서비스또는제품원료는대체관계가없으나개별에너지서비스를생산하는최종에너지원들사이와이차에너지를생산하는일차에너지원들사이에는대체관계가존재 장기에너지수요전망은에너지서비스에대한수요를예측한후기술, 정책, 환경등의변화를고려하여필요한서비스를공급하기위해요구되는에너지를계산하는과정 - 에너지가제공하는서비스를소비하는경우는서비스의수요를추정한후단위에너지소비량을이용하여에너지수요를예측 - 원료로직접소비하는것은제품생산량을추정한후에너지원단위를이용하여에너지수요를예측 - 에너지수요는장기적으로정책의방향이나강도, 기술발전수준, 서비스의수요및사용형태에따라변화 기준전망과시나리오전망구분 - 기준 (BAU, Business As Usual) 전망은과거에서현재까지의정책및기술생활방식의변화추세가전망기간중지속적으로이루어진다는가정하에전망 - 시나리오전망은정책, 기술, 경제상황에대해기준전망가정이외의변화를가상하고수행

20 4 제 2 절상향식장기에너지수요전망모형사례 1. National Energy Demand System (NEMS) NEMS는미국 DOE-EIA에서운영하고있는에너지소비ㆍ생산ㆍ전환, 거시경제, 국제에너지시장및환경을통합한거대모형으로미국에너지시장의수요공급에대한일반균형의결과로에너지수요ㆍ공급및가격을전망 - NEMS의각부분은시나리오에따라독립적또는다른부분과결합하여운용 - NEMS를이용하여장기에너지수요를전망하고이를바탕으로매년에너지전망보고서를발표 NEMS의수송부문은 LDV(Light Duty Vehicle), 항공수송, 화물수송, 기타에너지수요모듈로구분되며, 이외에수송부문의배출모듈이추가 - 수송부문은기본적으로재고모형을이용하여수송수단의재고를추정하고평균운행거리와재고를곱하여에너지수요를계산 NEMS의산업부문은에너지용도를건물과공정ㆍ조립등두가지로구분하고용도별에너지수요를계산하는루틴들로구성 - 공정ㆍ조립은에너지의최종서비스에따라에너지수요를추정하거나업종특성에맞게설계된공정에따라에너지수요를계산 - 산업부문은 21개로업종을세분화되어있다.

21 제 1 장서론 5 [ 그림 1-1] National Energy Demand System 의구조 2. MEDEE-S MEDEE-S는 REDP에참여하는국가들의부문별에너지수요를분석하기위해 UN에서지원하고 EC에서개발한상향식에너지수요전망모형으로, 주로 PACE-E에참여하는아시아국가들에서사용 MEDEE-S는산업ㆍ건설, 가정, 상업, 수송, 농어업등다섯개의부문으로구성되어있으며, 각국가들의특성을탄력성있게반영할수있도록모형을설계 MEDEE-S의수송부문은크게국내수송과국제수송으로구분되고도시수송을분석할수있는하부모델을선택모형으로추가하였다. - 국내수송은여객과화물로세분류하고, 여객은항공, 개인여객, 공공여객으로, 화물은철도, 도록, 해운, 파이프라인으로상세분류

22 6 - 국제수송은항공여객, 해운화물로세분류 - 기본전망방정식은수송수요와단위에너지소비의곱으로구성 MEDEE-S의산업부문은기본운용되는기본산업모델과선택사항인철강및에너지집약산업모델로구성 - 기본산업모델은각산업의동력에너지와열에너지수요를추정 - 철강및에너지집약산업은공정단계를설정하고필요한에너지를계산 3. 에너지경제연구원장기에너지수요전망모형 에너지경제연구원의상향식장기에너지수요전망모형은에너지수요부문을크게산업, 수송, 가정, 상업, 공공 기타부문으로나누고, 각부문내에서보다세분된단계 ( 업종별, 용도별등 ) 의최종에너지수요를전망 - 세분화된최종에너지수요는부문별용도별활동 (Activity) 수준, 에너지기기보급및이용률, 활동 (Activity) 단위당에너지원단위의변화추세를반영하여전망 - 이차에너지 ( 전력, 도시가스, 열에너지 ) 를생산하는데필요한에너지전환부문의일차에너지투입량을전망한후, 전환부문의에너지수요와최종부문의수요를합하여총일차에너지수요를전망 수송부문은여객과화물로분류하고, 각각은다시도로, 철도, 해운, 항공의특정수송수단으로세분류 - 수송부문모형은기본적으로수송수요와에너지원단위를이용하여에너지수요를계산

23 제 1 장서론 7 산업부문모형은산업의세부업종을농림어업, 광업, 건설업과 8대제조업으로분류하고각업종의에너지수요를원료, 연료, 전력으로구분하여추정 - 연료및전력은전산업에적용되지만원료의경우는 1차금속과석유화학업종의경우에만적용되고비금속의연료용유연탄도독립적으로추정 - 기본전망방정식은과거시계열자료를이용한에너지원단위추정결과와전제로주어진업종별부가가치전망을이용하여에너지수요를계산 [ 그림 1-2] 장기에너지수요전망모형의구조

24 8 제 2 장 KEEI Long-Term Energy Demand System 의개요 제 1 절 KEEI-LEDS 의목적및기본구조 KEEI-LEDS는우리나라의부문별, 에너지원별최종에너지수요와전환부문투입을고려한장기일차에너지수요의변화를전망하고정책수단과기술변화의효과를예측하고자개발 KEEI-LEDS의기본목적 - KEEI-LEDS는국가의최종에너지와일차에너지의장기수요를전망 - KEEI-LEDS는에너지관련국가정책및수단의변화, 기술변화, 경제상황의변화, 소비변화등이장기에너지수요에미치는영향을분석하고예측 KEEI-LEDS는에너지관련정책이나기술그리고사용방식의변화를모형에용이하게반영하여에너지수요의변화와정책및기술효과등을보다정확하게분석 KEEI-LEDS의구조는기존모델구조의합리성및적합성을평가한후에너지서비스성격의동질성, 대체가능성, 자료입수가능성, 추정가능성, 기술및정책적유의미정도에따라기존모형을변경 - 에너지최종수요의다섯개부문모듈 ( 수송, 산업, 가정, 상업, 공공 기타부문 ) 과전환부문의세개모듈 ( 전력, 열에너지, 도시가스생산 ) 그리고작업결과를필요에맞게출력하는종합모듈로구성

25 제 2 장 KEEI-LEDS 의개요 9 - 개별모듈은모듈특성에맞는하부모듈혹은연산루틴으로구성 수송부문모듈은사업용및비사업용으로등록된모든수송수단의에너지수요전망을담당 산업부문모듈은산업분류상의농림어업, 광업, 제조업, 건설업에서사용하는에너지수요를전망 [ 그림 2-1] 장기에너지수요시스템 (KEEI Long-Term Energy Demand System) 의구조 주 ) 실선부분은 2008 년모형개선부분이며점선은향후추진계획부분임

26 10 제 2 절전망방법 KEEI-LEDS 의기본전망방정식 최종에너지수요 에너지서비스요구량 단위에너지소비 에너지효율지수 에너지수요는활동수준 (Activity level) 에따라결정되는에너지서비스요구량과서비스단위당에너지소비그리고에너지비교효율에따라결정 - 활동수준은부가가치및소득등이대표적 - 에너지기기및설비보급및이용률등도에너지서비스요구량에영향을미치지만에너지서비스요구량에대한자료를구하기힘든경우가대부분이기때문에에너지서비스요구량을관련활동변수의함수라는가정하에활동변수를대신이용 - 단위에너지소비는부문별용도별로적합한단위를설정 - 여러에너지원으로공급이가능한경우에너지의상대효율및상대가격, 그리고기술, 정책, 환경등의변화로인한에너지대체정도를나타내는에너지효율지수를이용하여원별에너지수요로환산 KEEI-LEDS의에너지수요전망을위한기본자료는국가에너지밸런스와에너지경제연구원에서매3년마다주기적으로수행하는에너지총조사자료를이용 - 또한통계청, 기상청, 지식경제부, 국토해양부, 기획재정부등의정부기관과에너지관리공단, 교통연구원등의공공기관, 그리고다양한민간기관과의협조를통해에너지수요전망에필요한다양한자료들을구축 유지

27 제 2 장 KEEI-LEDS 의개요 11 에너지밸런스와에너지총조사는집계방식및분류체계의차이에서오는통계차이가발생 - KEEI-LEDS는에너지총조사에서조사된에너지소비를이용하여세부단위별에너지요구량을계산하며, 에너지요구량에서자체생산을통해공급된에너지를고려하여최종결과가에너지공급자료인에너지밸런스와일치하도록계산 제 3 절기존 KEEI Model 과의차이점 구조적차이점 - 수송부문의경우기존장기에너지수요전망모형이여객및화물, 국내및국제, 도로및철도, 해운, 항공등으로계층분류 - 새로운시스템은수송수단과수송서비스수요의특성을고려하여자가용자동차, 화물수송, 항공수송, 기타수송으로재분류 - 또한, 각수송수단의특성을반영하기위해하부모듈을운영 - 세부자료의확보가능성, 분석의필요성등을고려하여세부모듈의모형을가능한단순화 - 산업부문의경우기존장기에너지수요전망모형은에너지를원료용, 연료용그리고전력으로구분하여수요를전망하였으며, 산업분류는표준산업분류에따라 1차산업과 2차산업의광업및제조업, 건설업으로구분하고제조업은중분류에따라 8개로분류 - KEEI-LEDS 산업부문은에너지서비스용도를설비용과건물용으로구분하고, 설비용의경우가열용에너지, 동력및전기화학용전력, 원료용에너지를전망하고건물용의경우는건물관리용에너지와내부수송등의동력용에너지의수요를전망

28 12 - 생산공정에따라일반공정설비, 특수공정설비, 비제조업설비로분류하고이에따라업종을재분류 - 열및전력에대한산업의자체생산을분석하고최종소비와공급의차이를조정하기위해산업부문전환모듈을추가 전망방법의차이점 - 기존모형의활동수준과에너지원단위를이용하는것과본질적으로동일하나에너지서비스의용도를세분화하고연료별가격을모형에도입함으로써가격이나상대가격의변화로인한효과를분석 - 또한 KEEI-LEDS는신재생에너지에대한전망의내부화를시도 - 수송부문의경우재고조정모형 (Stock Adjustment Model) 을변형 도입하여수송수요의변화에따른수송수단재고를계산 - 산업부문의경우가격탄력성을이용하여에너지가격이단위에너지소비를변화 자료의차이점 - 금번모형개선작업을통해새로운입력자료들을확충하고데이터베이스를구축 - 에너지밸런스, 에너지총조사그리고국가에너지통계개편방안등을결합하여에너지수요전망에필요한자료를생성 - 다만, 에너지열량환산기준의변화에도불구하고자료의일관성을위해기존열량을사용

29 제 3 장수송부문 13 제 3 장수송부문모듈 제 1 절 KEEI-LEDS 수송부문모듈의개요 수송부문모듈의목적 - 수송부문모듈은국가단위의수송부문에너지수요를전망 - 수송부문모듈은장기에너지수요전망을수행함에있어기술발전이나거시경제상황의변화, 구조적변화, 소비자선택의변화, 정책도입에따른수송부문에너지수요의변화를예측 KEEI-LEDS 수송부문모듈은기존모델의구조를다음의 [ 그림 3-1] 과같이변경 - 수송부문의구조변경기준은수송서비스의성격이동질적이며대체가능한지와자료입수및추정이가능한지그리고기술적, 정책적으로분석이필요하며유의미한시사점을제공할수있는지를고려 - 이에따라수송부문모듈은우선자가용자동차, 화물수송, 항공수송, 기타수송등네개의기본연산모듈과수송부문출력모듈로구성 자가용자동차모듈은비사업용으로등록된자가용승용차, 자가용승합차그리고비사업용화물자동차를분석 화물수송모듈은사업용화물자동차, 철도, 선박등의항공화물을제외한화물수송수단을대상

30 14 항공수송모듈은항공기를이용한국내외여객및화물수송에필요한에너지수요를계산 기타수송모듈은택시, 버스, 여객철도, 지하철, 해운여객등대중여객수송수단과특수차량그리고앞서언급한모듈들에포함되지않은모든수송수단들을포함 [ 그림 3-1] KEEI-LEDS 수송부문모듈의구조

31 제 3 장수송부문 15 개별수송모듈은연속적으로계산을수행하는하부모듈들로구성되어있으며, 하부모듈은개별수송수단과관련된정책수단, 기술발전등의효과를분석할수있도록필요한수준으로세분화 기본적인연산흐름은 [ 그림 3-2] 와같이표현 수송부문의에너지수요는기본적으로단위에너지소비와활동수준 (Activity Level) 의곱으로계산 [ 그림 3-2] KEEI-LEDS 수송부문모듈의연산흐름

32 16 제 2 절자가용자동차모듈 자가용자동차모듈은비사업용승용차와비사업용승합차그리고비사업용으로등록된화물자동차등자가용여객과화물서비스를제공하는운송수단의연료수요를전망 3) - 비사업용화물자동차의에너지수요추정에필요한화물중량거리나화물중량자료가더이상구축되지않는다는점과사업용및비사업용화물자동차의화물특성의차이점, 자동차보유특성의차이점, 주요화물자동차의기술적특성등의이유로추정방법을변경 자가용자동차모듈의구조는 [ 그림 3-3] 과같이자가용자동차수요, 연료별차량선택, 운행거리, 자가용자동차연료수요등의하부모듈로구성 - 각하부모듈은다양한외부입력자료와이전하부모듈의출력자료를사용하여수송수단의성질, 입력자료의세분화정도, 출력자료의필요수준에따라연산및추정을수행 기술발전에따른자동차시장의변화는자동차생산과관련된기술적경제적변화를명시적으로분석하지않고각하부모듈속에서가정및시나리오를통하여반영 3) 이하자가용자동차하부모듈은자가용승용차의변수명을이용하여설명. 자가용승합차및자가용화물자동차의연료수요추정방법은 CAR로끝나는변수명을 BUS 및 TRK로대체

33 제 3 장수송부문 17 [ 그림 3-3] 자가용자동차모듈의구조 1. 자가용자동차수요하부모듈 자가용자동차수요하부모듈은자가용승용차와자가용승합차, 화물자동차의등록대수를각각추정 - 추정결과는소비자선택하부모듈로전송 - 자가용자동차등록대수는대당인구수를매개변수로곰페르츠함수 (Gompertz Curve) 나로그선형함수 (Log-log linear function) 그리고보급시나리오중에서선택하여추정

34 18 곰페르츠함수추정방법 - 곰페르츠함수는과거자동차보유대수의시계열과모델의가정으로주어진포화시점의대당인구수를이용하여특정시점의대당인구수를추정 - 대당인구수는국내총생산에의해결정 (3-1) POPCAR : 대당인구수 SPPCAR : 포화시점의대당인구수 GDP : 국내총생산 로그선형함수 - 로그선형함수는대당인구수가 GDP와소득탄력성에의해결정된다는가정과 POPCAR의하한이 SPPCAR이라는점을이용하여다음과같이추정식을설정 (3-2) 자가용자동차보급시나리오 - 자가용자동차보급시나리오는연구자가전망기간의대당인구수 를미리결정하여모델에제공 시나리오 (3-3)

35 제 3 장수송부문 19 자가용자동차보유대수 - 특정시점의추정자동차보유대수는다음과같이계산되며, 자가용자동차수요하부모듈은계산된자동차보유대수를차량선택하부모듈로전송 (3-4) STKCAR : 전망시점의자동차등록대수 POP : 추정인구수 2. 소비자선택하부모듈 소비자선택하부모듈은전체자가용승용차와승합차및화물자동차등록대수에서사용연료에따른각차량그룹의비중과각차량그룹별신규등록차량대수를계산 대체에너지연료차량의보급을위한정책이나기술발전은시나리오 ( 대체에너지연료차량보급비율 ) 에의해결정 - 기존대체에너지이용차량은등유, 전기, 알코올, 기타연료사용차량등을포함 - 하이브리드와같은이중연료차량은기존연료의연비개선에반영되고, 바이오디젤이나바이오에탄올같은바이오연료는도로수송용경유와휘발유전체수요가전망된후보급계획에따라기존연료를차감하는방법을사용 - 대체에너지이용차량을제외한일반자가용자동차대수는대체에너지연료차량보급비율시나리오를이용하여계산

36 20 (3-5) (3-6) NCFCAR : 일반연료차량등록대수 AFV : 대체에너지연료차량등록대수 PAFV : 대체에너지연료차량보급비율 사용연료별차량선택 - 자가용자동차에대한소비자선택은로짓비중함수를이용하여계산하는방법과시나리오중에서선택하여사용 - 차량그룹에대한소비자선택 - 자가용자동차선택에미치는요소들은다양한요소들중에서연료가격의변화만을이용하여자가용자동차의연료별비중을전망 (3-7) FLTSHR : 사용연료별시장점유율 FLTSHRBY : 기준년도사용연료별시장점유율 PRAT : 기준년도대비사용연료 i 의가격비율 (i = 휘발유, 경유, LPG) - 차량보급시나리오는모델운용자가수송부문모듈의입력자료에 미리입력한자가용자동차사용연료별시장점유율을이용하여자 가용자동차의그룹별등록대수를계산

37 제 3 장수송부문 21 사용연료별신차보급대수 - 신차보급대수는기존차량중폐차된차량대수와자가용자동차 등록대수증가분의합으로계산 (3-8) NNVFLT : 신규등록대수 PVSR : 폐차율 NVFLT -1 : 전년도차량등록대수 3. 운행거리하부모듈 운행거리하부모듈은자가용승용차및승합차, 화물자동차의그룹별대당운행거리와총운행거리를추정하고자가용자동차연료수요전망의최종단계인자가용자동차연료수요하부모듈로결과를출력 자가용자동차그룹별대당운행거리는과거자료를바탕으로한회귀분석을통하여추세를전망하거나대당평균운행거리에대한시나리오에의해결정 - 대당운행거리추정은대당운행거리를소득과자가용승용차보급대수의함수로가정하고회귀분석 소득 보급대수 기타변수 (3-9) AVGVKT : 대당운행거리

38 22 - 대당운행거리시나리오는기준년도대당운행거리와연구자가설 정한대당운행거리의증가율을이용하여계산 (3-10) VKTBY : 기준년도대당운행거리 VKTGFC : 대당운행거리증가지수 자가용자동차의총운행거리는대당운행거리와자가용자동차 그룹별보급대수의곱으로계산 4. 자가용자동차연료수요하부모듈 자가용승용차와승합차, 화물자동차의그룹별단위에너지소비를추정하고운행거리하부모듈에서추정한자가용자동차그룹별운행거리를이용하여자가용자동차의그룹별연료수요와총연료수요를전망 자가용자동차의단위에너지소비는자가용승용차의그룹별신차효율과기존차량의효율의가중평균치로계산 - 전망기준년도이전의자가용자동차의단위에너지소비는기존연구에서조사된평균연비를사용 - 전망기간의신규보급차량의단위에너지소비는자가용자동차그룹별최근평균연비와정부의연비규제, 배출규제, 생산기술의발전정도를고려하여시나리오로제공

39 제 3 장수송부문 23 - 차량노후화로인한연비하락을고려하기위해연비하락지수를 사용하여최종연비를산출 (3-11) FLEPV : 자가용자동차그룹별연비 (l/100km) FLENPV : 신규자가용자동차그룹별연비 (l/100km) FLEPPV : 기존자가용자동차그룹별연비 (l/100km) FLEDFC : 자가용자동차그룹별연비감소지수 자가용자동차사용연료그룹별에너지수요는단위에너지소비와 총운행거리의곱으로계산 (3-12) 자가용자동차의연료수요 (3-13) TEDPV : 자가용자동차에너지소비

40 24 제 3 절화물수송모듈 화물수송모듈은항공운송업을제외한육상운송업, 철도운송업, 수상운송업등의화물운송사업에서소비하는연료수요를전망 KEEI-LEDS의화물수송모듈은도로화물하부모듈, 철도화물하부모듈그리고해운화물하부모듈로구성 [ 그림 3-4] 화물수송모듈의구조

41 제 3 장수송부문 25 화물수송모듈은외부에서입력되는국내총생산 (GDP), 산업별부가가치, 무역지수, 연료별가격등을이용하여화물수송수요를전망하고수송수요를충족시키는연료소비를계산 - 기존장기에너지수요전망모형은화물의총중량거리를 GDP 탄력성을이용하여전망하고수송수단별로배분한후수송수단의사용연료별배분 - KEEI-LEDS 수송부문모듈의화물수송모듈은화물운송업에따라독립적으로화물수송수요를전망 - 국내화물의운송수단간에는대체관계가일부존재하지만화물의특성에따라운송수단이결정되는경우가더많기때문에각수송수단에따른개별추정방법을채택 화물수송수단의연료소비전망과정 - 수송물량의변화는산업의생산량변화에의해직접결정되기때문에수송물량과밀접한관련이있는업종들의부가가치합계를이용하여화물수송수요를전망 - 단위에너지소비는시나리오로제공되거나화물자동차보유대수조정모형 (Freight Truck Stock Adjustment Model) 을이용하여계산 - 연료소비는연료별수요를먼저전망한후총연료수요를계산하거나총연료수요를전망한후개별연료수요를계산 총연료수요를먼저추정하는경우석유환산톤 (TOE) 을에너지단위로사용하며화물수송수단의에너지효율지수를이용하여연료별로배분 - 국제해운화물의경우해외급유를제외한연료소비이며에너지밸런스와국가에너지통계개편안의국제벙커링에대한분류기준에따라적합한연료소비를계산

42 26 1. 도로화물하부모듈 도로화물하부모듈은사업용으로등록되어있는화물자동차의도로화물수송에필요한연료수요를전망 - 도로화물하부모듈에서취급하는연료는경유가대부분이며소량의휘발유와 LPG가포함 화물자동차총중량운행거리와보유대수 - 도로화물하부모듈은화물중량을추정한후중량당운행거리를 4) 이용하여총중량운행거리를계산하는방법과총중량운행거리를직접전망하는두가지방법을제공 총중량운행거리 - 도로화물의총화물중량은도로화물수요를발생시키는산업부문의부가가치에의해결정되며다음과같은추정방정식을이용하여전망 (3-14) ROFTON : 도로화물총화물중량 VASEC : 제조업, 농업, 건설업등산업부문부가가치 - 총화물중량은중량당운행거리시나리오에의해총중량운행거 리로환산 4) 중량당운행거리는외환위기이후구조변화가발생하지만그전과후의중량당운행거리는상당히안정

43 제 3 장수송부문 27 (3-15) ROFTK : 도로화물총중량운행거리 AVGKPT : 도로화물중량당운행거리 총중량운행거리 - 도로화물의총중량운행거리는도로화물수요를발생시키는산 업부문의부가가치와추세변수, 더미변수등을이용하여추정 (3-16) 화물자동차등록대수및신차보급대수 - 화물수요에의해화물자동차공급이결정된다는가정하에총중량운행거리로부터화물자동차등록대수를계산 - 화물자동차등록대수는화물픽업형, 화물카고형, 화물덤프형, 화물밴형, 화물특수용도형등사업용으로등록된화물자동차총등록대수 - 적재중량은화물픽업, 카고, 덤프, 밴형의크기에따른등록대수를고려한가중평균치를계산하여대표적재중량으로사용 - 운행거리는평균운행거리이며적재율은기준년도화물자동차총보유대수와도로화물총중량운행거리를일치시키는조정값 - 전망기간의화물자동차등록대수는화물자동차의적재중량, 적재율, 평균운행거리의성장시나리오와도로화물총중량운행거리전망을이용하여계산

44 28 (3-17) STKROF : 화물자동차등록대수 ALWROF : 화물자동차적재중량 ALFROF : 화물자동차적재율 AGVKM : 화물자동차평균운행거리 - 화물자동차의연료별구분은화물자동차총등록대수를전망한이후사용연료별로배분하는방법을사용 화물자동차의사용연료에따른적재중량및운행거리에대한자료가없기때문에화물자동차의보유대수를연료별로전망하는방법적용불가 자가용자동차의연료별배분방법과마찬가지로연료가격을이용한로짓함수배분방법과모델운용자가시나리오로연료별화물자동차등록대수비중을제공하는방법중선택 (3-18) ROFFS : 화물자동차연료별비중 신규화물자동차의보급대수는신규자가용자동차보급대수와동일한방법으로계산 화물자동차의단위에너지소비는화물자동차신차의효율과기존차량의효율의가중평균치로계산

45 제 3 장수송부문 29 - 전망기준년도의단위에너지소비는에너지총조사에서조사된평균연비를사용 신기술과정책이라는원인구분없이신규화물자동차의단위에너지소비의변화를시나리오를통해반영 - 전망기간의신규보급차량의단위에너지소비는화물자동차의최근평균연비와정부의배출규제, 생산기술의발전정도를고려하여시나리오로제공 - 차량노후화로인한연비하락을고려하기위해연비하락지수를사용 (3-19) FLEROF : 화물자동차그룹별연비 FLENRF : 신규화물자동차그룹별연비 FLEPRF : 기존화물자동차그룹별연비 FLEDFF : 화물자동차그룹별연비감소지수 화물자동차의연료소비는화물자동차총중량거리와단위에너지소비의곱으로계산 - 사용연료와상관없이화물자동차의운행강도가동일하다는것을가정 (3-20)

46 30 (3-21) EROFFL : 화물자동차에너지원별연료수요 2. 철도화물하부모듈 철도화물수송수요 - 철도화물수송수단의공급은수송수요의증가를제한하지않는다는가정하에철도화물수송수요를전망 - 철도화물의총중량거리도도로의화물수송수요전망방법과동일하게총중량으로부터추정하는방법과총중량운행거리를직접추정하는방법을사용 총중량운행거리 - 철도화물의총화물중량은철도화물수요를발생시키는산업부문의부가가치를이용하여추정 - 철도화물수송수요에영향을미치는업종은비금속산업, 광업, 농림어업등 (3-22) RAFTK : 철도화물총중량운행거리 VASEC : 비금속, 광업, 농림어업의부가가치 총화물중량은중량당운행거리시나리오에의해총중량운행거 리로계산

47 제 3 장수송부문 31 (3-23) RAFTK : 도로화물총중량운행거리 AVGKPT : 도로화물중량당운행거리 총중량운행거리 - 철도화물의총중량운행거리는철도화물수요를발생시키는산 업부문의부가가치와추세변수, 더미변수등을이용하여추정 (3-24) 철도화물에너지수요 - 본연구에서는철도화물의총연료소비를먼저전망한후연료별수요를결정 - 철도화물의총연료소비는시나리오로입력된단위에너지소비와총중량운행거리를이용하여계산 - 기술향상이나효율증대로인한철도화물단위에너지소비의감소는외생적으로제공 (3-25) TERAF : 철도화물총연료수요 - 전망된철도화물총연료소비는시나리오에따라사용연료별로 배분

48 32 (3-26) ERAFFL : 철도화물에너지원별연료수요 3. 해운화물하부모듈 해운화물하부모듈은해운화물을국내해운화물 ( 내항화물 ) 과국제해운화물 ( 외항화물 ) 을분리 - 국제해운화물의경우해외급유량및국제벙커링은제외 5) 해운화물수송수요는산업부문부가가치성장률혹은국제교역량의성장률에대한탄력성을이용하여전망 - 해운화물의단위는중량거리가아닌중량단위를사용 - 국내해운화물수송수요에영향을미치는부가가치는광업, 비금속, 석유화학, 농림어업등의부가가치합계 - 국제해운화물은수출물량지수를사용 - 해운화물의총연료소비는단위에너지소비와화물수송수요를이용하여계산되고, 총연료소비는외부에서주어진사용연료별비중에따라배분 국내해운화물 - 국내해운화물의수송수요는관련산업부문의부가가치전망에의해결정 5) 국제벙커링은국적이나선박종류의구분없이외항선박에공급되는연료유의양으로정의되나, 현행에너지통계는외국국적의선박과항공기용연료공급을 국제벙커링 으로분류.

49 제 3 장수송부문 33 (3-27) CSTFTON : 국내해운화물총중량운행거리 CSTFTONBY : 기준년도국내해운화물총중량운행거리 VASEC : 농림어업, 광업, 비금속, 석유화학의부가가치합계 VASECBY : 기준년도농림어업, 광업, 비금속, 석유화학의부가가치합계 X 23 : 국내해운화물총중량운행거리의부가가치탄력성 - 국내해운화물의평균단위에너지소비의변화는시나리오로제공 (3-28) TECSTF : 국내해운화물에너지수요 FLECSTF : 국내해운화물평균단위에너지소비 - 추정된총에너지소비는경유와중유에배분 총에너지소비의연료별배분은에너지총조사의자료에근거 전망기간중변화하지않는것으로가정 (3-29) CSTFFL : 국내해운화물의연료별소비

50 34 국제해운화물 - 국제해운화물의수송수요는국적화물선의수출수송수요를의미 하며, 수송수요의변화는수출지수에대한탄력성을이용하여전망 EXP (3-30) OGFON : 국제해운화물총중량 OGFTONBY : 기준년도국제해운화물총중량 EXP : 수출물량지수 X 24 : 국제해운화물총중량의부가가치탄력성 - 국제해운화물의연료소비는국제해운화물의시나리오로설정된 단위에너지소비의변화를이용하여계산 (3-31) TEOGF : 국제해운화물에너지수요 FLEOGF : 국제해운화물평균단위에너지소비 총에너지소비는기준년도연료비중이변화하지않는다는가정 하에국제해운화물에서사용하는연료에배분 (3-32) EOGFFL : 국제해운화물의연료별소비

51 제 3 장수송부문 35 제 4 절항공수송모듈 LEDS 수송부문모듈의항공수송모듈은국내및국제항공여객수송과화물수송의에너지소비를전망 6) - 항공수송수단은항공운송사업자로등록된사업체의민간항공기를포함하고있으며, 레저용이나군용항공기는제외 - 항공수송수단이사용하는연료는제트유와항공휘발유 (aviation gasoline) 가있으나항공휘발유의양이통계적으로극히미미하기때문에항공모듈은제트유만을연료유로사용하는것으로가정 - 기존에너지밸런스분류방법에따라외국국적의항공기급유를 국제벙커링 으로분류하는경우항공수송수요는국내항공여객및화물수송수요와자국적항공사들의출국편여객및화물수송수요로구성 - 하지만국가에너지통계개편안은 IEA 기준에따라모든출국편항공에급유되는양을최종수요로취급하므로 KEEI-LEDS 수송부문모듈은이러한기준에부합하는연료수요추정도가능하게구성 - 항공모듈은여객및화물수송수요와항공기의에너지효율, 항공기보유대수및항공연료소비등을결과로출력 항공수송모듈은 [ 그림 3-5] 와같이항공수송수요하부모듈과항공에너지수요하부모듈등두가지의하부모듈로구성 - 항공수송수요는여객수송과화물수송으로구분되지만항공기의기술적특성이나사용연료는동일하기때문에항공수송수요를전 6) 국내항공여객수요는고속철도및기타장거리교통수단 ( 기타수송모듈의장거리대중교통하부모듈에서취급 ) 과대체관계가있으나항공수송의국내노선중과반이제주노선이기때문에대체관계가크지않은것으로간주하고국내항공여객수요를항공수송모듈에서분석

52 36 망하는항공수송수요와항공기의연료효율및연료소비를다루는에너지수요를별도의하부모듈로분리 - 국내및국제취항항공기의크기나연비가상이하지만자료의부족의문제와모형의단순화를위해항공기의종류등은모형에미반영 [ 그림 3-5] 항공수송모듈의구조및연산흐름

53 제 3 장수송부문 37 항공수송수단의연료소비를전망과정 항공에너지수요 항공수송수요 단위에너지소비 - 항공수송수요하부모듈은외부에서입력되는거시경제변수와인구증가, 항공연료의가격등의변수를이용하여항공여객수요와항공화물수요를추정 항공여객은여객거리 (passenger-km) 로표현되며항공화물은중량거리 (ton-km) 로표현 항공여객과항공화물수송수요는공통단위로환산되어항공총수송수요로계산 - 항공수송수단의단위에너지소비는항공기대당단위에너지소비를의미 - 항공에너지수요하부모듈은항공기의퇴역율, 항공기술발전등의입력자료를이용하여항공기의에너지효율을계산하고항공수송수요추정치를이용하여항공에너지수요를전망 1. 항공수송수요하부모듈 항공수송수요는항공여객수송과항공화물수송의합계이며, 이는국내항공수송수요와국제항공수송수요로구분된다. - 국제항공수송은입국편과출국편으로분리되며, 이는다시자국적항공사의수송과외국적항공사의수송으로분리 현행에너지밸런스의항공부문최종에너지소비에상응하는항공수송은국내항공수송과자국적항공기의출국편국제항공수송의합계

54 38 외국적항공사의출국편항공수송은국제벙커링을소비 국제선입국편수송수요는외국급유에해당 국가에너지통계개편안의기준을따를경우국적과상관없이모든출국편항공수송의연료소비를최종소비로취급 - KTX 개통이후국내항공여객의수요의상당부분이 KTX로대체되었지만국내선항공노선의반이상은제주노선이므로타장거리대중교통수단과대체관계가크지않은것으로간주하여항공모듈에국내항공여객을포함 항공여객및화물수송수요는거시경제변수에의해결정 국내및국제항공여객수송수요 - 항공여객수송수요는국내및국제항공여객수송수요를각각전망한후, 항공총수송수요를계산하기위해항공화물수송수요와공통단위로환산 - 국내및국제항공여객수송총수요는소득에의해결정 (3-33) (3-34) TDMRPK : 국내항공여객수송수요 TINRPK : 국제항공여객수송수요 TDMRPKBY : 기준년도국내항공여객수송수요 TINRPKBY : 기준년도국제항공여객수송수요

55 제 3 장수송부문 39 각각의항공여객수송수요는다음과같이중량환산계수를이용하 여여객중량거리로환산 (3-35) (3-36) DMPRTK : 국내항공여객중량거리 INPRTK : 국제항공여객중량거리 국내및국제항공화물수송수요 - 국내항공화물총수요는국내산업의부가가치증가에의해결정 - 국제항공화물총수요는수출물량지수에의해결정 (3-37) EXP (3-38) DMFRTK : 국내항공화물중량거리 INFRTK : 국제항공화물중량거리 DMFRTKBY : 기준년도국내항공화물중량거리 INFRTKBY : 기준년도국제항공화물중량거리 - 항공화물수송수요는중량거리단위를사용하므로별도의변환과 정을거치지않고바로항공수송총수요로합산 총항공수송수요와국적항공기의항공수송수요

56 40 - 항공여객과항공화물은여객과화물을합산한후국제항공수송 수요와국내항공수송수요로구분 (3-39) (3-40) - 중량이용률을이용하여이용가능중량거리를산출 전망기간의중량이용률은과거추세를반영하여연구자가시나리 오로제공 (3-41) (3-42) TINATK : 국제선총이용가능중량거리 TDMATK : 국내선총이용가능중량거리 INWRT : 국제선중량이용률 DMWTR : 국내선중량이용률 - 국제선이용가능중량거리에서출국편이용가능중량거리및자국적항공사의출국편이용가능중량거리를산출 전망기간의출국편및입국편이용가능중량거리는동일한것으로가정 자국적항공사의이용가능중량거리점유율은향후항공수송시장의상황등을고려하여연구자가시나리오로제공

57 제 3 장수송부문 41 (3-43) (3-44) NOBATK : 국적항공기의출국편중량거리 FOBATK : 해외항공기의출국편중량거리 NALSHR : 국적항공기의중량거리비중 자국적항공사의총이용가능중량거리 (3-45) 2. 항공에너지수요하부모듈 항공수송수단의단위에너지소비는이용가능중량거리당연료소비로정의 - 국적항공기나외국항공기의단위에너지소비차이는없으며여객과화물수송수요가동일한단위로환산되기때문에하나의단위에너지소비만을고려 - LEDS 수송부문모듈의항공모듈은항공기보유대수의증가와신규항공기의대체정도에따라단위에너지소비를계산 항공수송수단의단위에너지소비 - 항공수송수단의단위에너지소비는세가지가정을바탕 첫째, 자국적항공사와외국항공사의항공기단위에너지소비변화는동일

58 42 둘째, 국내선항공기와국제선항공기의단위에너지소비는동일 셋째, 항공기총보유대수는항공수송수요에의해결정 - 신규취역항공기는기존항공기의퇴역률및교체율을고려하여계산 (3-46) (3-47) AIRVSR : 항공기퇴역율 STKAIR -1 : 전년도항공기보유대수 - 항공수송수단의단위에너지소비는기존항공기의에너지효율과 신규취항항공기의에너지효율의가중평균 항공기의연료효율은이용가능중량당연료소비 (3-48) FLEAIR : 항공수송수단평균연비 (l/ton- km ) FLENAIR : 신규항공기평균연비 (l/ton- km ) FLEPAIR : 기존항공기평균연비 (l/ton- km ) 항공수송수단에너지수요 - 항공수송수단의국제벙커링은국제항공산업의여건이동일하다 는가정하에자국항공기와동일한평균연비를사용하여계산

59 제 3 장수송부문 43 (3-49) - 항공수송수단의최종에너지수요는항공기평균연비와총수송 수요를곱하여계산 (3-50) 국가에너지통계개편안에따른항공수송수단의에너지수요는다 음과같이계산 (3-51) 제 5 절기타수송모듈 기타수송모듈은자가용승용차모듈, 화물모듈그리고항공모듈에서다루고있는수송수단이외의모든수송수단의연료수요를전망 - 기타수송수단은크게대중교통수단과기타수송수단으로구분되며, 대중교통수단은다시근거리대중교통과장거리대중교통으로분리 이에따라수송부문모듈의기타수송모듈은시내외버스, 지하철, 택시등광역교통체계내의대중교통수단으로구성된근거리대중교통하부모듈과여객철도, KTX, 고속버스등의장거리대중교통하부모듈, 내외항여객및내륙수상등의해운여객하부모듈, 그리고특수수송수단등을포함하고있는기타하부모듈로구성

60 44 [ 그림 3-6] 기타수송모듈의구조및연산흐름 기타수송모듈의각하부모듈은외부에서입력되는거시경제자료를이용하여총수송수요를전망한후각수송수단별수송수요로배분하여각수송수단별연료소비를계산 - 각하부모듈간에는대체효과가없는것으로가정 기타수송모듈의연료소비전망과정 기타수송수단의에너지수요 수송수요 수송분담률 단위에너지소비 - 기타수송모듈의각하부모듈은각하부모듈에해당하는수송수 단의총수송수요를추정한후각수송수단별수송수요로배분 총수송수요는거시경제변수, 인구, 에너지가격지수에의해결정

61 제 3 장수송부문 45 각수송수단별수요는모형의간결성을유지하기위해수송수요에영향을미치는요인들을시나리오에반영 - 기타수송수단의단위에너지소비는교통기술발전및대중교통정책, 규제등을고려하여시나리오로입력 - 기타수송수단의사용연료는대부분수송수단별대표연료를사용하지만근거리대중교통버스의경우처럼 CNG로대체되어가는경우사용연료별배분 1. 근거리대중교통하부모듈 수송수요 - 근거리대중교통수단은광역교통체계에포함되는시내버스와시외버스를비롯하여지하철, 수도권전철, 택시등을대상 - 근거리대중교통하부모듈은대도시인구의변화를이용하여근거리대중교통의총수송수요를추정 7) (3-52) IACTD : 근거리대중교통수단의수송수요 IACTDBY : 기준년도근거리대중교통수단의수송수요 POP metro : 기준년도대비대도시인구변화 X 41 : 근거리대중교통수송수요의탄력성 7) 근거리대중교통의수송수요는자가용승용차의수송수요와대체관계가있고, 각수송수단별수송수요배분은정부의대중교통정책에의해영향을받지만본연구는인구변화가대중교통의수송수요를증가시킨다는가정하에모형을구축

62 46 - 근거리대중교통수송수단의수송수요분담률에대한시나리오를설정 수송수단의선택에가장큰영향을미치는요소는교통요금이며, 정부는보조금등다양한수단을통하여대중교통수단의요금을간접적으로규제 (3-53) IACSHR k : k 수송수단의수송분담률 ( 버스, 택시, 지하철 ) - 버스의수송수요는다시기존경유버스와 CNG 버스의수송수요로분리 경유버스나 CNG 버스의평균운행거리는동일한것으로가정 폐차된경유버스를전량 CNG 버스로대체하는것으로가정하여정부의 CNG 버스보급계획은경유버스폐차율을통해 CNG 버스보급대수에반영 (3-54) (3-55) (3-56) CNGSTK : CNG 버스보급대수 IABSTK : 경유버스등록대수 IABSR : 경유버스폐차율

63 제 3 장수송부문 47 IACTD CNG : CNG 버스수송수요 IACTD DBUS : 경유버스수송수요 IACTD BUS : 근거리버스수송수요 연료수요 - 지하철의경우전력을사용하며, 택시는 LPG, 버스는경유또는 CNG를사용 - 개별수송수단의연료수요는수송수요와단위에너지의곱으로계산 (3-57) EIACFL : 근거리대중교통의연료별수요 FLEIAC : 근거리대중교통수단의연비 2. 장거리대중교통하부모듈 수송수요 - 장거리대중교통수단은 KTX를포함한여객철도와고속버스및전세버스를대상 - 장거리대중교통수단의수송수요는소득에의해영향을받는것으로가정 (3-58)

64 48 IECTD : 장거리대중교통의수송수요 IECTDBY : 기준년도장거리대중교통의수송수요 - 장거리대중교통수단의수송수요는모델운영자가제공하는시나 리오에따라수송수단별로배분 (3-59) IECSHR k : k 수송수단의수송분담률 ( 철도, KTX, 고속버스 ) 연료수요 - KTX는전력을사용하고여객철도는경유, 고속버스는경유를사용 - 개별수송수단의연료수요는수송수요와단위에너지의곱으로계산 (3-60) EIECFL : 근거리대중교통의연료별수요 FLEIEC : 장거리대중교통수단의연비 3. 해운여객하부모듈 해운여객은내항여객운송, 외항여객운송, 내륙수상여객운송, 기타 내륙수상운송을분석대상

65 제 3 장수송부문 49 - 해운화물과마찬가지로국제벙커링과해외급유를제외한해운여객의연료수요를계산 수송수요 - 해운여객의총수송수요는다음과같이소득수준의함수로설정하며, 해운여객은단일수송수단을사용하는것으로취급 (3-61) MRTD : 해운여객의수송수요 MRTDBY : 기준년도해운여객의수송수요 연료수요 - 해운여객의단위에너지소비를이용하여연료소비를계산 - 해운여객의평균단위에너지소비의변화는시나리오로제공 - 총연료소비는해운수송수단에서사용되는경유와중유로배분되며, 연료별배분은해운화물의배분방법과동일 (3-62) (3-63) TEMR : 해운여객에너지수요 FLEMR : 해운여객평균단위에너지소비 EMRFL : 해운여객의연료별소비

66 50 4. 기타수송하부모듈 기타수송하부모듈은이륜자동차, 레크레이션용수송수단, 특수수송수단등의연료소비전망을담당하도록설계 하지만관련자료들의구축이아직충분히이루어지지않았기때문에현시점에서는모형만을설계하고향후자료의구축정도에따라전산화및운용을시도 제 6 절수송부문결과출력모듈 수송부문의각수송수단별에너지수요는수송부문결과출력모듈에서정리되어 KEEI-LEDS 에너지수요통합관리모듈로전송 - 결과출력모듈은에너지수요를수송수단별그리고사용연료별로정리하며, 도로수송수단의연료수요결과를이용하여바이오연료수요를산출 - 이외에도결과출력모듈은윤활유수요, 온실가스하부모듈을보유하고있으나향후전체모형의구축상황에따라운용 수송부문결과출력모듈출력내용 - 수송부문출력모듈은에너지단위변환계수를사용하여에너지수요를열량환산단위 (TOE) 로표현 8) - 이외에도연구자의필요에따라다양한결과를출력 8) 개별모듈이나하부모듈에따라사용하는에너지의단위가다르기때문에상황에맞는에너지단위변환계수를사용

67 제 3 장수송부문 51 TRSTOT : 수송부문총에너지수요 TRSFEDFL : 수송부문연료별에너지수요 ( 휘발유, 등유, 경유, 중유, 제트유, CNG, 전력, 바이오연료 ) TRSFEDMD : 수송수단별에너지수요 ( 자가용승용차, 자가용화물자동차, 도로운수업화물, 철도화물, 국내해운화물, 국제해운화물, 항공화물, 국제항공여객, 국내항공여객, 시내외버스, 지하철, 택시, 고속버스, 일반철도여객, KTX, 해운여객 ) 한편, 자가용승용차, 화물차, 승합차등에서사용하는도로용경유의수요를취합하여바이오디젤수요를계산 - 바이오디젤수요는정부의보급정책에의해결정되며, 이를반영한시나리오에의해도로용경유총수요에서바이오디젤의양을결정하고나머지를순수경유수요로취급

68 52 제 4 장 KEEI-LEDS 산업부문모듈 제 1 절 KEEI-LEDS 산업부문모듈의개요 1. 산업부문모듈의목적및기본구조 산업부문모듈의목적 - 산업부문모듈은국가단위의산업부문에너지수요를전망 - 산업부문모듈은장기에너지수요전망을수행함에있어기술발전이나거시경제상황의변화, 산업구조의변화, 정책도입에따른산업부문에너지수요의변화를분석하고예측 산업부문에너지서비스의용도는크게건물관리, 설비, 원료로구분 - 건물은생산을위한장소이며, 건물에서필요한에너지서비스는조명, 냉 난방및환기등을위한빛, 열, 동력등으로노동환경개선및생산시설의유지를위해사용 산업의내부수송을위해사용된수송용연료도건물관리에포함 - 설비는조립, 가공, 전환등의업종별특성을반영하며, 에너지사용측면을고려하여구분 설비에투입되는에너지는공정에따라간접및직접가열용에너지 9), 동력용전력, 전기화학용전력, 원료용에너지 10) 로구분 9) 산업공정의에너지서비스를설비기준으로보면, 간접가열은보일러에해당되고직접가열은오븐, 공정용히터및동력, 기타공정용설비에서사용. 또한, 오븐및공정용동력에서동력및전

69 제 4 장산업부문 53 산업부문모듈의설비모듈은에너지의최종사용에따라가열용연료, 동력용전력, 전기화학용전력, 비연료를계산하는루틴으로구성된일반공정설비모듈, 업종의공정특성을반영한특수공정설비모듈, 그리고비제조업모듈로구성 - 원료용에너지는석유화학용납사및원료용 LPG와 1차금속의유연탄, 건설용아스팔트등 [ 그림 4-1] KEEI-LEDS 산업부문의에너지서비스의용도및연산과정 KEEI-LEDS 산업부문모듈은한국표준산업분류 (KSIC, 9 차개정 ) 의 농림어업, 광업, 제조업및건설업을포함 기화학용전력을사용. 10) 원료용비에너지는비연료용에너지와원료로분리하여추정.

70 54 - 에너지서비스사용주체를기본산업분류와에너지서비스의용도, 자료입수및추정가능성, 그리고기술적, 정책적으로분석이필요하며유의미한시사점을제공하는지를고려하여분류 - 이에따라산업을일반공정산업, 특수공정산업, 비제조업으로분 류 11) < 표 4-1> KEEI-LEDS 의산업분류와한국표준산업분류 KEEI-LEDS KSIC-9 일반공정산업 식료품, 음료, 담배 10, 11, 12 섬유, 의복, 가죽 13, 14, 15 종이, 인쇄, 목재 16, 17, 18 비철금속 242, 243 기계, 장비 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 기타제조 32, 33 광업 05, 06, 07, 08 특수공정산업 비금속 23 1차철강 241 석유정제및석유화학 19, 20, 21, 22 비제조업 농림어업 01, 02, 03 건설업 41, 42 11) 일반공정이나특수공정은해당업종이보유하고있는설비의특수성에대한구분은아니며대표공정도로표현할수있는가의여부와에너지수요분석에서차지하고있는중요성등을감안한분류

71 제 4 장산업부문 55 특수공정설비에해당하는업종은에너지집약제조업중일부인비금속, 1차철강, 석유정제및석유화학 - 전환산업에해당하는코크스및석유정제업에서코크스생산은 1차철강의일관제철공정에서분석하고석유정제는공정특성상석유화학과함께석유산업으로분석 - 석유산업은정제공정과석유화학공정이결합된대표공정으로에너지사용을표현하며, 정제공정에서소비한연료와석유화학공정의투입원료및연료수요를계산 일반공정설비모듈은특수공정산업을제외한나머지제조업과비제조업인광업의설비용에너지소비를계산 - 광업의경우공정에따른에너지서비스분류가일반공정설비와동일하기때문에일반공정산업으로취급 비제조업모듈은농림어업과건설업을담당 - 비제조업의에너지사용은설비용에너지가없으며장비및기계에사용하는에너지가대부분을차지 2. 산업부문모듈의전망과정 KEEI-LEDS 산업부문모듈의전망은분류된업종에대해건물, 원료, 설비등의용도별에너지서비스요구량과단위에너지소비를이용하여에너지요구량을계산 - 에너지서비스요구량은활동수준에의해결정된다는가정하에활동수준과에너지원단위를이용하여에너지요구량을계산

72 56 산업부문의에너지수요기본전망식 에너지요구량 활동수준 에너지원단위 (4-1) 에너지원단위는업종및에너지서비스용도에따라서로다른추정방법을사용 - 건물이나내부수송, 원료용에너지사용은가격이나생산활동에대한탄력성을이용하여계산 - 설비용의경우전년도에너지효율과가격에따른최신기술 (State of art technology) 의보급정도를이용하여계산 (4-2) PRAT : Price ratio UECSAT : UEC of state of art techonology IPR : Initial penetration rate = 1/(1+IPR) 가격의변화가없을경우설비교체와기존설비성능개선에따라발생하는기본에너지효율개선속도 δ : elasticity 가격이높아지면에너지효율개선속도는 1에근접하게되고거의모든설비가최신기술의설비로교체되며, 가격이하락하면기본적인설비교체나기존설비의성능개선도발생하지않고이전의에너지효율이유지 에너지가격은에너지요구량의배분함수를통해개별에너지수요를변화

73 제 4 장산업부문 57 - 로짓배분방정식 연료비중 기준년도연료비중 가격변화 기준년도연료비중 가격변화 (4-3) - 가격변화는기준년도대비전망기간의에너지실질가격의비율로계산 - 에너지의가격에변화가없을때연료비중은고정되고가격이증가하면해당연료의비중은감소 산업부문모듈에서다루는에너지요구량은일반적으로 TOE로환산한에너지를사용하며, 최종에너지수요는연료용에너지, 비연료용에너지, 원료, 그리고신재생에너지로구분 - 연료용에너지 : 무연탄, 연료용유연탄, 아역청탄, 휘발유, 경유, 등유, 연료용 LPG, 납사, 전력, 도시가스, 열에너지 - 비연료용에너지 : 솔벤트, 윤활유, 아스팔트, 기타비에너지석유제품 - 원료 : 원료용유연탄, 원료용 LPG, 납사 - 신재생에너지 12) 산업부문모듈은전망작업의연산흐름 - 대상업종의식별 - 산업부문통합관리모듈은전망작업에필요한각종거시경제자료및정책및기술시나리오에대한자료중에서대상업종과관계되는자료를선택하여전망작업을준비 - 건물관리모듈에서건물용에너지수요를예측 12) 최종소비부문별에너지수요의신재생에너지는하위분류를하지않고전량폐에너지로취급

74 58 - 건물관리모듈의작업이끝난후, 통합관리모듈은업종에따라일반공정설비모듈, 특수공정설비모듈, 비제조업모듈을활성화 일반공정설비모듈은공정별로직간접가열, 전기화학공정, 동력, 비연료루틴을포함 특수공정설비모듈은업종별특성에따라공정이세분화된업종모듈로구성 특수공정설비모듈의구조는업종에따라다르지만가열용에너지, 동력및전기화학용전력, 원료용에너지로결과를산출 비제조업모듈은제조업이외의산업인농림어업과건설업의에너지요구량을전망하며, 비제조업의용도별에너지소비는장비및설비용과기타용도로구분 - 산업부문전환모듈은업종에따라추정된용도별에너지요구량에서부생에너지및폐에너지이용을제외한후산업부문의열에너지및전력생산을위한연료투입을계산 현수준에서는열병합생산을위한투입에너지계산보다는에너지밸런스와의차이를조정하는역할을수행 - 산업부문전환모듈에서계산된산업부문열병합발전투입과산업부문의최종에너지소비는산업통합관리모듈로전송되어이미전송된원료용에너지및동력용에너지와함께통계기준에따라산업부문모듈의최종에너지수요전망결과를출력 KEEI-LEDS 산업부문모듈의프로그램구조및연산흐름을그림으로표현하면다음 [ 그림 4-2] 와같음

75 제 4 장산업부문 59 [ 그림 4-2] 산업부문모듈의전망작업흐름도 는자료의흐름및연산관계를의미 제 2 절산업부문모듈의세부구조및전망방법 1. 산업부문통합관리모듈 산업부문통합관리모듈은산업부문모듈의전체자료를관리하 고, 연산흐름을제어하며최종결과를정리하여 KEEI-LEDS 에너지 수요통합관리모듈로전송

76 60 가. 산업부문 DB 관리 전망을위한주요입력전제는경제성장전망및업종별부가가치전망, 업종별고용전망, 에너지가격등과관련된지수 - 에너지가격지수는연료비중을결정하는데사용되며, 외생적으로주어지는국제원유가격혹은국제석유제품가격에연동되어계산 에너지밸런스와에너지총조사의결과를적절히결합하여필요한자료를생성 또한신기술의보급정도나사용연료규제및신재생에너지보급정책등에대한시나리오도외부에서입력 모형운용자가기본적으로입력해야하는값들은용도별단위에너지전망에사용되는계수값들과가열용에너지, 동력용전력, 전기화학용전력의이용가능기술과현재기술의격차, 원단위기본개선속도, 가열용에너지의원별가격민감도등 나. 연산제어 산업부문통합관리모듈은업종식별을통해산업부문연산과정을제어 - 선택된업종에따라건물관리모듈, 일반공정설비모듈및특수공정설비모듈, 산업부문전환모듈중에서필요한모듈들을차례대로활성화하고산업부문 DB에서필요한자료를출력 다. 산업부문에너지수요결과관리 개별모듈에서연산된산업부문에너지수요는산업부문통합관리 모듈에서정리

77 제 4 장산업부문 61 - 산업부문결과관리하부모듈은산업부문총에너지사용에서자체생산및부생에너지로인한중복계산을정리하여산업부문최종에너지소비를계산 - 전망기간의석탄및석유의세부제품비중은고정된것으로가정하고기준년도의비율을이용하여배분 산업부문통합관리모듈에서최종에너지요구량혹은최종에너지수요와관련하여기본적으로출력하는내용은다음과같으며, 연구자의필요에따라다양한결과를출력 - INDFERk : 업종별최종에너지요구량 - INDFER : 산업부문최종에너지요구량 - INDFED : 산업부문최종에너지수요 - INDFERFL : 산업부문에너지원별최종에너지요구량 - INDFERUS : 산업부문용도별최종에너지요구량 - INDFEDFL : 산업부문에너지원별최종에너지수요 - INDFEDUS : 산업부문용도별최종에너지수요 라. 산업부문온실가스 산업부문온실가스는산업부문의최종에너지수요를기준으로계산 - 산업부문의열에너지생산을위한투입에너지는모두산업부문의에너지소비이기때문에투입에너지에서발생하는온실가스는산업부문의실적으로취급 - 하고, 코크스제조및석유정제과정에서발생한온실가스도산업부문의온실가스발생으로계산

78 62 2. 건물관리모듈 13) 산업부문의건물은생산을위한설비가설치되어공정이진행되는장소를지칭하며, 건물의에너지서비스는설비의유지 관리및작업자의작업환경을위한조명, 냉 난방, 환기등의에너지서비스를의미 - 건물용에너지서비스는업종의고용이커질수록증가하며, 최신의복잡한설비일수록설비의최적유지를위한에너지서비스수요가증가 산업부문건물용에너지는주로전력이사용되며난방및동력을위해다양한에너지를사용 산업부문의내부수송은주로화물운송에이용되며산업부문에공급되는수송용연료를사용 산업부문건물및내부수송과관련된에너지의사용흐름은 [ 그림 4-3] 과같다. 건물관리모듈은건물용에너지요구량을계산하는 LHVAC 루틴과수송용에너지수요를계산하는내부수송루틴으로구성 - LHVAC는건물관리에필요한에너지요구량을추정하여산업부문전환모듈로전송한다. 내부수송루틴에서추정된수송용연료는산업부문통합관리모듈로전송 13) 건물관리모듈의 LHVAC와내부수송루틴은모든업종에적용되는연산루틴이므로설명의편의상업종구분하첨자는제외

79 제 4 장산업부문 63 [ 그림 4-3] 건물관리및내부수송의에너지사용흐름 가. LHVAC LHVAC는산업부문의건물에서사용되는조명, 난방, 환기, 냉방등의에너지서비스를위해필요한가열용에너지, 전력, 동력등의총에너지요구량을계산 건물용에너지서비스의공급원은석탄, 석유, 도시가스, 열에너지, 전력, 신재생연료등으로구성 LHVAC에서계산된건물용총에너지요구량은전력과비전력으로구분한후산업전환모듈에서연료가격의변화에따라연료별로배분 건물용에너지요구량의전망방법 - 우선산업부문통합관리모듈에서제공되는업종별부가가치와건물의단위에너지소비를이용하여건물용총에너지요구량을계산

80 64 (4-4) BLDTOT : 건물용총에너지요구량 UECBLD : 건물의단위에너지소비 - 전망기간의건물의단위에너지소비는업종별부가가치증가율과 에너지가격의변화에의해결정되며, 다음과같이계산 (4-5) UECBLDBY : 기준년도건물의단위에너지소비 PRWT : 가격의단위에너지소비가중치 VAWT : 부가가치의단위에너지소비가중치 APRAT : 기준년도대비에너지평균가격비율 VASEC : 업종별부가가치 BLPREL : 가격의건물용단위에너지소비탄력성 BLVAEL : 생산의건물용단위에너지소비탄력성 - 연구자가건물의단위에너지소비를시나리오로제공하는것도가능 - LHVAC 루틴은건물용에너지요구량을전력과비전력으로분배한후각각을산업전환모듈로전송 전력은조명, 환기, 냉방서비스를공급하고나머지에너지가난방을공급하는것으로가정하고기준년도의전력비중이변하지않는것으로계산

81 제 4 장산업부문 65 나. 내부수송 산업부문의내부수송은업종의생산량의함수이며, 수송부문의연료소비계산과는달리부가가치당단위에너지소비를이용하여내부수송의에너지요구량을계산 내부수송용에너지요구량은수송용총에너지요구량을먼저계산하고연료별로할당 (4-6) OSTRANS : 내부수송연료수요 UECOST : 내부수송의단위에너지소비 내부수송의단위에너지소비는석유제품가격의변화에따라결정 석유 (4-7) UECOSTBY : 기준년도내부수송용단위에너지소비 OSTEL : 내부수송용단위에너지소비의탄력성 PRAT : 기준년도대비석유제품가격의비율 내부수송을위한에너지는산업부문통합관리모듈로전송

82 66 3. 일반공정설비모듈 일반공정설비모듈은음식 담배, 목재, 섬유 의류, 조립금속, 기타 제조업등과비제조업의광업에공통으로사용 일반공정설비의에너지사용흐름 [ 그림 4-4] 일반공정설비의에너지사용흐름 일반공정설비산업의설비용에너지서비스는공정별최종소비용도로직간접가열, 동력, 전기화학및기타비연료로구성되어있으며, 에너지서비스의용도에따라네개의연산루틴이구축 일반공정설비모듈은산업부문통합관리모듈에서인식한업종에따라각각의연산루틴을활성화하여업종별에너지요구량을계산

83 제 4 장산업부문 67 일반공정설비의최종에너지서비스를제공하는에너지공급원은가열용에너지와전력그리고원료용에너지로구분되며, 각각의에너지요구량은산업의활동수준과단위에너지소비에의해결정 - 산업의활동수준은전제로제공 - 단위에너지소비는식 (4-2) 에의해계산 일반공정설비의업종별에너지요구량은공정별에너지요구량의합계 (4-8) PATOT : k업종설비공정의총에너지요구량 HEATPA : k업종설비공정의가열용열에너지요구량 ELEPA : k업종설비공정의전력요구량 NONENE : k업종설비공정의원료용에너지요구량 일반공성설비산업의전력요구량은전기화학용전력과동력용전 력의합계 (4-9) ELECHM : k 업종전기화학용전력요구량 ELEPWR : k 업종동력용전력요구량 일반공정설비모듈에서추정된가열용에너지와전력은산업에서자체 생산하는부분을계산하기위하여산업부문전환모듈로결과를전송 - 원료용에너지는산업부문통합관리모듈로전송

84 68 가. 직접및간접가열 가열은산업공정별에너지소비의대부분을차지하는에너지서비스로서, 일반공정의직접및간접가열을담당하는설비는보일러, 오븐, 공정용히터, 기타공정용설비등이있으며, 도시가스및열에너지를비롯하여다양한에너지원을사용 - 전력은기타공정용설비에서제공하는직접가열의에너지로사용 일반공정설비모듈에서는직접가열용연료와간접가열용연료를구분하지않고전체가열용에너지요구량을계산, 산업전환모듈에서연료별배분을통하여세부연료별가열용에너지수요를산출 가열용에너지요구량은산업활동수준이커질수록증가하며, 단위에너지소비가개선될수록감소 일반공정의가열용에너지요구량은업종의부가가치와단위에너지소비의곱으로계산된다. (4-10) - 가열용에너지의단위에너지소비는부가가치당가열용에너지소비로정의되며, 식 (4-2) 를이용하여계산 가열용에너지요구량은건물용에너지요구량과마찬가지로산업전환모듈로전송되어신재생에너지에의한보급을제외한후연료별배분을한다.

85 제 4 장산업부문 69 나. 전기화학용전력 전기화학용전력은오븐이라는단일설비에사용되며단위에너지소비와산업활동수준을이용하여에너지요구량을계산 - 향후자료구축의가능성에따른모형변경등을고려하여독립된루틴으로구축 일반공정의전기화학용전력에너지요구량 (4-11) - 전기화학용전력의단위에너지소비는식 (4-2) 를이용하여계산 다. 동력용전력 동력용전력루틴은산업에서보유하고있는다양한모터들을움직이는데사용하는전력을계산 - 동력용전력은공정모터의보급대수와효율에의해결정되지만, 전기화학용전력루틴과마찬가지로모터설비에대한재고모형을구축하기어렵기때문에본연구에서는기본적인에너지요구량연산모형을이용 일반공정설비의동력용전력요구량은다음과같다. (4-12) - 동력용전력의단위에너지소비는식 (4-2) 를이용하여계산

86 70 라. 비연료 일반공정설비모듈의비연료루틴은일반설비공정산업에서사용하는비연료용에너지요구량을전망 - 일반공정설비산업에서사용되는비연료용에너지는석유제품인용제, 아스팔트, 윤활유, 파라핀왁스, 석유코크및기타제품이있으며, 기타제조업에서대부분사용 모형의간결성을유지하기위해비연료용에너지는에너지밸런스자료를기반 - 비연료루틴은기타제조업, 음식및담배업인경우활성화 4. 특수공정설비모듈 특수공정설비산업은 1차철강, 비금속, 석유정제및석유화학이며, 특수공정제조업의원료및설비용에너지서비스는업종별독립모듈로설계 특수공정설비의결과중에서가열용에너지와전력은산업전환모듈로전송하고, 비연료용에너지와원료용에너지는산업부문통합관리모듈로전송 5. 비제조업설비모듈 건물관리를제외한비제조업의에너지소비는장비및설비와어업의선박에서발생 장비및설비는농림업의경우농업기계와기타설비, 어업은장비및설비, 건설업은건설기계

87 제 4 장산업부문 71 어업의선박용연료소비는선박급유루틴에서계산하며, 해외급유는에너지밸런스와의일관성을위해분석에서제외 비제조업은자체생산이없는것으로가정하기때문에비제조업설비모듈에서계산된에너지요구량은산업전환모듈을거치지않고산업부문통합관리모듈로전송 [ 그림 4-5] 비제조업설비의에너지사용흐름 가. 장비및설비 비제조업의장비및설비루틴은농림어업과건설업의장비, 설비, 기계등에서소비되는가열용에너지, 전력, 기타동력에너지를계산 - 가열용에너지는농림업의기타설비에사용되는연탄, 석유제품및전력 - 전력과동력에너지는장비와농업및건설기계에사용

88 72 장비및설비루틴은장비및설비용총에너지요구량을계산한후, 두단계에걸쳐에너지요구량을에너지원별로배분 비제조업장비및설비의에너지요구량 (4-13) MNFTOT : k 업종장비및설비용총에너지요구량 장비및설비용에너지요구량배분과정 - 첫번째단계에서는위의식 (4-3) 과같이로짓함수를이용하여석탄, 석유, 도시가스, 열에너지, 전력으로배분 - 두번째단계는석유를개별제품으로할당 전망기간의석유제품비중은고정된것으로가정하고배분 나. 선박급유 (CALFISH) 비제조업모듈의선박급유루틴은어업에서소비되는선박연료용에너지의수요를계산 - 어사업체가해외에서급유하는선박용연료는전망에서제외 선박연료용에너지요구량 (4-14) VASEC FISH : 어업의부가가치

89 제 4 장산업부문 73 선박연료용에너지요구량은로짓분배함수를이용하여휘발유, 경 유, 중유로분배 (4-15) FISHSHCY : 전망기간내부수송용연료 i 의비중 FISHSHBY : 기준년도내부수송용연료 i 의비중 6. 산업부문전환모듈 ( 자체생산 ) 산업부문의전환은생산자유형에따른분류상자가생산에해당하는것으로주로산업단지집단에너지업체및포스코, STX에너지등이생산하는전력및열에너지를담당 - 현행에너지밸런스는자가열생산에대해서는투입에너지전체를최종소비로계산 - 한편, 국가에너지통계개편안은 IEA 통계작성기준에따라자가생산된열에서제3자에게판매된부분을전환부문에반영하여열에너지소비로계상하고자체소비하는경우해당업체의열생산을위한투입에너지를최종소비로계상하는방안으로통계를작성 산업전환부분에서는통계차이와산업의최종에너지소비를현실적으로반영하기위해산업부문의에너지전환투입과산출을고려하고있으며, 산업부문통합관리모듈에서는산업전환을거친최종에너지요구량과산업전환투입에너지를환산한산업부문최종에너지수요를계산

90 74 산업부문전환모듈의역할 - 첫째, 건물관리모듈, 일반공정설비모듈및특수공정업종별모듈들에서계산한가열용에너지요구량을입력받고폐에너지를비롯한업종별가열용신재생에너지의사용을차감 - 둘째, 신재생에너지를제외한가열용에너지와전력에너지요구량을에너지원별로배분하여에너지요구량을계산하며, 이중에서자가생산을통해생산하는에너지의양을산출 열에너지는전량자가생산되며전력은열병합발전열에너지생산량에비례하는것으로가정한 - 셋째, 따라서산업부문전환모듈은기존에너지밸런스와국가에너지통계개편안의통계방식및통계량차이를조정 산업부문전환모듈은기존전환부문의전력및열에너지에대한사업자생산처럼생산효율및가동률, 유통손실등을고려하여투입에너지를계산하는방식이아니고기존에너지밸런스와국가에너지통계개편안의업종별최종에너지소비를일치시키는계산을수행 산업의열병합발전을거치지않고가열용에너지로사용된기타에너지는폐수지, 폐목, 슬러지등폐에너지를비롯하여산업부문의최종에너지로사용된신재생에너지를의미하며 14) 열병합발전에이용되는기타에너지는석탄가스, 정제가스등부생에너지가대부분을차지 가열용에너지에투입된기타에너지는산업활동의부산물로발생하기때문에특수공정설비산업에해당하는업종은설비모듈에서기타에너지를전망하고 ( 석탄가스는 1차철강, 정제가스는석유정제 14) 이는자가열생산중에서판매되지않은열에연료로투입된신재생에너지를포함

91 제 4 장산업부문 75 및석유화학모듈 ) 일반공정설비산업은산업전환모듈의연료배분루틴에서계산 열병합발전은생산된열에너지의일정비율만큼전력을생산하며, 생산된전력은산업부문전력수요량계산에사용 산업부문전환모듈의구조는다음 [ 그림 4-6] 과같음 [ 그림 4-6] 산업부문전환모듈의구조 가. 연료배분 산업부문전환모듈의연료배분루틴은건물과일반공정및특수 공정설비모듈들에서계산된가열용에너지요구량을신재생에너지 를비롯한최종에너지원별로배분하는작업을담당

92 76 업종별가열용에너지요구량 (4-16) 신재생에너지및부생에너지 - 산업부문에서사용되는가열용신재생에너지는산업폐기물을이용한폐에너지로서폐수지, 흑액, 폐목, 통밥, 폐지, 슬러지, 폐타이어, 기타폐에너지등이있으며산업활동의부산물로발생하기때문에폐에너지는활동수준의함수로설정 - 활동수준에따른폐에너지생산비율은기준년도의생산비율이유지되는것으로가정. (4-17) WSTENE : k 업종의폐에너지생산 WFRATIO : k 업종의폐에너지생산비율 - 산업부문가열용에너지중에서기존화석연료로생산되는부분은 신재생에너지와가열용부생에너지를제외한양 (4-18) INDHT : k 업종의가열용에너지요구량

93 제 4 장산업부문 77 연료배분 - 가열용에너지요구량은신재생에너지및가열용부생에너지를제외한후개별에너지원으로배분 - 연료배분은식 (4-3) 의로짓배분함수를이용하여가열용에너지요구량을석탄, 석유, 도시가스, 열에너지, 전력으로배분 15) (4-19) HTSHCY : 전망기간가열용연료 i 의비중 HTSHBY : 기준년도가열용연료 i 의비중 PRAT : 기준년도대비연료 i 의가격비율 - 가열용에너지는건물관리및설비용으로사용된것을합한양으로, 위의배분방법은에너지가격으로인한가열용연료사용의비중변화가용도와상관없이동일하다는것을전제 - 또한, 에너지가격과상관없이산업폐기물을비롯한기타에너지를먼저가열용에너지로사용한다고가정 나. 열병합발전 열병합발전루틴은산업부문의열에너지생산을위한연료투입을 계산하며, 앞서설명한바와같이업종별에너지소비의통계상차이 를조정하는역할을수행 15) 1차철강의석탄가스를이용한열에너지, 석유정제및석유화학의정제가스를이용한열에너지는부생에너지를이용한열에너지이므로제외

94 78 - 전망기간열에너지생산을위한총에너지투입은기준년도열에너지생산효율을이용하여계산하며, 기준년도투입에너지비율이고정된것으로가정하고연료배분루틴에서계산된산업의열에너지요구량을각에너지원에배분 - 단, 석탄가스및정제가스는 1차철강과석유정제및석유화학에서열병합발전용으로계산된양을전량사용 열에너지 (4-20) COGENFFL : 산업부문열병합발전용화석연료 THFFSH : 열병합발전용화석연료의투입비율 열병합발전은열에너지의일정비율로전력을생산한다고가정 열에너지 (4-21) ELRATIO : 산업부문열병합발전의전력생산비율 산업의총전력요구량은업종별가열용전력, 전기화학및동력용의 합계이며, 총전력요구량중열병합발전에서계산된발전량을제한 양이사업자발전에서공급된전력량 (4-22) INDELE : 산업부문전력수요 ELECOGEN : 열병합발전전력생산량

95 제 4 장산업부문 79 제 3 절특수공정설비산업 특수공정설비산업의공정은업종별특성에따라주요공정들로구성된대표구성도로표현되어있으며, 특수공정설비모듈은특수공정설비산업의주요공정의투입및생산에너지를계산하는하부모듈로구성 - 각하부모듈은공정의단위에너지소비와공정별생산량을이용하여에너지요구량과부생에너지및폐에너지생산량을계산 특수공정설비산업의활동수준은해당산업의공정단계에따른생산물로정의 - 산업부문통합관리모듈에서입력된부가가치를이용하여최종생산물의총합계및공정단계별생산물의양을계산 - 각단계별생산량은모델운용자가제공하는생산물비율에의해결정되며, 공정단계별생산물비율은기준년도비율과해당산업의장기생산계획을반영한시나리오를사용하거나시계열자료를이용한추정비율을사용 특수공정설비모듈은산업부문전환모듈의신재생에너지연산루틴을자체에포함하여특수공정설비산업에서발생하는부생에너지와폐에너지를계산 - 폐에너지는산업부문의최종에너지수요에포함되지만, 부생에너지는투입원료에서부가적으로발생하는것이므로이중계산을고려하여산업의최종에너지수요를산출 - 국가에너지통계개편에따라산업의최종소비에포함할경우열병합발전투입량을제외한후해당업종의최종에너지요구량에포함

96 차철강모듈 1차철강은 1차금속산업중제철, 제강, 철강압연및압출, 철강관제조등의 1차철강제조업 1차철강모듈의공정은선철, 조강, 철강재등의생산공정에따라제선, 파이넥스, 전로, 전기로및기타공정으로분리 [ 그림 4-7] 철강산업의공정흐름도

97 제 4 장산업부문 81 가. 공정단계별생산하부모듈 1 차철강의최종생산물총합계는봉형강, 판재류, 강관류, 특수강류 등의철강재이며, 공정단계별생산량은다음과같이정의 Y1 = 철강재생산량 Y2 = 조강생산량 Y3 = 전로공정을통한조강생산량 Y4 = 전기로공정을통한조강생산량 Y5 = 선철생산량 Y6 = 파이넥스또는코렉스공법을이용한선철생산량 Y7 = 고로공법을통한선철생산량 나. 고로공정하부모듈 고로공정하부모듈은코크스제조및고로에서선철을생산하는제선공정을분석하며고로를통한선철생산량을이용하여코크스제조에투입되는원료용유연탄과선철생산에필요한코크스소비량 16), 그리고고로에서발생하는고로가스를연산 코크스소비량 (4-23) COKE : 코크스투입량 UECBOF : 고로공법을통한선철생산의단위에너지소비 16) 코크스는고로에원료로투입되는부분과 1차철강가열용연료로최종소비되는부분이있으며, 두가지를모두고로공정원료투입으로계산

98 82 기준년도코크스전환효율을이용하여코크스소비량으로부터원 료용유연탄을계산 (4-24) BCBOF : 코크스제조에투입되는원료용유연탄 CKCNVT : 원료용유연탄의코크스전환효율 코크스가스는코크스제조에투입된원료용유연탄의양을이용하여 계산하며고로가스는고로에투입되는코크스의양을이용하여계산 (4-25) (4-26) COG = 코크스가스생산량 COGRAT = 코크스가스회수율 BFG = 고로가스생산량 BFGRAT = 고로가스회수율 다. 파이넥스공정하부모듈 파이넥스공정하부모듈은파이넥스공정또는코렉스공정에투입되는원료용유연탄의양을계산 (4-27) BCFINEX : 파이넥스및코렉스공정에투입되는원료용유연탄 UECFINEX : 파이넥스및코렉스공법을통한선철생산의단위에너지소비

99 제 4 장산업부문 83 파이넥스또는코렉스공정에서발생하는코렉스로가스 (CFG) 는공 정에투입되는원료용유연탄의양에의해결정 17) (4-28) CFG = 코렉스가스생산량 CFGRAT = 코렉스가스회수율 라. 전로공정하부모듈 전로공정은전로공정을통한조강생산과정에서발생하는전로가스를계산하고전로공정에투입되는에너지는기타공정에서계산 조강생산과정에서발생하는전로가스는전로공정을통한조강생산량에비례 LDG = 전로가스생산량 LDGRAT = 전로가스회수율 (4-29) 마. 전기로하부모듈 전기로는전기로를통한조강생산과정에서필요한에너지요구량 중에서전력요구량만을계산하며나머지연료는기타공정에서계산 17) 고로가스및코렉스가스에대해서는기존에조사된자료가없으며국가에너지통계개편안에서는고로가스에코렉스가스를포함하여통계를산출하기때문에고로가스와코렉스가스의자료가분리되기전까지는코크스와파이넥스의원료용유연탄합계에서고로가스산출비율을적용하여고로가스산출량을계산

100 84 전기로의단위에너지소비는전기로공정을통한조강생산량단위당전력소비로정의되며단위에너지소비의향상은전력가격에따라점진적으로효율향상이이루어진다고가정 - 전기로용전력은전기화학용전력으로취급 전기로의조강생산에투입되는전력에너지요구량 (4-30) 바. 기타공정하부모듈 1차철강의기타공정하부모듈의역할 첫째, 기타공정은조강을이용하여철강재를생산하는과정에서소비되는전력, 석유제품, LNG 및도시가스, 기타에너지등을비롯하여원료용유연탄및부생가스그리고전기로용전력을제외한철강생산의전과정에서발생하는모든에너지요구량을가열용에너지와동력용전력으로분류하여계산 - 1차철강기타공정하부모듈의가열용에너지계산방법은일반공정설비모듈의가열용에너지계산방법과동일 - 가열용에너지의단위에너지소비는부가가치당가열용에너지소비로정의 차철강 (4-31)

101 제 4 장산업부문 85 두번째, 이전의하부모듈들과기타공정하부모듈에서계산된 1차철강산업의에너지요구량을정리하여산업부문전환모듈및산업부문통합관리모듈로전송 - 석탄가스의일부는기타공정의열에너지공급에사용되고나머지는열병합발전의투입연료로사용 - 1차철강특수공정설비모듈은기타공정의가열용에너지요구량중에서석탄가스수요를결정하고나머지가열용에너지요구량을산업부문전환모듈로전송 (4-32) (4-33) (4-34) (4-35) CGAS : 석탄가스 CGCOGEN : 열병합발전용석탄가스 UECCGAS : 가열용석탄가스의단위에너지소비 CGHEAT : 가열용석탄가스 - 가열용석탄가스는 1차철강산업의최종에너지요구량으로계산되며, 열병합발전용석탄가스는산업부문전환모듈로전송되어열병합발전투입에너지로계산 - 고로공정과파이넥스공정에서계산된원료용유연탄을 1차철강의최종소비로취급할경우부생가스인코크스가스, 고로가스, 전로가스는최종소비에서제외

102 86 동력용전력의경우도전력가격의함수로설정된전력의단위에너 지소비와 1 차철강의부가가치를이용하여계산 차철강 (4-36) 2. 비금속모듈 비금속산업은유리및유리제품, 도자기및요업, 시멘트, 기타비금속광물제품제조업등으로구성되어있으며, 보통유리와시멘트를대표업종으로분석하나본연구에서는시멘트의공정을대표공정으로상정 비금속의생산공정은킬른공정과시멘트생산및출하공정으로분리 - 킬른은클링커를생산하기위한연료용유연탄및폐연료등의소성연료요구량을계산 - 시멘트생산및출하공정은클링커생산에투입되는소성연료를제외한전과정의에너지요구량을계산 시멘트생산및출하는주로분쇄작업으로구성되어있기때문에동력용전력소비가크지만유리및기타요업의가열용에너지소비도상당부분을차지

103 제 4 장산업부문 87 [ 그림 4-8] 시멘트산업의공정흐름도 가. 공정단계별생산하부모듈 시멘트산업의최종생산물은시멘트생산량이며공정단계별생산 량은다음과같이정의 Y1 = 시멘트생산량 Y2 = 클링커생산량

104 88 나. 킬른하부모듈 킬른하부모듈에서는클링커생산에투입되는연료용유연탄과폐연료의양을추정 18) 킬른하부모듈은시멘트소성로에필요한가열용에너지의총량을클링커생산량과단위에너지소비를이용하여추정하고, 이를유연탄혼소율추이를이용하여연료용유연탄과폐연료로배분 시멘트소성로에투입되는가열용에너지요구량은다음과같이클링커생산량과단위에너지소비의곱으로계산 (4-37) HTKILN : 시멘트소성로의가열용에너지요구량 시멘트소성로가열용에너지의유연탄혼소율은기준년도혼소율 이유지되는것으로가정하고연료용유연탄과폐연료로배분하며, 계산결과는산업부문통합관리모듈로전송 (4-38) (4-39) BCSTM : 연료용유연탄 BCRATIO : 소성로가열용에너지중연료용유연탄비율 ( 혼소율 ) 18) 석유코크는석유제품으로분류하기때문에폐연료에서제외하며, 유연탄혼소율은석유코크를제외한폐연료만을고려한다.

105 제 4 장산업부문 89 다. 생산및출하하부모듈 시멘트생산및출하하부모듈은시멘트원료준비, 클링커분쇄, 제품포장및출하등시멘트소성로에들어가는가열용에너지요구량을제외한전공정의에너지요구량을계산 - 시멘트하부모듈에서추정되는에너지는소성로가열이외의가열용에너지, 전기화학용전력, 동력용전력이며, 도자기등의일부업종에원료용으로구분된에너지는모두가열용에너지로사용한것으로취급 - 소성로가열이외에가장많은에너지를소비하는부분은분쇄용밀을사용하는작업이며주로전력이투입 19) 비금속 (4-40) 비금속 (4-41) 비금속 (4-42) 생산및출하하부모듈에서계산된가열용에너지, 전기화학및동 력용전력요구량은산업부문전환모듈로전송되어연료배분및 전력수요계산에사용 3. 석유정제및석유화학모듈 석유정제및석유화학은제품의생산, 흐름, 소비과정의연관성으로 인해따로분리하지않고하나의모듈에서분석하지만모듈의구조 는석유정제공정과석유화학공정으로구분 19) 시멘트산업은유리, 도자기등의업종을포함하고있으며이들산업이경우가열용에너지를주로사용

106 90 [ 그림 4-9] 석유정체및석유화학산업의공정흐름도 석유정제공정은원유증류장치에원유, 반제품, 첨가제, 산소성분등을투입하여 LPG, 휘발유, 등유, 경유, 잔사유등을생산 - 생산된제품은그대로최종제품또는다른제품의생산을위한원료로사용 석유화학공정은석유정제에서생산된납사를기초원료로사용하여납사분해설비 (NCC) 및 BTX 추출설비에서에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 벤젠, 톨루엔, 크실렌등의기초유분을생산 한편, 원유의증류및석유제품의처리과정에서발생하는정제가스는정제및석유화학공정의연료로사용되거나석유화학사의열병합발전연료로사용

107 제 4 장산업부문 91 본연구는국가에너지통계개편안의전환부문자가소비의석유정 제만석유정제공정의소비로취급하고자가발전및열병합발전투 입, 산업부문최종소비는석유화학공정의소비로분류 가. 공정단계별생산하부모듈 석유정제및석유화학산업의최종생산물은석유정제공정제품과석유화학공정제품으로구분 - 석유정제공정제품은원유를정제하여생산하는에너지용석유제품, 비에너지용석유제품을비롯하여석유화학공정에서발생한부생유중에서석유정제공정으로재투입되어생산된제품으로정의 - 석유화학공정제품은납사를주원료로사용하여석유화학공정을거쳐생산된기초유분을비롯하여석유화학사가부생유를이용하여등유, 중유, LPG, 용제등으로가공하여직판하거나직수출한물량등으로정의 석유정제및석유화학산업에서공정단계별생산량 Y1 = 석유정제공정최종제품생산량 Y2 = 순수석유정제공정석유제품생산량 Y3 = 석유화학공정최종제품생산량 Y4 = 원유투입량 20) Y5 = 원유수입량 Y6 = 정제원료수입량 20) 원유투입량은원유및정제원료를합산한양이며정제원료는반제품, 첨가제, 기타탄화수소를포함

108 92 원유투입량은석유화학사에서유입된부생유로생산한물량이나블랜딩으로인해재분류된석유제품을제외하고순수석유정제공정에서생산한석유제품 (Y2) 에대한생산비율을적용하여계산 - 원유투입량, 원유수입량그리고정제원료수입량의계산은모두기준년도비율이고정된것으로가정하고계산 - 원유투입량, 원유수입량그리고정제원료수입량은산업부문통합관리모듈로결과가전송 석유정제공정의석유제품생산량을이용하여원유투입량을추정하기때문에원유투입량및석유제품순수입으로 21) 1차에너지석유를계산하거나기존방식대로부문별수요및전환투입을이용하여 1차에너지석유를계산 나. 석유정제하부모듈 석유정제하부모듈은석유정제공정에서사용하는에너지요구량과증류과정에서발생하는정제가스를계산 - 국가에너지통계개편안의경우석유정제자가소비를의미하며석유정제의자가소비는석유제품만으로구성되어있기때문에석유정제의자가소비용연료를모두가열용에너지로가정하고가열용에너지요구량을계산 - 단, 석유정제의단위에너지소비는석유화학공정에서넘어온원료를재가공하여생산한정제총량에대한단위에너지소비 - 석유정제공정의가열용에너지는석유화학공정의가열용에너지요 21) 석유제품순수입은원유의열량과부문별소비및전환투입된제품의열량차이에의해사후적으로계산

109 제 4 장산업부문 93 구량과합산하여석유정제및석유화학산업의총가열용에너지요 구량으로계산 (4-43) UECHTRF : 석유정제가열용에너지의단위에너지소비 UECHTRFBY : 기준년도석유정제가열용에너지의단위에너지소비 HEATRF : 석유정제가열용에너지요구량 석유정제공정에서발생하는정제가스는원유투입량과가스회수율에의해결정 - 석유정제공정의가스회수율은기준년도가스회수율이변하지않는것으로가정 정제 정제 (4-44) RFG = 정제가스생산량 RFGRAT = 정제가스회수율 다. 석유화학하부모듈 석유화학하부모듈은석유화학공정의가열용에너지, 동력및전기화학용전력, 원료용에너지요구량과석유제품처리과정에서발생하는정제가스를계산 - 석유정제하부모듈에서계산한가열용에너지요구량과함께산업부문전환모듈및산업부문통합관리모듈로결과를전송

110 94 석유화학가열용에너지요구량 - 석유화학하부모듈은가열용에너지총요구량을계산하고연료배 분은산업전환모듈에서담당 (4-45) UECHTPC : 석유화학가열용에너지의단위에너지소비 UECHTPCBY : 기준년도석유화학가열용에너지의단위에너지소비 HEATPC : 석유화학가열용에너지요구량 - 석유정제공정의가열용에너지요구량과석유화학공정의가열용 에너지요구량은합산되어석유정제및석유화학가열용에너지총 요구량으로계산 석유 (4-46) - 석유화학공정의정제가스산출량계산방법은석유정제공정과동 일하며석유화학공정에투입된원료의양이아니라석유화학공정 의최종산출물의양에비례하는것으로가정 화학 화학 (4-47) - 석유정제공정의정제가스와석유화학공정의정제가스산출량도합 산되어석유정제및석유화학정제가스산출량으로계산

111 제 4 장산업부문 95 석유정제및석유화학정제가스일부는석유산업내에서가열용연료로사용되고나머지는석유화학열병합발전에사용되기때문에가열용정제가스와열병합발전용정제가스로구분하여산업부문전환모듈로전송 화학 정제 (4-48) (4-49) (4-50) (4-51) UECRFG : 가열용정제가스단위에너지소비 RFGCOGEN : 열병합발전용정제가스 RFGHEAT : 가열용정제가스 석유화학전력요구량 - 석유화학공정의전력요구량은석유정제및석유화학산업전체의전력요구량을계산하며전기화학용전력과동력용전력으로구분 - 전력요구량은단위에너지소비와석유정제및석유화학부가가치의곱으로계산 석유 (4-52) 석유 (4-53) - 전기화학용전력과동력용전력은합산되어산업부문전환모듈로 전송

112 96 석유화학원료용에너지요구량 - 석유화학하부모듈은석유화학산업이원료용으로사용한납사및 LPG의양을추정하고결과를산업부문통합관리모형으로전송 22) 석유화학산업은납사와 LPG를비롯하여반제품형태의석유제품을이용하여기초화학제품을추출하거나부생유및 LPG를생산하므로원료용에너지총요구량은석유화학산업의최종산출물에의해결정 (4-54) PFS : 석유화학산업의원료용에너지요구량 ( 납사, LPG) UECPFS : 원료용에너지의단위에너지소비 22) 석유화학산업의최종소비로계상된납사중에서원료로사용되지않은납사는발전및열병합발전의연료로사용한것으로취급

113 제 5 장시범운용과모형평가 97 제 5 장 KEEI-LEDS 의시범운용과모형평가 본장의에너지수요전망은개선된모형이원활히작동하는가를점검하는것이목적 따라서본전망결과에대한해석이나전망결과를이용한시사점도출은제외 제 1 절수송및산업부문의에너지소비 1. 부문별에너지소비개요 에너지밸런스기준수송부문의에너지소비는 90년이후 97년까지연평균 12.4% 의높은증가율을기록하였으나외환위기이후 4.2% 로증가율이하락 - 특히, 2000년대들어낮은소비증가율을기록 에너지통계개편안의경우수송부문에너지소비는 97년이전연평균 11.2% 의높은증가율에서 98년이후 5.0% 의증가율로하락 기존에너지밸런스나에너지통계개편안의수송부문소비실적차이는국제벙커링의집계방식차이가대부분을설명 기존에너지밸런스기준산업부문의에너지소비는 90년이후 06년까지연평균약 6.4% 의증가율을기록하였으며, 외환위기이전과이후는각각 11.6% 와 3.1% 의증가율을기록

114 98 에너지통계개편안의산업부문에너지소비실적은 90년이후연평균 6.0%, 외환위기이전과이후는각각 10.9% 와 3.0% 의증가율을기록 23) 이에따라 06년에너지개편안의에너지소비실적은에너지밸런스의약 85% 수준 산업부문에너지소비실적의차이는원료용유연탄과석유화학에서사용하는납사에서발생 - 기존에너지밸런스의경우석유화학사가납사의부산물을이용하여생산ㆍ판매한석유제품에대해납사소비와석유제품소비로중복계상하기때문에기존에너지밸런스의산업부문에너지소비실적이과다계상 - 석탄의경우에너지밸런스는코크스제조를위한투입유연탄을최종에너지소비로보는반면, 에너지통계개편안은가열용에너지로사용한석탄가스를최종에너지소비로계상 - 기존에너지밸런스는산업부문의열에너지소비실적이없는반면에너지통계개편안은산업단지열병합발전업체에서생산되어제3자에게판매한열에너지를산업부문최종소비로기록 - 주로폐기물에너지로구성된산업부문의신재생에너지통계가기존에너지밸런스의경우기타제조업의소비로집계되는반면, 에너지통계개편안은국제기준에따라집계된폐기물에너지를해당업종의소비로처리 24) 23) 기존에너지밸런스의경우농림어업, 광업, 제조업을산업부문으로취급하고있으나국가에너지통계개편안은광업과제조업을산업부문으로묶고농업과어업은기타부문으로분류. 본보고서의산업부문에너지소비실적은농림어업과석유정제및코크스제조의자가소비를포함하여재계산 24) 국제기준은화석연료에서발생되는제품및폐열 ( 정유및석유화학의부생가스, 철강의석탄가스등 ) 을화석연료의효율향상으로취급

115 제 5 장시범운용과모형평가 99 [ 그림 5-1] 수송및산업부문의에너지소비추이 2. 수송수단별에너지소비 자가용승용차는 1981년이후연평균 16.9% 의빠른속도로증가 - 자가용승용차보유대수증가는외환위기이후잠시주춤하였으나 2000년대들어서도연평균 5.9% 로여전히높은증가속도를기록 - 사용연료별로는휘발유사용차량은지속적으로감소하고있으며, 경유와 LPG 차량은증가 같은기간자가용화물차는 11.0% 의속도로증가 - 사업용화물차는 7.3% 의증가속도를기록 자가용승합차의경우제1차에너지세제개편으로 1998년이후폭발적인증가를보였으나승합차분류기준의변경과제2차에너지세제개편으로 LPG의상대가격이증가하면서점차감소하고있는추세

116 100 [ 그림 5-2] 자가용자동차보유대수추이 도로운수업과해운운수업의화물수송량이증가한반면철도운수 업의화물수송량은감소 [ 그림 5-3] 화물수송량추이

117 제 5 장시범운용과모형평가 도로운수업의화물수송량은 2000년대들어 1.1% 로증가속도가급속하게감소 - 해운화물은비중이큰수출용화물의빠른증가로인해연평균 8.3% 은높은증가율을기록하였으나연안화물수송은 2000년들어감소추세 - 철도화물의경우주요수송화물이농수산물, 광물, 시멘트등으로수송물량이지속적으로감소 항공여객의증가는국제항공여객의증가가주도 - 국제선항공여객은외환위기와사스및 911테러로인해일시적으로감소한적이있으나전반적으로빠르게증가 - 국내선항공여객은제주노선을제외하고는외환위기이후지속적으로감소하고있으며, 특히 KTX 운행이후더크게감소 [ 그림 5-4] 항공여객추이 ( 인키로 )

118 102 [ 그림 5-5] 항공화물수송량추이 ( 톤키로 ) 항공화물의경우도국내화물은외환위기이후감소추세를보이고있으며국제화물은꾸준히증가하고있으나증가율은크게하락 시내외버스, 택시, 지하철등의근거리대중교통이장기사이클을보이며증가와감소를반복하고있으나 90~05년사이의연평균증가율은 -0.1% 로수송량의변화가미미 고속버스, 여객철도, KTX 등의장거리대중교통은외환위기이후증가추세로반전하였으며, 특히 KTX 개통이후더빠른증가추세 한편, 해운여객은연안여객의감소에도불구하고국제해운여객이 2000년이후에도 16.6% 의높은증가율을유지

119 제 5 장시범운용과모형평가 103 [ 그림 5-6] 대중교통및해운여객추이 ( 인키로 ) 2005년에너지총조사자료에따르면, 2004년수송부문의에너지소비에서운수업건물에너지소비를제외한순수수송용연료소비는운수업이 20.3 백만TOE이며자가용은 21.1 백만TOE로총 41.4 백만 TOE가소비 - 운수업수송용연료와자가용연료소비는 2001년조사대비각각 4.8% 와 4.2% 증가한것으로, 증가율은이전조사에비해크게하락 - 운수업의경우육상화물운송업의수송용연료소비가 2001년대비연평균 14.4% 로가장높은증가세를기록 자가용승용차의대당에너지소비량은전차종에걸쳐감소하는추세 - 자가용승용차는배기량이클수록연간주행거리가증가하고, 중형및대형차의연비는소폭개선되었으나소형차는경차비중감소와자동변속기차량의증가로연비가다소악화 육상여객의경우, 택시는자동변속기도입, 냉방소비, 교통량증가등으로연비가악화되었으며, 시내외버스는중앙차선제도입으로다소향상

120 104 최근보급이증가하고있는 CNG 버스는연비측면에서경유버스보다열세 화물운송업의경우대형화물차의연비가악화되었으나등록차량대다수를차지하는 5톤이하의차량은연비는향상 화물운송업의수송량당에너지소비량은이전조사에비해크게증가한반면, 수상운송업은전반적으로수송량당에너지소비량이감소 3. 산업부문용도별에너지소비 1차철강의주요제품인선철, 조강, 철강재의제품생산량추이를살펴보면, 81년이후 07년까지선재, 후판, 열연코일등주요철강제품의생산량은연평균 7.1% 의빠른성장을기록하였으나 2000년이후증가율은 3.4% 로크게하락 - 조강은연평균 6.2% 의성장률을기록하였는데, 포스코의일관제철에서생산하는전로용조강은 4.2% 의증가율을보인데반해, 전기로에서생산하는조강은 9.0% 로빠르게성장 - 고로에서생산하는선철의생산량은같은기간 5.2% 의증가율을기록 석유화학업종의기초제품인에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 벤젠, 톨루엔, 크실렌등의생산량은 07년까지 26년간약 12.9% 의급속한성장을보였으며, 2000년대에들어서도 4.2% 의속도로증가 - 89년이후대산단지가동등석유화학산업의대규모신증설이이루어지면서도약기를맞이하였고현재세계 5위의에틸렌생산능력을확보 - 제품별로는벤젠의생산실적이비교적높은편이고에틴렌은 81년이후약 11.8%, 2000년이후 3.1% 의연평균성장률을기록

121 제 5 장시범운용과모형평가 105 [ 그림 5-7] 주요철강제품생산추이 [ 그림 5-8] 기초유분생산추이

122 106 [ 그림 5-9] 시멘트및클링커생산추이 비금속산업의시멘트와클링커는 81~07년기간동안각각 4.7% 와 3.8% 의증가속도를기록하였으며, 외환위기를기점으로생산량이큰폭으로감소 - 이후증가와감소를반복하고있는데, 2000년대들어서는각각 -0.7% 와 -1.1% 의증가실적을기록 산업부문의경우에너지밸런스개편안과에너지총조사를이용하여건물및내부수송용, 설비용, 원료용에너지소비를구분 - 에너지총조사의용도별에너지소비구조는 2004년현재원료용 57.6%, 공정설비용 39.5%, 내부수송및기타용 3.0% 로구성 - 원료용에너지제품은석유화학산업의납사가 69.3% 로가장크고철강산업의코크스제조용유연탄이 28.4% 를차지

123 제 5 장시범운용과모형평가 107 제 2 절에너지수요전망을위한전제및시나리오 1. 공통전제및시나리오 가. 외부제공공통전제 본연구에서개선된수송및산업부문모듈을점검하기위해통계청의인구구조와이를바탕으로작성된 KDI의 GDP 잠재성장률및산업연구원의산업구조전망을사용 25) - 통계청에서전망한추계인구는매우느리게증가하다 2018년을정점으로점차감소하며, 대도시 ( 광역시및경기도 ) 인구수는전체인구수보다더늦은시점인 2026년에정점에도달 - 잠재 GDP는 2030년까지연평균 3.6% 증가하지만 2020년을기준으로증가율이크게하락 국제유가를비롯한에너지가격지수는에너지경제연구원에서작성한유가시나리오를이용 - 두바이유의실질가격은 2008년이후대폭감소하여 2020년 $73.85/bbl 까지하락하지만이후에는다시증가 산업부문의부가가치는잠재 GDP와동일하게증가 년을기준으로부가가치성장률이대폭하락하고실질국제유가도이시점을기준으로상승하기때문에에너지수요의구조적변화가발생 25) 통계청의인구구조이외에는공식적으로발표된자료가아니므로모형의에너지수요전망결과도공식적으로인용할수없음.

124 108 - 업종별로살펴보면, 농림어업과광업의부가가치가 2030년까지점차감소하는반면조립금속을중심으로제조업의부가가치가꾸준히증가하여산업부문의부가가치증가를주도 - 특히, 석유화학, 1차철강, 비금속등에너지다소비산업의증가율이타산업에비해여전히높기때문에에너지소비증가율이두드러지게하락하지는않을것으로예상 - 1차철강의경우현대제철의고로설비가 2011년부터가동을시작하고 2015년전체설비가완공되는것으로예정 주요전제변수들의시나리오는다음 < 표 5-1> 및 < 표 5-2> 에정리 < 표 5-1> KEEI-LEDS 시범운용을위한주요전제 (GDP, 인구, 국제유가 ) 구분 연평균증가율 (%) 07~10 10~20 20~30 07~30 GDP( 조원 ) ,132 1,369 1,594 1, 인구 ( 천명 ) 48,456 48,875 49,277 49,326 49,108 48, 유가 (US$/bbl) 주 ) GDP는 2000년시장가격기준유가는두바이유기준이며, 2007년실질가격

125 제 5 장시범운용과모형평가 109 < 표 5-2> KEEI-LEDS 시범운용을위한주요전제 ( 산업구조 ) ( 단위 : 조원 ) 연평균증가율 (%) 구분 ~10 10~20 20~30 07~30 산업계 농림어업 광업 제조업 음식담배 섬유의류 펄프목재 석유화학 차철강 비철금속 비금속 조립금속 기타제조 건설 주 ) 부가가치는 2000년기초가격기준 나. 사용자작성공통전제 사용자작성공통전제및시나리오는주로가격변수들에해당 - 생산자가격지수 (2005년기준 ) 는에너지, 석탄 ( 유연탄수입물가지수 ), 석유, 도시가스, 전력, 열에너지 ( 지역난방 ) 가격지수를포함 - 소비자가격지수 (2005년기준 ) 는휘발유, 경유, 부탄의가격지수를포함