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논문 기본 정보
- 자료유형
- 연구보고서
- 저자정보
- 발행연도
- 2006.12
- 수록면
- 1 - 51 (64page)
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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 기저ㆍ중간ㆍ첨두부하의 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 국내ㆍ외의 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 신정식ㆍ류지철(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 추정치를 비교하였다. 개별요소 비용비중함수나 변형된 모형의 시스템은 식별의 문제를 갖고 있지 않기 때문에 정규화 가정없이 모든 연료의 비용비중함수를 추정에 사용한다. 한편, 추정결과를 이용하여 가격탄력성을 계산한 결과, 탄력성의 크기는 대략 개별 추정모델, 변형 모델 시스템, 기존 로짓모의 순이었으며, 모든 가격 탄력성은 비탄력적인 것으로 계산되어 기존 연구의 결과와 부합하는 것으로 나타났다. 또한, 수요 이론에 따라 모든 요소수요의 자기가격 탄력성은 음으로 추정되었으며, 세 개의 모델 모두 도시가스가 타 에너지원에 비해 비교적 탄력적인 것으로 추정되었다.
마지막으로 변형된 로짓비용비중함수를 발전부문의 연료소비에 적용한 결과를 소개하였다. 발전부문의 연료대체에 대한 자료는 한전의 『종합원가계산서』와 『경영통계』, 그리고 에너지경제연구원에서 발행하고 있는 『에너지통계연보』를 이용하여 추론하였다.
그러나 획득 가능한 시계열 자료의 부족으로 변형 모델의 개별요소 추정모형만이 적용가능하였다. 추정결과, 개별 모델의 R²는 0.90~0.98로 비교적 높게 나왔다. 추정결과 첨두부하를 생산하는 석유 및 LNG는 총발전량을 포함하지 않은 모델의 설명력이 우월했기 때문에 발전량 변수를 제외했다. 하지만, 기저발전 연료들은 총발전량 변수의 통계적 유의성이 매우 높게 나오는 것을 알 수 있다. 즉, 기저발전의 연료비용은 가격변수보다 발전량 규모가 통계적으로 중요한 변수임을 알 수 있다. 특히, 원자력의 경우 대부분의 가격변수가 통계적으로 유의하지 않았고 발전량 변수의 t-값이 가장 높은 것으로 나타났다. 다만, 수력과 원자력의 발전량 계수가 음의 값을 갖는 이유는 해당 에너지원의 수요가 아니라 비용비중이 종속변수로 사용되었기 때문이다.
다음으로 계수 추정치를 이용하여 발전연료수요의 가격탄력성을 계산한 결과, 원자력과 석탄을 제외하고 다른 발전 에너지원의 자기가격탄력성은 음의 값을 갖고 있으며, 모든 에너지원은 비탄력적인 반면 석유는 탄력적인 것으로 나타났다. 첨두부하를 담당하는 석유와 LNG 사이에는 대체관계가 있는 것으로 추정되었는데 LNG 가격이 석유소비에 미치는 영향보다 석유가격이 LNG의 소비에 미치는 영향이 더 큰 것으로 계산되었다.
다소의 한계는 있으나 본 연구에서 추정한 계수를 이용하여 발전량 증가에 따른 기저부하 발전원의 비중변화를 계산해보면 1990~2000년 기간동안 발전량이 10% 증가했을 때 석탄의 소비비중은 3.7%p 증가했고 원자력은 6.6%p 감소한 것으로 나타났다. 즉, 동 기간 기저부하의 증가는 원자력 보다는 석탄 발전 시설의 확충을 통하여 이루어졌음을 보여준다.
3. 연구결과 및 정책제언
그동안 발전부문의 연료대체탄력성을 분석한 연구가 드물었던 이유는 발전부문의 특성에서 찾을 수 있다. 첫째, 전력생산은 대규모 발전시설이 필요한 장치산업으로 사회간접자본의 성격이 강하기 때문에 경제적 논리 이외에 정책적 의지의 반영이 크다. 둘째, 발전 전원구성을 이루는 발전우선순위는 기저ㆍ중간ㆍ첨두부하 순으로 결정되며 기저발전을 담당하는 원자력이나 석탄발전은 장기적 수요예측 하에 시설 투자가 이루어진다. 또한, 발전 에너지원별 연료비의 역전이 발생한 적이 없었기 때문에 가격으로 인한 역할의 변동을 발견할 수 없다. 마지막으로 발전부문의 연료비용에 관한 자료가 매우 부족하다는 사실이다.
본 연구는 이러한 상황을 고려하여 발전부문의 에너지 대체를 분석하기 위해 기존 산업부문의 연료대체 분석 모형을 변형을 시도하였다. 기존의 모델은 로짓함수를 이용하여 연료의 비용비중 체계를 구축하고 모형의 시스템을 추정하였다. 본 연구에서는 기존의 다변량 로짓비용비중 함수를 이항 로짓비용비중 함수로 변형하여 개별 연료의 비용비중 함수를 추정하였다는 점이 다르다. 개별 연료비용비중 함수는 수요함수의 비음성과 동차성 조건을 만족하고 있으며, 대칭성 조건을 부과할 수 있는 시스템으로 확장가능하다. 발전부문의 연료비용처럼 자료가 극히 부족한 상황에서 시스템으로 추정이 불가능할 경우 개별 연료에 대해 단순회귀 분석을 통하여 추정할 수 있다는 장점도 있다.
발전부문 연료대체에 대한 첫 시도이었기 때문에 본 연구는 여러 측면에서 한계점을 갖고 있다. 우선 언급해야 할 부분이 자료의 확충이다. 특히, 국제원유가의 급상승으로 인한 상대가격 변화가 2000년대 중반 발전 연료소비의 행태에 많은 영향을 미쳤기 때문에 최근의 자료를 포함한 보다 정확한 비용자료가 요구된다.
시스템 모형을 이용한 연구결과를 보면 개별 모형들이 자기상관 등의 시계열 문제를 내포하는 경우가 발생하는데, 동태적 모델로의 모형확장이 문제 해결의 한 대안일 수 있다. 본 연구에서 제안한 개별 연료비용 비중 추정모델은 동태모형 확장뿐만 아니라 기존의 시계열 추정모형들을 적용하기 수월하기 때문에 향후 연구에서 이 부분을 좀 더 깊이 분석할 필요가 있다. 향후 연구는 이러한 문제를 극복하고 보다 정교하고 정확한 모델 개발과 추정결과를 도출할 필요가 있다.
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 analysis of fuel substitution in power generation. Each cost share function showed high R² of 0.90~0.98. Total product of electricity was not statistically significant in Heavy oil and LNG but most important variable in coal and nuclear which are for basis load. Especially, almost all price variables were statistically insignificant in nuclear equation but the total electricity variable had the highest t-value. For the price elasticity, all own price elasticities except nuclear and coal were negative, and inelastic except oil. Oil and LNG were shown as substitutes and oil price had bigger effect on LNG demand than LNG price on oil demand. As a result, consumption share of coal increased by 3.7%p on 10% increase of total elasticity, but nuclear decreased by 6.6%p during 1990~2000, which implies that the elasticity for basis load increased by coal power plants more than nuclear power.
3. Research Results & Policy Suggestion
Due to distinct feature of power generation sector, fuel substitution of the sector in Korea has been rarely investigated. For example; power plants are large-scale equipment business under a matter of policy rather than economy; fuels for power generation are in order of basis and peak load and the fuel price for peak load has been always higher than that of basis load; data for price and fuel amount is not serially sufficient for estimation.
Under the consideration of circumstance in power generation sector, this study attempted to adopt and modify previous fuel substitution model. From a typical linear logit cost share model, an individual cost share model with binary choice was developed, which satisfies demand theory of nonnegativity and homogeneity, and can be extended to a system by employing symmetry condition. Individual cost share model can be applied to the case when a system model is not applicable due to the insufficient data.
To improve the analysis of the fuel substitution of power generation, the next study should consider many limitations of this study. Extended and more elaborated data is the most important among them. Estimating the serial correlation will be another study utilizing individual cost share model as well as dynamic system model.
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 기저ㆍ중간ㆍ첨두부하의 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 국내ㆍ외의 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 신정식ㆍ류지철(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 추정치를 비교하였다. 개별요소 비용비중함수나 변형된 모형의 시스템은 식별의 문제를 갖고 있지 않기 때문에 정규화 가정없이 모든 연료의 비용비중함수를 추정에 사용한다. 한편, 추정결과를 이용하여 가격탄력성을 계산한 결과, 탄력성의 크기는 대략 개별 추정모델, 변형 모델 시스템, 기존 로짓모의 순이었으며, 모든 가격 탄력성은 비탄력적인 것으로 계산되어 기존 연구의 결과와 부합하는 것으로 나타났다. 또한, 수요 이론에 따라 모든 요소수요의 자기가격 탄력성은 음으로 추정되었으며, 세 개의 모델 모두 도시가스가 타 에너지원에 비해 비교적 탄력적인 것으로 추정되었다.
마지막으로 변형된 로짓비용비중함수를 발전부문의 연료소비에 적용한 결과를 소개하였다. 발전부문의 연료대체에 대한 자료는 한전의 『종합원가계산서』와 『경영통계』, 그리고 에너지경제연구원에서 발행하고 있는 『에너지통계연보』를 이용하여 추론하였다.
그러나 획득 가능한 시계열 자료의 부족으로 변형 모델의 개별요소 추정모형만이 적용가능하였다. 추정결과, 개별 모델의 R²는 0.90~0.98로 비교적 높게 나왔다. 추정결과 첨두부하를 생산하는 석유 및 LNG는 총발전량을 포함하지 않은 모델의 설명력이 우월했기 때문에 발전량 변수를 제외했다. 하지만, 기저발전 연료들은 총발전량 변수의 통계적 유의성이 매우 높게 나오는 것을 알 수 있다. 즉, 기저발전의 연료비용은 가격변수보다 발전량 규모가 통계적으로 중요한 변수임을 알 수 있다. 특히, 원자력의 경우 대부분의 가격변수가 통계적으로 유의하지 않았고 발전량 변수의 t-값이 가장 높은 것으로 나타났다. 다만, 수력과 원자력의 발전량 계수가 음의 값을 갖는 이유는 해당 에너지원의 수요가 아니라 비용비중이 종속변수로 사용되었기 때문이다.
다음으로 계수 추정치를 이용하여 발전연료수요의 가격탄력성을 계산한 결과, 원자력과 석탄을 제외하고 다른 발전 에너지원의 자기가격탄력성은 음의 값을 갖고 있으며, 모든 에너지원은 비탄력적인 반면 석유는 탄력적인 것으로 나타났다. 첨두부하를 담당하는 석유와 LNG 사이에는 대체관계가 있는 것으로 추정되었는데 LNG 가격이 석유소비에 미치는 영향보다 석유가격이 LNG의 소비에 미치는 영향이 더 큰 것으로 계산되었다.
다소의 한계는 있으나 본 연구에서 추정한 계수를 이용하여 발전량 증가에 따른 기저부하 발전원의 비중변화를 계산해보면 1990~2000년 기간동안 발전량이 10% 증가했을 때 석탄의 소비비중은 3.7%p 증가했고 원자력은 6.6%p 감소한 것으로 나타났다. 즉, 동 기간 기저부하의 증가는 원자력 보다는 석탄 발전 시설의 확충을 통하여 이루어졌음을 보여준다.
3. 연구결과 및 정책제언
그동안 발전부문의 연료대체탄력성을 분석한 연구가 드물었던 이유는 발전부문의 특성에서 찾을 수 있다. 첫째, 전력생산은 대규모 발전시설이 필요한 장치산업으로 사회간접자본의 성격이 강하기 때문에 경제적 논리 이외에 정책적 의지의 반영이 크다. 둘째, 발전 전원구성을 이루는 발전우선순위는 기저ㆍ중간ㆍ첨두부하 순으로 결정되며 기저발전을 담당하는 원자력이나 석탄발전은 장기적 수요예측 하에 시설 투자가 이루어진다. 또한, 발전 에너지원별 연료비의 역전이 발생한 적이 없었기 때문에 가격으로 인한 역할의 변동을 발견할 수 없다. 마지막으로 발전부문의 연료비용에 관한 자료가 매우 부족하다는 사실이다.
본 연구는 이러한 상황을 고려하여 발전부문의 에너지 대체를 분석하기 위해 기존 산업부문의 연료대체 분석 모형을 변형을 시도하였다. 기존의 모델은 로짓함수를 이용하여 연료의 비용비중 체계를 구축하고 모형의 시스템을 추정하였다. 본 연구에서는 기존의 다변량 로짓비용비중 함수를 이항 로짓비용비중 함수로 변형하여 개별 연료의 비용비중 함수를 추정하였다는 점이 다르다. 개별 연료비용비중 함수는 수요함수의 비음성과 동차성 조건을 만족하고 있으며, 대칭성 조건을 부과할 수 있는 시스템으로 확장가능하다. 발전부문의 연료비용처럼 자료가 극히 부족한 상황에서 시스템으로 추정이 불가능할 경우 개별 연료에 대해 단순회귀 분석을 통하여 추정할 수 있다는 장점도 있다.
발전부문 연료대체에 대한 첫 시도이었기 때문에 본 연구는 여러 측면에서 한계점을 갖고 있다. 우선 언급해야 할 부분이 자료의 확충이다. 특히, 국제원유가의 급상승으로 인한 상대가격 변화가 2000년대 중반 발전 연료소비의 행태에 많은 영향을 미쳤기 때문에 최근의 자료를 포함한 보다 정확한 비용자료가 요구된다.
시스템 모형을 이용한 연구결과를 보면 개별 모형들이 자기상관 등의 시계열 문제를 내포하는 경우가 발생하는데, 동태적 모델로의 모형확장이 문제 해결의 한 대안일 수 있다. 본 연구에서 제안한 개별 연료비용 비중 추정모델은 동태모형 확장뿐만 아니라 기존의 시계열 추정모형들을 적용하기 수월하기 때문에 향후 연구에서 이 부분을 좀 더 깊이 분석할 필요가 있다. 향후 연구는 이러한 문제를 극복하고 보다 정교하고 정확한 모델 개발과 추정결과를 도출할 필요가 있다.
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 analysis of fuel substitution in power generation. Each cost share function showed high R² of 0.90~0.98. Total product of electricity was not statistically significant in Heavy oil and LNG but most important variable in coal and nuclear which are for basis load. Especially, almost all price variables were statistically insignificant in nuclear equation but the total electricity variable had the highest t-value. For the price elasticity, all own price elasticities except nuclear and coal were negative, and inelastic except oil. Oil and LNG were shown as substitutes and oil price had bigger effect on LNG demand than LNG price on oil demand. As a result, consumption share of coal increased by 3.7%p on 10% increase of total elasticity, but nuclear decreased by 6.6%p during 1990~2000, which implies that the elasticity for basis load increased by coal power plants more than nuclear power.
3. Research Results & Policy Suggestion
Due to distinct feature of power generation sector, fuel substitution of the sector in Korea has been rarely investigated. For example; power plants are large-scale equipment business under a matter of policy rather than economy; fuels for power generation are in order of basis and peak load and the fuel price for peak load has been always higher than that of basis load; data for price and fuel amount is not serially sufficient for estimation.
Under the consideration of circumstance in power generation sector, this study attempted to adopt and modify previous fuel substitution model. From a typical linear logit cost share model, an individual cost share model with binary choice was developed, which satisfies demand theory of nonnegativity and homogeneity, and can be extended to a system by employing symmetry condition. Individual cost share model can be applied to the case when a system model is not applicable due to the insufficient data.
To improve the analysis of the fuel substitution of power generation, the next study should consider many limitations of this study. Extended and more elaborated data is the most important among them. Estimating the serial correlation will be another study utilizing individual cost share model as well as dynamic system model.
목차
Ⅰ. 서론
Ⅱ. 발전부문 연료비용의 추이와 특성
Ⅲ. 발전우선순위 결정모형과 연료대체모형
Ⅳ. 이항선택모형을 이용한 로짓비용비중함수
Ⅴ. 발전부문 연료소비에 대한 분석 결과
Ⅵ. 결론
참고문헌
부록 : 발전부문 연료비용 및 연료가격
요약
ABSTRACT
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