본 학위논문은 한국 에너지 시계열의 비선형 관계와 구조변화에 대한 네 편의 거시 실증 연구논문들로 구성되어 있다. 각 논문들의 주제는 어느 정도 독립적이나 에너지 시계열의 비선형 관계와 구조변화를 고려하면 기존 연구들의 결과가 어떻게 달라질 수 있는지 살펴보고, 새로운 시사점을 찾는다는 한 가지의 목적을 공유하고 있다.
제2장, “일일 최대전력소비와 기상변수들 간의 비선형 관계와 기온의 연속·누적효과 분석”에서는 기온, 상대습도, 풍속, 불쾌지수, 체감온도 등과 같은 기상변수와 한국의 일일 최대전력소비 사이에 존재하는 비선형 관계와 기온의 연속？누적효과가 최대전력소비에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 통해서, 일일 최대전력소비의 예측력을 향상시킬 수 있는 방법을 모색하고자 하였다. 실증분석 결과에 의하면 최대전력소비와 기상변수들 사이에는 서로 다른 관계를 가지는 3개 이상의 국면이 존재할 뿐만 아니라, 기상변수들이 최대전력소비 변화를 같은 방향으로 이끄는 동일한 국면 내에서도 그 효과가 기온 구간마다 다른 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과는 최대전력소비를 예측하는데 있어 냉·난방도일과 같은 기존의 2국면 접근법은 지양되어야 함을 의미한다. 또한, 일정수준 이상 또는 이하의 기온이 편차 없이 연속·누적하여 나타나는 것으로 정의한 기온의 연속·누적효과는 일일 최대전력소비에 유의한 영향을 주는 것으로 확인되어 여름철 최대전력소비가 폭발하는 현상에 대해 설명할 수 있었다. 그러므로 기온 이외의 다른 기상변수들과 기온의 연속·누적효과를 고려하면서 서로 다른 연속국면을 고려할 수 있는 비선형 모형을 활용하면 일일 최대전력소비의 예측력을 보다 높일 수 있어 전력수급관리에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.
제3장, “제조업 생산과 기상충격 간 비선형 관계 분석”에서는 기온, 상대습도, 강수량 및 불쾌지수 등과 같은 기상충격들과 한국의 제조업 생산들 간의 비선형 관계를 확인하고, 비선형 관계에 구조변화가 발생하였는지를 분석하였다. 실증분석결과, 기온, 불쾌지수와 같은 기상충격들은 특정 임계치를 기준으로 임계치 이하에서는 제조업 생산과 양의 관계를, 임계치 이상에서는 제조업 생산과 음의 관계를 가지는 것으로 나타났다. 상대습도, 강수량 등과 같은 기상변수들은 임계치 이상에서만 제조업 생산과 음의 관계를 가지나 임계치 이하에서는 제조업 생산에 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다. 이와 같은 제조업 생산에 대한 기상충격의 효과는 중소기업 제조업의 업종별 생산에서도 일관되게 나타나 생산과 기상충격들 간의 비선형 관계를 재확인할 수 있었다. 게다가, 제조업 생산과 기상충격들 간의 비선형 관계를 결정하는 임계치는 기상변수와 기업 규모, 제조업 업종 등에 따라 모두 달라지며, 임계치 이상과 이하의 기상충격이 생산에 미치는 효과는 비대칭적인 것으로 나타났다. 뿐만 아니라, 기상충격이 제조업 생산으로 전달되는 경로가 노동생산성이라는 것을 확인하여 대기업에 비해서 노동집약도가 높은 중소기업의 제조업 생산이 상대적으로 기상충격에 더 민감한지를 설명할 수 있었다. 또한 제조업 생산과 기상충격들 간의 관계는 구조변화가 일어난 것으로 확인되었다. 특히, 대기업 제조업 생산은 구조변화 시점 이후에 기상충격에 대해서 보다 더 민감해진 것으로 나타났다. 그러므로 기업 규모에 상관없이 제조업 생산의 안정화를 위해서는 기상충격의 부정적 효과를 완화할 수 있는 근로 환경을 유지할 필요가 있으며, 특히 임계치 이상의 기상충격 효과가 커지는 하절기에는 휴가나 근로시간 조정 등을 통해서 기상충격의 효과를 분산할 필요가 있을 것으로 보인다. 또한 전력소비를 줄이기 위한 지나친 냉·난방 규제는 제조업 생산 안정화에 부정적인 영향을 가져올 수 있다는 시사점을 얻을 수 있었다.
제4장, “구조변화를 고려한 제조업 생산과 유가충격 간 관계 분석”에서는 대기업과 중소기업을 중심으로 한국의 제조업 생산과 유가충격 간의 관계를 분석하였다. 제조업 생산과 유가충격 간의 관계를 분석함에 있어 기업 규모와 업종별 특징을 동시에 반영하여 보다 정확한 결과를 도출하고자 하였다. 실증분석 결과에 의하면 전체 제조업과 대기업 제조업 생산은 유가충격과 비선형 관계를 가지나, 중소기업 제조업 생산은 비선형 관계에 대한 증거가 약한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 업종별 제조업 생산과 유가충격 사이의 관계에서도 일관되게 확인할 수 있는 것이었다. 내생적 구조변화 분석방법을 이용한 실증분석 결과에서 제조업 생산과 유가충격 간의 비선형 관계에 구조변화가 발생한 것으로 확인되었다. 구조변화 시점은 전체 제조업과 대기업 제조업 생산은 2008년, 중소기업 제조업 생산은 2005년으로 나타나 글로벌 경제충격들이 한국의 제조업 생산과 유가충격 간의 관계를 변화시킨 것으로 나타났다. 또한 유가상승충격뿐만 아니라 유가하락충격도 한국의 제조업 생산에 영향을 주며, 유가상승충격의 효과와 유가하락충격의 효과 크기가 상이하여 생산에 대한 유가충격의 비대칭성도 확인할 수 있었다. 이러한 제조업 생산에 대한 유가충격의 비대칭적 효과에도 구조변화가 발생하였고 그 시점은 2006년으로 추정되었다. 또한 업종별 제조업 생산과 유가충격 간의 관계에 대한 구조변화 분석에서도 업종에 따라 두 변수 간의 관계가 달라지는 구조변화 시점은 전체 표본 기간에 걸쳐 다양하게 나타났다. 이와 같은 실증분석결과들은 국내에서 발생한 경제충격들보다 글로벌 경제충격들이 한국의 제조업 생산에 대한 유가충격의 효과를 바꿀 가능성이 더 높다는 것과 두 변수 간의 관계 분석 시 기업 규모와 업종별 특징을 무시하고 일관된 외생적 구조변화 시점 설정을 적용하면 생산과 유가충격 간의 관계에 대해서 잘못된 결과를 도출할 가능성이 높다는 것을 시사한다.
제5장, “구조변화 접근방법을 통한 한국의 총에너지와 전력소비의 변동성 변화 분석”에서는 총에너지와 전력소비를 중심으로 한국의 에너지 소비 변동성 변화를 실증 분석하였다. 그 결과, 총에너지 소비의 변동성은 축소하고 있는 반면에, 전력소비 변동성은 증가하는 것으로 나타났다. 총에너지 소비 변동성의 완화는 외부 충격의 크기 감소로 인하여 나타난 결과로 표본기간 동안 대규모 충격이 발생하지 않았기 때문으로 분석되었다. 총에너지 소비의 원천으로는 산업, 수송 및 원자력 등이 변동성 감소의 원천으로 확인되었다. 한국의 전력소비 변동성이 증가하는 이유는 충격의 지속성과 외부 충격의 크기 때문이며, 그 원천은 상업·서비스인 것으로 확인되었다. 또한, 에너지 소비와 관련된 다른 변수들을 고려한 다변량 모형을 분석하여 생산, 에너지가격, 기온과 같은 외부 부문의 변동성 변화가 에너지 소비의 변동성으로 전이될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 다변량 분석에서도 총에너지 소비의 변동성 축소는 외부충격의 크기 감소가 주원인인 것으로 분석되었으나, 전력소비의 경우에는 생산충격의 지속성 증가와 같은 조건부 평균의 회귀계수 변화가 변동성 확대의 상당 부분을 설명하는 것으로 분석되었다. 또한 전력요금을 낮게 유지하는 정책으로 인하여 90년대 들어 전력판매가격의 충격 크기가 증가한 것도 전력소비의 변동성 증가에 크게 기여한 것으로 나타났다. 기온을 고려한 전력소비 변동성 분석에서는 냉·난방 수요 증가가 전력소비 변동성의 지속적인 증가를 일으킨 중요한 이유이며, 과거의 전력소비 변동성 증가가 냉방수요 증가 때문이라면, 최근의 변동성 증가는 난방수요 증가 때문인 것으로 분석되었다. 따라서 전기화 현상과 기온 불확실성 증가가 지속된다면 전력소비의 변동성은 계속해서 상승할 것으로 보인다. 이에 따라, 냉난방 수요를 줄일 수 있는 효율적인 전력소비 규제정책과 전력요금의 현실화를 통한 전기화 현상 완화는 전력소비 변동성 안정화를 위해서 필요하다고 여겨진다. 또한 총에너지 소비의 변동성 축소는 외부충격의 크기 감소로 인하여 나타난 우연적인 사건일 가능성이 높으므로, 대규모 충격이 발생하게 될 경우 다시 변동성이 확대될 수 있다. 그러므로 다른 부문에서 발생한 예상치 못한 충격들이 총에너지 소비에 미치는 영향을 차단하는 것이 에너지 소비 안정화를 지속할 수 있다는 함의를 도출할 수 있었다.