대체에너지 이용보급 확산을 위한 정책과제

부경진 에너지경제연구원 1993 政策硏究資料 Vol.1993 No.1

분기별 계량경제 시뮬레이션 모형 개발을 통한 에너지 · 환경 · 경제지표의 전망 및 관련 정책의 평가

부경진,최도영,노동운 에너지경제연구원 2003 연구보고서 Vol.2003 No.12

본 연구는 국내에서 온실가스 배출 저감을 위해 개발된 여러 가지 정책수단을 대상으로 그 실효성을 평가하고, 그 것이 국민경제에 미치는 영향을 측정한 다음, 각각의 저감수단의 비용효과(cost-effectiveness)를 평가하고자 하였다. 본 연구에서 시뮬레이션 모형은 에너지 모듈과 환경 모듈, 경제 모듈의 3개의 모듈로 구성되었다. 이 세 가지 모듈들은 GDP와 에너지수요, 오염물질 배출량의 연결고리 변수로 상호 연결된다. 또한 시뮬레이션 모형은 35개의 행태방정식(stochastic equations)과 37개의 항등식(identities)으로 총 72개의 연립방정식 체계를 이루고 있다. 내생 변수는 75개, 외생변수는 24개로 구성되었다. 모델의 예측력과 안정성, 즉, robustness를 판별하는 기준인 의태분석(backcasting) 결과도 아주 양호하게 나타났다. 동 모델을 이용하여 2개의 탄소세 부과 시나리오(5만원/TC, 10만원/TC)를 설정하여 과거에 대한 정책시뮬레이션을 실시하였다. 정책시뮬레이션 분석으로부터 얻은 몇 가지 중요한 발견사항은 다음과 같다. 첫째, 탄소세 부과에 따라 에너지소비의 저감에 따른 탄소배출량의 저감의 시현과 함께 경제적 손실은 상대적으로 낮다. 5만원의 탄소세의 경우 1차에너지 저감률은 13.8%, 이산화탄소 저감률은 14.6%, GDP손실은 3.3%로 나타났다. 이는 탄소세의 부과에 따라 원단위의 저감은 물론 탄소원단위(즉, 단위 에너지사용당 탄소배출량)도 더욱 개선된다는 것을 시사한다. 둘째, 현재 일반적으로 인식된 것처럼 연료의 탄소함량에 비례하여 또한 연료의 가격탄성치에 비례하여 탄소배출량이 저감되는 것으로 나타났다. 동일한 탄소세를 부과하면 가격상승효과는 석탄의 경우 가격이 상대적으로 높은 타 연료에 비해 훨씬 확대되어 나타난다. 그러나 석탄의 경우 가격탄력성이 석유나 가스에 비해 낮기 때문에 탄소세의 가격상승 효과를 상쇄하는 방향으로 작용한다. 셋째, 탄소세의 인상에 따라 이산화탄소 배출량이 저감규모가 체감하는 현상을 보인다. 다시 말하면, 탄소세를 두 배로 인상하여도 이산화탄소 배출량이 두 배로 줄지 않는다는 것이다. 이는 어디까지나 모델의 구조적 특성, 즉, 추정식의 형태에 기인하는 것이다. 즉, 대부분의 에너지원별 수요를 추정하는 회귀식(regression equations)이 로그-로그(log-log) 형태를 취하고 있고, 또한 가격변수의 계수(가격탄력성)가 1 이하를 취하고 있기 때문에 가격이 오를수록 수요 감소폭은 체감하게 된다. 넷째, 모델구조의 특성에 기인하는 것이지만 본 연구에서의 탄소세의 경제적 충격은 비교적 큰 것으로 나타났다. 특히 GDP의 경우 최대 손실이 3.3%에 이른다(5만원 탄소세 부과시). 그러나 이러한 손실은 장기에 걸쳐 점진적으로 줄어가는 현상을 보인다. This study assesses the effectiveness of GHG mitigation measures, measures their impacts on national economy, and evaluates the cost-effectiveness of each measures. In this study, dynamic simulation model, based on macro-economic and econometric theories, was developed. This empirical simulation model investigates the ways in which energy, environment, and economy interact as well as evaluates the impacts of GHG mitigation measures on energy consumption, environment, and macro-economic indicators. The simulation model is composed of three modules: an energy module, an environmental module and an economic module. Each module consists of identities as well as stochastic equations, totalling 72 equations (35 stochastic equations and 37 identities). To test the predictive accuracy and stability of the model which indicate a model’s robustness, mean absolute percentage error (MAPE) is employed as a backcasting technique. Version 4.1 of EViews was the modeling software program chosen for this effort. The result of backcasting, MAPEs were within an acceptable range for most of endogenous variables. This macro-economic model is used to simulate 2 major policy interventions. This study considers only carbon tax for scenario analysis. Two basic scenarios were constructed: namely, 1) 50,000Won/TC and 2) 100,000Won/TC. Major findings from this policy simulation are: 1) impact of carbon taxes in proportion with the relative price of each fuel as well as the carbon content of each fuel.; 2) reduction rate in CO₂ emissions is shrinking as carbon tax increases; 3) carbon tax reduces the energy intensity as well as carbon intensity (carbon coefficients); 4) economic loss by carbon tax could be partially made up for through reinvestment of carbon taxes into energy efficiency and renewable energy programs.

"친환경 수소경제" 구현을 위한 마스터플랜 : 연료전지산업 및 중장기 신.재생에너지 개발비전

부경진 한국에너지학회 2006 에너지공학 Vol.15 No.2

본 연구에서는 기준안으로 2040년까지 최종에너지의 15%를 수소로 대체한다는 목표를 세우고, 수소이용효율이 가장 높은 수송부문을 주대상으로 2040년까지 자동차의 50% 이상을 연료전지 자동차로 대체하고, 기타, 가정·상업 및 산업부문에서도 각각 22%, 23%를 연료전지로 대체하는 계획을 수립하였다. 수소의 제조와 저장, 운반 등 공급인프라 부분에서는 2020년까지는 LNG와 석탄 등의 화석연료를 주원료로, 2040년까지는 신·재생에너지의 비중을 60%까지 늘리는 것으로 목표를 설정하였다. 기준안(수소비중 15%)으로 제시한 수소경제가 실현되는 경우 1차에너지가 9% 저감되고, 석유가 22.7%, 원자력이 17.8%, LNG가 8.9%, 석탄이 3.1% 줄어들고 대신 신·재생에너지는 47.3% 증가하여 지속가능한 에너지믹스가 실현되는 것으로 나타났다. 이에 따라 에너지자급도의 개선, 에너지수입대체효과, 환경편익, 신성장동력으로서 수소·연료전지 산업 정착에 따른 고용창출효과 등 경제적 파급효과도 막대한 것으로 나타났다. 또한 수소경제의 적정산업규모를 갖추기 위한 투자비를 산출한 결과 2040년까지 총 200조원 이상이 필요하다. 방대한 재원을 조달하기 위해 민간자본의 유치와 정부의 효과적 정책개발이 요청된다. 수소경제의 비용효과적인 조기실현을 위해서는 전담기구의 신설과 민간의 전문인력 양성, 그리고 수소·연료전지 산업육성을 위한 규격 및 표준화 마련도 시급한 것으로 판단된다.

에너지 · 환경 · 경제 통합 계량경제 시뮬레이션 모형에 의한 온실가스 저감수단의 평가

부경진,최도영 에너지경제연구원 2002 연구보고서 Vol.2002 No.12

본 연구는 국내에서 온실가스 배출 저감을 위해 개발된 여러 가지 정책수단을 대상으로 그 실효성을 평가하고, 그 것이 국민경제에 미치는 영향을 측정 한 다음, 각각의 저감수단의 비용효과(cost -effectiveness)를 평가하고자 하였다. 그 동안 제기된 여러 가지 저감수단과 정책들에 대한 미시적인 여러 가지 분석도구를 이용하여 교토메카니즘과 기타 정책수단들에 대한 경제분석이 이루어져 왔으며, 더 나아가서 동태적 분석을 위해 CGE 등 시뮬레이션 모형이 개발되어 정책수단에 대한 다양한 분석이 시도되었다. 이러한 시뮬레이션 분석이 대부분 수학적 모델인 CGE에 집중되어 온 것에 반해 본 연구에서는 순수 거시경제이론에 입각하여 경제주체들의 행태에 주안점을 둔 계량경제 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 시뮬레이션 모형은 에너지 모듈과 환경 모듈, 경제 모듈의 3개의 모듈로 구성되었다. 이 세 가지 모듈들은 GOP와 에너지수요, 오염물질 배출량의 연결고리 변수로 상호연결된다. 또한 시뮬레이션 모형은 40개의 추정식(stochastic equations)과 36개의 항등식 (identities)로 총 76개의 연립방정식 체계를 이루고 있다. 내생변수는 76개, 외생변수는 24개로 구성되었다. 모델의 예측력과 안정성, 즉, robustness를 판별하는 기준인 의태분석(backcasting) 결과도 아주 양호하게 나타났다. 동 모델을 이용하여 외생변수에 대한 가정과 전제를 바탕으로 2002년 부터 2020년까지 전망한 결과가 〈표 1〉에 실려있다. GDP는 2001년~2020년 기간동안 3.9%의 연평균 증가율을 보일 것으로 전망된다. 이는 우리나라의 경제구조가 향후 20년간 현재의 선진국들과 같이 상당히 안정화될 것이라는 것을 의미한다. 1차에너지 수요는 2001년에 198,285천 TOE 수준에서 연평균 2.7%의 증가율로 늘어나 2020년에는 325,925천 TOE를 기록할 전망이다. 또한 에너지부문의 CO₂ 배출은 같은 기간중 123,273천 TC에서 180,953 천TC로 2.0%의 연평균 증가율을 나타낼 것으로 예상된다. 〈표 1〉 GDP, 에너지수요 및 CO₂ 배출 전망 〈표삽입〉 이와 같은 전망을 가지고 4개의 기본시나리오와 2개의 파생시나리오, 총 6개의 탄소세 시나리오를 설정하여 정책시뮬레이션을 실시하였다. 4개의 기본시나리오는 단순히 탄소세를 탄소톤 당 5, 10, 15, 20만원을 부과하는 것이고, 파생시나리오는 10만원의 탄소세를 부과하는 경우 거둬들인 탄소세 수입을 재투자, 재투자하되 효율, 환경, 신재생에너지원에 투자하는 두 가지를 상정하였다 6가지의 탄소세 시나리오를 바탕으로 실시된 정책시뮬레이션 분석으로부터 얻은 몇 가지 중요한 발견사항은 다음과 같다. 첫째, 탄소세의 에너지소비, CO₂ 배출량 저감 및 경제손실은 〈표 2〉와 같다. 〈표 2> 탄소세의 에너지소비, CO₂ 배출량 저감 및 경제 효과 〈표 삽입〉 둘째, 현재 일반적으로 인식된 것처럼 연료의 탄소함량에 비례하여 탄소배출량이 저감되기는 하나 오히려 연료가격에 반비례하여 연료별 탄소배출량이 저감되는 것으로 나타났다. 예를 들면, 석탄의 탄소함량이 다른 연료에 비해 월등히 많기는 하나 더 중요한 것은 석탄의 가격이 다른 에너지원에 비해 1/3 또는 1/4 수준에 머무르고 있다는 점이다. 동일한 탄소세를 부과하면 가격상승효과는 석탄의 경우 가격이 상대적으로 높은 타 연료에 비해 훨씬 확대되어 나타난다. 셋째, 탄소세의 인상에 따라 이산화탄소 배출량이 저감규모가 체감하는 현상을 보인다. 다시 말하면, 탄소세를 두배로 인상하여도 이산화탄소 배출량이 두 배로 줄지 않는 다는 것이다. 이는 어디까지나 모델의 구조적 특성, 즉, 추정식의 형태에 기인하는 것이다. 즉, 대부분의 에너지원별 수요를 추정하는 회귀식(regression equations)이 로그-로그(log-log) 형태를 취하고 있고, 또한 가격변수의 계수(가격탄력성)가 1이하를 취하고 있기 때문에 가격이 오를수록 수요감소폭 This study assesses the effectiveness of GHG mitigation measures, measures their impacts on national economy, and evaluates the cost-effectiveness of each measures. A number of modeling efforts, most of which are computable general equilibrium (CGE) techniques, have been made for dynamic analysis of policy measures to mitigate GHG emissions. CGE models, however, fails to incorporate economic behaviors into their model structure, overly relying on mathematical relations. In this study, dynamic simulation model, based on macro-economic and econometric theories, was developed. This empirical simulation model investigates the ways in which energy, environment, and economy interact as well as evaluates the impacts of GHG mitigation measures on energy consumption, environment, and macro-economic indicators. The simulation model is composed of three modules: an energy module, an environmental module and an economic module. Each module consists of identities as well as stochastic equations, totalling 76 equations (40 stochastic equations and 36 identities). To test the predictive accuracy and stability of the model which indicate a model’s robustness, mean absolute percentage error (MAPE) is employed as a back casting technique. Version 4.1 of Eviews was the modeling software program chosen for this effort. The result of backcasting, MAPEs were within an acceptable range for most of edogenous variables. Using this model and assumed values for exogenous variables, forecasting was conducted for endogenous variables. GDP was projected to increase at a relatively slow annual growth rate of 3.9% between 2001 and 2020. Total energy consumption and CO₂ emissions in 2020 are predicted to be 325.9 million TOE and 181.0 million TC, respectively. These results are comparatively consistent with those other major studies (KEEI, 1998, and 2000)These forecast provides a reference case (or baseline) for the ensuing policy simulation. 〈Table 3〉 Projected GOP, Energy Demand, and CO₂ Emissions 〈표 삽입〉 Because the model is grounded on economic structural behaviorism, the dynamic nature of the current economy is effectively depicted and simulated through manipulating exogenous policy variables. This macro-economic model is used to simulate six major policy interventions. This study considers only carbon tax for scenario analysis. Four basic scenarios and two derived scenarios were constructed: namely, 1) 50,000Won/TC, 2) 100,000Won/TC, 3) 150,000 Won/TC, 4) 200,000Won/TC, 5) 100,000/TC with reinvestment of tax revenue, 6) 100,000Won/TC with reinvestment of tax revenue in energy efficiency, conservation, environmental improvement, and renewable energy R&DD. 〈Table 4〉 Impact of Carbon Tax on Energy, CO₂ Emissions, and Economy 〈표 삽입〉 Major findings from this policy simulation are: 1) impact of carbon taxes in proportion with the relative price of each fuel as well as the carbon content of each fuel.; 2) reduction rate in CO₂ emissions is shriking as carbon tax increases; 3) carbon tax reduces the energy intensity as well as carbon intensity (carbon coefficients); 4) CO₂ emissions stabilization of 2000 (the most likely CO₂ emissions reduction requirement for Korea in Kyoto Protocol) could be achieved with 10,000Won/TC; 5) economic loss by carbon tax could be partially made up for through reinvestment of carbon taxes into energy efficiency and renewable energy programs.

신재생에너지 산업 해외진출 지원방안

부경진,하윤희 한국자원공학회 2018 한국자원공학회지 Vol.55 No.2

This study is to derive comprehensive support strategies for the Korean renewable energy industry to advance into overseas market and expand its market share through cooperation with relevant domestic and international organizations, establishing a foundation for another export industrialization. Starting with market analysis of regions (Southeast Asia, Mideast/Central Asia, Africa, Latin America) and benchmarking the practices of major economies (EU, USA, Japan, China), we try to develop an effective overseas expansion strategy for domestic renewable energy industry. By conducting a questionnaire survey to analyze the export capacity of domestic renewable energy industry, we grasp the current status of domestic enterprises, and capture the basic direction of government policy for expanding renewable energy business at the global level. We developed a customized strategy for entering countries through SWOT analysis and finally came up with a region-specific strategy and business model. 본 연구에서는 우리나라 신재생에너지 산업의 해외시장 선점을 위해 마케팅(정보), 금융, 트렉레코드 확대 등 종합적인 지원 전략을 도출하고, 또한 국내 및 국제기구 및 프로그램을 적극 활용한 해외시장 개척을 통해, 국내 신 재생에너지 산업 육성 및 시장 확대, 궁극적으로 수출산업화 기반을 구축하고자 한다. 이러한 목적 하에 권역별(동남 아, 중동/중앙아시아, 아프리카, 중남미)로 신재생에너지 진출여건을 분석하였고, 또한 주요국(EU, 미국, 일본, 중국) 의 신재생에너지 해외진출 사례를 분석하여 우리 해외진출전략 수립에 벤치마킹하고자 하였다. 국내 신재생에너지 산업의 수출역량을 분석하기 위해 설문조사를 실시함으로써 우리 기업의 현 주소를 파악하고, 더 나아가 신재생에너 지 해외진출을 위한 정부정책의 기본방향을 모색하였다. SWOT 분석을 통해 진출대상국 맞춤형 전략을 개발하였고, 국제기구와의 협력을 통한 신재생에너지 해외진출방안과 함께 마지막으로 지역별 맞춤형 수출전략 및 비즈니즈 모 델을 개발하고, 대정부 정책건의를 제시하였다.

미래 수소경제 실현을 위한 기반구축 연구 : 가정·상업 및 발전부문의 수소공급 인프라 구축

부경진,조상민 에너지경제연구원 2010 연구보고서 Vol.2010 No.12

연료전지차 핵심기술; 2SC-6 : 제2차 에너지 기본계획과 제4차 신재생에너지 기본계획

부경진 한국공업화학회 2014 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2014 No.0

미래 수소경제 실현을 위한 기반구축 연구 : 수송부문의 수소공급 인프라 구축

부경진,조상민,김봉진 에너지경제연구원 2009 연구보고서 Vol.2009 No.12

수소경제 도래에 대비한 수소공급의 시스템적 접근

부경진,조상민,김봉진 에너지경제연구원 2007 연구보고서 Vol.2007 No.12

1. 연구의 필요성 및 목적 최근 들어 국내외 정책입안자와 환경 기구 및 단체, 에너지 분석 전문가들 사이에 수소경제에 대한 여러 가지 전망이 엇갈리고 있다. 일부 에너지 관련 전문가들은 수소경제의 실효성에 대해 비판적인 견해를 표출하면서 수소경제의 도래에 대해 부정적인 입장을 표명하고 있다. 그러나 수소경제 지지자들은 이를 수소경제에 이르는 과정에서의 시련으로 여긴다. 이들은 수소경제가 가져올 잠재적 편익, 즉 진정한 의미의 청정에너지원 개발, 지역경제 활성화, 신(新)성장산업 육성 등에 주목하고 지속 가능한 에너지수급 시스템 구축을 위한 여러 가지 방안 중 가장 근본적인 해법이 수소경제의 구현이라는 점에서 이를 적극 지지하고 있다. 이러한 논란 속에 세계 주요국 들은 수소경제를 유효하고 유력한 대안 중의 하나로 간주하고 수소경제 기초인프라 구축을 위한 연구기반 조성 및 유지에 정부와 민간이 합심하여 예산지원과 투자를 지속하고 있다. 이와 같은 세계적 추세를 감안하여 본 연구에서는 우리나라가 수소경제로 체계적이고 비용효과적으로 이행하기 위해서는 장기적인 비전과 목표를 가지고 하드웨어 및 소프트웨어 인프라 측면에서 시스템적인 접근을 추구해야 한다는 명제를 설정하였다. 수소는 제조, 저장, 운송 등의 복잡한 단계를 거쳐 이용되므로 수소의 제조분야부터 이용분야에 이르기까지의 전과정에 걸친 시스템적인 접근을 통하여 비용효과적인 수소 경제 인프라를 구축할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 수소의 분야별 기술특성 및 비용을 분석하고 수소의 제조로부터 이용에 이르기까지의 모든 단계를 시스템적인 관점에서 파악하여 수소운송시스템의 최적화모형을 개발하고 최적 수소운송시스템을 구축하는 방안을 제시하는 것을 목표로 하였다. 2. 주요 연구내용 및 방법론 가. 주요 연구내용 본 연구는 경제인문사회연구회가 기획 연구과제로 발주한 3개년 연구 프로젝트 “수소경제 실현을 위한 기반구축 연구”의 1차년도 연구과제인, “수소경제 실현을 위한 수소 수요량 산정 및 공급방안 연구(2006)”의 후속 연구과제로서 추진되었다. 1차년도 연구과제에서는 수소경제의 미래상에 입각한 장기 에너지믹스 전망, 에너지공급 및 소비구조와 행태의 분석과 더불어 목표 지향적 전략에 기초한 수소필요량을 산정하였고 수소제조방법의 최적믹스 도출을 통한 수소 공급 시나리오를 설정하였다. 본 연구에서는 1차년도 연구과제의 결과를 기초로 하여 중점 연구사항으로서 수소경제로의 이행을 위한 단계별 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 최적 시스템을 구축하는 것을 목표로 비용 효과적 수소 제조와 운반, 저장 인프라 구축을 위한 시스템적 접근을 시도하였다. 수소경제 시대로의 순조로운 이행을 위한 중요한 과제 중 하나는 비용효과적인 수소공급 인프라의 구축이다. 수소는 제조, 저장, 운송 등의 다양한 단계를 거쳐 이용되므로 수소의 제조분야부터 이용분야에 이르기까지 시스템적인 접근을 통하여 비용효과적인 수소경제 인프라를 구축할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 수소의 분야별 기술특성 및 비용을 분석하고 수소의 제조로부터 이용에 이르기까지의 모든 단계를 시스템적인 관점에서 파악하여 최적 수소운송 시스댐을 구축하였다. 우선 1차년도 연구결과에서 제시되었던 수소제조원 및 제조방법의 최적 믹스를 토대로 집중화와 클러스터화 전략을 통한 수소 수급 시스템의 이행단계를 설정하였다. 그리고 이러한 이행단계를 바탕으로 수소의 운반 형태와 이용 형태를 고려한 최적 수소운송 시스템을 구축하였다. 나. 연구방법론 본 연구에서 채택한 연구방법은 크게 세 가지로 구분된다 첫째는 수소 제조시스템을 집중형과 분산형으로 나누어 분석하는 것이며, 둘째는 지역별 연료전지의 보급과 제조원별 수소공급량의 산정을 위한 시나리오 설정 및 분석이다. 마지막으로 셋째는 수소운송 최적화를 위해 적한 수송계획법이다. 수소제조를 제조 장소의 관점에서 분류하면 대규모의 수소 제조공장에서 생산하는 집중형과 수소의 이용 현장에서 생산하는 분산형으로 구분할 수 있다. 집중형으로 생산한 수소는 파 1. Background and Research Questions In recent years, there have been emerging controversial views of the hydrogen economy among energy experts and energy policy makers. Some energy experts articulate a critical position against the advent of the hydrogen economy. Many energy experts, however, expect that the hydrogen economy is a key to the sustainable energy system and will eventually materialize. Hydrogen is an energy carrier, and can be produced from a wide variety of energy sources such as fossil fuels, nuclear power, biomass, wind, and solar energy. One of the major concerns in transition to a hydrogen economy is the construction of a cost effective hydrogen infrastructure. Accordingly, a systemic approach is needed since hydrogen is used through multiple steps of production, storage, transportation, and conversion. In this regard, this study focuses on finding an efficient hydrogen delivery system based on long-term strategies and a road map of the national project report, A National Vision of Hydrogen Economy and Action Plan (Boo, 2005). With this in mind, this study attempts to answer the following research questions: First, what is the optimal strategy in transition to a hydrogen economy in terms of constructing a cost-effective infrastructure? Second, what is the optimal delivery network between hydrogen plants and filling station? In addition to these two major research questions, this study addresses scenario analysis to how to produce and supply hydrogen to meet the demand by sector and by energy sources for hydrogen production. 2. Methodology This study adopts three approaches: First, production system is categorized into central off-site and distributed on-site. Second, scenario approach to calculating regional fuel cell deployment as well as hydrogen supply by energy sources. Third, transportation plan (LP) to optimize the transportation system of hydrogen. Hydrogen production, if seen in terms of production location, can be categorized into a central off-site plant of large scale hydrogen production and a distributed on-site station. In addition, hydrogen transportation implies that hydrogen produced in a central off-site plant is delivered to an end-user, that is, a filling station. For a distributed on-site production of hydrogen, the object to be delivered is feedstock such as natural gas, naphtha, LPG, etc., but not hydrogen. The optimization model for the hydrogen transportation system is formulated as a transportation model. Transportation model is a special type of linear programming which deals with shipping a commodity from sources (hydrogen plants) to destinations (hydrogen filling stations). The objective is to determine the transportation schedule that minimizes the total shipping costs while satisfying supply and demand limits. The optimal hydrogen transportation plan is obtained by applying the well-known LINGO optimization software. 3. Major Findings and Policy Implications Major findings of this study are as follows: First, an optimal mix of energy resources for hydrogen production should be sought by considering the climate change, the energy security, the energy cost, the economic pervasive effect, and the social acceptance. Nuclear power can be an influential energy source for the off-site hydrogen production because of its superiority on aspects of cost and environment. Also, electrolysis of water will be cost effective hydrogen production method for the on-site hydrogen production in our country if there is a significant technological break-through. Second, basic approach in building a system of demand and supply for hydrogen in this study is two-tiers of clustering and concentration. Clustering and concentration interact with each other and grow in diverse ways. In other words, as clustering advances, concentration will develop around them. In tum, this concentration will promote a large supply of hydrogen which, ill tum, will stimulate anothe

미래 수소경제 실현을 위한 기반구축 연구 : 수소경제 이행의 최적경로 개발

부경진,조상민,김봉진 에너지경제연구원 2008 연구보고서 Vol.2008 No.12

1. 연구필요성 및 목적 에너지전문가들은 수소와 연료전지를 중심으로 하는 수소경제 체제가 지속가능한 미래에너지시스템의 핵심으로 대두될 것으로 예상하고 있다. 수소는 화석연료, 원자력, 바이오매스, 풍력, 태양 등의 다양한 에너지원으로부터 얻을 수 있으며 전기와 마찬가지로 2차 에너지 또는 에너지캐리어(energy carrier)로 분류된다. 지속가능한 수소경제 체제의 구축을 위해서는 신 · 재생에너지를 이용한 수소 제조의 비중이 높아야 한다. 그러나 신 · 재생에너지에 의한 수소 제조비용은 화석연료에 의한 수소 제조비용보다 비교적 비싸기 때문에 획기적인 기술개발을 통하여 화석연료에 의한 수소 제조비용과의 격차를 크게 줄이는 것이 관건이다. 수소경제 시대로의 진입을 앞당기기 위한 또 하나의 중요한 과제는 비용효과적인 수소공급 인프라의 구축이다. 수소는 제조, 저장, 운송 등의 단계를 거쳐 이용되므로 수소의 제조분야부터 이용분야에 이르기까지의 시스템적인 접근을 통하여 비용효과적인 수소경제 인프라를 구축 할 필요가 있다. 본 연구는 에너지경제연구원(2005년)의 연구보고서인 “수소경제의 국가비전 및 실행계획 수립 연구”에서 제시한 장기전략과 로드맵에 기초하여 수소운송에 대한 구체적인 방안을 마련하고자 한다. 이전의 연구에서는 수소의 공급과 수요 측면에 중점을 둔 반면, 수소의 공급과 수요를 연결하는 저장 및 운송에 대해서는 충분한 검토가 이루어지지 않았다. 본 연구는 수소의 분야별 기술특성 및 비용을 분석하고, 수소의 제조로 부터 이용에 이르기까지의 모든 단계를 시스템적인 관점에서 파악하여 최적 수소운송시스템을 구축하는 것을 연구주제로 선정하였다. 2. 주요 연구내용 및 방법론 가. 주요 연구내용 본 연구는 경제사회연구회가 기획연구과제로 발주한 3개년 연구프로젝트인 “수소경제 실현을 위한 기반구축 연구”의 3차년도 과제로서I 1차년도 연구과제“수소경제 실현을 위한 수소 수요량 산정 및 공급방안 연구 (2006)"와 2차년도 연구과제 “수소경제 도래에 대비한 수소공급의 시스템적 접근 (2007)"에 이어 1단계의 최종년도 연구과제로서 추진되었다. 1차년도 연구과제에서는 수소경제의 미래상에 입각한 장기 에너지믹스, 에너지공급 및 소비구조와 행태의 분석과, 목표지향적 전략에 기초한 수소필요량의 산정, 그리고 수소제조방법의 최적믹스 도출을 통한 수소시나리오를 설정하였다. 2차년도 연구에서는 1차년도 연구결과를 기초로 하여 중점 연구사항으로서 수소경제 이행을 위한 단계별, 분야별 목표설정 및 이의 달성을 위한 최적 시스템의 구축을 목표로 하여, 비용효과적 수소 제조와 운반, 저장 인프라 구축을 위한 시스템적 접근을 시도 하였다. 본 연구에서는 1, 2차년도 연구결과를 종합하여 수소경제로 이르기 위한 최적이행경로를 개발, 제시하고자 하였다. 더 나아가서 수소 경제로의 다양한 이행경로에 대한 비교분석뿐만 아니라 경로별 비용편익 분석을 통한 최적의 이행경로에 대한 대안제시도 필요하다. 따라서 본 연구는 다음과 같은 주요 내용으로 구성되어 있다. 우선, 수소경제에로의 다양한 이행경로에 대한 비용 · 효과 분석이다. 본 연구원에서 수행한 선행연구에서 제시한 수소수요량과 공급방안, 그리고 시스템 구축에 입각한 수소경제로의 이행경로 분석을 실시하였다. 다음으로, 효율적인 수소경제 이행체제 구축을 위한 해외 벤치마킹이다. 이 부분에서는 미국의 이행체제 구축을 위한 연구분석 방향 및 성과 분석과 함께 EU 및 회원국의 이행체제 구축 경로별 분석 결과, 그리고 캐나다, 일본 등의 수소경제 이행경로 구축 실태 분석이 실시되었다. 셋째, 시스템적 접근을 통한 수소경제 이행경로의 추적이다. 여기에서는 1) 수소경제 부문별 수소경제 이행 시스템 분석, 2) 수소경제의 다양한 이행경로 간 비교분석, 3) 수소경제 부문을 통합하는 이행경로의 시스템적 접근이 시도되었다. 넷째, 수소경제에로의 다양한 이행경로에 대한 비용/편익 분석이다. 비용편익분석을 위해서 수소제조 부문에서의 최적 믹스 도출과 함께 수소저장 1. Background and Research Questions It is a common view among energy experts that hydrogen economy based on fuel cell technologies will emerge as a core of the sustainable future energy system. Hydrogen can be extracted or produced from fossil fuel, nuclear power, biomass, wind, and solar energy and categorized as an energy carrier like electricity. Renewable energy's share in production of hydrogen should be raised in order to build a sustainable hydrogen economy. However, because production cost of hydrogen based on renewable energy is higher than those based on fossil fuels, it is a paramount concern whether hydrogen production cost of renewable energy can be greatly reduced by technological innovation. Another issue for an early advent of hydrogen economy is the building of a cost-effective infrastructure. Hydrogen is produced, transported, and stored until it is delivered to end-users. Accordingly, cost-effective infrastructure for hydrogen economy through systemic approach from production to application. This study aims at providing a specific approach to hydrogen transportation based on long-term strategies and roadmap suggested in the 2005 report, "A National Vision of a Hydrogen Economy and Action Plan." The previous two studies(2006 and 2007) focused on the aspect of supply and demand for hydrogen, but not really took into a serious consideration the stages of storage and transportation which connects supply sources and end-users. In this context, main theme in this study is to build-up an optimal hydrogen delivery system by taking a systemic approach to the multiple stages from production to end-users based on analyses of technical properties and costs in each sector of hydrogen application. 2. Methodology This study adopts three approaches: First, production system is categorized into central off-site and distributed on-site. Second, scenario approach to calculating regional fuel cell deployment as well as hydrogen supply by energy sources. Third, transportation plan (LP) to optimize the transportation system of hydrogen. Hydrogen production, if seen in terms of production location, can be categorized into a central off-site plant of large scale hydrogen production and a distributed on-site station. In addition, hydrogen transportation implies that hydrogen produced in a central off-site plant is delivered to end-users, that is, a hydrogen filling station. For a distributed on-site production of hydrogen, the object to be delivered is feedstock such as natural gas, naphtha, LPG, etc., but not hydrogen. The 2007 study constructed an optimization of hydrogen delivery system with hydrogen production location predetermined. Extending the scope of the 2007 research outcomes, this study includes the sources of feedstock for hydrogen production as variable factor, resulting in a more realistic model. The optimization model for the hydrogen supply system is formulated as an integer programming. The objective is to determine the schedule of the hydrogen supply locations and amounts that minimizes the total hydrogen production and transportation cost while satisfying supply and demand limits. The optimal hydrogen supply plan is obtained by applying the well-known LINGO optimization software. 3. Major Findings and Policy Implications Major findings of this study are as follow: First, the maximum hydrogen production from new and renewable energies in 2040 is estimated as 1,778 thousand tons if we adopt a cost effective hydrogen supply system. The previous study estimated the hydrogen production from new and renewable energies in 2040 was 4,502 thousand tons, but this hydrogen supply plan is difficult to achieve because of the lack of the potential domestic resources of new and renewable energies. Second, the average hydrogen supply cost by central off-site hydrogen production in 2040 is estimated as $2.69/㎏H₂, if nuclear power is included for hydrogen production. If we do not utilize nuclear