온실가스 감축정책 분석을 위한 전력 부문 상향식 LP 모형과 하향식 CGE 모형 통합 알고리듬

Abstract

본 논문에서는 한국형 온실가스 감축 정책 분석을 위하여 개발된 전력부문 상 · 하향통합 모형 구축을 위한 연계 알고리듬을 소개한다. 상향식 모형과 하향식 모형은 에너지 시스템과 경제의 상호 작용을 모델링하여 온실가스 감축 정책을 분석할 때 사용되는 중요한 패러다임이다. 상향식 모형은 특정 산업 분야의 온실가스 감축 기술 조합 연구에 특화되어 있고, 하향식 모형은 경제적 파급효과 분석에 특화되어 있다. 이들 개별 모형을 감축 정책의 기술적인 파급 효과를 일관된 분석 틀 안에서 분석할 수 없고, 기술 조합과 경제 변수간의 상호 작용 역시 고려하기 어려운 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 단점들을 보완하고 상향식 모형의 기술 조합 정보와 하향식 모형의 경제 변수 정보를 일관된 분석틀 안에서 생성할 수 있는 상하향식 통합 모형을 소개한다. 본 논문에서 소개하는 통합 모형은 연계를 전제로 상향식 모형과 하향식 모형을 독립적으로 개발하고 이를 체계적으로 상호 연계하는 ‘연계형 통합 모형’방식이다. 하향식 모형은 연산가능 일반균형 (CGE)모형으로, 전력 부문 상향식 모형은 LP(Linear Programming) 모형으로 각각 개발되었다. 상향식과 하향식 모형을 통합하는 연계알고리즘에 분할 해법을 적용하여, 하향식 모형에서 얻은 가격, 수요 정보를 상향식에 전달하고, 상향식 모형에서는 기술선택에 의한 생산정보를 결정하여 하향식 모형에 전달하는 과정을 반복적으로 수행한다. LP 모형은 구석해 선택과 과잉특화문제로 이해 기준년도 기술현황에 대한 재현 과정이 매우 복잡하다. 이러한 LP모형의 단점을 보완하기 위해 PMP(Positive Mathematical Programming)기법이 적용되었다. 본 논문의 통합 모형에 포함되는 상 · 하향식 모형은 모두 멀티피리어드(multi-period)동태모형으로 개발되었다. 상향식 모형은 forward-looking 모형, 하향식 모형은 축차적(recursive)모형으로 각각 개발되어 있어서 통합모형의 균형해로 수렴할 수 있는 연계 알고리듬이 요구된다. 축차적 CGE 모형과 동태적 상향식 LP모형의 연계는 하향식 모형이 자본수익률을 하향식 모형의 할인율로 전달하여 상호 일관성을 유지할 수 있다. 본 논문에서의 연계 알고리듬에서는 하향식 모형인 CGE에서 자본 수익률을 포함하는 균형 가격들과 수요량을 상향식 모형으로 전달해주고, 상향식 모형에서는 세부적인 생산 의사결정과 함께 투자 계획을 도출하여 이를 다시 CGE로 전달해 주는 방안으로 구현하였다. 통합 모형의 연계 알고리듬이 균형해로 안정적으로 수렴할 수 있도록, 전체 모형 기간을 대상으로 축차적 CGE를 푼 결과와 상향식 모형(전체 모형 기간을 포함하는 하나의 최적화 문제)의 결과를 통째로 연계하였다. 본 논문에서 소개한 전력 부문 상하향식 통합 모형의 수렴성과 시범 분석 내용을 보여준다.