기후변화 대응 정책으로서 원자력발전의 효과성에 대한 연구

교토의정서가 2020년에 만료됨에 따라 신(新)기후체제로 2015년 12월 제21차 세계기후변화협약 당사국 총회(COP21)에서 파리협약이 채택되었다. 온실가스 배출량 세계 7위, 경제협력개발기구(OECD) 국가 중 1위인 한국은 자발적 감축목표(INDC)로 2030년까지 배출전망치(BAU) 대비 37% 감축을 약속하였다. 이에 따라 산업별, 부문별 목표 달성을 위한 탄소저감 노력이 요구되는 동시에 녹색·청정·에너지·환경을 패러다임으로 전환됨에 따라 새로운 산업과 기술, 시장, 일자리 창출이 기대된다. 특히 신기후체제 대응을 위한 저탄소 에너지시스템 등 미래 에너지 산업 발전 방향에 대한 논의가 확산되고 있다. 파리협약의 주요 사안인 지구 온도를 1.5도 낮추기 위해서는 에너지 효율 향상, 신재생에너지, 원자력 발전 등의 확대가 뒷받침되어야 하며, 특히 원자력과 신재생 에너지는 에너지 안보와 탄소 저감에 그 기여가 높을 것으로 기대된다. 에너지에 대한 공평한 접근은 지속가능한 성장을 위한 필요조건이라고 할 수 있다. 그러나 개도국의 인구증가와 경제성장에 따라 에너지 공급 확대는 앞으로 환경에 엄청난 영향을 미칠 것으로 보인다. 그리고 이에 따라 기후변화가 미치는 영향은 앞으로 수십 년 간 선진국과 개도국의 관련 정책수준과 국제적 협력 수준에 따라 달라질 것이다. IEA는 이에 관하여 가능한 세가지 정책 시나리오를 보여주고 있다(OECD/IEA, 2014). 신규정책 시나리오(New Policies Scenario)는 2014년에 도입된 정책과 수단들을 포함하고 있으며, 온실가스 감축공약이나 에너지효율 개선과 신재생에너지 확대 및 원자력 발전과 관련된, 아직 도입이 되지는 않았지만 제안된 정책안들도 포함되었다. 이러한 도전을 극복하기 위한 실용적인 대안으로 가장 많이 논의되는 것은원자력 발전이다. 기후변화 대응 수단으로서 원자력 발전을 지지하는 주요근거는 원자력발전은 현재 이용 가능한, 이미 상용화된 기술이고, 온실가스 배출이 거의 없으며, 대용량의 에너지를 지속적으로 공급할 수 있다는 점이다. 원자력 발전 시 생애주기에 걸쳐 발생하는 온실가스는 매우 극소량으로 수력 혹은 풍력발전과 비슷한 수준이다. 또한 원자력 에너지는 에너지의 안정적 공급과 관련된 우려를 해소하는데 일조할 수 있다. 최근 몇 년간 화석연료 가격이 하락하였지만 언제든지 반등할 가능성이 있으며, 화석연료 주요 공급 지역의 정치적 불안정성에 대한 근본적인 우려는 여전하다. 그러나 우라늄의 경우 안정적인 공급처가 전 세계에 분포되어 있으며, 원자력 발전비용에서 우라늄이 차지하는 비중은 매우 작기 때문에 원자력 에너지는 에너지의 안정적 공급에 핵심적 역할을 할 수 있다. 이러한 문제의식을 바탕으로 본 연구는 기후변화라는 측면에서 원자력 발전의 장단점을 면밀히 검토한다. 그리고 실제로 온실가스 감축 측면에서 원자력 발전이 과연 효과적인지 그 여부를 실증적으로 분석한다. 이는 환경 쿠즈네츠 곡선(Environmental Kuznets Curve, EKC) 가설에 원자력 발전 비중을 나타내는 변수를 추가하여 원자력 발전 비중 변화에 따른 CO2 배출량 변화를 살펴봄으로써 가능하다. 아울러 저렴한 에너지의 안정적 공급 및 저탄소 에너지원이라는 장점과 사고 발생 시 상상하기 힘든 재해의 가능성이라는 단점을 모두 포함하는 모형을 구축하여 원자력 발전의 사회적 편익 혹은 비용을 추정한다. 구체적으로 본 연구는 다음과 같이 구성되어 있다. 제2장에서는 원자력 발전이 가진 장·단점을 개관한다. 특히 기후변화 측면에서원자력 발전이 가진 가능성을 살펴본다. 제3장에서는 원자력 발전 비중이 추가된 확장된 환경 쿠즈네츠 곡선을 실증적으로 분석한다. 본 연구에서 사용된 시계열 변수는 I(1) 프로세스를 따르고 변수들 간 공적분 관계가 존재하는 것으로 나타났기 때문에 공적분 관계를 고려하는 PDOLS 방법을 사용하여 원자력 발전량 비중 변화에 따른 CO2 배출량 변화를 분석하였다. CO2 배출량에 영향을 미치는 변수 중 대표적으로 GDP 변수를 들 수 있다. 환경쿠즈네츠 곡선 (Environmental Kuznets Curve, EKC) 가설은 초기에 경제가 성장함에 따라 CO2 배출량은 증가하지만 경제 성장이 일정 수준에 이르게 되면 CO2 배출량은 감소하는 것을 가정한다. 즉, 환경쿠즈네츠 곡선 가설은 CO2배출량과 GDP 간의 역의 U자형 관계(Inverted U-shaped Relationship)를 가정한다. EKC 가설에 대한 검정 작업은 지금까지 활발히연구되고 있는 주제로서 CO2배출량과 GDP간의 관계를 분석하는 대표적인 연구 분야라고 할 수 있다. IPS 테스트 결과 원자력 발전량 비중을 제외한 모든 변수가 I(1)으로 나타났기 때문에 변수들 간 공적분 관계가 있는지 확인이 필요하다. Pedroni(1999)는 다수의 독립변수(Multiple Regressors)가 존재하는 경우I(1) 변수 간 공적분 관계 여부를 검정할 수 있는 방법을 제시하였다. Pedroni(1999)의 패널 공적분 검정을 위해 다음의 회귀모형이 추정된다. 위 식에서 i(=1, 2,..., N)는 횡단면 자료의 개수, t(=1, 2,..., T)는 시계열자료의 개수, m(=1, 2,..., M)은 독립변수의 개수를 나타낸다. 그리고 위 식을 통해 추정된 잔차는 다음의 구조를 따른다고 가정한다. 이렇게 추정된 잔차를 이용하여 Pedroni(1999)는 패널 데이터의 공적분 관계를 검정하기 위한 7개의 검정통계량을 제시하였다. 7개의 검정통계량은 두 개의 부류로구분될 수 있는데, “Panel" 검정통계량은 within-dimension 하에서의 검정통계량을 나타내고 ”Group-Mean" 검정통계량은 between-dimension 하에서의 검정통계량을 나타낸다. 종합해보면 온실가스 배출 제약은 미래에 증설할 수 있는 에너지원을 천연가스와 신재생에너지로 제한하고, 설비용량 계획의 제약은 천연가스의 비싼 비용에도 불구하고 천연가스 용량의 증설을 강제하는 것으로 보인다. 그러나 이러한 상황에서는 순환정전으로 부족한 전력 수급을 감당하는 전력시스템을 구축하게 되므로 안정적인 전력 수급에 차질을 빚게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 연구에서는 기존의 7차 전력수급계획에 나와 있는 설비용량계획을 실제 발전할 수 있는 양을 설비용량화한 값으로 대체한 시나리오를 고려하였다. 즉, 설비비용량계획을 실제발전가능 설비용량계획(effective capacity plan)이라고 두어 계산하였다. 보다 구체적으로, 쉘을 만드는 제약식은 다음과 같다.