Dynamic Economic Analysis of Subsidies for New and Renewable Energy in South Korea

Gobong Choi, 허은녕, Chul-Yong Lee (2018) · Sustainability 10(6):1832 · DOI ↗

한국 One Million Green Homes (주택 지원) 프로그램의 4 에너지원 — 태양광 PV · 연료전지 · 태양열 · 지열 — 보조금을 비용편익분석 의 B-C ratio · NPV · IRR · 페이백 4 지표 × 정부·소비자 두 관점 × 2004-2015 연도별로 동태 후평가. 태양광 PV 정부 B-C 가 2014 년 1.052 로 처음 1 돌파, 2015 년 1.137 + NPV +8.07 billion KRW. 연료전지는 2010-2015 모든 해 정부·소비자 둘 다 비경제 (정부 NPV -5 ~ -12 billion KRW/년). 태양열·지열은 소비자만 양호. 2014-2015 년 태양광 보조금이 과다 배정됐다는 결론.

RQ: 한국 주택 지원 프로그램의 신·재생 에너지 보조금이 정부·소비자 관점에서 연도별·에너지원별로 어떤 경제성 변화를 가져왔는가? 동태적 후평가로 어떤 정책 시사점이 도출되는가?
방법론: 비용편익분석 (B-C ratio + 순현재가치 + IRR + Payback Period), 정부 사회 할인율 5.5% · 소비자 7.0% (이 paper 는 동일 할인율 — IRR/PP 추가 지표)
데이터: 한국 KNREC One Million Green Homes 프로그램 분기 통계 (2015 말 누적): 태양광 PV 186,580 가구, 태양열 24,296, 지열 9,634, 연료전지 2,249. 연도별 2004-2015 (PV/태양열), 2009-2015 (지열), 2010-2015 (연료전지)
주요 발견: PV 정부 B-C 2004 = 0.243, 2014 = 1.052 (첫 1 돌파), 2015 = 1.137. PV 정부 NPV 2008 = -65.1 billion KRW/년 (최악), 2015 = +8.07 billion KRW/년. 연료전지 정부 B-C 2010-2015 = 0.249-0.426, NPV -5 ~ -12 billion KRW/년 (지속 비경제). 태양열·지열 정부 B-C 대부분 < 1 (예외: 2007 태양열 1.145), 소비자 B-C 모든 해 > 1. 2015 소비자 IRR — PV 19.7%, 태양열 15.2%, 지열 11.8%, 연료전지 -1.2%.
시사점: 2014-2015 PV 보조금 과다 배정. 한정 예산을 다른 에너지원에 분배하면 전체 신·재생 보급률 제고 가능. 동태적 후평가 (post-evaluation) 가 정태적 ex-ante 분석보다 정책 개선에 유용. 연료전지·태양열·지열은 unit installation cost 의 기술 감소가 우선 과제.

요약

이 연구는 한국 1차 에너지의 화석연료 비중 83.9% (2014), 해외 의존도 95.2% 라는 구조 속에서 신·재생 에너지 보급 정책의 실효성을 정량 평가한다. 한국의 재생에너지 1차 에너지 비중은 1.5% (2012) 로 OECD 평균 9.4% 의 1/6 수준. 정부는 신·재생 에너지 보급 촉진법 27 조에 따라 One Million Green Homes Program 을 운영 (12.5 million 가구 중 100 만 가구가 2020 까지 목표) 해왔으나, 성과의 시기별·에너지원별 dynamic 평가는 부재했다. 4 에너지원 — 태양광 PV (보조 max 40%), 태양열 (50%), 지열 (50%), 연료전지 (75%).

방법론은 비용편익분석 기반 4 지표 — B-C ratio, 순현재가치, IRR, Payback Period — 를 정부 (S1) 와 소비자 (S2) 두 관점으로 분리해 매년 cohort 로 적용. 기존 연구 (Abu-Bakar et al. 2014; Dusonchet-Telaretti 2010, 2015; Campoccia et al. 2009; Papadopoulos-Karteris 2009; Lin-Chang-Chung 2015; Kaldellis et al. 2005) 가 (i) 한 두 에너지원 한정, (ii) static ex-ante 분석에 그친 한계를 (i) 4 에너지원 동시, (ii) 연도별 cohort 동태 후평가로 보완. 정부 cost = 보조금 + 소비자 자기부담 (총 설치비), benefit = LNG 복합 연료비 대체 + GHG 감축 + 공해 co-benefit. 소비자 cost = 자기부담 설치비 + 연료비 (연료전지의 도시가스), benefit = 도시가스 보일러 또는 누진 전력 요금 감소분. 에너지원별 capacity factor (PV 14.93%, 연료전지 74.56%) · 경제 수명 20 년 가정. CO2 가격 10,506 KRW/tCO2, co-benefit $44/tCO2.

결과는 (1) PV — 정부 B-C 2004 = 0.243 → 2014 = 1.052 (첫 1 돌파) → 2015 = 1.137; NPV 2008 = -65.1 billion KRW/년 (최저) → 2015 = +8.07 billion KRW. 소비자 B-C 2015 = 2.132, IRR 19.7%, PP 7 년. 정부·소비자 양 관점 모두 경제성 확보 (2014 부터). (2) 연료전지 — 정부 B-C 2010-2015 = 0.25-0.43, NPV -5.4 ~ -12.3 billion KRW/년 (모든 해 적자). 소비자 B-C 0.61-0.84 (모든 해 비경제), IRR 2015 = -1.2%. 양 관점 모두 실패. 원인은 LNG 가격에 노출된 연료비 + 높은 unit installation cost. (3) 태양열·지열 — 정부 B-C 대부분 < 1 (예외: 2007 태양열 1.145, NPV +378 million KRW), 소비자 B-C 모두 > 1. 소비자만 양호. (4) 정책 시사점 — 2014-2015 PV 보조금이 과다 (소비자 NPV 46 billion KRW/년 > 정부 NPV 8 billion KRW/년 의 격차). 한정 예산을 다른 에너지원에 균형 배분하면 전체 보급률 제고 가능. 이는 허은녕 의 2 기 후반 재생에너지 정책 평가 라인의 Prices versus quantities: Comparing economic efficiency of feed-in tariff and renewable portfolio standard in promoting renewable electricity generation (발전 정책 비교) 의 자매 작업으로, 발전 정책 (FIT/RPS) 과 보급 정책 (housing subsidy) 양 축의 경제성 평가를 완성한다.

핵심 결과

에너지원	정부 B-C (2015)	소비자 B-C (2015)	정부 NPV (2015)	소비자 IRR (2015)	PP (2015 소비자)
태양광 PV	1.137	2.132	+8,066	19.7%	7 년
연료전지	0.426	0.841	-6,721	-1.2%	N
태양열	0.898	1.852	-1,245	15.2%	10 년
지열	0.720	1.520	-12,569	11.8%	12 년

NPV 단위 million KRW/년 (각 연도 cohort). N = 경제 수명 (20 년) 내 회수 불가. 사회 할인율 5.5%, 분석 기간 20 년. PV NPV 2008 = -65.1 billion KRW/년 (최악) → 2015 = +8.07 (양 관점 turning point).

방법론 노트

순현재가치 의 cohort 형식:

NPV_t = \sum_{\tau=0}^{n} \frac{B_\tau - C_\tau}{(1+i)^\tau}

각 연도 $t$ 의 보급 가구를 독립 cohort 로 분리해 그 cohort 의 20 년 수명 동안의 cash flow 계산. 보조금 단가·연료 가격·기술 비용의 시변 dynamic 을 매년 새 cohort 로 반영. 정부 관점 fuel cost:

\text{Fuel cost (KRW/kWh)} = \frac{860 \cdot \text{fuel price (KRW/kg)}}{(1 - \text{aux ratio}) \cdot \text{thermal eff.} \cdot \text{heating value}}

IRR 은 $NPV = 0$ 의 할인율, PP 는 누적 cash flow 가 자기부담을 처음 회복하는 시점. Dynamic post-evaluation 의 핵심 가치는 같은 정책의 효과가 cohort 별로 다르다는 점 — PV 는 unit installation cost 의 기술적 감소가 매년 누적되어 2014 turning point 를 만든 반면, 태양열·지열은 unit cost 가 정체되어 cohort 가 누적돼도 정부 NPV 가 개선되지 않음.

연구 계보

허은녕 의 2 기 후반 재생에너지 정책 평가 라인. Prices versus quantities: Comparing economic efficiency of feed-in tariff and renewable portfolio standard in promoting renewable electricity generation (발전 정책 비교) 의 자매 작업 (보급 정책 평가) — 동일 1 저자 Gobong Choi · 동일 공저자 Chul-Yong Lee 의 박사 연구 흐름. 직접 선행: Abu-Bakar et al. (2014) 의 영국 RHI 분석, Dusonchet-Telaretti (2010, 2015) 의 EU FIT 분석, Campoccia et al. (2009) 의 4 국 PV·풍력 비교, Papadopoulos-Karteris (2009) 의 그리스 FIT 분석, Lin-Chang-Chung (2015) 의 대만 가정 태양 열수, Kaldellis et al. (2005) 의 그리스 보조금 분석. CBA 의 신·재생 적용은 Battocletti-Glassley, Sharma, O’mahoney-Thorne-Denny, Lantz-Chang-Pharo, Pelsoci, Bergmann-Hanley, O’connor-Loomis-Braun, Gallaher-Rogozhin-Petrusa 의 source-specific 분석 라인. 한국 housing program 의 dynamic 후평가는 본 연구의 차별점 — 기존 연구는 모두 single-snapshot ex-ante 분석.

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Prices versus quantities: Comparing economic efficiency of feed-in tariff and renewable portfolio standard in promoting renewable electricity generation