Changes in Energy Intensities by Energy Type in Korea: A Decomposition Analysis

Hyunkeong Kim, 허은녕 (2005) · Geosystem Engineering 8(1):1-4 · DOI ↗

한국 산업 (광업·건설·제조) 의 에너지 강도 변화 (1981-2002) 를 석탄·정유·전력 3 개 에너지원별로 분해한다. LMDI 분해 (Ang-Zhang-Choi 1998 의 multiplicative form, perfect decomposition no residual) 을 production · structure · intensity 효과로 적용. 1997 외환위기 후 aggregate intensity 는 하락했지만 전력 intensity 만 1981 년 이래 일관 상승 — 산업 전기화 (electrification) 의 정량 신호. 3 에너지원 모두 production effect 가 최대 기여 (석탄 2.90%, 정유 13.45%, 전력 8.55%), structure effect 는 양(+) 으로 한국 산업 구조가 에너지 집약 방향으로 이동했음을 시사.

RQ: 1997 외환위기 전후 한국 산업의 에너지 강도 변화를 (i) 석탄·정유·전력 3 에너지원별로, (ii) production · structure · intensity 의 3 요인으로 분해하면 어떤 패턴이 드러나는가? KEEI (2003) 의 제조업 단일 분해를 어떻게 확장할 것인가?
방법론: LMDI 분해 (Ang-Zhang-Choi 1998 logarithmic mean Divisia, multiplicative form), 지수 분해 분석, perfect decomposition (no residual, handles zero values), 4 sub-period 분할 (1981-1990, 1990-1997, 1997-1998, 1998-2002)
데이터: 한국 산업 (mining + construction + manufacturing) 의 연도별 총 에너지 소비 (ktoe), 산업 총 생산 (1995 constant prices, billion won), sector 별 production share. 석탄·정유·전력 3 에너지원, 1981-2002 (22 년). Sources: KEEI Yearbook of Energy Statistics, MOCIE, BOK, NSO
주요 발견: (i) 석탄 (1981-2002): production effect +143.42% (기여율 +2.90%), structure +3.68% (+0.07%), intensity −47.09% (−0.95%) — 효율 개선이 상쇄. (ii) 정유 (1981-2002): production +191.43% (+13.45%), structure +13.77% (+0.97%), intensity −105.20% (−7.39%); 위기 직전 1990-1997 에 intensity effect +2.51% 로 일시 악화 (spot-price 도입으로 oil price 하락). (iii) 전력 (1981-2002): production +82.34% (+8.55%), structure +17.21% (+1.79%), intensity +0.46% (+0.05%) — 세 효과 모두 양(+), 효율 개선 없이 일관 증가
시사점: 산업 전기화는 위기 후에도 가속되는 구조적 추세 — 에너지 정책은 단일 aggregate 가 아닌 에너지원별 강도 동학을 보고 설계해야 한다. Intensity effect 가 효율 정책의 핵심 lever 이지만 전력 부문에서는 그 효과가 미미

요약

본 paper 는 허은녕 의 1기 (1998-2008) 분석 도구 확립의 energy-intensity-decomposition 라인 첫 표지작. 한국 산업의 에너지 강도가 1997 외환위기 후 하락 추세를 보이지만 전력 부문에서만 일관 상승하는 stylized fact 를 정량 분해로 설명하는 동기에서 출발한다. KEEI (2003) 가 한국 제조업 에너지 소비를 단일 aggregate 로 분해한 작업을 (i) 광업·건설 부문 포함, (ii) 석탄·정유·전력 3 에너지원 분리, (iii) LMDI 분해 (Ang-Zhang-Choi 1998) 채택으로 확장. LMDI 의 장점은 perfect decomposition (residual 없음) + zero value 처리 가능 + log-mean weight 의 path-independence 보장.

분해 결과는 에너지원별로 뚜렷이 다른 패턴을 보인다. 석탄 (1981-2002): 소비량 13.3 Mtoe 증가 중 production effect +19.1 Mtoe, structure +0.5 Mtoe, intensity −6.3 Mtoe — 효율 개선이 양(+) 효과를 부분 상쇄. 정유: 소비량 8.04 Mtoe 증가 중 production +15.39, structure +1.11, intensity −8.46 Mtoe; 4 sub-period 로 보면 1990-1997 에 intensity effect 가 +2.51% 로 일시적 악화 — spot price 도입으로 oil price 하락이 효율 incentive 를 약화. 전력: 1981-2002 전체에서 세 효과 모두 양(+) — production +8.55%, structure +1.79%, intensity +0.05%. 위기 후 1998-2002 에 production +12.29% 로 급반등, intensity 가 −4.04% 로 개선됐지만 전체 추세는 일관 상승. 제조업의 전력 소비 연평균 증가율은 1998-2002 에 10% 에 달함.

본 연구의 한계와 함의: (i) sub-period 분할은 연구자 재량 — 외환위기를 1997-1998 단일 spike 로 포착했으나 더 세분화 가능. (ii) intensity effect 가 효율 개선의 직접 지표지만 전력의 0.05% 수치는 사실상 효율 정책이 작동하지 않았음 을 보여줌. (iii) structure effect 가 양(+) → 한국 산업이 에너지 집약 방향 (반도체·디스플레이·LCD 등 전력 다소비 산업 확장) 으로 이동. 허은녕 의 후속 The direct and indirect household energy requirements in the Republic of Korea from 1980 to 2000: An input-output analysis 가 본 framework 을 가구 부문 input-output 으로 확장하고, 1997 외환위기 전후 한국 에너지 strucrual 변화의 정량 진단 라인을 형성한다.

핵심 결과

Table 1-3 통합: 에너지원별 LMDI 분해 (1981-2002)

에너지원	Production effect	Structure effect	Intensity effect	연평균 ΔE 증가율
석탄	+143.42% (+2.90)	+3.68% (+0.07)	−47.09% (−0.95)	7.02%
정유	+191.43% (+13.45)	+13.77% (+0.97)	−105.20% (−7.39)	—
전력	+82.34% (+8.55)	+17.21% (+1.79)	+0.46% (+0.05)	—

괄호 안은 기여율 (effect × 연평균 ΔE 증가율). 정유의 음(-) 합계는 분해 식의 multiplicative 효과로 −100% 가능.

Sub-period 분해 — 정유 (Table 2):

기간	Production	Structure	Intensity
1981-1990	+131.81 (+13.74)	+14.17 (+1.48)	−45.99 (−4.79)
1990-1997	+69.03 (+6.45)	+4.09 (+0.38)	+26.88 (+2.51)
1997-1998	+18.32 (−3.78)	−0.94 (+0.19)	+82.62 (−17.02)
1998-2002	+546.18 (+12.13)	−391.44 (−8.69)	−54.74 (−1.22)

Sub-period 분해 — 전력 (Table 3):

기간	Production	Structure	Intensity
1981-1990	+80.80 (+9.33)	+24.51 (+2.83)	−5.32 (−0.61)
1990-1997	+69.24 (+7.89)	+7.47 (+0.85)	+23.29 (+2.65)
1997-1998	+115.95 (−4.22)	+1.26 (−0.05)	−17.21 (+0.63)
1998-2002	+128.78 (+12.29)	+13.55 (+1.29)	−42.33 (−4.04)

해석: (i) 모든 에너지원에서 production effect 가 최대 기여 — 한국 경제 고성장이 1차 driver. (ii) 정유의 1990-1997 intensity effect 양(+) — spot price 도입으로 oil price 하락이 효율 incentive 약화. (iii) 위기 후 1998-2002 정유의 structure effect 가 −8.69% 로 큰 음(-) — 정유 의존 산업 구조에서 탈피 (에너지 reform). (iv) 전력은 위기 후에도 production + structure 모두 양(+) — 산업 전기화의 구조적 가속.

방법론 노트

LMDI (logarithmic mean Divisia index) 는 Ang-Zhang-Choi (1998) 가 Divisia index 의 residual 문제를 logarithmic mean weight 로 해결한 perfect decomposition 방법. 에너지 소비를 production · structural · intensity 효과로 분해할 때 (i) path-independence, (ii) zero value 처리, (iii) consistency in aggregation 의 세 desiderata 를 동시에 만족.

핵심 식 — Multiplicative form LMDI:

E_T - E_0 = \sum_i L(E_{i,T}, E_{i,0}) \left[\, \ln \frac{Y_T}{Y_0} + \ln \frac{S_{i,T}}{S_{i,0}} + \ln \frac{I_{i,T}}{I_{i,0}} \,\right]

여기서 $L(a,b) = (a-b)/\ln(a/b)$ 는 logarithmic mean weight (Ang-Zhang-Choi 1998), $E$ 는 총 에너지 소비, $Y$ 는 총 산업 생산 (1995 constant), $S_i = Y_i / Y$ 는 sector $i$ 의 생산 비중, $I_i = E_i / Y_i$ 는 sector $i$ 의 에너지 강도. 우변 3 항이 각각 production effect (산업 전체 활동량 증가), structure effect (sector mix 변화), intensity effect (sector-level 효율 변화).

식별 전략: (i) sector 분류가 분해 결과의 anchor — 본 연구는 mining + construction + manufacturing 의 3 대분류, 더 세분하면 sub-effect 가 더 명확히 드러남. (ii) constant price (1995) 사용으로 가격 효과 제거. (iii) sub-period 분해로 외환위기 같은 structural break 의 효과 분리. (iv) 기여율 (contribution rate) = effect × 연평균 ΔE 증가율 — 두 paper 간 비교 가능한 normalized 지표.

연구 계보

본 paper 는 (i) Ang (1994 Energy Economics), Ang-Choi (1997 Energy Journal), Ang-Zhang-Choi (1998 Energy), Ang-Zhang (2000 Energy), Ang-Liu (2001 Energy) 의 Divisia decomposition 발전 라인 — 특히 Ang-Zhang-Choi (1998) 의 LMDI 정식화가 본 paper 의 직접 토대. (ii) 한국 적용 측면에서 KEEI (2003) 의 제조업 단일 분해를 광업·건설 포함 + 에너지원 분리로 확장. (iii) 비교 사례로 Bhatacharyya-Ussanarassamee (2004) 의 Thai industry 분해, Fisher-Vanden-Jefferson-Liu-Tao (2004 RER Econ) 의 China energy intensity 분해 인용. (iv) Oh-Lee (2004 Energy Economics) 의 Korea 에너지-GDP 인과관계 — 본 paper 의 production effect 강조의 동기.

허은녕 의 author page 분류상 1기 (1998-2008) 에너지 시장·자원 경제학 기초 의 에너지 효율 분해 라인 첫 paper 이며, 자매작 The direct and indirect household energy requirements in the Republic of Korea from 1980 to 2000: An input-output analysis 가 가구 부문 input-output 으로 확장한다. 분해 framework 이 한국의 1997 외환위기 전후 energy intensity 구조 변화를 정량화하는 표준 도구가 됨.

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