Ex-ante analysis of welfare change for a liberalization of the natural gas market

이정동, 이종수, Tai-Yoo Kim (2004) · Energy Economics 26:447–461 · DOI ↗

2002 년 예정된 KOGAS 분할·민영화를 앞두고, 한국 천연가스 도매시장에서 세 가지 행위 가정 (현행 규제·MC pricing·Cournot 경쟁) × 두 가지 산업구조 (Model I: 사업자별 터미널 보유, Model II: 터미널 공동 이용) 가 만들 수 있는 후생 변화를 ex-ante 시뮬레이션한다. 자체 개발 industry-wide-equilibrium-model SNUGPS 와 LNG 저장 수요를 내재화한 비용함수를 결합해, 가정·산업·발전 세 segment 의 균형 가격·수량·잉여를 동시에 푼다. 무제약 cournot-competition 도입 시 총후생이 marginal-cost-pricing 대비 5.5–11.0% 감소하고 가정·상업 소비자잉여 비중이 39.1% → 23.7% 로 떨어지는 역진적 재분배 가 발생함을 보여, 시장 규모·수요탄력성·기업 수 등 선결조건 없이 분할만 추진하는 정책의 위험을 정량화한다.

RQ: KOGAS 의 horizontal/vertical divestiture 가 가정·산업·발전 세 segment 의 가격·공급량·후생에 미치는 영향은 무엇이며, 산업구조 (Model I vs II) 와 행위가정 (MC pricing vs cournot-competition) 에 따라 결과가 어떻게 달라지는가?
방법론: cournot-competition, bertrand-nash-equilibrium, conjectural-variation, marginal-cost-pricing, engineering-economics-cost-function, industry-wide-equilibrium-model (SNUGPS), ex-ante-market-simulation
데이터: 한국 천연가스 도매시장 (가정·상업 / 산업 / 발전 3 segment), Type A·B·C LNG 터미널 engineering cost data 1491·2311·7065 obs, 기준연도 2002, RGISS 50.0/52.5/58.3% 시나리오
주요 발견: Model I 에서 cournot-competition 은 marginal-cost-pricing 대비 총공급량 −31.0%, 평균가격 +43.4%, 기업이윤 +2.5 배; 가정·상업 소비자잉여 비중은 39.1% → 23.7%. Model II (터미널 공유) 가 Model I 보다 후생 손실이 작고, 9 개 대칭기업이면 Cournot 도 MC pricing 의 1% 이내로 수렴
시사점: 분할 자체가 후생을 보장하지 않음. 분할 이전에 (i) 수요탄력성을 높이는 정책 (이중연료 세제·요금구조), (ii) 충분한 기업 수를 확보할 시장 성장, (iii) 터미널 공유형 Model II 구조 채택이 필요하다는 단계적 자유화론

Fig. 4. RGISS=50% 시 Model I 후생 분포. CURRENT → MC pricing → Cournot 으로 갈수록 가정·상업 소비자잉여 비중이 무너지고 기업이윤이 50% 까지 팽창 — 무제약 [[cournot-competition]] 도입의 역진적 재분배 효과를 한 장으로 가시화.

요약

1980 년대 후반 이후 영·미·뉴질랜드·호주의 에너지 산업 자유화 흐름은 한국에도 유사 압력을 만들어, 1987 년 도입 이래 KOGAS 가 독점해온 천연가스 도매시장을 2002 년 분할·민영화한다는 정부 계획이 확정됐다. 그러나 자유화 성공이 국가별 기술·시장 조건 에 결정적으로 의존한다는 점, 특히 한국처럼 전량 LNG 수입·take-or-pay 계약·심한 계절 수요 편차 를 가진 시장에서는 단순 외국 사례 차용이 위험하다는 점이 본 paper 의 출발점이다. 기존 자유화 ex-ante 연구 (Green-Newbery 1992 영국 전력, Andersson-Bergman 1995 스웨덴 전력, Golombek et al. 1995 서유럽 가스, Kunneke-Voogt 1997 네덜란드 전력) 가 단일 demand 시장만 다룬 한계를 넘어, 세 segment 동시 + 수입계약 유연성 (RGISS) + 터미널 engineering cost 를 한 모형에 통합한다.

핵심 도구는 세 층위의 결합이다. 첫째, 저자들이 직접 개발한 industry-wide-equilibrium-model SNUGPS (Seoul National University-Gas Policy Simulator, Kim-Lee-Lee 1999) 가 현행 규제 균형 (CURRENT) 을 산출한다. 둘째, Type A·B·C LNG 터미널의 engineering cost data 로부터 수요·저장요구 의 quadratic 함수로 비용함수 $C_{Qi}, C_{Si}$ 를 OLS 추정 — 저장비용을 별도 분리한 것이 핵심 명세 선택이다. 셋째, 세 segment 의 동시 이윤극대화 1 계 조건에 conjectural-variation $\partial q_{-i}/\partial q_i$ 를 0 (Cournot) 또는 −1 (bertrand-nash-equilibrium MC pricing) 로 두어 균형을 푼다. 결과 (Table 4–5) 는 분명하다 — Model I 에서 무제약 Cournot 진입 시 총후생은 9,547 → 9,021 billion won 으로 감소하고, 가정·상업 소비자잉여는 3,732 → 2,142 billion won (−42.6%) 으로 무너지며 기업이윤만 1,783 → 4,511 (+153%) 로 폭증한다. RGISS 가 50%→58.3% 로 악화되면 MC-Cournot 후생 격차가 5.5%→11.0% 로 확대 — 국제 LNG 시장이 불리해질수록 자유화의 부작용이 커진다.

본 paper 는 이정동 의 제 1 기 측정의 도구 (1998-2005) 에서 천연가스 시리즈의 ex-ante 정책 시뮬레이션 응용에 해당한다 — Productivity growth, capacity utilization, and technological progress in the natural gas industry · Profit, productivity, and price differential: an international performance comparison of the natural gas transportation industry 가 과거 productivity 의 국제 비교였다면, 본 paper 는 미래 자유화 의 후생 시나리오를 묻는다. 이종수 의 첫 공저 작품으로, 이 연구에서 다듬어진 oligopoly 균형·소비자잉여 측정 기법이 곧 Evaluation of Technological Innovation in the Cellular Phone Display 의 conjoint-DCM 라인으로 분화된다. 한계는 본문에 명시 — 사업자 대칭성 가정, RGISS 의 외생 처리, 1991 시점 기준 cost data 가 분할 직후 동학을 fully 포착하기는 어렵다. 그럼에도 “분할 전에 어떤 선결조건이 필요한가” 라는 정책 질문에 정량 답을 준 점이 본 paper 가 한국 가스 정책 논쟁에 남긴 핵심 기여다.

핵심 결과

Model I — 사업자별 터미널 보유 (RGISS=50%, 3 firms)

시나리오	총공급 (천 톤)	평균가격 (won/lube)	가정·상업 CS	산업 CS	발전 CS	기업이윤	총후생
CURRENT (현행 규제)	15,544	381	4,316	489	1,457	2,194	8,456
MC pricing	18,528	209	3,732	777	3,255	1,783	9,547
Cournot	14,142	369	2,142	460	1,908	4,511	9,021

(후생은 billion won, 2002 기준)

Model II — 터미널 공유 (RGISS=50%, $\eta_{R\&C}=0.4$ )

시나리오	$n$	총공급	평균가격	기업이윤	총후생
MC pricing	1	16,942	268	1,991	8,657
Cournot	3	13,117	410	4,302	8,263
Cournot	6	14,783	349	3,481	8,531
Cournot	9	15,437	324	3,081	8,595

기업 수 $n=9$ 면 Cournot 후생이 MC pricing 의 1% 이내로 수렴. 단 firm size ≈ 1.7 million tons → 국제 LNG 표준 계약 단위 대비 과소.

행위가정 효과 (Model I, RGISS=50%): Cournot 도입 시 가정·상업 소비자잉여 비중 39.1% → 23.7%, 기업이윤 비중 18.7% → 50.0% — 후생 재분배가 총량 변화보다 더 dramatic 한 정책 신호.

방법론 노트

LNG 수입 산업의 후생 분석은 세 가지 특수성 을 함께 다뤄야 한다 — (i) take-or-pay 계약의 정상 수입 vs 계절적 수요 변동이 만드는 저장 요구, (ii) 가정·상업 / 산업 / 발전이라는 수요 segment 의 가격탄력성 비대칭 (각 −0.4, −0.8, −0.58), (iii) 분할 후 제한된 기업 수 가 만드는 oligopoly 게임. 본 paper 는 이 세 층을 비용함수 + 수요함수 + 균형조건으로 통합한다.

LNG 터미널의 비용은 수요량 과 저장요구 두 변수의 비분리형 quadratic:

C_{Si}(\text{RGISS}) = \beta_{Ci} + \beta_{Qi} q_i + \beta_{Si} S_i + \beta_{QQi} q_i^2 + \beta_{QSi} q_i S_i + \beta_{SSi} S_i^2

S_i = 0.1622\, q_{Ci} - 0.03927\, q_{Ii} - 0.1569\, q_{Gi}

여기서 $q_i = q_{Ci} + q_{Ii} + q_{Gi}$ 는 사업자 $i$ 의 총공급, $S_i$ 는 저장요구 (가정 수요가 저장요구를 증가, 산업·발전은 감소 — 계절 패턴 차이 때문), $\text{RGISS}$ 는 연 총수입 대비 여름 (4–10월) 수입 비율 (수입계약 유연성의 proxy).

균형은 세 segment 의 conjectural-variation 1 계 조건을 동시에 푼다:

P_C + \frac{\partial P_C}{\partial q_C}\left(1 + \frac{\partial q_{-Ci}}{\partial q_{Ci}}\right) = \frac{\partial C_i}{\partial q_i}\frac{\partial q_i}{\partial q_{Ci}} + \frac{\partial C_i}{\partial S_i}\frac{\partial S_i}{\partial q_{Ci}}

(산업·발전에 대해 대칭 조건). $\partial q_{-i}/\partial q_i = 0$ 이면 cournot-competition, $= -1$ 이면 bertrand-nash-equilibrium MC pricing. 식별 전략의 핵심은 (i) 비용함수는 engineering cost simulator 가 만든 외생 grid data 로 OLS — 시장 endogeneity 회피, (ii) industry-wide-equilibrium-model SNUGPS 가 현행 규제 균형의 baseline 을 제공해 분할 시나리오와 직접 비교 가능, (iii) RGISS·기업수·수요탄력성에 대한 sensitivity analysis 로 ex-ante 결과의 조건부 robustness 를 명시한다는 점이다.

연구 계보

본 paper 는 이정동 의 천연가스 시리즈의 ex-ante 정책 응용편으로, ex-post productivity 측정인 Productivity growth, capacity utilization, and technological progress in the natural gas industry · Profit, productivity, and price differential: an international performance comparison of the natural gas transportation industry 의 자매작이다 — 같은 LNG cost-structure 지식을 과거 분해 가 아닌 미래 시뮬레이션 으로 전환했다. 방법론 계보로는 Green-Newbery (1992 JPE 영국 전력 spot 시장), Klemperer-Meyer (1989 Econometrica supply function equilibrium), Andersson-Bergman (1995 스웨덴 전력), Golombek-Gjelsvik-Rosendahl (1995 서유럽 가스 cournot-competition), Kunneke-Voogt (1997 네덜란드 전력 NEDMOD) 의 자유화 ex-ante 시뮬레이션 전통을 잇는다. Labys-Weyant (1990) 의 industry-wide equilibrium 개념을 SNUGPS (Kim-Lee-Lee 1999) 로 한국 가스 산업에 구현한 것이 자체 도구 기반이다.

TEMEP 내 후속 연결로는 본 paper 가 이종수 의 첫 외부 학술지 공저로, 여기서 다듬어진 소비자잉여 측정 + 시장 시뮬레이션 기법이 곧 Evaluation of Technological Innovation in the Cellular Phone Display 등 conjoint-DCM 라인으로 분화한다. 허은녕 의 에너지 정책 분석 라인과 자연스러운 인접 관계.

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