The Public's Willingness to Pay for Securing a Reliable Natural Gas Supply in Korea

Jihoon Jang, 이종수, seunghoon-yoo (2014) · Energy Policy 69:3-13 · DOI ↗

한국의 LNG 저장률을 현 11% 에서 OECD 평균 수준인 20% 로 끌어올리는 정책에 대한 가구당 willingness-to-pay 를 조건부 가치 평가법 로 추정. 1,000 가구 면접조사 + one-and-one-half-bound-dichotomous-choice (OOHB DC) + zero-WTP 응답 (42%) 처리를 위한 spike-model 결합. 연간 평균 WTP = KRW 9,641 (USD 8.68) / 가구, 전국 총 편익 = KRW 169.43 billion (USD 152.55 million) / 년, 10 년 할인 총 편익 = KRW 1.35 trillion (USD 1.21 billion). LNG 저장시설 증설 capital cost (KRW 1,090 billion) 를 초과하는 social benefit 확인.

• RQ: 한국 일반대중은 LNG 저장률을 11% 에서 20% 로 향상시키는 정책에 얼마를 지불할 의향이 있는가? socio-demographic 특성과 risk attitude 가 WTP 에 어떤 영향을 미치는가?
• 방법론: 조건부 가치 평가법 (Mitchell-Carson 1989), one-and-one-half-bound-dichotomous-choice (Cooper-Hanemann-Signorello 2002), spike-model (Kriström 1997 → Yoo-Kwak 2002 OOHB 확장), Hanemann (1984) utility-difference-model, maximum likelihood estimation via NLOGIT, krinsky-robb-simulation (5,000 회 Monte Carlo) for 95% CI
• 데이터: 한국 1,000 가구 (2065세 가구주/배우자) 전국 random sample, 2013년 5월 face-to-face 면접조사. 8 개 bid set: (1k, 3k), (2k, 4k) … (8k, 10k) KRW. covariates: age, education, income, family size, energy interest (15 Likert), risk attitude (1~5 Likert)
• 주요 발견: (i) 평균 연 WTP = KRW 9,641 (USD 8.68) per household, 95% CI [8,431, 11,244] KRW; (ii) zero-WTP 응답 비율 = 42% (spike = 0.42); (iii) 전국 17,574,067 가구 확장 시 연간 편익 = KRW 169.43 billion (USD 152.55 million); 5.5% 사회할인율로 10 년 누적 = KRW 1.35 trillion (USD 1.21 billion); (iv) 교육·소득·에너지 관심도 양(+) 유의, 가족규모 음(−) 유의; (v) 비교 cost = LNG 저장시설 capital cost KRW 1,090 billion / 10년 → WTP 기반 benefit 가 cost 초과
• 시사점: LNG 저장률 1%p 향상의 social benefit = KRW 149.71 billion (USD 134.79 million). 비시장재 (reliable LNG supply) 의 사회적 가치를 정량 입증해 cost-benefit analysis 의 benefit-side input 제공. 지역 주민 보상 수준 산정의 reference value 로도 활용 가능

요약

이 paper 는 이종수 의 2기 에너지 정책 라인 의 대표 작업 중 하나로, 조건부 가치 평가법 (CVM) 을 LNG 공급 안정성이라는 비시장 공공재 의 화폐가치 추정에 적용한다. 한국은 1차 에너지의 97% 를 수입에 의존하고, NG 의 99% 를 LNG 형태로 도입한다. 2012년 기준 LNG 저장률은 11% 로, 프랑스 (26%), 독일 (26%), 미국 (18%), 일본 (17%) 대비 현저히 낮다. 정부는 이를 20% (15% 수요 변동 대응 + 5% 전략 비축) 로 끌어올리는 정책을 발표했지만, KRW 1,090 billion (USD 980 million) 의 capital cost 를 사회적으로 정당화할 benefit 측 정량 근거가 부재했다 — 본 paper 의 motivation.

방법론은 조건부 가치 평가법 의 dichotomous choice (DC) 계보 중 가장 통계적으로 효율적이고 응답 일관성이 높은 one-and-one-half-bound-dichotomous-choice (OOHB DC) 모델을 채택했다. Cooper-Hanemann-Signorello (2002) 가 제안한 OOHB 는 single-bound DC 의 statistical inefficiency 와 double-bound DC 의 compliance/rejection bias 를 동시에 해결한다. 응답자는 두 집단으로 분할되어 한 집단은 low bid → high bid 순서, 다른 집단은 high bid → low bid 순서로 질문받는다. 추가로 42% 의 zero-WTP 응답 (full sample 의 큰 비중) 을 처리하기 위해 Kriström (1997) 의 spike model 을 OOHB 에 확장 (Yoo-Kwak 2002). spike 는 distribution 의 0 점에 정확히 mass 가 있다는 것을 모델링한다. WTP cdf 는 logistic distribution 가정, spike = $[1+\exp(a)]^{-1}$, mean WTP = $(1/b)\ln[1+\exp(a)]$.

실증 결과는 세 가지로 요약된다. 첫째, 연간 평균 WTP = KRW 9,641 / 가구 (USD 8.68), 95% CI = KRW 8,431~11,244 (Krinsky-Robb 5,000회 Monte Carlo). 이는 가구당 연간 도시가스 요금 (2013년 KRW 767,000) 의 약 1.3% 에 해당. 둘째, covariate 모델에서 education (β=0.0924***), income (β=0.0010*), family size (β=−0.0025***), energy interest (β=0.5940***) 가 유의 — 교육·소득·관심도 높을수록 WTP↑, 가족 규모 클수록 WTP↓. 셋째, sample 결과를 전국 17,574,067 가구로 확장하면 연간 편익 KRW 169.43 billion (USD 152.55 million); 사회할인율 5.5% 적용 10년 누적 KRW 1.35 trillion (USD 1.21 billion). LNG 저장률 1%p 향상의 social benefit ≈ KRW 149.71 billion. 정부 발표 capital cost (KRW 1,090 billion / 10년) 를 social benefit (KRW 1,350 billion) 가 초과 — 정책의 cost-benefit 정당성 확보.

한계는 명시적이다. 첫째, hypothetical scenario 에 대한 stated preference 이므로 hypothetical bias 위험 (실제 지불 의향과 괴리). 둘째, OOHB 가 DBDC 의 compliance/rejection bias 를 완화하지만 완전 제거는 아님. 셋째, Damigos et al. (2009 Greece, CV), Chou et al. (2011 France/Italy/UK, CE), Jun et al. (2009 Korea, GDP loss) 와의 직접 비교는 연구 대상·방법론·국가 차이로 rough range 만 비교 가능. 그럼에도 본 paper 의 contribution 은 한국 LNG 공급 안정성에 대한 최초의 WTP 정량 측정 — 후속 에너지 정책 의사결정의 reference benchmark.

핵심 결과

OOHB Spike Model 추정 결과 (N=1,000)

Variable	Without covariates	With covariates
Constant	0.3211 (5.06)***	−2.9626 (−4.30)***
Bid amount	−0.0899 (−13.15)***	−0.0987 (−12.95)***
Age	—	−0.0012 (−0.16)
Education	—	0.0924 (3.16)***
Income	—	0.0010 (2.31)*
Family size	—	−0.0025 (−3.04)***
Energy interest	—	0.5940 (7.29)***
Risk attitude	—	−0.1409 (−1.81)*
Spike	0.4204 (27.18)***	0.4162 (25.46)***
Log-likelihood	−1147.96	−1095.99
Wald (p-value)	738.60 (0.000)	648.31 (0.000)

핵심 정량 발견

• 연간 평균 WTP = KRW 9,641 (USD 8.68) / household, 95% CI = [8,431, 11,244] KRW
• Zero-WTP 응답 = 42% (spike 정확히 일치)
• 전국 가구 확장 연간 편익 = KRW 169.43 billion (USD 152.55 million)
• 10년 누적 (5.5% 할인) = KRW 1,347.35 billion (USD 1.21 billion)
• LNG 저장률 1%p 향상 social benefit ≈ KRW 149.71 billion
• vs. LNG 저장시설 capital cost KRW 1,090 billion / 10년 → benefit > cost

*** p<0.01, * p<0.10. t-values in parentheses.

방법론 노트

one-and-one-half-bound-dichotomous-choice + spike-model 의 결합 log-likelihood. 응답자는 low bid $A_i^L$ 와 high bid $A_i^U$ ($A_i^L < A_i^U$) 의 sequential 질문을 받는다. “no” 응답자에게는 추가 “true zero WTP?” 질문 (indicator $I_i^{AY}$, $I_i^{AN}$):

$$\ln L = \sum_{i=1}^{N} \Big\{ (I_i^{YY} + I_i^{Y}) \ln[1 - G_C(A_i^U; \theta)] + (I_i^{YN} + I_i^{NY}) \ln[G_C(A_i^U; \theta) - G_C(A_i^L; \theta)] + I_i^{AY}(I_i^{N} + I_i^{NN}) \ln[G_C(A_i^L; \theta) - G_C(0; \theta)] + I_i^{AN}(I_i^{N} + I_i^{NN}) \ln[G_C(0; \theta)] \Big\}$$

여기서 WTP cdf 는 spike 를 0 에 두는 piecewise logistic:

$$G_C(A; \theta) = \begin{cases} [1 + \exp(a - bA)]^{-1} & A > 0 \\ [1 + \exp(a)]^{-1} & A = 0 \\ 0 & A < 0 \end{cases}$$

핵심 식별 결과:

$$\text{Spike} = [1 + \exp(a)]^{-1}, \quad \text{Mean WTP} = C^+ = \frac{1}{b} \ln[1 + \exp(a)]$$

Covariate model 에서는 $a \to a + x_i'\beta$ 로 확장. 식별은 (i) 8 개 bid set 의 random assignment 가 bid amount 의 exogeneity 확보, (ii) OOHB 의 dual ordering (low→high vs high→low) 이 starting-point bias 완화, (iii) spike model 이 0-mass 와 positive-WTP distribution 을 동시에 추정해 zero responses 의 처리 일관성 확보. 95% CI 는 Krinsky-Robb (1986) Monte Carlo: $\hat\theta$ 의 variance-covariance matrix 에서 multivariate normal sampling 5,000회 → 각 sample 의 mean WTP 계산 → 2.5%/97.5% percentile.

연구 계보

본 paper 는 CVM 의 NOAA blue-ribbon panel (Arrow et al. 1993) standard practice + Hanemann (1984 AJAE) 의 utility-difference welfare framework + Cooper-Hanemann-Signorello (2002 REStat) 의 OOHB DC 효율성 개선 + Kriström (1997 AJAE) 의 spike model 을 결합한 4 layer composition. zero-WTP 처리의 spike model 을 OOHB 에 확장한 Yoo-Kwak (2002 Applied Economics Letters) 가 직접적 method 선례. 응용 도메인 측면에서는 LNG 공급 안정성을 다룬 Damigos et al. (2009 Greece), Chou et al. (2011 France/Italy/UK), Jun et al. (2009 Korea GDP loss) 의 energy security WTP 라인을 한국 NG 도메인에 채워넣은 위치.

이종수 의 author page 분류상, 이 작업은 2000년대 중반 이산선택 모형 기반 IT/통신 정책 라인 (Evaluation of Technological Innovation in the Cellular Phone Display, jongsulee-2006-mobile-internet-dcm) 에서 2010년대 에너지 정책 + WTP 추정 라인으로 옮겨가는 2기 후반 의 representative paper. 같은 시기 동일 author group 의 sibling 으로는 자연자원·환경 WTP 적용 작업들 (황준석 의 IT 정책 라인과 구분되는 이종수 의 에너지/환경 가치 측정 sub-line) 이 있다. 공저자 seunghoon-yoo (서울과기대 에너지정책학과) 는 CVM 한국 적용의 dominant author 로, 본 paper 의 spike model OOHB 확장 자체가 Yoo-Kwak (2002) 의 self-extension 이다.

See also

• 이종수
• Jihoon Jang
• seunghoon-yoo
• 조건부 가치 평가법
• one-and-one-half-bound-dichotomous-choice
• spike-model
• krinsky-robb-simulation
• willingness-to-pay
• 에너지 안보
• lng-storage-rate
• Energy Policy

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