피크오일(Peak Oil)의 도래시기에

대한 시스템 사고

전대욱 ∙ 최인수 한국지방행정연구원 수석연구원

한국시스템다이내믹스학회 2013년 동계학술대회

한국에너지기술평가원 · 2013. 2. 23 (목)

1. Motivation 2

‘피크오일(Peak Oil)’에 대한 지속적 논쟁

Hubbert(1965) 이후 현재까지 피크오일의 도래시기에 대한 찬반론 지속

- 피크오일론 : 석유생산의 정점을 의미, 고갈과는 다르나 연계되어 받아들여지며, 이론적 증명에 의해 예측되는 것이 아니라 축적된 자료로부터 사후적으로 판단

- 피크오일이 도래시기에 따른 충격과 위기의 정도가 달라짐 : 유가급등, 경제침체, 기아 및 전쟁, 산업문명의 일대 전환 등과 같은 혼돈 vs 먼 미래시점에서 발생한다면 기술혁신과 대체자원의 개발 등을 통해 충격 완화 및 위기의 심각성이 떨어짐

최근 제기된 주요 찬반론에 대한 시스템 사고의 적용 필요성 존재

- 피크오일에 대한 찬반론이 격화되면서 다양한 논리적 근거들이 제시

- 피크오일은 국가 및 세계수준의 경제, 사회, 자연환경 등 다양한 시스템의 상호작용으로 인한 시스템 사고를 필요로 하며, 상기 근거들 역시 시스템적인 접근에 기초함

- 또한 도래시기와 시스템의 동태적 반응과 진화 등의 과정을 고려할 때 동역학적 과정속에서 원인과 결과에 대한 접근이 필요하므로 시스템 다이내믹스를 활용

2. Objectives & Contents 3

연구의 목적과 주요 내용

연구목적

- 피크오일은 낭설인가 혹은 진정한 위기의 경고 메세지인가?

- 피크오일의 주요 찬반론에 대해 그 핵심이슈인 도래시기의 결정요인에 대한 시스템 모델링 시도

- 이를 통해 피크오일 논쟁에서 주장하는 피크오일의 도래시기와 이를 결정짓는 구조적 원인과 결과, 이로부터 발생되는 동역학적 작용에 대한 시스템적 이해와 동태적 파급효과 등에 대한 시스템 사고의 적용

본 발표의 주요 내용

- 문헌연구를 통해 대표적인 피크오일 관련 논리 및 모델링 이슈들을 정리

- 주요 논거에 대한 시스템 모델링 : 인과지도의 작성 및 동역학적 작용의 검토

- 시스템 인과지도를 통한 논리적 추론 및 찬반론에 대한 비판

3. Classical Concept of Peak Oil 4

논쟁의 시작점 : Hubbert (1956) 의 피크오일론

미국내 석유 생산량의 정점은 1965-1970년 : 73년 오일쇼크로 주목 받음

- Hubbert Model : 유한자원의 생산량은 시장압력과 생산효율성에 따라 대략 로지스틱 행태를 보임. 유정과 유전, 국가의 석유생산 정점 및 하강시점을 정확히 예측

낙관적 예측

Hubbert 예측

1970

1965

자료원: Hubbert (1956: 23)

3. Classical Concept of Peak Oil 5

논쟁의 시작점 : Hubbert (1956) 의 피크오일론

피크오일(peak oil)의 정의 : 세계 석유생산(oil extraction)의 정점(peak)

- 원유 생산량과 매장량에 입각한 추론

자료원: wikipedia.org

3. Classical Concept of Peak Oil 6

논쟁의 시작점 : Hubbert (1956) 의 피크오일론

Overshoot & Collapse Structure

- 본원적 구조와 허버트 피크오일의 시스템 구조 : 비판론에 대한 직관적 이해

1) 시간지연 효과

2) 기술혁신 3) 기술혁신과 신규 유전 및 에너지원

Stock of the

system

Resource

Adequacy

Fractional Inflow

Rate

Net Inflow

Carrying capa-+

++

+

-

+

(R)

(B) (B)

석유 생산수준(생산량)

석유 생산효율성(부의 단위생산비용)

석유생산증가량

석유 부존량

-

+-

(R)

(B) (B)

석유 소비수준

+

+

+

석유 가용량

+

+

4. Objections Against The Peak 7

USEIA (2006) 의 허버트피크에 대한 반박과 영향

2030년까지 세계석유생산은 35% 증가할 것으로 낙관적 전망

- 허버트피크에 대한 비판: 1) 공급측면만 고려, 수요측면에 대한 고려가 없음, 2) 피크전후의 대칭성(옹호론자들은 피크오일을 부존량의 ½로 정의) 가정은 오류, 3) 부존량 혹은 가용량의 확대(기술진보, 비경제적 소규모 유정의 개발 등)를 무시

M. Lynch & J. Mouawad (2007) 의 허버트 피크 반박

- 유가상승은 새로운 생산기술(extraction tech)을 촉진시키고, 그 결과 새로운 석유(전통적석유 유정의 신규발굴 및 비전통적 석유 등)의 발굴을 촉진

L. Maugeri & G. Monbiot (2004, 2012) 의 세계원유생산 증가론

- 몇차례 반복되는 석유위기는 서방과 중동 등 산유국의 정치적 게임의 산물임

- 충분한 석유부존량: 쉐일가스 등 신기술 개발에 의한 새로운 유정의 발굴 낙관적

5. Pessimistic Expectation 8

Campbell & Laherrere (1998) : 값싼 석유의 종말(The End of Cheap Oil)

피크오일론을 재점화 및 ASPO (Association for the Study of Peak Oil and Gas) 조직

- Kjell Aleklett : 피크오일에 대한 대안적∙시스템적 방법론 제고, 석유 및 피크오일의 명확한 정의, 석유생산량 및 부존량 데이터의 신뢰성, 대중적 인지도 제고 등에 기여

- 원유 및 기타(non-conventional source) 모든 석유 피크 : 2010~2011년으로 예측

C. Skrebowski 및 R. Heinberg (2009) 의 피크오일 조기도래론

피크오일은 부존량의 문제가 아니라 생산량의 문제(Peak Flow Analysis)

- New Working Definition: 생산량이 감소하는 산유국(현재 대부분의 산유국)의 생산감소량이 증가하는 산유국(소수에 불과)의 증가분을 초과할 때 피크오일이 도래

피크즈음 유가상승 → 산유국 소득증가 → 경제확장 → 내수증가 → 수출감소

- 피크즈음 원유의 부존량과 부관하게 산유국들의 수출량이 급격히 소멸 가능, 최근 Saudi Arabia, UAE, 러시아 등의 급격한 국내 원유소비량 증가의 예

6. Model Adjustment 9

피크오일의 옹호론(Pessimism)과 반박론(Optimism)을 감안한 모델링

Hubbert 인과지도의 변형1 : 경제학적 관점의 도입 및 수요억제 요인

- 가격조절 메커니즘(balancing loops)과 resource adequacy의 재해석

석유 생산수준(생산량)

석유 생산효율성(부의 단위생산비용)

석유생산증가량

석유 부존량

-

+-

(R)

(B) (B)

석유 소비수준

+

+

+

석유 가용량

+

+

생산효율성 or

자원접근성

유가수준

석유 부존량

(R)

(R)

(B)

석유 소비수준(총수요량) +

-

석유 가용량

+

+

-

(B)

(B)

석유 생산수준(총공급량)

-

+

-(B)

+

+

생산효율성 or

자원접근성

유가수준

석유 부존량

(R)

(R)

(B)

석유 소비수준(총수요량) +

-

석유 가용량

+

+

-

(B)

(B)

석유 생산수준(총공급량)

-

+

-(B)

+

+

생산기술수준

+

+

기술투자+

+

(B)

(B)

6. Model Adjustment 10

피크오일 반박론

Hubbert 인과지도의 변형2

기술진보 모형 : 두개의 안정화 루프(빨간색 표시)의 추가로 시스템의 안정성(stability) 및 회복가능성(Resilience) 증가

국내소비후잉여수출량

생산효율성자원접근성

유가수준

석유 부존량

(R)

(R)

(B)

석유 소비수준(총수요량) + -

석유 가용량++

-

(B)

석유 생산수준(총공급량)

+

-

해외소비량

국내수요량

산유국의 소득

+

+

+

+

- +

(R)

--

+

+

(B)

6. Model Adjustment 11

C. Skrebowski 및 R. Heinberg (2009) 의 피크오일 조기도래론

Hubbert 인과지도의 변형3 산유국 모델 : 두개의 가속화 루프(빨간색)로 인한 수출량 감소속도 증가

7. Models Reflecting Peak Plateau 12

M. Simmons 및 K. Deffeyes의 2005년 12월 피크오일 도래설 (2006)

피크오일 이미 도래: 전세계적인 석유의 초과수요 → 유가상승 → 경기침체 → 수요감소 → 유가하락 → 경기회복 → 수요증가 → … 의 반복적 사이클

- 05년 피크오일 → 경기침체 : 서브프라임 모기지사태, 08년 금융위기에 영향

이러한 피크의 지속기간이 10년 혹은 그 이상 진행 후 장기적 하락 국면

- 07년 IEA는 07-09년 비OPEC 산유국의 원유가 증가하면서 세계석유공급이 지속되다가 이후 장기하락 국면으로 접어든다고 하며, 이를 피크고원(peak plateau)로 표현

석유생산량

년도 2005 2015~2016?

Peak Plateau

7. Models Reflecting Peak Plateau 13

옹호론자인 D. Yegrin (2012) 및 IHA CERA 고원오일론(Plateau Oil)

2030년 이전에는 피크오일이 도래하지 않음, 반면 불안정한 석유고원은 가능

- 비전통적 석유를 포함, OECD국가는 2005년 이미 수요의 정점을 맞이하여 이후 감소추세이며, 부존량은 매우 크다고 주장 (ASPO의 비판: 스톡과 플로우를 혼동)

피크고원의 도래시기 및 이후 매우 완만한 하락을 예상 : 사전대응 낙관적

- 옹호론에서도 가격변동성(price volatility)과 석유수요 증가로 기인한 정치경제적 불안요소에 대해서는 논쟁의 여지가 있음

석유생산량

년도 Sooner or later 2050년쯤?

완만한 하락

국내소비후잉여수출량

생산효율성자원접근성

유가수준

석유 부존량

(R)

(R)

(B)

석유 소비수준(총수요량) +

-

석유 가용량+

+

-

(B)

석유 생산수준(총공급량)

+

-

해외소비량

국내수요량

산유국의 소득

+

+

+

+

- +

(R)

-

(B)

+

+

(B)

(B)

석유수입국의소득

-

+

7. Models Reflecting Peak Plateau 14

피크고원 근방의 반복사이클 (피크오일 옹호론)

국제유가 모델 : 수입국의 추가된 가속화 루프 로 인한 피크근방의 피크지속 작용

8. Other Perspectives 15

예측시기는 최근의 보고서에서 여전히 다름

Saudi Armco 의 S. Al Huseini 의 2007년 인터뷰 : 개도국과 제3세계

- Energy Watch Group의 2006년 피크도래설 지지, 2007년 IEA/USEIA의 허버트피크 부정론 비판 : 석유매장량의 지나친 낙관론 경계, 중국 등 수요급증 및 유가상승 언급

ITPOES (2008, 2010) 및 UKERC (2009) 의 Climate Risk Aversion

- 2013~2015년 근방(ITPOES), 전통적 원유 2030년 이내에 피크, 이와 관련 심각한 수준의 위험 2020년 이내 발생(UKERC)

- 위험: 유가상승은 탄소배출이 많은 신에너지원에 대한 투자를 촉진하여 기후변화에 대한 대응이 어려우므로, 충분한 대응시간과 전략으로 대처해야 함

최근 동향: 피크지연 및 울퉁불퉁한 피크고원(dumpy or undulating plateau)론

- 가용자원량에 대해서는 기술적 대안의 가능성을 감안하여 높은 수준으로 평가하나, 피크도래 이전에 이러한 새로운 리소스의 사용에 대해서는 찬반양립

9. Discussion 16

피크오일 논쟁의 시사점 및 결론

피크오일론은 사후적으로 검증 가능하며 시스템적으로 접근해야 함

- 피크오일 옹호론과 비판론에 대한 시스템 사고 : 가속화루프(reinforcing loops)가 야기시키는 현상의 증폭과 불안정성 및 안정화루프(balancing loops)의 동적작용 제시

- 양 측 모두 실증적 자료에 기반한 논리적 전개로 인해, 자료에 제약이 존재하는 시스템의 여타 요인들에 대한 접근에서는 다소의 아쉬움이 존재 : SD모델은 논리적 추론과 시뮬레이션을 통한 시기예측에 유용

본 연구의 한계와 의의, 향후 연구과제 등

- 본 연구는 피크오일을 둘러싼 논쟁에 대한 직관적 이해와 관련된 경제시스템을 중심으로 한 동역학적 작용을 설명하는 Toy Modeling을 시도하였으나, 짧은 연구기간으로 인해 다양한 입장과 넓은 시각에서 모델링을 하지는 못하였음

- 향후 피크오일 논쟁의 타임딜레이 논의, 지정학 및 기타 관점의 고려 등 향후 확장된 모델링을 통해 풍부한 피크오일에 대한 논의와 논리적 추론의 틀 제공 필요

17

Reference

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• 최기련, 2009. 녹색 에너지 기술혁신전략과 에너지부문 인적자원개발. 한국과학기술한림원

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• Clarke, D., 2007. The Battle for Barrels. London: Profil Books Ltd.

• Deffeyes, K., 2005. Beyond Oil: The View from Hubbert's Peak. New York, NY: Macmillan - Farrar, Straus and Giroux. (Current Events : Join us as we watch the crisis unfolding posted on Feb 11, 2006, http://www.princeton.edu/hubbert/current-events-06-02.html)

• EWG (Energy Watch Group), 2007. Crude Oil The Supply Outlook. Available on http://www.energywatchgroup.org/fileadmin/global/pdf/EWG_Oilreport_10-2007.pdf.

• Heinberg, R., 2009. Resilient Community : Path for Powering Down – An Exercise in Strategic Thinking. Speech in Positive Energy Conference, Findhorn Foundation (Video available on http://www.youtube.com/user/FindhornFoundation?feature=watch)

• Hubbert, K., 1956. Nuclear Energy and Fossil Fuel. Publication No. 95, Huston, Texas: Shell Development Company

• IEA (International Energy Agency), 2007. Medium-Term Oil Market Report : July 2007.

• ITPOES (UK Industry Taskforce on Peak Oil & Energy Security), 2008, 2010. The Oil Crunch. Available on http://peakoiltaskforce.net/download-the-report/2010-peak-oil-report/.

• Maugeri, L., 2012. Oil: The Next Revolution. Discussion Paper 2012-10. Cambridge, MA: John F. Kennedy School of Government, Harvard University.

감사합니다. Representative Contact : Dae Uk JEON, PhD in Mgmt. Eng. Research Fellow, Korea Research Institute For Local Administration Email. dujeon@krila.re.kr / Office. 02-3488-7375

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• Maugeri, L., 2004. Oil: Never Cry Wolf—Why the Petroleum Age Is Far From Over. Science 304(5674): 1114–1115.

• Monbiot, G., 2012. We were wrong on peak oil, There's enough to fry us all. On July 2, 2012. The Guardian

• Mouawad, J., 2007. Oil Innovations Pump New Life Into Old Wells. New York Times (Mar 5, 2007). Available on http://www.nytimes.com/2007/03/05/business/05oil1.html.

• Simmons, M., 2005. Twilight in the Desert: The Coming Saudi Oil Shock and the World Economy. Wiley International. (Interviewed by CNN on Oct. 28, 2006)

• UKERC (UK Energy Research Centre), 2009. The Global Oil Depletion Report. Available on http://www.ukerc.ac.uk/support/tiki-index.php?page=Global+Oil+Depletion.

• USEIA, 2006. World Oil Consumption by region, Reference Case. Available on http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/pdf/ieoreftab_4.pdf.

• Yegrin, D., 2011. There Will Be Oil. Saturday Essay on Sep. 17, 2011. The Wall Street Journal.

• Zhao, L., L. Feng, C., Hall, 2009. Is peakoilism coming? Energy Policy 37: 2136-2138.