[논문 리뷰] An installation-level model of China's coal sector shows how its decarbonization and energy security plans will reduce overseas coal imports

Jorrit Gosens, Alex Turnbull외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 13.

Global Energy Security and Policy인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 중국의 코알 석탄 부문에 대해 12,000개의 노드와 40,000개의 운송 연계를 포함하는 고해상도 설치 수준 모델을 개발하여 탈탄소화 및 에너지 안보 정책이 해상 석탄 수입을 어떻게 줄이는지 분석한다. 연구 결과, 국내 석탄 확대와 인프라 투자가 2025년 기준으로 열역학적 및 코크스 석탄 수입을 각각 52–96 밀리온 톤 감소시키며, 2030년에는 56–124 밀리온 톤 감소할 것으로 예측된다. 몽골의 저비용 코크스 석탄이 추가로 수입을 대체할 것으로 보인다.

ABSTRACT

China aims for net-zero carbon emissions by 2060, and an emissions peak before 2030. This will reduce its consumption of coal for power generation and steel making. Simultaneously, China aims for improved energy security, primarily with expanded domestic coal production and transport infrastructure. Here, we analyze effects of both these pressures on seaborne coal imports, with a purpose-built model of China's coal production, transport, and consumption system with installation-level geospatial and technical detail. This represents a 1000-fold increase in granularity versus earlier models, allowing representation of aspects that have previously been obscured. We find that reduced Chinese coal consumption affects seaborne imports much more strongly than domestic supply. Recent expansions of rail and port capacity, which reduce costs of getting domestic coal to Southern coastal provinces, will further reduce demand for seaborne thermal coal and amplify the effect of decarbonisation on coal imports. Seaborne coking coal imports are also likely to fall, because of expanded supply of cheap and high quality coking coal from neighbouring Mongolia.

연구 동기 및 목표

• 중국에서 해상 석탄 수입에 영향을 미치는 국내 석탄 공급과 운송 인프라의 영향을 평가하는 데 있어 세분화된 모델링의 부족을 해결하기 위해.
• 탈탄소화 및 에너지 안보 정책이 중국의 석탄 수입 의존도에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 최근 철도, 항만 및 국경을 넘는 인프라 확장이 석탄 수입 동태를 어떻게 재편하고 있는지 평가하기 위해.
• 다양한 탈탄소화 경로 하에서 석탄 소비 및 생산의 지리적 이동이 수입량에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 모든 코알 광산, 발전소, 철강 공장, 항만, 철도선로 및 도로 구간을 포함하는 12,000개의 노드와 40,000개의 운송 연계를 가진 지리공간 기반 설치 수준 모델을 개발하였다.
• 정확한 현재 조건 시뮬레이션을 위해 2015–2019년 기간의 실제 석탄 생산, 소비 및 운송 데이터를 기반으로 모델을 校정하였다.
• 탈탄소화(지역별 및 속도별로 다양하게), 인프라 확장(철도, 항만, UHV), 그리고 반대 가정(인프라 개선 없음)을 시험하기 위해 시나리오 분 析를 실시하였다.
• CSR(코크스 강도) 값에 기반한 코크스 석탄의 가격 프리미엄을 포함하여, 세부적인 광산 수준의 생산 비용, 운송 비용(철도, 도로, 항만)을 통합하였다.
• GDP 가중 감소율을 적용한 해안 지방의 기준 및 대체 탈탄소화 경로를 사용하여 전력 및 철강 부문의 석탄 수요를 예측하였다.
• 다양한 인프라 및 수요 시나리오 하에서 모델 출력을 비교하여 국내 공급 및 운송 개선이 수입 감소에 미치는 영향을 분리 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 국내 석탄 공급 및 운송 인프라 개선이 중국의 해상 열역학적 석탄 수입 의존도에 얼마나 기여하는가?
• RQ2 특히 내륙 대비 해안지역의 철강 및 발전 생산 이동이 수입량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 최근 철도, 항만 및 국경을 넘는 석탄 인프라 확장이 이루어지지 않았다면, 2025년과 2030년에 석탄 수입 수준은 어떠하였을 것인가?
• RQ4 몽골에서의 고품질 코크스 석탄 생산 확대가 중국의 코크스 석탄 수입에 어떤 영향을 미칠 것인가?
• RQ5 중국의 전력 및 철강 부문에서 탈탄소화의 속도와 지리적 분포가 수입 감소에 얼마나 민감하게 반응하는가?

주요 결과

• 2019년 기준 209 밀리온 톤의 해상 열역학적 석탄 수입은 2025년에 52–96 밀리온 톤 감소하고, 2030년에는 56–124 밀리온 톤 감소할 것으로 예측된다.
• 2019년 기준 68 밀리온 톤이었던 코크스 석탄 수입은 2025년에 9–13 밀리온 톤 감소하고, 2030년에는 12–17 밀리온 톤 감소할 것으로 예상되며, 이는 몽골에서의 수입 증가 때문일 것이다.
• 특히 철도 및 항만 용량 확장이 이루어지지 않았다면, 고수요 시나리오에서는 수입이 2019년 수준을 유지했을 것이며, 저수요 시나리오에서는 감소 폭이 더 작았을 것이다.
• 하오지 철도선과 UHV 송전망은 남부 해안 지방에서 운송 비용을 낮추고 국내 석탄이 수입 석탄을 대체할 수 있도록 하는 데 핵심적인 역할을 한다.
• 국내 공급 및 운송 인프라 개선이 탈탄소화 자체보다 수입 감소에 더 큰 영향을 미치며, 이는 인프라가 수입 동태를 형성하는 데 있어 중요한 역할을 함을 시사한다.
• 2019년 데이터에 기반한 모델 校정 결과 높은 정확도를 보였으며, 시뮬레이션 결과가 실제 석탄 유동과 밀접하게 일치하여 향후 시나리오 예측 능력을 검증하였다.