[논문 리뷰] Simulating the deep decarbonisation of residential heating for limiting global warming to 1.5C

Florian Knobloch, Hector Pollitt외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 30.

Climate Change Policy and Economics인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 FTT:Heat 하향식 모델을 사용하여 정책 유도형 탄소중립화를 주거 난방 분야에 적용하고, 2050년까지 근접한 탄소배출 제로를 달성할 수 있음을 보여주며, 특히 탄소세(€50–200/tCO2)와 재생에너지 보조금을 조합한 정책 혼합 전략이 가정의 관성과 제한된 이성성에도 불구하고 효과적임을 입증한다. 초기 비용 증가가 예상되나, 대부분의 지역에서 중기적으로 비용 감소가 예상된다.

ABSTRACT

Whole-economy scenarios for limiting global warming to 1.5C suggest that direct carbon emissions in the buildings sector should decrease to almost zero by 2050, but leave unanswered the question how this could be achieved by real-world policies. We take a modelling-based approach for simulating which policy measures could induce an almost-complete decarbonisation of residential heating, the by far largest source of direct emissions in residential buildings. Under which assumptions is it possible, and how long would it take? Policy effectiveness highly depends on behavioural decision- making by households, especially in a context of deep decarbonisation and rapid transformation. We therefore use the non-equilibrium bottom-up model FTT:Heat to simulate policies for a transition towards low-carbon heating in a context of inertia and bounded rationality, focusing on the uptake of heating technologies. Results indicate that the near-zero decarbonisation is achievable by 2050, but requires substantial policy efforts. Policy mixes are projected to be more effective and robust for driving the market of efficient low-carbon technologies, compared to the reliance on a carbon tax as the only policy instrument. In combination with subsidies for renewables, near-complete decarbonisation could be achieved with a residential carbon tax of 50-200Euro/tCO2. The policy-induced technology transition would increase average heating costs faced by households initially, but could also lead to cost reductions in most world regions in the medium term. Model projections illustrate the uncertainty that is attached to household behaviour for prematurely replacing heating systems.

연구 동기 및 목표

• 1.5°C의 전 세계 온난화 제약 하에서 2050년까지 주거 난방에서 직접적인 탄소배출를 근접한 제로로 줄일 수 있는지의 가능성을 평가한다.
• 특히 가정의 관성과 제한된 이성성 등 가정의 행동 특성이 저탄소 난방 기술의 도입에 어떻게 영향을 미치는지 검토한다.
• 탄소세와 보조금 등 다양한 정책 수단이 저탄소 난방 시스템으로의 전환을 얼마나 효과적으로 이끌 수 있는지 평가한다.
• 단일 정책 수단보다 더 강력하고 효과적인 정책 혼합 전략을 특정하여, 시장 전환을 가속화할 수 있는 방안을 규명한다.

제안 방법

• FTT:Heat 모델은 행동 제약 조건 하에서 가정 수준의 난방 기술 도입 결정을 시뮬레이션하는 비균형 하향식 모델이다.
• 모델은 기술 교체에 대한 관성과 제한된 이성성을 반영하여 실제 세계의 지연과 정보 부족을 반영한다.
• 탄소가격 책정과 재생에너지 보조금을 포함한 다양한 정책 시나리오 하에서 가정 난방 기술(예: 가스 보일러, 히트펌프, 생물질)의 전환을 시뮬레이션한다.
• 에너지 시스템, 비용, 인프라의 지역적 차이를 고려하여 15개 세계 지역에서 정책 효과성을 평가한다.
• 탄소세 수준(€50–200/tCO2)과 재생에너지 지원을 다양하게 설정한 정책 시나리오를 시뮬레이션하여 온실가스 배출, 비용, 기술 보급에 미치는 영향을 분석한다.
• 전경제 기후 시나리오를 통합하여 1.5°C 전 세계 온난화 목표와의 일관성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1.5°C 기후 목표 하에서 정책 수단이 2050년까지 주거 난방의 근접한 탄소중립화를 얼마나 효과적으로 이끌 수 있는가?
• RQ2 가정의 행동 특성, 특히 난방 기기의 조기 교체를 꺼리는 경향 등이 저탄소 난방 전환의 속도와 성공에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 탄소세, 보조금, 또는 그 조합 중 어떤 정책 혼합 전략이 효율적인 저탄소 난방 기술의 시장 보급에 가장 효과적이고 강력한가?
• RQ4 전환 과정 동안 가정의 비용에 어떤 영향이 예상되며, 비용 감소는 언제 발생하는가?

주요 결과

• 근접한 탄소중립화는 가능하지만, 이는 상당한 지속적인 정책 노력이 수반되어야 한다.
• 탄소세(€50–200/tCO2)와 재생에너지 보조금을 조합한 정책 혼합 전략이 단독 탄소세보다 더 효과적이고 강력하다.
• 가정의 행동, 특히 난방 기기의 조기 교체를 꺼리는 경향은 전환 과정에 중대한 불확실성과 지연을 초래한다.
• 초기에는 정책 유도로 인한 가정의 비용 증가가 예상되나, 대부분의 세계 지역에서 기술 학습과 효율성 향상으로 인해 중기적으로 비용 감소가 예상된다.
• 저탄소 난방 기술로의 전환 과정은 정책 설계에 매우 민감하며, 강력한 정책 신호가 도입될수록 기술 보급과 온실가스 감소가 가속화된다.