I. 서 론 Other SectionsAbstract초록I. 서 론 Ⅱ. 연구방법 Ⅲ. 연구 결과 Ⅳ. 고 찰 Ⅴ. 요약 및 결론 FiguresTablesReferences

2020년 세계 어로어업 및 양식업 생산량은 역대 최고치인 2억 1,400만 톤에 달했으며, 수산생물(aquatic animals) 생산량 1억 7,800만 톤 중 어로어업(capture fisheries) 생산량은 9,000만 톤(51%), 양식업(aquaculture) 생산량은 8,800만 톤(49%)을 차지하였다. 특히 양식업은 매우 가파른 성장세를 보이며 세계 수산업의 성장을 견인하고 있다. 그러나 전 세계적으로 수산자원의 상황은 악화되고 있으며, 생물학적으로 지속 가능한 수준에 있는 수산자원은 1974년 90%에서 2017년 65.8%, 그리고 2019년 64.6%까지 감소하였다(FAO, 2022). 국내 수산업 또한 기후변화 영향과 함께 어가인구의 감소, 어촌 고령화, 양식장 관리 등 다양한 비기후적 요소에 의해 크게 영향을 받고 있는 실정이다(국립수산과학원, 2023).

이러한 국내외적 상황에서 양식업의 중요성이 높아지는 가운데, 양식 수산물의 생산성 향상과 친환경적 요소 등을 갖춘 지속가능한 양식업에 대한 요구가 지속적으로 나타나고 있다(국립수산과학원, 2023). 특히 4차 산업혁명 기술을 접목하여 자동화ㆍ지능화를 통한 생산효율 극대화 및 규모화, 친환경화가 구현된 양식 시스템인 ‘스마트 양식산업’에 대한 관심이 집중되고 있다. 스마트 양식산업은 원격, 자동제어 수준을 넘어 최종적으로 의사결정 주체가 컴퓨터가 되는 지능화, 자율경영을 실현하는 것을 목표로 하며, 총 4단계로 구분된다. 스마트 양식산업의 4단계 중 1단계는 원격감시 및 원격제어(IoT 기반 양식장 모니터링), 2단계는 복합환경제어 및 자동제어(데이터 기반 양식장 자동제어 시스템), 3단계는 로봇자동화 및 자율제어(AI 기반 양식장 자율제어 시스템), 4단계는 생산 자율관리 및 자율경영(디지털트윈 기반 자율경영 시스템)을 의미한다(해양수산부, 2021). 이 중 4단계인 자율경영은 디지털 트윈에 기반한 최적의 양식경영 시스템의 구축을 의미한다.

디지털 트윈(digital twin) 기술은 현실 세계에 존재하는 사물이나 시스템의 정보를 가상 세계에 동 일하게 3차원 모델로 구현하고 시뮬레이션을 기반으로 예측, 최적화 등을 적용하여 의사결정을 지원하는 기술로, 제조업 분야를 중심으로 발전하기 시작해 현재 재난ㆍ안전 및 환경 등 다양한 분야에서 연구 및 활용되고 있다1). 최근에는 농축수산 부문에서도 디지털 트윈 기술 개발이 활발히 진행되고 있는데, 농업 분야에서는 온실에 대해 수집한 데이터와 센싱을 통한 작물 관리 및 생산에 관한 스마 트 팜과 지능형 온실 시스템에 관한 연구가 진행되었고, 축산 분야에서는 축사의 내 ․ 외부로부터 수 집한 데이터와 센싱을 통한 가축의 운영 및 생산에 관한 스마트 축사가 연구되었다(이수아 외, 2022;김철림 ․ 김승청, 2022;이혜영 외, 2020). 수산 부문에서는 한국형 스마트 양식의 기술 중 하나인 ‘디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술’이 현재 한국전자통신연구원(ETRI)을 중심으로 개발 중에 있다2).

디지털 트윈 기술이 양식업에 적용된 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술은 디지털 공간에 가상의 육상양식장을 재현함으로써 최적의 양식장 운영 제어를 최종 목표로 하며, 실제 육상양식장 구성요소(수조, 물, 기자재, 센싱, 제어장치, 어류 등)와 양성 전주기에서 발생하는 데이터 모델링과 실제-가상 양식장 간의 데이터 제어 연동을 통해 양식장 설계와 운영에 필요한 다양한 시뮬레이션 분석을 가능하게 하고자 한다(한국전자통신연구원, 2021;조성균 외, 2021). 이러한 디지털 트윈의 양식시스템 적용 은 에너지비용 절감, 사료비 절감을 통한 경제성 향상, 성장 예측을 통한 출하시기 조절에 따른 가격 및 수급조절, 유통ㆍ물류 최적화, 가치사슬 구조 개선 등의 효과를 기대할 수 있다(안상중 외, 2023). 따라서 동 사업의 수혜자는 해당 기술을 실제로 적용할 수 있는 현존하는 양식어민과 잠재적인 양식업 신규진입자로 규정할 수 있다.

한편 양식은 생물과 환경이 복합적으로 작용하는 동적(dynamic) 시스템이므로, 양식업에 적용 가능한 디지털 트윈 플랫폼 기술의 개발에는 많은 비용이 소요된다(Tzachor et al., 2023). 일반적으로 국가 연구개발사업(R&D)의 타당성 평가는 경제적 타당성 분석과 정책적 타당성, 기술적 타당성 분석으로 이루어진다. 특히 경제적 타당성은 해당 사업의 실질적인 비용과 편익을 엄밀하게 계산하는 것이 중요한 쟁점이 되므로, 투입 비용 대비 동 기술이 제공할 수 있을 것으로 기대되는 경제적 편익에 대한 객관적이고 체계적인 평가가 수행되어야 한다(안상진 외, 2013).

본 연구는 넙치 및 뱀장어 양식업에 대해 현재 개발 중인 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 경제적 효과 분석에 활용될 수 있는 편익지표를 제시하는 것을 목표로 두고 있다. 단, 기존의 선행연구가 기술이 적용된 이후에 발생하는 편익인 기술활용 편익의 구체화에 초점이 맞추어진 것에 비해, 본 연구에서는 기술의 개발 자체가 갖는 편익인 ‘기술개발 편익’과 양식현장 적용에 따른 ‘기술활용 편익’ 을 구분하여 추정함으로써 경제적 효과 분석에 대한 새로운 시각을 제시하고자 한다. 이에 따라 본 연구에서 새롭게 시도된 기술개발의 편익 추정은 기존의 국가연구개발사업(R&D)의 타당성 평가에 활용되는 일반적인 경제적 편익 추정과는 차별적으로 이해될 수 있음에 유의할 필요가 있다. 물론 본 연구에서 제시한 편익지표가 실제 타당성 평가에 활용되기 위해서는 향후 보다 엄밀한 검증이 필요할 것으로 생각된다. 나아가 실제 타당성 평가에서는 경제적 편익뿐만 아니라 기술 개발과 현장 적용에 요구되는 다양한 형태의 비용 또한 추가적으로 고려되어야 할 것이다. 그러나 경제성이 중요한 정책 결정 기준인 현 상황에서 지속적으로 기술 개발 및 적용의 새로운 효과를 발굴하고 개념을 명확히 하 는 작업은 필수적이다(김영주 외, 2014). 본 연구에서는 이에 대한 기초연구로서 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 개발 및 이의 양식현장 적용에 따른 편익을 구분하여 정량화하여 차별적인 평가지표를 제시하고자 한다.

Ⅱ. 연구방법 Other SectionsAbstract초록I. 서 론 Ⅱ. 연구방법 Ⅲ. 연구 결과 Ⅳ. 고 찰 Ⅴ. 요약 및 결론 FiguresTablesReferences

1. 선행연구 고찰 및 연구 범위 설정

농축수산 부문의 국가연구개발사업 관련 기존 선행연구들은 주로 사업 전반에 대해 투자효율을 제고하기 위한 성과지표 개발과 경제적 가치 분석을 시도하였다. 농업 부문에서는 김관수 외(2010)가 농림기술개발사업을 중심으로 개별 연구 성과의 가치에 기초한 미시적 접근법을 통해 농림 분야 투자 성과의 경제적 가치 평가 및 R&D 사업의 사후적 유형화를 시도하였으며, 권오상 외(2014)는 농식품 부문 R&D 사업의 통합적 성과지표를 제시하기 위해 개별 사업별 미시자료를 이용하여 개별 성과지표의 결정요인을 분석하였다. 수산 부문에서는 최상선ㆍ오인하(2017)가 해양수산 연구개발사업의 기술 사업화 성과요인들을 파악하고 이들이 기술사업화에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 특정 기술의 경제적 가치를 분석한 연구로서 채용우 외(2020)는 부분예산법을 사용하여 한우 비육우 사육기간 단축 기술 적용으로 인해 절감되는 사료비를 편익으로 산정하고 경제성 분석을 수행하였으며, 홍성완 외 (2018)는 갈치 끌낚시 어업의 조업 자동화 시스템의 편익을 증가한 어획량으로 산정하여 경제성을 분석하였다. 강석규(2013)는 제주 시범바다목장사업에 대하여 어업수익의 증가와 어업비용의 절감에 따른 어업인의 소득증대 효과를 직접편익으로 설정하였고, 간접편익으로는 관광 수요 증대로 어업인을 포함한 어촌의 소득증대효과와 연계산업의 파급효과를 설정하였다.

특히 한국과학기술기획평가원(2021)은 아쿠아팜 4.0 혁신기술 개발사업에 대한 예비타당성조사를 진행하였으며, 생산자 관점에서의 양식생산증가 및 양식비용저감 편익 항목을 고려한 바 있다3). 이때 사업의 직접적 수혜자를 어가로 보고, 사업의 직접적 효과로서 폐사율 감소에 따른 기존 대비 양식생 산량의 증가 효과와 사료계수 개선에 따른 비용저감 효과를 제시한 바 있다.

이들 선행연구는 이미 개발완료된 기술에 대해 부분예산법, 시장수요접근법 등을 이용한 경제성 분석을 수행하였거나, 다부처 연구개발사업에 대해 예비타당성조사 단계에서의 생산자 중심 편익 산정을 시도하였다. 하지만, 모두 분석대상 기술이 실제로 적용되었을 경우 발생하는 편익에 분석의 초점이 맞추어져 있어 기술 개발 자체의 편익이 간과되었다는 한계가 있다.

본 연구에서는 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술과 같은 정보화기술 개발에 있어서 기존 선행연구가 주목한 비용절감 등의 수익성 개선 측면 효과 외에 새롭게 추가될 필요가 있는 효과로서 기술개발 자체의 효과에 주목한다. 이는 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술이 양식어가 수 유지 측면에서 양식업의 안정적인 산업구조를 유지하는 데에 기여하는 효과를 의미하며, 본 연구에서는 이러한 측면에서 기술 개발에 따른 편익 산정의 새로운 시각을 제시하고자 한다.

한편, 디지털 아쿠아 트윈 기술개발의 편익으로서 안정적인 산업구조 유지 효과의 범위를 설정하는 것은 어려운 일이다. 현재 국내 양식업이 직면한 양식어가 수의 감소 문제는 종사자의 고령화를 비롯하여 양식 품목 가격의 하락, 인건비, 사료비 등 양식비용의 상승, 질병, 수질오염 등으로 인한 폐사량 증가 문제, 3D 업종 기피 현상에 따른 인력 수급 어려움 등 다양한 문제들이 복합적으로 작용한 결과 이므로(좌민석 외, 2020), 양식어가 수 유지의 측면에서 양식업의 안정화에 기여할 디지털 아쿠아 트윈 기술의 효과를 엄밀히 가려내기는 쉽지 않다. 또한 이러한 어려움은 양식업의 규모화와 연결되어 있다는 점에서도 부각될 수 있다. 양식어가 수 감소는 전술한 복합적 문제로 인해 어가가 도산하고 잔존 어가가 도산 어가의 생산량을 흡수하면서 양식어가의 규모화를 촉진하기도 한다. 이 경우, 양식어가 수의 안정적 유지 측면에서의 디지털 아쿠아 트윈 기술개발의 효과는 규모화로 인하여 약화될 수 있기 때문이다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 디지털 아쿠아 트윈 기술의 안정적인 산업구조 유지 효과를 잔존 어가가 직면한 어려움 중 ‘숙련인력(생물, 공학, 경영 등 복합적 지식을 습득한 현장 소장급 인력)’의 부족문제 해결로 설정하고, 동 기술의 개발로 인해 신규 어업인의 진입장벽(barriers to entry) 완화와 기술집약적 산업구조로의 전환 측면에서 추정하고자 한다. 최근 정부는^『제5차 양식 산업발전 기본계획(’24~’28)_』을 통해 진입장벽과 노동집약적 산업구조 등으로 인한 신규인력의 진입 애로를 주요 양식산업 개선 필요사항 중 하나로 규정하고4), 국내 양식업이 직면한 다양한 문제점에 대한 출구전략으로 ‘스마트・자동화 보급 확대를 통한 양식산업 체질 개선’을 표방하였다. 이는 결국 디지털 아쿠아 트윈 기술 개발을 통해 어촌의 고령화 확산 및 미숙련 노동자의 신규 유입에 대비하고 과거의 노동력에 의존했던 생산방식을 데이터와 첨단기술을 활용한 생산방식으로 전환하여 기술의 승계 및 지속가능성을 확보할 수 있는 것을 의미한다. 이러한 효과는 디지털 아쿠아 트윈 기술이 스마트양식 기술 등 사료 공급, 수온 조절 등 양식장에서의 작업을 자동화할 수 있는 시스템 운용 기술을 상대적으로 단기간에 걸쳐 습득할 수 있음에서 비롯된다고 할 수 있다. 농업 분야에서는 안문형 ․ 허철무(2020)이 농업 경험이 없는 일반인을 대상으로 스마트팜의 지각된 유용성 요인(가용성, 신뢰성, 경제성)이 농촌창업의도에 미치는 영향을 실증적으로 분석한 바 있으며, 일반인의 경우 스마트팜으로부터 제공받는 데이터와 정보에 대한 신뢰가 농작물 재배 지식의 부족을 보완해 줄 수 있다는 점에서 스마트팜 창업에 긍정적으로 작용함을 확인하였다. 이는 곧 농업 경험이 적은 창업자에게 양질의 환경ㆍ생육 빅데이터를 체계적으로 수집 및 활용하여 최적생육환경 관리가 가능한 의사결정 지원 기술 개발이 일반인들의 스마트팜 농촌창업의도를 고취시키는 중요 수단이 될 수 있음을 시사한다(안문형 ․ 허철무, 2020).

이러한 논의에 기초하여, 본 연구에서는 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 편익을 기술 개발 편익과 기술 활용 편익으로 구분하여 분석하고, 분석대상 품목을 대표 양식 어종인 넙치와 뱀장어로 한정하여 해당 품목에 대한 동 기술의 경제적 편익을 추정하고자 한다5).

2. 기술개발 편익

본 연구에서 분석하고자 하는 디지털 아쿠아 트윈 기술개발 자체의 편익은 동 기술의 개발로 인해 양식어가 수 유지 측면에서 국가적으로 안정적인 산업구조를 유지하는 효과로 국한한다. 이는 동 기술의 개발로 인하여 신규 어업인에 대한 양식업의 진입장벽 완화와 기술집약적 산업구조로의 전환을 통해 숙련인력을 확보할 수 있다는 측면을 강조한다6). 양식업은 시설 건립 등을 위해 투입되는 초기 비용이 상당하고, 개별 양식장의 환경 조건이 매우 다양함에 따라 양식방법이 상이해, 양식생산의 기술 습득에 있어 시행착오를 겪을 수밖에 없어 신규 인력이 진입하기가 어려운 분야이다7). 디지털 아쿠아 트윈 기술 개발은 양식 경험이 없더라도 자동화 및 자율화를 통해 누구나 쉽게 데이터 기반의 양식 기술 습득을 가능하게 함으로써 진입장벽을 낮출 수 있어 양식어가 수의 급격한 감소추세를 완화할 수 있다(Teixeira, 2022).

^『어업총조사_』기준 국내 양식어가 수가 2005년부터 2020년까지 지속적으로 감소하고 있음을 고려하여, 기술 개발을 통해 양식어가 수가 유지되는 시나리오를 <그림 1>과 같이 가정할 수 있다. <그림 1> 의 시나리오 A는 기술 개발 없이 양식업의 진입장벽이 현재와 같이 유지된다면 미래 양식어가 수는 계속 감소할 것이며, 극단적으로는 현존하는 양식어가가 모두 소멸되는 시나리오다. 반면, 시나리오 B는 디지털 아쿠아 트윈 기술 개발로 인해 양식업의 진입장벽이 완전히 해소되는 극단적인 경우를 가정한 것으로, 이 경우 최근의 양식어가 수는 감소하지 않고 현재 수준의 양식어가 수가 미래에도 지속적으로 유지될 것이다. 그러나 현실적으로는 양식업의 진입장벽이 디지털 아쿠아 트윈 기술로만 완전히 해소되기는 어렵기 때문에 동 기술로 진입장벽이 일부 해소되는 형태로 양식어가 수의 추세를 예상할 수 있으며, 이는 양 극단인 시나리오 A와 B 사이인 시나리오 C로 표현될 수 있을 것이다.

통상적인 연구개발부문 예비타당성조사에서 사용되는 생산자 중심의 가치창출 편익 추정 산식은 아래 식 (1)과 같다.

그러나 본 연구의 분석대상인 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술은 현재 한국전자통신연구원(ETRI)을 중심으로 개발 중에 있으므로, 식 (1)과 같이 예비타당성조사 단계에서의 사업기여율, R&D기여율, R&D 사업화성공률을 적용할 경우, 오히려 동 사업 개발에 따른 편익을 과소추정할 수 있는 우려가 있어 차별화된 접근방식이 필요하다. 또한 본 연구에서 상정한 기술개발 편익은 안정적 산업구조 유지 효과로, 양식어가의 시장 진입(entry)과 퇴출(exit)에 따라 발생하는 시장규모의 변화를 고려한다.

이러한 논의를 바탕으로 본 연구에서는 해당 기술의 개발로 인해 양식어가 수와 미래 시장규모가 유지됨으로써 발생하는 부가가치의 증가분을 바탕으로 기술개발 편익을 산출하고자 한다. 미래 시장규모의 지표로는 한국과학기술평가원(2023원)의 국가연구개발사업 예비타당성조사 수행 세부지침에 의거하여 국내 넙치 및 뱀장어 양식업의 매출액을 활용하였으며, 구체적으로는 기술 개발로 인해 발생하는 품종별 미래 양식어가 수의 변화분과 양식어가 평균 판매수입(revenue)을 곱하여 ‘품종별 미래 양식어가 총 판매수입’을 계산하고, 총 판매수입에 부가가치율을 곱하여 부가가치 기준의 편익을 도출한다. 이는 기술 개발로 인해 양식어가가 유지됨으로써 직접적으로 수산양식 시장의 부가가치가 얼마나 추가적으로 창출될 수 있는가에 초점을 맞춘 편익이라고 해석될 수 있다. 기술개발 편익의 계산식은 아래와 같다.

여기서, ΔH_i,t 는 미래 양식어가 수의 변화분, R_i는 양식어가 평균 판매수입, V 는 부가가치율, A_i,t 는 기술 수용도를 의미하며 i 는 품종(넙치, 뱀장어), t는 연도, n은 편익발생 시작연도, N 은 편익발생 종료연도, 그리고 r은 할인율이다. 이때 ΔH_i,t 는 2020년 양식어가 수(시나리오 B)와 t년도의 미래 양식어가 수의 예측치(시나리오 C) 간의 차이로 계산한다. 편익발생 시작연도는 예비타당성조사 가이드라인을 고려하여 동 사업의 종료시점(2025년) 이후 편익 회임기간 3년이 지난 2029년을 적용하였으며, 편익발생 종료연도는 특허분석에 따른 기술순환주기(TCT) 평균값 11년을 활용하여 2039년을 적용하였다(한국과학기술기획평가원, 2021). 할인율은 2020년 기준 예비타당성조사의 사회적 할인율 4.5%를 활용하였다.

본 연구는 기술개발 편익 계측을 위해 2005년부터 2020년까지의^『어업총조사_』자료를 활용하였으며, 양식어가의 구체적인 양식 품종까지 파악가능한 마이크로데이터(MD)를 이용하였다8). 단, 마이크로데이터 상에서 개인정보 보호 등의 문제로 블라인드 처리된 일부 자료는 분석에서 제외하였다. 예를 들어 1개의 읍면동에 1개의 어가만이 존재할 경우, 그 어가가 특정될 수 있는 가능성이 있어 해당 어가의 특성 자료는 조회가 불가능하다. 해수면어업 부문에서 비공개된 어가의 비율은 0.07%(2005 년)~0.97%(2020년)이었으며, 내수면어업 부문에서 비공개된 어가의 비율은 1.74%(2005년)~32.9%(2020년)로 파악되었다9). 양식어가 평균 판매수입(R_i)은 마이크로데이터상 어가별 판매수입이 특정 값이 아닌 계급구간으로 나뉘어져 있기 때문에 본 연구에서는 각 계급구간별 중위값을 활용하였다10). 중위값을 도출할 수 없는 경우, 120만 원 미만은 120만 원으로, 5억 원 이상은 5억 원으로 가정하였다. 2020년 넙치 양식어가의 평균 판매수입은 3.5억 원, 뱀장어 양식어가의 평균 판매수입은 2.7억 원으로 파악되었다. 부가가치율(V )은 한국은행^『2015년 산업연관표_』에 따라 수산양식 부문의 부가가치율 34.48%를 적용하였다(한국과학기술기획평가원, 2021).

또한 디지털 아쿠아 트윈 기술의 수용도(A_i,t )의 대리(proxy) 변수로,^『어업총조사_』의 ‘정보화기기의 어업경영시설자동화 활용 여부’ 자료를 사용하였다. 이 자료는 어선ㆍ어구 및 양식시설 관리에 있어 어업 관련 시설 자동화 제어를 용도로 정보화기기를 활용하는 경우를 의미한다(통계청, 2020)11).

^『어업총조사_』마이크로데이터에서 파악한 ‘어업경영시설자동화’ 목적의 정보화기기 활용률은 아래 <표 1>과 같으며, 편익종료시점(2039년)까지 해당 비율이 그대로 유지됨을 가정하였다12).

한편, 2020년 이후의 미래 양식어가 수(H_i,t )의 예측을 위해 시계열분석모형 중 자기회귀모형(autoregressive model, AR Model)을 활용하였으며, 본 연구에서는 다음의 AR(1) 모형을 선택하였다.

여기서, H_i,t 는 미래 양식어가 수, i 는 품종(넙치, 뱀장어), t는 연도, e 는 오차항이다.

자기회귀모형은 시계열과정에서 현재의 상태가 과거의 상태에 의존한다고 보고, 현재의 관측값을 과거 관측값들의 함수 형태로 나타내며, 특히 AR(1) 모형은 현재(t)의 관측값을 과거(t - 1), 즉 직전 연도의 관측값으로 설명한다13). 해당 모형에서 오차항은 평균이 0, 분산이 σ²인 정규분포를 가정하였으며, 기술 발전으로 인한 양식어가 수의 감소추세(시나리오 C)를 현실적으로 반영하기 위하여 연도 추세항(t)의 비선형 관계를 설명변수로 도입하였다14).

2. 기술활용 편익

본 연구에서 상정한 디지털 아쿠아 트윈 기술활용의 편익은 동 기술이 시장에 보급되어 발생하는 2 차적인 편익으로, 양식어민들이 해당 기술을 사용함으로써 얻을 수 있는 판매수입 증가, 생산비 절감 등의 어가 수익성 개선 효과를 의미한다. 이는 기술의 개발 이후 양식업자가 현장에서 기술을 직접 적용해야 발생하는 기술 ‘활용’의 편익이므로, 기술 ‘개발’ 자체의 편익과는 구분해야 할 필요가 있다.

본 연구에서는 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술 활용으로 인해 발생하는 ‘품종별 전기에너지 비용 절감’에 초점을 맞추어 기술활용 편익을 계산하고자 한다15). 넙치 양식에서는 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술을 통해 적정 산소 농도를 유지하기 위한 유량을 필요에 따라 가변적으로 공급할 수 있어 펌프 사용 에너지를 절감할 수 있으며, 뱀장어 양식에서는 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술을 통해 적정 수온 유지를 위한 보일러 가동을 최적제어함으로써 가온/수온조절 에너지를 절감할 수 있다.

한편, 통상적인 연구개발부문 예비타당성조사에서 사용되는 비용저감 편익의 추정 산식은 아래 식 (4)과 같다.

앞서 기술개발 편익에서 논의한 바와 같이, 현재 개발 중에 있는 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술 활용에 대한 편익 추정에는 예비타당성조사 단계에서의 비용저감 편익 추정과 다른 접근방식이 필요하다. 본 연구의 진행시점에서 동 사업은 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술을 통해 넙치와 뱀장어 양식에서 전력사용량이 절감됨을 이미 실험으로 확인되었기 때문에, 기술활용 편익은 식 (4)의 비용과 사업의 비용 절감율의 곱으로 계산되는 것이 합당하다. 따라서 기술활용 편익의 추정산식은 아래 식 (5)와 같다.

여기서, T_i,t 는 미래 기술활용 어가 수, C_i는 양식어가 평균 전기료, X_i는 편익 대상 에너지 사용 비중, Z_i는 전력사용량 감소율을 의미하며 i 는 품종(넙치, 뱀장어), t는 연도, n은 편익발생 시작연도, N 은 편익발생 종료연도, r은 할인율이다.

이때 미래 기술활용 어가 수 (T_i,t )는 편익발생 기간 동안 디지털 트윈 기술을 사용하는 양식어가 의 수로, <그림 1>의 시나리오 C를 바탕으로 예측된 t년도의 미래 양식어가 수(H_i,t )에 디지털 아쿠아 트윈 기술의 수용도(A_i,t )를 곱하여 산출하였다. 편익발생 기간과 할인율은 기술개발 편익 계산과 정에서 활용된 수치를 사용하였다.

양식어가 평균 전기료(C_i)는 품목별 양식어가 전체 대상으로 소요되는 평균 연간 전력사용 비용을 의미한다. 본 연구에서는 2020년^『어업총조사_』마이크로데이터를 활용해 넙치 및 뱀장어 양식어가의 전체 평균 양식면적을 산출하고, 기존에 선행된 경영비용 조사의 조사대상 양식어가의 평균 전기료와 수면적을 바탕으로 품목별 전체 양식어가의 평균 연간 전기료를 비례적으로 산출하였다16). 2020년 넙치 및 뱀장어 양식어가의 전체 평균 양식면적은 각각 1.59ha, 0.46ha로 파악되었다. 결과적으로 2022년 넙치 양식어가 전체의 평균 연간 전기료는 4.78억 원, 뱀장어 양식어가 전체의 평균 연간 전기료는 0.62억 원으로 산출되었다17).

편익 대상 에너지 사용비중(X_i)은 양식과정에서 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술을 통해 절감할 수 있을 것으로 기대되는 편익 대상 에너지가 양식장에서 사용되는 전체 에너지 사용량 대비 차지하는 비중으로, 넙치의 경우 펌프 사용 에너지의 사용비중(약 73.8%), 뱀장어의 경우 난방 에너지의 사용비중(약 30.0%)을 의미한다(이규태 외, 2018).

전력사용량 감소율(Z_i)은 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술 활용에 따른 에너지소비효율의 증가율을 의미하며, 넙치와 뱀장어에 대하여 2023년 수행된 한국전자통신연구원의 “아쿠아 트윈 기술 경제성 분석” 사업(EA20232251)의 분석결과를 활용하였다. 이에 따르면, 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술 활용에 따라 넙치 양식의 펌프 전력 사용량은 약 28.74% 감소하였고, 뱀장어 양식의 난방 전력 사용량은 약 8.9% 감소한 것으로 분석되었다18).

Ⅲ. 연구 결과 Other SectionsAbstract초록I. 서 론 Ⅱ. 연구방법 Ⅲ. 연구 결과 Ⅳ. 고 찰 Ⅴ. 요약 및 결론 FiguresTablesReferences

1. 미래 양식어가 수 전망

^『어업총조사_』마이크로데이터를 활용해 넙치와 뱀장어의 양식어가 수 추이를 분석한 결과, <표 2>와 같이 급격히 감소하였다. 넙치 양식어가는 2005년 678가구에서 2020년 262가구로 약 61.4%가 감소하였 고, 뱀장어 양식어가는 2005년 281가구에서 2020년 150가구로 약 46.6%가 감소한 것으로 파악되었다.

선형보간법(linear interpolation)을 이용하여 2005년부터 2020년까지의 연도별 양식어가 수를 도출한 후 강건표준오차(robust standard error)를 이용하여 AR(1) 모형을 추정한 결과는 <표 3>에 제시하였다. 넙치와 뱀장어 모두 직전연도(t - 1 )의 양식어가 수가 현재(t)의 양식어가 수를 통계적으로 유의하게 설명하며, 수정된 결정계수(adjusted R²)도 0.99 이상으로 매우 높게 나타났다.

이를 통해 기술발전과 양식업의 진입장벽이 현실적으로 반영된 시나리오 C를 상정하고, 2021년 이후 양식어가 수가 최소가 되는 시기까지 넙치와 뱀장어의 미래 양식어가 수를 예측하였다. <그림 2> 는 품종 및 시나리오별 미래 양식어가 수의 추세를 나타낸다.

추세항으로 기술발전의 정도를 반영한 시나리오 C에 따라 예측한 결과, 넙치 양식어가 수는 2027년에 최소값 180가구, 뱀장어 양식어가 수는 2030년에 최솟값 117가구에 도달할 것으로 분석되었다19). 한편, 시나리오 A를 상정하여 양식업의 진입장벽이 전혀 해소되지 않은 채 양식어가의 수가 계속 감소한다면 넙치는 2029년경, 뱀장어는 2043년경에 양식어가가 소멸할 것으로 분석되었다20). 시나리오 B는 디지털 아쿠아 트윈 기술 개발로 인해 진입장벽이 완전히 해소되어 신규 어업인이 현재의 어가 수를 유지할 만큼 유입되는 상황을 의미한다.

2. 기술개발 편익

본 연구에서는 2020년 양식어가 수 대비 미래 양식어가 수의 변화분과 2020년 양식어가의 평균 판매수입, 부가가치율을 곱하고 편익 발생기간과 할인율을 적용하여 품종별 기술개발 편익을 도출하였다.

<그림 1>의 시나리오 C 하에서 발생할 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 기술개발 편익의 현재가치는 아래 <표 4>와 같이 113.7억 원에 달할 것으로 분석되었다.

기술수용도를 2020년 기준 ‘어업경영시설자동화’의 목적으로 정보화기기를 활용하는 경우로 상정하였을 때, 기술개발 편익은 총 113.7억 원으로, 넙치 양식업에 대해 약 92.0억 원, 뱀장어 양식업에 대해 약 21.7억 원으로 분석되었다21).

3. 기술활용 편익

본 연구에서는 기술활용 편익 계산을 위하여 전체 양식어가의 평균 연간 전기료에 편익 대상 에너지 사용비중, 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술 사용에 따른 전력 사용량 감소율 및 미래 기술사용 양 식어가 수를 곱하고 편익발생기간과 할인율을 적용하여 품종별 미래 기술사용 어가의 연간 전기료 감소분을 도출하였다. 이때 편익 대상 에너지 사용비중은 넙치의 경우 전체 대비 펌프 사용 에너지의 비중, 뱀장어의 경우 전체 대비 난방 에너지의 비중을 의미한다.

넙치와 뱀장어 양식에 있어 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 기술활용 편익의 현재가치는 아래 <표 5>과 같이 170.4억 원에 달할 것으로 분석되었다.

기술수용도를 2020년 기준 ‘어업경영시설자동화’의 목적으로 정보화기기를 활용하는 경우로 상정하였을 때, 기술활용 편익은 총 170.4억 원으로, 넙치 양식업에 대해 약 167.9억 원, 뱀장어 양식업에 대해 약 2.46억 원으로 분석되었다.

Ⅳ. 고 찰 Other SectionsAbstract초록I. 서 론 Ⅱ. 연구방법 Ⅲ. 연구 결과 Ⅳ. 고 찰 Ⅴ. 요약 및 결론 FiguresTablesReferences

본 연구에서는 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술 개발에 따라 발생하는 기술개발 편익과 기술활용 편익을 구분하여 추정하였다. 분석 결과, 최종적으로 총 편익(기술개발 편익과 기술활용 편익의 합)의 현재가치는 아래 <표 6>과 같이 284.1억 원으로 분석되었다.

일반적으로 경제성 분석 시 기술이 시장에 보급되어 발생하는 2차적인 편익인 기술활용 편익을 추정하는 것을 고려하면 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 개발이 갖는 경제적 가치가 매우 큰 것으로 판단된다. 하지만 본 연구에서 산출한 기술개발 편익과 기술활용 편익은 과대추정 또는 과소추정이 될 여지가 존재하므로 이에 대해 구체적으로 검토할 필요가 있다.

기술개발 편익의 경우, 어가 수가 감소하더라도 양식규모는 증가하는 양식어가의 규모화로 인하여 양식어가의 평균 판매수입이 증가할 수 있어, 디지털 트윈 플랫폼 기술 도입으로 인한 어가 수의 감소 추세 완화 효과가 과대평가될 가능성이 있다. 다만, 양식어가의 규모화는 단순히 양식어가 수가 감소할 때 양식규모가 증가하는 양상 또는 양식어가 수가 감소하지 않아도 양식규모 자체가 증가하는 양상으로 발생할 수 있어 면밀한 분석이 요구된다22).^『어업총조사_』마이크로데이터를 분석한 결과, <표 7>과 같이 넙치와 뱀장어 양식어가 수는 감소하는 반면 평균 양식면적은 증가하는 추세를 보였으나, 품목별 총 양식면적은 증감을 반복하였다. 넙치 평균 양식면적은 2005년 0.56ha에서 2020년 1.59ha로 증가하였 고, 뱀장어 평균 양식면적은 2005년 0.22ha에서 2020년 0.46ha로 증가하였다. 총 양식면적은 넙치와 뱀장어 모두 2005년에서 2010년까지 크게 증가하였으나 이후 2015년에 다시 감소하였으며, 2020년에는 넙치 총 양식면적은 증가하였지만 뱀장어 총 양식면적은 감소하였다. 이는 양식어가의 규모화 정도를 규명하기 위한 보다 엄밀한 분석이 필요함을 의미하며, 규모화 정도가 양식어가의 평균 판매수입과 기술개발 편익에 구체적으로 미치는 영향도 추가적으로 분석되어야 할 것으로 생각된다.

기술활용 편익의 경우, 다음과 같은 이유로 과소추정될 가능성이 있다. 우선 본 연구에서는 자료의 제약으로 인하여 전력사용량 측면의 편익에 초점을 맞추어 분석하였기 때문에 사료비 절감, 폐사율 감소 등 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술을 통해 절감할 수 있는 다른 비용을 고려하면 기술활용에 따른 편익 창출 효과는 더 커질 수 있다. 특히 어류는 농축산 분야와 달리 생육 환경에 대한 의존성과 민감도가 높으므로 수온, 용존산소, 탁도 등 양식수 환경의 최적 관리를 통해 집단 폐사 등을 방지함으로써 경제적 위험 부담을 줄일 수 있다(이상연 외, 2023).

또한 본 연구에서 활용한 넙치 양식과 뱀장어 양식의 전기료는 각각 2022년, 2021년 기준이기 때문에 최근 인상된 농사용(을) 전기요금의 추세를 반영하면 전기료가 전체 양식 비용에서 차지하는 비중이 더 커질 수 있으며, 이에 따라 기술수용으로 인해 절감되는 전기료에 대한 편익도 증가할 여지가 있다. 실제로 2022년 1월 이후로 육상양식장에서 사용하는 농사용(을) 전기의 요금이 지속적으로 인상되어 최근 양식장의 전기료 부담은 더 클 것으로 예상된다. 농사용(을) 전력량 요금은 2022년 1월 35.7원/kWh 에서 2022년 10월 48.0/kWh, 2023년 5월 54.5원/kWh로 총 18.8원(52.7%) 인상되었다(박진규, 2023).

마지막으로, 기술개발 편익과 기술활용 편익 모두 영향요인 간 상호작용으로 인한 과대추정의 가능성이 있다. 기술개발 편익의 지표로 설정된 양식어가 수의 변화는 디지털 아쿠아 트윈 기술 외에 고령화, 양식 품목 가격, 생산비 등 여러 요인들에 의해 영향을 받을 수 있으며, 나아가 이 요인들은 디지털 아쿠아 트윈 기술의 활용을 통해서도 영향을 받을 수 있다. 본 연구는 동 기술에 대한 편익 추정의 기초 연구로서 요인 간 상호작용을 고려하지 못하였으며, 추후 이를 반영한 고도화된 편익 추정 방법론의 개발이 필요하다.

Ⅴ. 요약 및 결론 Other SectionsAbstract초록I. 서 론 Ⅱ. 연구방법 Ⅲ. 연구 결과 Ⅳ. 고 찰 Ⅴ. 요약 및 결론 FiguresTablesReferences

본 연구는 한국형 스마트 양식 기술로서 넙치와 뱀장어 양식업에 대하여 현재 개발 중인 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 경제적 편익을 기술 개발의 측면과 기술 활용의 측면으로 구분하여 추정하였다. 기술개발 편익은 동 기술의 개발로 인해 양식어가 수 유지 측면에서 안정적인 산업구조를 유지하는 효과로 상정하였으며, 기술활용 편익은 동 기술의 활용으로 인해 절감되는 에너지 비용으로 상정하였다.

연구 결과, 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 경제적 편익은 284.1억 원으로 분석되었으며, 일반적 으로 경제성 분석 시 기술이 시장에 보급되어 발생하는 2차적인 편익인 기술활용 편익을 추정하는 것을 고려하면, 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술과 같은 정보화기술의 개발 자체가 가지고 있는 경제적 가치도 추가적으로 고려해야 할 것이다.

한편, 본 연구에서는^『어업총조사_』의 어가별 정보화기기 활용목적 응답자료를 활용하여 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 수용도를 상정하고 이를 분석에 활용하였다23). 본 연구의 분석대상인 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술 등 신규 개발된 정보화기술이 양식업이 직면한 문제점과 한계를 극복하고 발전하는 데 실질적으로 효과적이기 위해서는 해당 기술을 적극적으로 수용하고자 하는 현존 양식 어가와 잠재적 신규진입자의 태도가 가장 중요하다. 수산 분야에 비해 비교적 디지털 트윈 기술 연구가 활성화된 농업 분야에서도 대부분의 디지털 트윈 기술 개발이 개념(concept) 및 시제품(prototype) 수준에 머물러 있음이 지적되고 있으며, 디지털 트윈 기술을 성공적으로 개발하기 위해서는 구성원(농업인)들이 사물 인터넷(Internet of Things, IoT), 머신러닝, 빅데이터 등 관련 기술들에 더욱 친화적이어야 한다는 주장이 제기되고 있다(Pylianidis et al., 2021). 이미 농업 부문에서는 기후스마트농업에 대한 농업인의 반응조사 및 선호도 분석이 진행된 바 있으며, 기후스마트농업 기술에 대한 인지도와 적용 수준이 조사되어 2016년 기준 응답농가 중 36.2%가 해당 기술을 영농에 적용하고 있는 것으로 분석되었다(정학균 외, 2016). 이러한 상황을 고려할 때, 양식업에서도 어가의 기술수용의향에 대한 체계적인 연구가 필요한 시점이며, 추후 이에 대한 정량적인 연구가 진행된다면 편익 추정의 정확성을 제고할 수 있을 것이다.

또한, 본 연구에서 추정한 기술개발 편익과 기술활용 편익은 모두 평균효과(mean effect)에 대한 분석으로, 양식생산의 변동성을 고려한 분산효과(2차 적률 효과)에 대한 추가적인 고려가 필요하다. 분산효과의 예시로는 디지털 아쿠아 트윈 플랫폼 기술의 도입으로 인한 변동성 감소 효과를 고려할 수 있다.

마지막으로, 본 연구는 기존의 국가연구개발사업(R&D)의 타당성 평가에 활용되는 일반적인 경제적 편익 추정과는 다른 관점에서 현재 개발 중인 기술의 경제적 효과 분석에 활용될 수 있는 기술개발의 편익 추정을 시도하였다는 점에서 차별성이 있다. 하지만 실제 타당성 평가에서는 본 연구에서 제시한 편익지표에 대한 보다 엄밀한 검증과 함께 연구개발비, 시스템 설치비용, 사용자 교육 등 기술의 개발과 현장적용에 필요한 다양한 비용 또한 추가적으로 고려할 필요가 있으며, 이를 통해 한국형 스마트 양식기술에 대한 연구개발투자의 효율성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.