지역냉난방사업의 설비 최적화에 관한 연구

서지정보

· 발행기관 : 한국환경경제학회
· 수록지 정보 : 자원환경경제연구 / 15권 / 3호 / 505 ~ 530페이지
· 저자명 : 김진형, 최병렬

초록

본 연구는 특정지역에 집단에너지사업을 추진할 경우, 지역냉난방사업자가 공급할 에너지서비스, 즉 난방열과 냉방열, 그리고 전력을 공급할 수 있는 합리적 시스템을 구축하고자 하였다. 이를 위해 최적시스템을 산정할 수 있는 비용최소화 선형모형을 구축하고 실증분석을 시도하였다. 이 선형모형은 지역에너지서비스의 수요, 열원 및 관련 설비의 규모 및 운영, 그리고 지역냉난방사업자와 전력계통망 운영자 간의 전력거래와 같은 에너지교역 조건에 제약을 받고 있다. 본 선형모형의 주요 선택변수는 설비의 종류와 규모, 그리고 이들의 가동수준, 투입연료의 규모 등이 된다. 그리고 동 모형은 다음과 같은 특징을 가진다. 본 모형은 가능한 모든 설비(CHP, 보일러, 냉동기, 빙축 등)를 모형에 포함시켜 선택 가능하도록 하되, 총비용을 최소화하도록 최적모형을 구성하였다. 이에 따라 가변열전비 CHP의 운전모드도 하나의 설비로 인식하게 하여 CHP의 운전모드도 선택할 수 있다. 이 모형을 통하여 4만 세대의 아파트와 90동의 상업건물에 난방열과 냉방열, 그리고 전력을 공급할 경우, 최적설비로는 52MW 규모의 열병합발전기와 165 Gcal/h의 열전용보일러가 필요하며, 흡수식 냉동기와 빙축 시스템, 그리고 축열조가 도입되는 것으로 나타났다. 특히 CHP는 연간 열수요의 63%, 연간 전력수요의 67%를 담당하며, 축열조는 열 부하피크시 18%의 난방열을 공급하고 있어 생산설비로서의 기능도 담당하고 있음을 실증하였다. 이러한 연구의 결과는 지역냉난방사업자와 독점사업의 규제자인 정부에게 몇 가지 의미를 제공하고 있다. 사업자는 본 연구에서와 같은 최적 모형을 통하여 최적 에너지공급시스템을 구성함으로써 잉여설비 또는 불필요한 초과비용을 회피할 수 있다. 이는 합리적인 난방 및 냉수 요금을 결정할 수 있게 하며, 나아가서는 산업간, 사업자간 에너지서비스의 가격(수열가격 또는 수전가격)과 관련한 갈등을 해소하는데 기여할 수 있다. 또한 적정설비 운영은 사업자에게 향후 어느 정도의 에너지수요를 추가적으로 개발할 수 있는지를 판단할 수 있게 만든다. 그리고 정부의 입장에서는 본 모형의 결과를 신규 사업자 선정에 활용할 수 있다. 즉, 기존 지역냉난방사업지역 인근에 신규 사업을 추진하고자 할 경우 기존 사업자의 설비 최적화 여부를 판단하여 기존과 신규 지역이 포함된 전체의 부하규모를 고려하여 최적 설비가 도입되도록 사업자를 선정하여 불필요한 투자를 미연에 방지함으로써 사회적 편익을 높일 수 있다. 본 연구의 최적화 선형모형은 선형계획이 지니는 편의성과 함께 그 한계점도 지니고 있으므로 다음과 같은 내용을 보완할 필요가 있다. 현행 모형에서는 열원의 규모를 실수변수(real variable)로 다루고 있으나, 이를 정수변수(integer variables)로 전환하여 설비도입의 현실화를 도모해야 한다. 그리고 에너지설비 단위당 투자비, 에너지서비스의 수요전망, 지역냉난방사업자와 전국전력망사업자 간의 전력거래 가격 등과 같은 외생변수와 관련하여 객관적이고 현실성 있는 자료의 수집에 노력해야 한다. 이와 같이 현행 모형에 대한 정수계획 프로그램으로의 전환, 입력 자료의 개선은 향후 동 모델의 활용범위를 더욱 확대시킬 것이다.

참고자료

· 없음