유틸리티 네트워크와 수소 공급망 통합 네트워크 설계를 위한 결정론적 최적화 모델 개발 (Development of a Deterministic Optimization Model for Design of an Integrated Utility and Hydrogen Supply Network)

서지정보

· 발행기관 : 한국화학공학회
· 수록지 정보 : Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHAK) / 52권 / 5호 / 603 ~ 612페이지
· 저자명 : 황보순호, 이인범, 한지훈

초록

대규모 산업 단지 내에는 다양한 네트워크가 형성되어 있다. 각각의 네트워크들은 네트워크를 구성하는 요소들이 필요로 하는 물질의 생산 및 수송을 통하여 물질의 수요를 충족시킨다. 네트워크 자체적으로 직접 생산을 통하여 각 공장들이 필요로 하는 물질의 수요를 충족시키기도 하며 수요량의 변화나 경제적 요소들로 인하여 네트워크 외부에서필요로 하는 물질을 구매하여 네트워크 내에서 수송하기도 한다. 특히나 유틸리티 네트워크와 수소 네트워크는 대규모 산업 단지의 대표적인 네트워크들이며 이러한 네트워크들의 비용적 절감 및 네트워크 구성의 최적화와 관련된 많은 연구들이 수행되어 왔다. 하지만 두 네트워크를 연결하여 통합된 네트워크 모델을 구축하여 최적화를 진행한 연구는 진행되어 오지 않았다. 본 논문에서는 유틸리티 네트워크에서 발생되는 여분의 스팀을 수증기 메탄 개질 공정의 원료로 사용하여 수소를 생산한 후, 생산된 수소를 수소 네트워크에 주입하여 수소 네트워크의 수소 수요량을 충족시키는 모델을 개발하였다. 제시된 모델은 유틸리티 네트워크의 유틸리티 수요량과 수소 네트워크의 수소 수요량을 모두충족시키면서 통합된 네트워크 모델의 최적 설계 및 네트워크 구성도를 결정할 수 있게 하고, 요구되는 전체 비용을계산 가능하게 한다. 본 연구에서 제시한 모델의 타당성을 평가하기 위하여 국내 최대 규모의 대규모 석유 화학 산업단지를 가지고 있는 여수 석유 화학 단지를 대상으로 사례를 적용해 보았으며 이 사례 연구를 통하여 얻은 결과는 기존의 유틸리티 네트워크와 수소 네트워크를 개별적으로 연구한 결과와 비교하여 더 최적의 결정을 제시할 것이다.

영어초록

Lots of networks are constructed in a large scale industrial complex. Each network meet their demandsthrough production or transportation of materials which are needed to companies in a network. Network directly producesmaterials for satisfying demands in a company or purchase form outside due to demand uncertainty, financial factor,and so on. Especially utility network and hydrogen network are typical and major networks in a large scale industrialcomplex. Many studies have been done mainly with focusing on minimizing the total cost or optimizing the networkstructure. But, few research tries to make an integrated network model by connecting utility network and hydrogen networkIn this study, deterministic mixed integer linear programming model is developed for integrating utility networkand hydrogen network. Steam Methane Reforming process is necessary for combining two networks. After producing hydrogen from Steam-Methane Reforming process whose raw material is steam vents from utility network, producedhydrogen go into hydrogen network and fulfill own needs. Proposed model can suggest optimized case in integrated networkmodel, optimized blueprint, and calculate optimal total cost. The capability of the proposed model is tested byapplying it to Yeosu industrial complex in Korea. Yeosu industrial complex has the one of the biggest petrochemicalcomplex and various papers are based in data of Yeosu industrial complex. From a case study, the integrated networkmodel suggests more optimal conclusions compared with previous results obtained by individually researching utilitynetwork and hydrogen network.

참고자료

· 없음