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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 제 1보에서 보고된 TMR 플랜트 모델의 성능과 모델 플랜트에서 생산된 TMR 사료의 품질을 검정하고, 개발된 모델과 관행 TMR 사료생산 모델의 이용비용을 비교 분석하여 우리나라의 축산농가에 적용할 수 있는지에 대한 가능성 여부를 제시함에 있다.
- 본 연구는 국내산 원형베일을 원료로 하여 우리나라의 조사료 문제점을 개선하고, 규모화에 저해되는 노동력을 최소화하고, 사료생산비용을 절감시킬 수 있고, 1,000 여두 내외 규모의 공동사육이 가능한 완전혼합사료(total mixed rations, TMR) 일관 조제를 위한 농가 단지형 소형 플랜트의 모델을 개발하는 것이다. 본 연구의 제 1보(Ha et al.
가설 설정
- 개발된 모델 플랜트의 배합용량은 2 톤/배치로 TMR 사료의 평균 함수율은 40%(w.b.)로 가정하였다. 본 모델의 분석은 한우의 경우 설치되어 운영 중인 전라북도 정읍시 정우면 보리마을의 농가를 대상으로 하였으며, 젖소의 경우 경상북도 경주시 안강읍의 자가 TMR을 실시하여 운영 중인 낙농가를 대상으로 하였다.
- 모델 플랜트의 건물 및 시설비용에 대한 감가상각비는 직선법을 적용하여 산출하였다(Park, 2008). 내구연한은 문헌 등을 참조하여(RDA, 2008), 건물의 경우 40년, 기계류는 8년, 운반장비는 10년으로 하였으며, 폐기가격은 구입가격의 5%로 가정하였다. 전기시설은 수변전설비의 경우 20년으로 폐기가격은 0%로, 전기공사의 경우 10년으로 폐기가격은 5%를 각각 적용하였다.
- 모델 시스템의 원형베일 세절기와 관행의 자가 TMR 모델의 TMR 배합기는 트랙터를 이용하는 것으로 하였다. 이때 40 kW급 트랙터는 이미 보유하고 있는 것을 이용하는 것으로 가정하였다.
- 산출근거는 다음과 같다. 트랙터 PTO 출력은 40 kW 트랙터의 PTO 효율 85%로 기준으로 하고, 트랙터 최대 출력에 대한 부 하율 0.7로 가정하였다. 트랙터의 연료소모량은 2.
- 모델 플랜트에서 TMR 사료 계량･포장 시에 소요되는 톤 백은 5,320 원/개를 적용하였다(RDA, 2008). 포장시에 톤백으로 반출이 50%, 트레일러 등으로 벌크 반출이 50%로 가정하였으며, 톤백의 재사용 횟수 등을 감안하여 연간 20%의 교체가 필요하다고 가정하였다.
제안 방법
- 건물 및 시설의 수리비는 고정비에 포함시켜 결정하였는데, 문헌을 참조하여(Park, 2008) 일반적으로 적용되는 연간 3%를 수리비로 적용하였다. 기계류의 경우 소요되는 부속품과 작동시 부하변동이 큰 배합기, 세절기 등의 경우는 기계구입가의 연간 6.
- 관행의 자가 TMR 모델은 원형베일 조사료를 사료절단기로 세절하고, 1 배치에 2 톤 규모의 트랙터 견인형 TMR 배합기로 배합한 후 급여하는 모델이며, 관행의 TMR 사료 구입 모델은 상업용 TMR 플랜트에서 판매되는 한우 및 젖소용 TMR 사료를 구입하는 모델이다. 경제성 분석 방법은 시스템의 투자비용과 이용비용으로 나누어 산출하였다.
- ) 내외가 되도록 1 배치의 총 배합량을 2,000 kg으로 하였으며, 배합프로그램을 통하여 성분비를 조절하였다. 공시재료의 함수율은 적외선수분계(FD-720, Kett, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다.
- 먼저 소량의 광물질, 생균제 등은 무게를 측정하여 예비 혼합한 후, 세절기로 마른볏짚을 세절하여 투입하고 면실(cotton seed)을 투입한 다음 총체보리를 세절하여 투입하였다. 다음으로 버섯배지 등 수분이 많은 부산물 원료를 투입하고, 마지막으로 첨가제를 투입한 후 총 20분간 배합을 실시하였다. 그림 1은 배합된 TMR 사료의 샘플을 나타내었다.
- 6 kW이지만 실제 가동시간과 비교하였을 경우 계산되는 정격전력은 1 배치에 21 kWh로 나타났다. 따라서 실제로 소비되는 전력을 적산전력계를 이용하여 측정하였다.
- 따라서 Buckmaster와 Muller(1992)가 제시한 TMR 배합시 원료투입 순서에 따라 배합을 실시하였다. 먼저 소량의 광물질, 생균제 등은 무게를 측정하여 예비 혼합한 후, 세절기로 마른볏짚을 세절하여 투입하고 면실(cotton seed)을 투입한 다음 총체보리를 세절하여 투입하였다. 다음으로 버섯배지 등 수분이 많은 부산물 원료를 투입하고, 마지막으로 첨가제를 투입한 후 총 20분간 배합을 실시하였다.
- 본 연구에서는 TMR 사료 생산에 소요되는 이용비용을 고정비와 변동비로 구분하였다. 모델 시스템의 원형베일 세절기와 관행의 자가 TMR 모델의 TMR 배합기는 트랙터를 이용하는 것으로 하였다.
- 본 연구에서는 개발된 단위농가에 적합한 소형 TMR 플랜트의 성능을 시험하고 플랜트에서 생산된 사료의 품질을 검증하였으며, 관행의 자가 TMR 모델과 관행의 TMR 사료 구입 모델의 생산비용을 비교 분석하였다. 연구에서 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
- TMR 사료 균질도의 분석은 배합기와 플랜트의 각 공정의 성능을 판별하는데 중요하다. 본 연구에서는 배합원료 중에서 가장 비중이 낮은 면실의 배합 변이계수(coefficient of variation, CV)값을 측정하여 판별하였다. 면실은 서로 엉기어 있고 비중이 낮기 때문에 잘 배합이 되지를 않는 성질이 있다.
- 시험은 배합 전 공시재료에 면실을 전체 공시재료의 약 2%를 투입하였다. 샘플의 채취는 배합 후 배합기 배출구 및 포장기 배출구(2개 지점)와 각 배출공정단계별 10%, 50%, 90% (3개 공정)에서 각각 1,000 g씩 총 10개를 채취하였다. 식 (1)과 같이 샘플 무게 당 면실의 무게를 측정하여 CV값을 산출하여 분석하였다.
- 샘플의 채취는 세절기로 세절된 원형베일 조사료와 세절된 조사료를 배합기에 투입하여 배합이 완료된 후의 조사료 100g 씩을 각각 채취하여 5 cm 이하, 5~10 cm, 10~15 cm, 15 cm 이상 세절 길이에 대한 중량비의 백분율(%)로 분포도를 나타내었다.
- 연간 이용시간은 적응시험 및 성능시험을 통하여 산정된 모델 플랜트의 소요기계별 이용시간을 적용하였으며, 이를 이용해 환산하였다. 관행의 자가 TMR 모델의 사료절단기의 작업능률은 원형베일 1개를 세절하는데 약 2시간 정도 소요되는 것으로 조사되었다(Ha et al,, 2009a; Hong et al.
- 연료비는 세절기와 스키드로더에 대하여 동일하게 적용하였다. 연료비는 세절기에 의한 원형베일 세절시 트랙터의 부하를 추정하여 시간당 소요연료량을 구하여 산출하였다. 산출근거는 다음과 같다.
- 이를 1일 두당 이용비용과 사료원료비를 계산하여 모델 플랜트의 TMR 사료 생산비용과 관행의 자가 TMR 모델의 TMR 사료 생산비용으로 나타내었으며, 관행의 TMR 사료 구입 모델의 TMR 사료 구입 비용과 비교 분석하였다.
- 이자는 총 투자비용에 대하여 적용하였는데, 농림부의 사료제조시설지원조건에서 융자 70%에 대하여는 연리 4%를 적용하고 자부담 30%에 대해서는 농업인 대출금리 3%를 적용한 다음(MIFAFF, 2008a), 변동금리를 감안하여 일률적으로 4%의 이자를 적용하였다. 보험은 우리나라 농업기계에 대해서는 아직 적용되지 않고 있으므로 관행의 자가 TMR 모델에서는 제외하였고(Park, 2008), 모델 플랜트의 경우는 건물과 시설 투자비용에 대해서만 연간 0.
- 앞서 1 배치에 2톤의 공시재료를 투입하여 반입 → 세절 →배합 → 배출 → 제품저장 → 계량･포장까지 소요되는 작업 시간과 생산량을 각각 측정하여 다음 식 (2)를 이용하여 실제 작업능률을 산출하였다. 작업효율은 이론작업능률과 실제작업능률의 비로 산출하였다. 제 1보(Ha et al.
- 전기시설비는 전술한 기계시설과 유틸리티에 필요한 소요 동력을 계산하여 수변전공사 비용과 전기공사 비용으로 나누어 적용하였다. 수변전공사 비용과 전기공사 비용은 한국전력공사에서 고시한 단가 70,400 원/kW와 60,000 원/kW을 적용하였다(KEPCO, 2009).
- 토지구입비는 기계설비의 배치, 원료와 TMR 사료의 저장 공간, 운반 등을 고려하여 토지면적을 구하여 비용을 산출하였다. 본 연구에서의 모델 플랜트의 토지면적은 약 500 m2이 필요한 것으로 나타났다.
- 투자비용은 토지구입비, 토목･건축비, 기계설비비, 전기시설비, 기타 비용으로 구분하여 분석하였다.
- 공시재료는 표 1과 같이 주로 농산부산물 원료를 이용하였으며, 조사료는 총체보리와 마른볏짚 사용하였다. 함수율이 약 40%(w.b.) 내외가 되도록 1 배치의 총 배합량을 2,000 kg으로 하였으며, 배합프로그램을 통하여 성분비를 조절하였다. 공시재료의 함수율은 적외선수분계(FD-720, Kett, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 공시재료는 표 1과 같이 주로 농산부산물 원료를 이용하였으며, 조사료는 총체보리와 마른볏짚 사용하였다. 함수율이 약 40%(w.
- )로 가정하였다. 본 모델의 분석은 한우의 경우 설치되어 운영 중인 전라북도 정읍시 정우면 보리마을의 농가를 대상으로 하였으며, 젖소의 경우 경상북도 경주시 안강읍의 자가 TMR을 실시하여 운영 중인 낙농가를 대상으로 하였다. 이때 젖소 1일 두당 평균 사료급여량은 25 kg으로 나타났으며, 1회 배합시에 약 80두의 사료급여가 가능하다.
이론/모형
- 기계설비의 가격은 농업기계 가격집과 기계 제작회사에 의뢰하여 조사하였다(KAMICO, 2009). 여기서 모델 플랜트와 관행의 자가 TMR 모델에 소요된 기계 제원 및 시설비용은 다음의 표 3과 같다.
- TMR 사료 제조시 원료사료의 투입순서에 따라 혼합에 많은 영향을 미친다. 따라서 Buckmaster와 Muller(1992)가 제시한 TMR 배합시 원료투입 순서에 따라 배합을 실시하였다. 먼저 소량의 광물질, 생균제 등은 무게를 측정하여 예비 혼합한 후, 세절기로 마른볏짚을 세절하여 투입하고 면실(cotton seed)을 투입한 다음 총체보리를 세절하여 투입하였다.
- 모델 플랜트의 건물 및 시설비용에 대한 감가상각비는 직선법을 적용하여 산출하였다(Park, 2008). 내구연한은 문헌 등을 참조하여(RDA, 2008), 건물의 경우 40년, 기계류는 8년, 운반장비는 10년으로 하였으며, 폐기가격은 구입가격의 5%로 가정하였다.
- 전기시설비는 전술한 기계시설과 유틸리티에 필요한 소요 동력을 계산하여 수변전공사 비용과 전기공사 비용으로 나누어 적용하였다. 수변전공사 비용과 전기공사 비용은 한국전력공사에서 고시한 단가 70,400 원/kW와 60,000 원/kW을 적용하였다(KEPCO, 2009).
- 토목･건축비는 일반적으로 농산물 보관창고와 같은 건축물과 토목공사 설계비 산정 기준을 적용하였다(RDA, 2008). 여기서 설계, 건축, 토목공사, 각종 인허가사항 등을 포함하여 182,000 원/m2을 기준으로 산정하였으며, 이때 모델 플랜트의 건평은 약 330 m2으로 나타났다.
성능/효과
- (1) TMR 사료 균질도를 분석한 결과, 평균 CV값이 배합기 출구에서는 13.0%, 포장기 출구에서는 14.2%로 나타났다.
- (2) 배합 후 조사료 길이별 무게비는 5 cm 이하 40%, 5~10 cm 60%로 나타났다.
- (3) 모델 플랜트의 실제작업능률 및 작업효율은 1 배치일 경우 3,155 kg/h와 65.7%, 연속적인 작업시에 4 배치는 4,170 kg/h와 86.9%, 8 배치는 4,406 kg/h와 91.8%로 나타났다.
- (4) 모델 플랜트의 연간 이용비용은 1 배치 생산의 경우 59,119 원/톤, 4 배치는 18,850 원/톤, 8 배치는 11,943 원/ 톤으로 생산량이 증가할수록 이용비용은 절감되는 것으로 나타났다.
- (5) 모델 플랜트의 이용비용과 생산비용은 8 배치 생산시각각 젖소는 298 원/두･일과 8,298 원/두･일, 한우는 155 원/두･일과 2,495 원/두･일으로 나타났다.
- (6) 관행의 TMR 사료 구입 모델과 비교할 때 모델 플랜트의 손익분기점은 젖소의 경우는 사육규모가 79두, 한우의 경우는 113두로 나타났으며, 관행의 자가 TMR 시스템과 비교할 때 젖소의 경우 사육규모가 160두, 한우의 경우는 300두 이상에서는 모델 시스템이 유리한 것으로 나타났다.
- (7) 한우의 경우 1,000두 정도, 젖소의 경우 600두 정도 사육할 경우에 관행의 TMR 사료 구입 모델과 비교하여 8개월 정도면 본 연구에서 개발된 모델 플랜트의 투자 비용을 모두 회수할 수 있는 것으로 분석되었다. 종합 적으로 결론을 내리면, 본 연구에서 개발된 모델 플랜트는 기능적인 면에서, 경제적인 측면에서 한우 및 젖소 사육농가에 유익한 것으로 판단된다.
- 1일 1 배치 생산시 젖소의 사육 가능두수는 약 80두, 한우는 약 154두로 나타났으며, 모델 플랜트의 이용비용은 젖소의경우 1,478 원/두･일, 한우는 768원/두･일로 나타났다. 이때 생산비용은 젖소는 9,478 원/두･일, 한우는 3,108 원/두･일로 나타났다.
- 1일 8 배치 생산시 젖소와 한우의 사육 가능두수는 각각 640두, 1,231두로 나타났으며, 모델 플랜트의 경우 이용비용과 생산비용은 각각 298 원/두･일과 8,298 원/두･일, 155 원/두･일과 2,495 원/두･일으로 나타났다.
- 그림 3과 4에서 관행의 TMR 사료 구입 모델과 비교할 때 모델 플랜트의 손익분기점은 젖소의 경우는 사육규모가 79두, 한우의 경우는 113두로 나타났으며, 관행의 자가 TMR 시스템과 비교할 때 젖소의 경우 사육규모가 160두, 한우의 경우는 300두 이상에서는 모델 시스템이 유리한 것으로 나타났다.
- 조사료 길이별 무게비는 15 cm 이하 80%, 15 cm 이상 20%이었던 것이 배합 후에는 5 cm 이하 40%, 5~10 cm 60%로 나타났다. 따라서 Ki(2003)가 제시한 바와 같이 본 모델 플랜트에서 생산된 조사료 세절길이 분포도는 적절한 것으로 판단되었다.
- 8%로 나타났다. 따라서 본 모델 플랜트의 작업능률 및 효율은 연속작업이 효율적인 것으로 판단되었다.
- 따라서 표 8과 같이 공정별 총 소요작업시간과 투입량 대비 잔량손실에 따른 실제작업능률은 1 배치일 경우 3,155 kg/h 로 나타났으며, 작업효율은 약 65.7%로 나타났다. 연속적인 작업시의 실제작업능률과 작업효율은 4 배치 작업시 4,170 kg/h 와 86.
- 또한 한우의 경우 1,000두 정도, 젖소의 경우 600두 정도 사육할 경우에 관행의 TMR 사료 구입 모델과 비교하여 8개월 정도면 본 연구에서 개발된 모델 플랜트의 투자비용을 모두 회수할 수 있는 것으로 분석되었다. 종합적으로 결론을 내리면, 본 연구에서 개발된 모델 플랜트는 기능적인 면에서, 경제적인 측면에서 한우 및 젖소 사육농가에 유익한 것으로 판단된다.
- 본 모델에 소요되는 정격전력은 표 2와 같이 66.6 kW이지만 실제 가동시간과 비교하였을 경우 계산되는 정격전력은 1 배치에 21 kWh로 나타났다. 따라서 실제로 소비되는 전력을 적산전력계를 이용하여 측정하였다.
- 이상에서 언급한 내용을 기초로 모델 시스템을 이용했을 경우에 TMR 사료 생산량별 연간 이용비용을 계산하여 그 결과를 표 9에 나타내었다. 연간 고정비는 약 37,032 천원/년으로 나타났으며, 고정비와 변동비를 합한 연간 이용비용은 1 배치 생산의 경우 59,119 원/톤, 4 배치 생산의 경우 18,850 원/톤, 8 배치 생산의 경우 11,943 원/톤으로 생산량이 증가할수록 이용비용은 절감되고 있는 것으로 나타났다.
- 7%로 나타났다. 연속적인 작업시의 실제작업능률과 작업효율은 4 배치 작업시 4,170 kg/h 와 86.9%, 8 배치 작업시 4,406 kg/h와 91.8%로 나타났다. 따라서 본 모델 플랜트의 작업능률 및 효율은 연속작업이 효율적인 것으로 판단되었다.
- 또한, 사료원료비는 2009년 8월을 기준으로 한우의 경우는 원료의 평균비용이 2,340 원으로 조사되었으며, 젖소의경우 구입되는 원료의 평균비용은 8,000 원으로 조사되었다. 조사대상의 인근 TMR 공장 또는 TMR 생산자단체로부터 시판되는 TMR 사료의 가격은 젖소의 경우 380 원/kg, 한우는 260 원/kg으로 조사되었다.
- 표 6은 배합기 및 포장기 배출구의 2개 지점에서 각 배출 구별로 배합된 사료가 10%, 50%, 90%가 배출된 3개 공정에 대한 평균 CV값의 분석결과를 나타낸 것이다. 조사된 면실의 배합 결과는 면실의 무게에 대한 CV값이 배합기 출구에서는 13.0%, 포장기 출구에서는 14.2%로 국립농업과학원 농업공학부의 배합성능 적합 판정 기준 30% 보다 낮아(NAAS, 2008), 배합정도가 양호한 것으로 나타났다.
- 또한 한우의 경우 1,000두 정도, 젖소의 경우 600두 정도 사육할 경우에 관행의 TMR 사료 구입 모델과 비교하여 8개월 정도면 본 연구에서 개발된 모델 플랜트의 투자비용을 모두 회수할 수 있는 것으로 분석되었다. 종합적으로 결론을 내리면, 본 연구에서 개발된 모델 플랜트는 기능적인 면에서, 경제적인 측면에서 한우 및 젖소 사육농가에 유익한 것으로 판단된다.
- 또한 한우의 경우 1,000두 정도, 젖소의 경우 600두 정도 사육할 경우에 관행의 TMR 사료 구입 모델과 비교하여 8개월 정도면 본 연구에서 개발된 모델 플랜트의 투자비용을 모두 회수할 수 있는 것으로 분석되었다. 종합적으로 결론을 내리면, 본 연구에서 개발된 모델 플랜트는 기능적인 면에서, 경제적인 측면에서 한우 및 젖소 사육농가에 유익한 것으로 판단된다.
- 공정별로 CV값은 조금의 차이를 나타내고 있는데, 공정별 10%와 90%는 배합기와 저장빈 내에서 배합시간의 차이가약 4분 정도로 나타나는데, 배합시간이 조금 길어질수록 CV 값이 더 낮게 나타나는 경향이 있다. 지점별로는 배합기 출구에서보다 포장기 출구에서의 CV값이 높게 나타나는 경향이 있어 벨트 컨베이어에서 제품의 재분리 현상이 일어난 것으로 판단되었다.
- 표 4와 같이 모델 플랜트의 기계시설비 투자비용은 약 77,000천원이지만, 부지 구입비, 토목･건축비, 전기시설비, 유틸리티 그리고 운반장비 등을 포함한 모델 플랜트의 투자비용은 총 199,241천원으로 나타났으며, 관행의 자가 TMR 모델에 의한 투자비용은 26,491천원으로 나타났다.
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