[논문]천연가스냉방의 경제성 분석 연구

김기호

doi:10.7842/kigas.2013.17.1.42

천연가스냉방의 경제성 분석 연구
A Study on Economic Analysis of Natural Gas Cooling 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.17 no.1, 2013년, pp.42 - 48

김기호 (한국산업기술대학교)

초록
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한반도의 지구 온난화는 세계에서 가장 빠른 속도로 진행되고 있고, 이상기후 현상도 날로 심화되고 있다. 따라서 하절기의 혹서와 동절기의 혹한으로 인한 전력수요가 급증함에 따라 우리나라의 전력 수급상황은 매우 어려운 상황에 있다. 현재 천연가스는 현존하는 화석연료 중 온실가스 배출이 가장 적어서 공급이 확산되고 있다. 천연가스냉방은 전력피크 완화는 물론, 발전소 추가 건설비용의 절감, 천연가스 저장설비의 효율적 운영 및 분산형 전원으로서의 역할수행도 가능한 장점이 있다. 따라서 본 연구는 전력 부하관리의 대안으로서 천연가스냉방의 경제성을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The global warming of the Korean Peninsula proceeds most rapidly in the world and its abnormal climate is more deepening. In the result of the surged electricity consumption by intense heat of summer and severe cold of winter, electricity supply and demand status is in hard situation. Currently, the supply of natural gas is increased because natural gas has the lowest greenhouse-gas emissions among the existed fossil fuel. Natural gas cooling has a lot of advantage such as decreasing electricity peak, reducing construction expenses in additional power plant, operating natural gas storage facilities efficiently, and playing a role as distributed generations. Therefore, this study analyzes the economic feasibilities of gas cooling as an alternative for electric power load management.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

즉, 수력이나 원자력 등 온실가스 배출이 없는 비화력발전소는 제외하고, 순수한 화력발전소 부문만 반영한 배출계수는 표시되지 않는다. 따라서 본 연구에서는 화력발전만 계산했을 경우의 온실가스배출계수도 별도로 산정하여 함께 검토하였다.
아울러 태풍, 한파, 지진, 낙뢰, 안개 등 동하절기 구분이 없는 이상 기후 현상으로 인한 피해 사례가 속출하고 있으며, 본 논문의 관심 분야인 하절기와 동절기의 최대 전력사용량은 해마다 갱신되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 국내의 에너지 소비구조 특성과 냉난방 시장현황을 분석한 후 이를 기초로, 전력피크 부하관리의 대안으로 부각되는 천연가스 냉방의 경제적 편익을 분석함으로써 국가 경제적으로 바람직한 에너지 정책 방안을 제시하는데 있다.

가설 설정

(2) 시스템의 전환이 용이해야 한다. 시스템 전환은 시스템의 기술발전 정도와 설비구축 기간 등이 중요한 결정요소이다.

제안 방법

Step 2. 가스냉방의 전력대체효과를 분석하고, 전력대체효과에 상응하는 발전설비의 추가 건설비용(회피비용)을 산정하였다. 아울러 추가 건설이 필요한 발전설비를 운영하기 위한 인건비와 수선비를 합하여 총전력대체비용을 산정하였다.
같은 맥락에서 양 시스템의 성능계수도 현재 사용하는 COP와 전환 COP(1차 에너지를 이용한 발전과 송전 및 배전단계의 손실분이 반영된 전기냉난방시스템의 성능계수)를 반영, 상호 조합하여 모두 4가지의 경우를 분석하였다.
환경편익의 경우에도 양 시스템에서 배출하는 온실가스만 국제가로 환산하여 경제성을 분석하였다. 다만, 발전부문 온실가스배출계수 및 냉난방시스템의 성능계수(Coefficient of Performance, COP)는 경제성 분석결과에 상당한 영향을 미치므로, 세부적으로 검토하였다.
그러나 냉난방기 시장에서의 전체 투자비 자료는 현실적으로 구하기 어렵다. 대신 천연가스 냉난방의 용량별 실적 데이터와 표준투자비(제조사별 제품소개서 참조)를 근간으로 총투자비를 산출하였다. 천연가스냉난방기기와 관련한 통계자료는 한국도시가스협회와 냉동공조협회의 자료를 참조하였다.
따라서 본 연구는 큰 범주에서 투자비와 편익을나누고, 편익에는 발전설비 대체편익과 환경편익으로 구성하였다. 전력대체효과도 가스냉방을 하므로 인하여 추가적으로 전력냉방에 필요한 발전설비를 건설하지 않아도 되는 부분만 고려하였다.
Step 4. 마지막 단계로 양 대안에서 도출된 투자비와 전력대체비용 및 편익의 연간등가를 합산하여 경제성분석 결과를 도출하였다.
Step 1. 먼저 경제성 분석의 시발점인 양 설비의 투자비를 산정하였다. 그러나 냉난방기 시장에서의 전체 투자비 자료는 현실적으로 구하기 어렵다.
가스냉방의 전력대체효과를 분석하고, 전력대체효과에 상응하는 발전설비의 추가 건설비용(회피비용)을 산정하였다. 아울러 추가 건설이 필요한 발전설비를 운영하기 위한 인건비와 수선비를 합하여 총전력대체비용을 산정하였다. 전력대체효과는 현재까지 보급된 천연가스 냉난방 공조기기를 RT 등급별로 분류하여 전기공조기를 대응시킨 다음, 양 설비의 전력사용량 차(정격용량)를 구하여 산출하였다.
환경편익은 전력과 천연가스의 온실가스 배출계수를 반영하여 배출량을 산정하였고, ETS 국제 거래가를 반영하였다. 이때, 발전부문의 전력배출계수는 논란이 많기 때문에 총발전기준과 화력발전기준을 모두 검토하였다.
발전회피비용은 전력대체효과×LNG 복합화력건설단가×(A/P, i%, n)로 산정하되, 건설단가는 최근 완공된 영월복합화력 건설비를 준용하였다. 인건비와 수선비는 전력대체효과에 상당한 발전소를 추가운영 하는데 필요한 비용을 계상하였다.
아울러 추가 건설이 필요한 발전설비를 운영하기 위한 인건비와 수선비를 합하여 총전력대체비용을 산정하였다. 전력대체효과는 현재까지 보급된 천연가스 냉난방 공조기기를 RT 등급별로 분류하여 전기공조기를 대응시킨 다음, 양 설비의 전력사용량 차(정격용량)를 구하여 산출하였다. 발전회피비용은 전력대체효과×LNG 복합화력건설단가×(A/P, i%, n)로 산정하되, 건설단가는 최근 완공된 영월복합화력 건설비를 준용하였다.
천연가스냉방의 경제성 분석에 필요한 입력자료는 먼저 천연가스부문과 전력부문으로 나누고, 발생가능한 항목을 나열한 후 계량화 등 비교 가능성을 분석하였다. 양 냉난방방식의 경제성 분석에는 직접비교가 가능하고, 계량화 등 차별화가 가능한 함수만 고려하였다.
본 연구에서는 용량별로 전국의 모든 도시가스회사 협조를 통하여 용량별실적 데이터를 입수할 수 있었다. 한편, 전기 냉난방기는 가스냉난방의 대체효과를 반영한 대용치를 구하고, 같은 방식으로 투자비를 산출하였다. 산출된 양 대안의 투자비차액에 자본회수계수(A/P, 5%, 15) 곱하여 연간 편익을 산출하였다.
환경편익을 산정하였다. 환경편익은 전력과 천연가스의 온실가스 배출계수를 반영하여 배출량을 산정하였고, ETS 국제 거래가를 반영하였다. 이때, 발전부문의 전력배출계수는 논란이 많기 때문에 총발전기준과 화력발전기준을 모두 검토하였다.
Step 3. 환경편익을 산정하였다. 환경편익은 전력과 천연가스의 온실가스 배출계수를 반영하여 배출량을 산정하였고, ETS 국제 거래가를 반영하였다.
전력대체효과도 가스냉방을 하므로 인하여 추가적으로 전력냉방에 필요한 발전설비를 건설하지 않아도 되는 부분만 고려하였다. 환경편익의 경우에도 양 시스템에서 배출하는 온실가스만 국제가로 환산하여 경제성을 분석하였다. 다만, 발전부문 온실가스배출계수 및 냉난방시스템의 성능계수(Coefficient of Performance, COP)는 경제성 분석결과에 상당한 영향을 미치므로, 세부적으로 검토하였다.

대상 데이터

따라서 본 연구는 위와 같은 문제점을 토대로 우리나라 에너지산업의 전반적 이해부터 출발하였고, 가스공급사의 가스냉방 실증 데이터를 활용하였다. 아울러 전력부문의 온실가스 배출계수는 총발전량과 화력발전량에 대한 연구내용을 경제성 분석에 반영한 점이 기존 연구와의 차이점이다.
6%에 그치지만 회사별로 보급대수 및 총용량은 관리가 되고 있다. 본 연구에서는 용량별로 전국의 모든 도시가스회사 협조를 통하여 용량별실적 데이터를 입수할 수 있었다. 한편, 전기 냉난방기는 가스냉난방의 대체효과를 반영한 대용치를 구하고, 같은 방식으로 투자비를 산출하였다.
대신 천연가스 냉난방의 용량별 실적 데이터와 표준투자비(제조사별 제품소개서 참조)를 근간으로 총투자비를 산출하였다. 천연가스냉난방기기와 관련한 통계자료는 한국도시가스협회와 냉동공조협회의 자료를 참조하였다. 도시가스 공급량 중에서 가스냉방은 비록 1.

성능/효과

(3) 전력피크는 Fig. 4와 같이 동하절기에 모두 발생하는 만큼, 전력부하관리정책은 냉난방부하를 모두 고려해야 한다. 따라서 냉난방이 모두 가능한 천연가스냉방기기는 전기냉방기기에 비해 유용성이 매우높다.
경제성 분석결과, 투자비는 기준안(천연가스냉방, 1,546억원 투자)에 비해 비교안(전기냉방)은 1,177억원이 투자되어 369억원이 절감되었다. 이를 자본회수계수를 이용하여 연가를 계산하면, 전기냉방이 연간 36억원 경제적이다.
경제성 분석의 최종결과인 연간 총편익은 투자비와 전력대체편익 및 환경편익을 모두 합산한 것으로, 환경편익의 대안구성에 따라 천연가스냉난방이 전기냉난방에 비해 연간 최소 1,940억원에서 최대 2,155억 원까지 경제적인 것으로 분석되었다.
이와 같이 2000년 이후 국내에서 시행된 선행연구들은 대부분 특정분야로 한정되어 있으며, 전력산업과 가스산업의 구조적 문제를 다루지 않았다. 또한 가스냉방에 대한 실증데이터가 부족한 것으로 분석되었다.
시스템별 투자비는 전기냉난방이 우위에 있으나, 전력대체효과에 따른 높은 전력대체비용으로 인해 가스냉난방의 경제성이 월등히 높은 결과가 도출되었다. 환경편익이 비교적 적은 이유는 아직까지 우리나라의 가스냉방 시장규모가 작기 때문이다.
263억원/㎿)로 환산하면, 천연가스냉난방이 연간 1,276억원 경제적인 것으로 분석되었다. 아울러 전력대체효과에 상응하는 규모의 발전소 운영에 필요한 인건비는 연간 343억원, 수선비는 연간 392억원으로 분석되어 전력대체비용은 총 2,011억원으로 나타났다.
양 시스템의 투자비와 전력대체편익 및 환경편익을 고려하여 경제성 분석을 한 결과, 기준안(천연가스냉난방)은 비교안(전기냉난방)에 비해 연간 최소 1,940억원에서 최대 2,155억원의 편익이 발생하는 것으로분석되었다.
전력대체비용의 경우에는 천연가스냉난방을 함으로써 2,698 ㎿의 전력대체효과가 발생하였다. 이를 영월 LNG복합화력 건설단가(7.263억원/㎿)로 환산하면, 천연가스냉난방이 연간 1,276억원 경제적인 것으로 분석되었다. 아울러 전력대체효과에 상응하는 규모의 발전소 운영에 필요한 인건비는 연간 343억원, 수선비는 연간 392억원으로 분석되어 전력대체비용은 총 2,011억원으로 나타났다.
환경편익은 전력배출계수와 COP 적용기준별로 4개의 대안이 구성된 결과, 대안1(총발전량기준+현행 COP)을 제외하고는 천연가스냉난방이 전기냉난방 보다 모두 경제적인 것으로 분석되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라의 도시가스사업은 언제 시작되었는가?	우리나라의 도시가스사업은 LPG를 원료로 하여 1980년 강남지역에서부터 공급을 시작하였으며, 1986년 말에는 평택화력발전소, 1987년 초에는 수도권에 LNG를 공급하였다. 사업초기에는 주로 발전용 위주로 공급되었다.
	천연가스냉방의 장점은?	현재 천연가스는 현존하는 화석연료 중 온실가스 배출이 가장 적어서 공급이 확산되고 있다. 천연가스냉방은 전력피크 완화는 물론, 발전소 추가 건설비용의 절감, 천연가스 저장설비의 효율적 운영 및 분산형 전원으로서의 역할수행도 가능한 장점이 있다. 따라서 본 연구는 전력 부하관리의 대안으로서 천연가스냉방의 경제성을 분석하였다.
	국내 경제성장률과 에너지 소비 증가율이 비례관계에 있다는 것을 보여주는 우리나라 에너지 소비 구조는?	국내 1차 에너지 소비는 수입 의존도와 석유 의존도(40%)가 매우 높은 특성을 갖고 있다. 그리고 수출이 차지하는 비중이 높은 자동차, 조선, 석유화학 등 주력산업들이 에너지를 많이 사용하는 에너지 다소비구조를 가지고 있다. 따라서 국내 경제성장률과 에너지 소비 증가율은 비례관계에 있다.

참고문헌 (15)

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日本ガス協會, 2030年に向けた天然ガスの普及擴大, (2011)
Tokyo Gas, The Tokyo Gas Group's Vision for Energy and the Future, (2011)
KEMCO, Electric Heating Apparatus of Supply Status and Demand Management, (2011)

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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