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문제 정의
- 도출된 모델식은 소각방식, 운영방식, 지역별 비교 우위를 판단하는 기준이 되며, 용량, 소각방식, 운영방식, 지역에 따라 건설 및 운영비용을 추산할 수 있게 한다. 또한 도출된 모델식을 바탕으로 소각열을 회수하지 않는 소각장과 소각열을 회수하는 소각장의 경제성 분석을 통해 소각열 회수 소각장의 경제적 우위성을 입증하고자 하였다.
제안 방법
- 5) 본 연구에서는 규모의 경제의 원리에 따라 용량 대비 비용의 함수를 형태를 띠게 되는 로그 회귀식을 적용하여 소각장의 건설 및 운영비용을 산정하였다.
- 본 연구에서는 국내 소각장에 대한 대표성을 띤 결과를 얻기 위하여 다수의 데이터를 통계적으로 접근하여 값을 추정하는 회귀분석(Regression analysis)을 이용하였다. 국내에서 운영 중인 소각장의 건설 및 운영비용, 소각열 회수량에 대한 함수식을 도출하였고 이를 바탕으로 생애주기비용을 비교함으로써 국내 소각장의 소각열 회수에 대한 경제성을 비교 분석하였다.
- 독립변수는 양적 데이터를 기준으로 예측값을 제시하는 것이 보통이지만, 더미 변수(Dummy variable)를 이용하여 질적 데이터 역시 선정될 수 있다. 데이터가 시계열의 형태를 갖기 때문에 물가상승률의 이유로 인하여 건설비의 가치가 변동되므로 이를 조정하기 위하여 GDP 누적성장률을 2013년 현재를 기준으로 적용하였다.
- 일일 소각량은 80톤으로 산정하였으며, 이는 조사 범위내 소각열 회수 소각장의 일일처리용량을 대표하는 값으로서 표본 평균인 88톤과 가장 근사한 실제 용량값이다. 또한 대전을 대상지역으로 선정하였으며, 소각방식은 가장 널리 사용되는 화격자식, 운영방식은 연속식을 적용하여 분석을 진행하였다.
- 본 연구에서는 높아지는 에너지의 수요와 불안한 에너지 수급 상황에 대한 해결책으로 국내 소각장의 소각열 회수에 대한 경제성을 분석하기 위하여 회귀식을 도출하였고, 생애주기분석을 하였다. 통계적으로 국내 소각장을 대표할 수 있는 값을 추산하기 위하여, 용량 대비 비용에 대한 모델식을 회귀분석을 통하여 도출하였다.
- 최종독립변수의 선정 방법에는 결정계수값이 높아지는 방향으로 새로운 독립변수를 더해가며 접근하는 전진적 접근방식과 모든 독립변수를 고려한 후 결정계수가 높아지는 방향으로 독립변수를 제거해가며 접근하는 후진적 접근방식이 있으며, 절충 방식인 단계별 접근방법이 있다. 본 연구에서는 절충 방식인 단계별 접근방식으로 분석을 진행하여 최적의 독립변수를 선정하였고, 이에 맞춰 각각의 회귀식을 도출하였다.
- 생애주기비용 분석에는 미래의 발생비용을 현재의 가치로 환산하는 현가분석이 필요하다. 본 연구에서는 화폐의 시간적 가치 환산을 위해 적용할 할인율에 명목 이자율과 물가상승률을 복합하여 고려한 실질 이자율을 적용하였다. 명목이자율과 물가상승률을 통해 산출되는 실질이자율은 식 (5)와 같다7).
- 본 연구에서는 회귀분석에서 사용되는 독립변수의 수가 많을수록 값이 커지는 결정계수의 문제를 보완한 수정결정계수(Adjusted-R²)을 이용하였다.
- 생애주기비용 분석을 위한 기본단위로는 쓰레기 처리 용량의 기준인 톤(ton)을 기준으로 하였으며, 비용분석은 2013년을 기준으로 산출하였다. 일일 소각량은 80톤으로 산정하였으며, 이는 조사 범위내 소각열 회수 소각장의 일일처리용량을 대표하는 값으로서 표본 평균인 88톤과 가장 근사한 실제 용량값이다.
- 소각장 건설 시, 용량, 소각방식, 열회수 여부, 지역 등이 건설비용에 영향을 끼칠 것을 가정하여 14개의 예상독립변수를 선정하였고, 운영비용의 경우 용량, 소각 방식, 열회수 여부, 운영방식을 고려하여 8개의 예상독립변수를 Table 1에 나타내었다. 용량을 제외한 독립변수들은 질적인 변수를 양적으로 분석할 수 있도록 변환해주는 더미변수로 처리하여 분석하였다.
- 소각장을 경제성 분석을 위해 매립지 및 소각장의 초기투자비용 및 운영비용과 각 시설별 수익을 바탕으로 하여 현재가치로 분석하고 이를 비교함으로써 시설별 경제적 우위성을 판단하였다. 현가 분석을 통해 소각장 운영 기간 동안 발생할 수 있는 총 비용을 분석하기 위해 식 (6)을 이용하였다.
- 소각열 회수에 따른 편익은 자체적으로 이용되며 절감된 운영비용을 제외하고, 외부공급량만을 경제적 편익으로 계산하였다. 에너지 발생량이 적어 회수열을 외부로 공급하지 않는 일일 용량 50톤 이하의 소각장을 제외하고 얻은 중앙값 57%를 적용하였다.
- 소각장 건설 시, 용량, 소각방식, 열회수 여부, 지역 등이 건설비용에 영향을 끼칠 것을 가정하여 14개의 예상독립변수를 선정하였고, 운영비용의 경우 용량, 소각 방식, 열회수 여부, 운영방식을 고려하여 8개의 예상독립변수를 Table 1에 나타내었다. 용량을 제외한 독립변수들은 질적인 변수를 양적으로 분석할 수 있도록 변환해주는 더미변수로 처리하여 분석하였다. 에너지 발생량의 경우 폐기물 처리량을 독립변수로 선정하여 단순 회귀분석을 진행하였다.
- 회귀분석을 이용한 소각장의 건설 및 운영비용 예측 모델을 구축하기 위해 독립변수를 선정하고 이를 통해 회귀식을 산정하였다. 식 (2)는 소각장의 건설비용 예측 회귀식을 나타낸다.
대상 데이터
- 본 연구에서 소각장의 건설 및 운영비용을 회귀식으로 산정하기 위해 1993년부터 2010년까지 건설된 168개의 소각장을 분석대상으로 하였다. 소각열 회수량의 경우, 열회수 장비가 설치된 73개의 시설을 대상으로 회귀식을 산정하였다.
- 평균 실질 이자율을 산출하기 위해 한국은행이 고시한 기준금리와 통계청이 발행하는 소비자 물가지수를 토대로 2001년부터 2010년까지의 실질이자율을 이용하였으며 그 값은 0.978%로 나타났다8).
데이터처리
- 국내 · 외 기존의 생애주기분석 연구는 보통 5개 미만의 개별 시설물을 대상으로 하고 있으며, 이는 일반화하여 적용할 수 없는 한계를 지닌다. 본 연구에서는 국내 소각장에 대한 대표성을 띤 결과를 얻기 위하여 다수의 데이터를 통계적으로 접근하여 값을 추정하는 회귀분석(Regression analysis)을 이용하였다. 국내에서 운영 중인 소각장의 건설 및 운영비용, 소각열 회수량에 대한 함수식을 도출하였고 이를 바탕으로 생애주기비용을 비교함으로써 국내 소각장의 소각열 회수에 대한 경제성을 비교 분석하였다.
- 용량을 제외한 독립변수들은 질적인 변수를 양적으로 분석할 수 있도록 변환해주는 더미변수로 처리하여 분석하였다. 에너지 발생량의 경우 폐기물 처리량을 독립변수로 선정하여 단순 회귀분석을 진행하였다.
- 본 연구에서는 높아지는 에너지의 수요와 불안한 에너지 수급 상황에 대한 해결책으로 국내 소각장의 소각열 회수에 대한 경제성을 분석하기 위하여 회귀식을 도출하였고, 생애주기분석을 하였다. 통계적으로 국내 소각장을 대표할 수 있는 값을 추산하기 위하여, 용량 대비 비용에 대한 모델식을 회귀분석을 통하여 도출하였다. 도출된 모델식은 소각방식, 운영방식, 지역별 비교 우위를 판단하는 기준이 되며, 용량, 소각방식, 운영방식, 지역에 따라 건설 및 운영비용을 추산할 수 있게 한다.
- 회귀식이 통계적으로 유의한지 판단하기 위하여 유의확률(Sig.)과 F값을 분석하였다. 유의확률은 유의수준 보다 작아야 하며, 산출된 F값이 F 분포표를 이용하여 얻어진 F값보다 커야한다.
이론/모형
- 소각열의 환경적 편익은 OECD가 권고한 최저 탄소배출권 거래가격을 기준으로 계산하였다. 36,439 Gcal의 소각열은 LNG 2,787 TOE를 대체할 수 있으며, 이에 따른 이산화탄소 저감량은 연간 10,221 톤이다.
성능/효과
- 또한 발생되는 생활쓰레기의 부피와 양을 90% 이상 감소가 가능한 소각처리는 매우 효과적인 처리방식으로 국내외에서 널리 사용중이다.3) 국내 소각장의 경우 현재 53.2%의 소각시설에서 소각열 회수가 이루어지고 있지만,4) 경제적 평가가 아직까지 명확히 규명되지 않고 있다. 따라서, 폐에너지 회수시설로서의 소각장의 경제성 분석을 위하여 기존의 연구 결과를 토대로 국내 실정에 맞는 분석이 필요하다.
- 경제성 분석의 결과에 따르면, 열회수 소각장의 경우 추가 설비 및 인건비로 인한 초기투자 비용 및 운영비용이 크지만, 열회수에 따른 LNG 대체효과로 11년 이상 운영할 경우 미회수 소각장과 비교하여 경제적 우위성이 있었다. 또한 열 판매와 온실가스 감축효과를 편익으로 계산할 경우 19년의 자본회수기간이 소요됨을 확인하였다.
- 766로 충분히 크다. 따라서 본 연구에서 산출한 회귀식은 유의하게 나타난 것으로 판단되었다.
- 경제성 분석의 결과에 따르면, 열회수 소각장의 경우 추가 설비 및 인건비로 인한 초기투자 비용 및 운영비용이 크지만, 열회수에 따른 LNG 대체효과로 11년 이상 운영할 경우 미회수 소각장과 비교하여 경제적 우위성이 있었다. 또한 열 판매와 온실가스 감축효과를 편익으로 계산할 경우 19년의 자본회수기간이 소요됨을 확인하였다. 그러나 소각열 외부 판매만 고려할 경우, 공급가격의 27%인 현재의 수열가격은 20년의 분석기간 동안 경제성이 없는 것으로 나타나며, 수열가격이 공급 가격의 43%일 때 이익이 발생하는 최저 시점이 되는 것으로 판단된다.
- 앞에서 산출한 결과들을 바탕으로 소각장에서 일일 80톤의 쓰레기를 처리할 때 20년간 운영비용을 현가 분석하면 소각열을 회수하지 않는 경우 총 598억 9593만원, 소각열 회수에 의한 LNG 대체효과로 생애주기비용을 계산할 경우 479억 6227만원이 지출된다.
- 식 (4)를 이용하여 소각열 회수량을 계산하기 위해서는 매년 소각하는 폐기물량을 기준으로 산출해야 한다. 하루에 처리하는 80톤을 기준으로 1년간 소각하는 양은 일일용량대비 실제평균처리율을 적용하였고, 1년 동안 운영시 전체 36,439 Gcal의 소각열이 회수됨을 알수 있다.
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