산림바이오매스 이용을 위한 산림작업 공정 및 비용 분석(II) - 작업비용 분석 - An Analysis of the Operational Productivity and Cost for the Utilization of Forest-biomass(II) - the Analysis of Operational Cost -원문보기
현재 우리나라의 주요 임업기계에 의한 임목수확작업시스템에서 벌목 및 조재, 집재, 소운재, 파쇄 등의 목재생산 및 파쇄작업에 대한 작업비용을 분석하여, 산림바이오매스 이용을 위한 효율적인 임목수확작업시스템을 구축하기 위한 기초자료를 제공하고자 수행하였다. 임목수확작업시스템의 작업비용을 분석한 결과, 체인톱에 의한 벌목 및 조재와 타워야더에 의한 집재, 임내작업차에 의한 소운재, 트럭에 의한 운재작업으로 이루어진 임목수확작업시스템 D가 63,482원/$m^3$으로 가장 적은 비용이 소요되는 것으로 나타났다. 또한, 산림바이오매스 이용을 위한 작업시스템의 작업비용을 분석한 결과, 소형 목재파쇄기에 의한 현장파쇄, 임내작업차에 의한 칩 소운반, 트럭에 의한 칩 운반작업의 작업시스템 E가 90,770원/ton으로 가장 적은 비용이 산출되었다. 따라서, 이들의 결과가 임목수확작업 및 산림바이오매스 이용을 위한 효율적인 작업시스템이라고 판단된다.
현재 우리나라의 주요 임업기계에 의한 임목수확작업시스템에서 벌목 및 조재, 집재, 소운재, 파쇄 등의 목재생산 및 파쇄작업에 대한 작업비용을 분석하여, 산림바이오매스 이용을 위한 효율적인 임목수확작업시스템을 구축하기 위한 기초자료를 제공하고자 수행하였다. 임목수확작업시스템의 작업비용을 분석한 결과, 체인톱에 의한 벌목 및 조재와 타워야더에 의한 집재, 임내작업차에 의한 소운재, 트럭에 의한 운재작업으로 이루어진 임목수확작업시스템 D가 63,482원/$m^3$으로 가장 적은 비용이 소요되는 것으로 나타났다. 또한, 산림바이오매스 이용을 위한 작업시스템의 작업비용을 분석한 결과, 소형 목재파쇄기에 의한 현장파쇄, 임내작업차에 의한 칩 소운반, 트럭에 의한 칩 운반작업의 작업시스템 E가 90,770원/ton으로 가장 적은 비용이 산출되었다. 따라서, 이들의 결과가 임목수확작업 및 산림바이오매스 이용을 위한 효율적인 작업시스템이라고 판단된다.
This study was analyzed the operational cost of logging and chipping operations in order to develop the efficient logging operation system for the utilization of forest-biomass. Analysis of the operational cost of logging operation systems, the operation system D which include chain saw, tower-yarde...
This study was analyzed the operational cost of logging and chipping operations in order to develop the efficient logging operation system for the utilization of forest-biomass. Analysis of the operational cost of logging operation systems, the operation system D which include chain saw, tower-yarder, mini-forwarder and truck was calculated the lowest cost to be $68,498Won/m^3$. In the utilization of forest-biomass, the operation system E which include chipping by mini-chipper at the site, forwarding of chips by mini-forwarder, transportation of chips by truck was estimated to be 90,770 Won/Ton. Thus, These results are determined as an effective operating system for logging operation and the utilization of forest-biomass.
This study was analyzed the operational cost of logging and chipping operations in order to develop the efficient logging operation system for the utilization of forest-biomass. Analysis of the operational cost of logging operation systems, the operation system D which include chain saw, tower-yarder, mini-forwarder and truck was calculated the lowest cost to be $68,498Won/m^3$. In the utilization of forest-biomass, the operation system E which include chipping by mini-chipper at the site, forwarding of chips by mini-forwarder, transportation of chips by truck was estimated to be 90,770 Won/Ton. Thus, These results are determined as an effective operating system for logging operation and the utilization of forest-biomass.
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문제 정의
본 연구는 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 체인톱에 의한 벌목 및 조재작업, 트랙터 부착형 집재기와 타워야더에 의한 집재작업, 굴삭기 그래플과 소운재용 트럭 및 임내작업차에 의한 소운재작업, 소형 목재파쇄기와 대형 목재파쇄기에 의한 파쇄작업, 트럭에 의한 운재작업 등에 의한 임목수확작업시스템에 대한 일련의 연구로써 작업시간 및 공정 분석(Mun et al., 2014)에 이어 작업비용을 분석하여 산림바이오매스 이용을 위한 최적의 임목수확작업시스템의 구축 및 기술을 보급하기 위한 기초자료를 제공하고자 수행하였다.
본 연구는 현재 우리나라에의 주요 임업기계를 이용한 임목수확작업시스템에서 벌목 및 조재, 집재, 소운재, 파쇄 등의 작업에 대한 작업비용을 분석하여, 산림바이오매스 이용을 위한 효율적인 임목수확작업시스템을 구축하며, 그 기술을 보급하기 위한 기초자료를 제공하고자 수행하였으며, 다음의 결론을 얻을 수 있었다.
가설 설정
작업시스템에 따른 작업비용은 벌목 및 조재 작업비용, 집재작업비용, 소운재작업비용, 운재작업비용을 합하여 비교하였으며, 기본적으로 집재기계, 소운재기계별 적용 가능한 시스템을 A~D Type으로 가정하여 구분하고 비용을 추정하였다. 또한 산림벌채부산물과 파쇄된 칩의 소운반 및 운반작업량을 톤(ton)으로 환산하여 비용을 추정하고, 파쇄기계 및 그 위치에 따른 소운반, 파쇄, 운반작업의 비용의 합을 시스템 E~H Type으로 가정하여 구분하고 비용을 추정하였다. 파쇄된 칩과 벌채부산물의 무게단위 환산계수는 함수율 40.
작업시스템에 따른 작업비용은 벌목 및 조재 작업비용, 집재작업비용, 소운재작업비용, 운재작업비용을 합하여 비교하였으며, 기본적으로 집재기계, 소운재기계별 적용 가능한 시스템을 A~D Type으로 가정하여 구분하고 비용을 추정하였다. 또한 산림벌채부산물과 파쇄된 칩의 소운반 및 운반작업량을 톤(ton)으로 환산하여 비용을 추정하고, 파쇄기계 및 그 위치에 따른 소운반, 파쇄, 운반작업의 비용의 합을 시스템 E~H Type으로 가정하여 구분하고 비용을 추정하였다.
제안 방법
65 m3/ha이다(Table 1). 산림바이오매스에 대한 연구를 위해 전목집재를 고려하나, 부득이하게 현재 우리나라의 임목수확작업에서 이루어지는 작업시스템을 기초로 조사지를 선정하고 작업공정 및 비용을 분석하였다.
작업비용 분석은 작업시간 측정 등을 통해 분석한 작업공정 결과를 기초로 실시하였다. 산림작업비용은 인건비, 기계비용, 재료비로 구성되어 있으며, 인건비와 기계비용은 단위생산량 또는 단위시간당 단가로 나타낼 수 있다.
조사는 경상북도 영양군과 김천시, 봉화군 등의 3개 지역을 중심으로 실시하였으며, 조사지 1, 조사지 2, 조사지 3으로 구분하여 조사하였다. 조사지 1은 경상북도 영양군 석보면 삼의리 산 1-2번지의 목재생산작업 현장으로서 계획 면적 19.
, 2014)에서 실시한 것과 동일하다. 즉, 현장조사는 2012년 11월부터 2013년 10월까지 조사지를 조사지 1, 2, 3으로 구분하여 실시하였고, 주요 조사내용은 각 작업에 대한 작업원수, 요소작업과 벌도목의 흉고직경 및 조재된 원목의 길이, 집재목의 직경 및 길이, 집재거리 및 가로집재거리, 소운재거리 및 소운재본수, 투입된 파쇄목의 직경 및 길이 등이다. 또한, 각 조사지의 작업공정을 분석하기 위한 작업시간 측정은 스톱워치(Stopwatch)를 이용한 연속작업시간 측정법으로 실시하였다.
대상 데이터
조사는 경상북도 영양군과 김천시, 봉화군 등의 3개 지역을 중심으로 실시하였으며, 조사지 1, 조사지 2, 조사지 3으로 구분하여 조사하였다. 조사지 1은 경상북도 영양군 석보면 삼의리 산 1-2번지의 목재생산작업 현장으로서 계획 면적 19.0 ha인 개벌작업지이며, 체인톱에 의한 벌목 및 조재작업과 굴삭기 그래플 및 소운재용 트럭의 소운재작업의 작업비용을 분석하였다. 소나무 79%로서 평균영급이 VII영급인 침엽수 천연림지역이며, 평균수고 11 m, 평균흉고직경 28 cm, ha당 임목축적은 141 m3/ha이다.
소나무 79%로서 평균영급이 VII영급인 침엽수 천연림지역이며, 평균수고 11 m, 평균흉고직경 28 cm, ha당 임목축적은 141 m3/ha이다. 조사지 2는 경상북도 김천시 증산면 황점리 산 63-5번지의 낙엽송 대경재생산작업 현장으로서 계획 면적 13.5 ha인 개벌작업지이며, 체인톱에 의한 벌목 및 조재 작업, 타워야더(Koller K301-3)에 의한 집재와 굴삭기 그래플 및 모르오카 임내작업차에 의한 소운재작업의 작업비용을 분석하였다. 평균영급이 IX영급인 침엽수 인공림지역이며, 평균수고 21 m, 평균흉고직경 32 cm, ha당 임목축적은 230 m3/ha이다.
평균영급이 IX영급인 침엽수 인공림지역이며, 평균수고 21 m, 평균흉고직경 32 cm, ha당 임목축적은 230 m3/ha이다. 조사지 3은 경상북도 봉화군 재산면 갈산리 산 582-15번지의 수익형 숲가꾸기사업 작업현장으로서 계획 면적 0.7 ha인 30% 간벌작업지이며, 트랙터 부착형집재기(스마트집재기)에 의한 집재작업의 작업비용을 분석하였다. 평균영급이 IV영급인 침엽수 인공림지역이며, 평균수고 19 m, 평균흉고직경 26 cm, ha당 임목축적은 360.
트랙터 부착형 집재기는 신풍엔지니어링사에서 제작된 스마트3DS[SUPER]집재기 모델이며, 3드럼 유압 방식으로 최대 집재거리 180 m이고, 최대 가로집재거리 40 m로서 상·하양집재가 가능하다(Shinphoong Engineering, 2013). 타워야더는 오스트리아 KOLLER사에서 제작된 2003년식 K301-3모델이며, 최대 집재거리 400 m이고, 최대 가로집재거리는 60 m이다(Son, 2009). 소운재작업에 적용된 기계는 굴삭기 그래플 및 소운재용 트럭과 모로오카 임내작업차이다.
이론/모형
즉, 현장조사는 2012년 11월부터 2013년 10월까지 조사지를 조사지 1, 2, 3으로 구분하여 실시하였고, 주요 조사내용은 각 작업에 대한 작업원수, 요소작업과 벌도목의 흉고직경 및 조재된 원목의 길이, 집재목의 직경 및 길이, 집재거리 및 가로집재거리, 소운재거리 및 소운재본수, 투입된 파쇄목의 직경 및 길이 등이다. 또한, 각 조사지의 작업공정을 분석하기 위한 작업시간 측정은 스톱워치(Stopwatch)를 이용한 연속작업시간 측정법으로 실시하였다.
기계비용의 계산법은 경영분석 방법에 따라 차이가 있을 수 있으며, 감가상각비의 계산방법과 작업원의 임금산정법, 작업시간의 기준에 따라 계산결과가 달라질 수 있다. 본 연구에서는 기계비용의 산정방법으로 KWF법을 사용하였으며, 이 방법은 독일 산림작업 및 임업기계위원회에서 정한 방식에 의해서 기계작업비용을 계산하는 방법으로써 감가상각비를 기계의 활용도에 따라 다르게 적용하는 것이 특징이며, 주요한 작업비용분석 방법은 아래와 같다(Woo et al., 1997).
비용계산에 적용된 기초인자들은 산림작업용 장비(Korea Forest Research Institute, 2008)와 2013년도 건설기계의 기계경비 산출표(Korea Specialty Contractors Association, 2013)를 참고하였다. 소운재용 트럭에 의한 소운재작업비용은 기존 연구(Eom et al.
인건비는 대한건설협회의 2013년 하반기 적용 임금보고서를 기준으로 적용하였다(Construction Association of Korea, 2013).
성능/효과
2) Forwarding distance is 1.5 km.
2) Transportation distance is 200 km.
굴삭기 그래플 및 대형 목재파쇄기에 의한 파쇄작업비용은 굴삭기 그래플의 투입작업비용과 대형 목재파쇄기에 의한 파쇄작업비용의 합으로 단위재적(m3)당 약 44,399원/m3으로 산출되었다.
비용 파쇄작업에 사용된 굴삭기 그래플의 작업비용을 산출하기 위해 사용된 기초인자 및 산출내역은 상기 Table 6과 같고 대형 목재파쇄기에 의한 파쇄작업비용을 산출하기 위해 사용된 기초인자 및 산출내역은 Table 8과 같다. 산출된 시간당 비용은 감가상각비 52,875원/hr, 이자비용 21,150원/hr, 수리유지비 35,955원/hr, 유류비 150,220원/hr, 인건비 19,043원/hr으로 나타났으며, 단위재적(m3)당 대형목재파쇄기의 파쇄작업의 비용은 38,305원/m3으로 산출되었다.
소형 목재파쇄기의 파쇄작업비용을 산출하기 위해 사용된 기초인자 및 산출내역은 Table 6과 같다. 산출된 시간당 비용은 감가상각비 8,286원/hr, 이자비용 2,071원/hr, 수리유지비 4,060원/hr, 유류비 15,022원/hr, 인건비 75,026원/hr으로 나타났으며, 단위재적(m3)당 소형 목재파쇄기의 파쇄작업의 비용은 약 28,387원/m3으로 산출되었다.
체인톱에 의한 벌목 및 조재작업비용을 산출하기 위해 사용된 기초인자 및 산출내역은 Table 2와 같다. 산출된 시간당 비용은 감가상각비 867원/hr, 이자비용 130원/hr, 수리유지비 520원/hr, 유류비 1,621원/hr, 인건비 19,034원/hr으로 산출되었다. 조사지 1에서의 벌목 및 조재작업공정은 11.
타워야더에 의한 집재작업비용을 산출하기 위해 사용된 기초인자 및 산출내역은 Table 3과 같다. 산출한 시간 당 비용은 감가상각비 25,000원/hr, 이자비용 8,333원/hr, 수리유지비 17,500원/hr, 유류비 11,941원/hr, 인건비 47,035원/hr으로 나타났으며, 타워야더의 작업공정은 10.74 m3/hr으로 단위재적(m3)당 집재작업비용은 약 20,449원/m3으로 산출되었다.
트랙터 부착형 집재기에 의한 집재작업비용을 산출하기 위해 사용된 기초인자 및 산출내역은 Table 3과 같다. 산출한 시간당 비용은 감가상각비 16,667원/hr, 이자비용 4,167원/hr, 수리유지비 11,667원/hr, 유류비 4,777원/hr, 인건비 47,035원/hr으로 나타났으며, 트랙터 부착형 집재기의 작업공정은 5.68 m3/hr으로 단위재적(m3)당 집재작업 비용은 약 29,688원/m3으로 산출되었다.
상차 및 집적 작업에 사용된 굴삭기 그래플의 작업비용을 산출하기 위해 사용된 기초인자 및 산출내역은 상기 Table 4와 같고 모로오카 임내작업차에 의한 소운재작업비용을 산출하기 위해 사용된 기초인자 및 산출내역은 Table 5와 같다. 산출한 시간당 비용은 감가상각비 17,400원/hr, 이자비용 4,350원/hr, 수리유지비 15,660원/hr, 유류비 12,045원/hr, 인건비 19,043원/hr으로 나타났으며, 모로오카 임내작업차의 작업공정은 9.52 m3/hr으로단위재적(m3)당 소운재작업의 비용은 7,134원/m3로 산출되었다.
(1) 상차 및 집적 작업에 사용된 굴삭기 그래플의 작업비용을 산출하기 위해 사용된 기초인자 및 산출내역은 Table 4와 같다. 산출한 시간당 비용은 감가상각비 8,571원/hr, 이자비용 2,143원/hr, 수리유지비 4,200원/hr, 유류비 10,470원/hr, 인건비 19,043원/hr으로 나타났으며, 굴삭기 그래플의 단위시간(hr)당 상차 및 집적작업의 비용은 약 44,427원/hr으로 산출되었다.
벌채부산물의 취급 상태에 따른 소운반, 파쇄, 운반의 작업량 및 작업비용을 추정한 결과는 Table 9와 같으며, 파쇄기계 및 그 위치에 따른 작업시스템별 비용을 분석한 결과는 Table 10과 같다. 소운반거리 1 km와 운반거리 100 km에서 시스템공정은 대형 목재파쇄기를 이용한 G Type의 작업시스템이 6.04 Ton/일로 가장 높았으나, 비용적인 측면에서 소형 목재파쇄기에 의한 현장파쇄, 임내작업차에 의한 칩 소운반, 트럭에 의한 칩 운반 작업으로 이루어진 E Type의 작업시스템이 90,770원/Ton으로 가장 효율적으로 나타났다. 이는 대형목재파쇄기 1대의 구입가격으로 소형목재파쇄기 10대를 구입하여 목재 칩을 생산하는 것이 더욱 효율적이라는 일본의 연구결과(Sakai and Yoshida, 2013)와 같은 맥락으로 볼 수 있다.
소운재거리 1.5 km에 해당하는 굴삭기 그래플 및 모로오카 임내작업차에 의한 소운재 및 집적작업비용은 굴삭기 그래플에 의한 상차작업비용과 모로오카 임내작업차에 의한 소운재작업비용, 그리고 굴삭기 그래플에 의한 집적작업비용의 합으로 단위재적(m3)당 약 16,523원/m3으로 타나났다.
소운재거리 1.5 km에 해당하는 굴삭기 그래플 및 소운재용 트럭에 의한 소운재 및 집적작업비용은 굴삭기 그래플에 의한 상차작업비용과 소운재용 트럭에 의한 소운재작업비용, 그리고 굴삭기 그래플에 의한 집적작업비용의 합으로 단위재적(m3)당 약 21,914원/m3으로 나타났다.
임목수확작업 중심의 작업시스템에서 체인톱에 의한 벌목 및 조재와 타워야더에 의한 집재, 임내작업차에 의한 소운재, 트럭에 의한 운재작업으로 이루어진 작업시스템의 작업비용이 가장 적게 드는 것으로 나타났다. 또한, 산림바이오매스 이용을 위한 작업시스템에서 작업비용은 소형 목재파쇄기에 의한 현장파쇄, 임내작업차에 의한 소운반, 트럭에 의한 운반작업의 시스템이 가장 적게 나타났으므로 산림바이오매스 이용을 위해서 위 시스템을 이용한 소규모 분산형 작업시스템이 효과적이라 판단된다.
적용기계별 작업공정 및 비용을 분석한 결과는 Table 7과 같다. 입목수확의 작업시스템별 비용을 분석한 결과는 Table 8과 같으며, 체인톱에 의한 벌목 및 조재, 타워야더에 의한 집재, 임내작업차에 의한 소운재, 트럭에 의한 운재로 이루어진 D Type의 작업시스템이 72,057원/m3로 가장 비용이 적게 드는 것으로 나타났다.
산출된 시간당 비용은 감가상각비 867원/hr, 이자비용 130원/hr, 수리유지비 520원/hr, 유류비 1,621원/hr, 인건비 19,034원/hr으로 산출되었다. 조사지 1에서의 벌목 및 조재작업공정은 11.16 m3/hr으로 작업비용은 단위재적(m3)당 약 1,987원/m3으로 산출되었으며, 조사지 2에서의 벌목 및 조재공정은 7.31 m3/hr으로 단위재적(m3)당 작업비용은 약 3,033원/m3으로 산출되었다. 체인톱을 이용한 벌목 및 조재작업 비용은 조사지 1과 2에서의 벌목 및 조재작업 비용을 평균하면 약 2,510원/m3, 22,172원/hr, 133,032원/일이다.
후속연구
한편, 벌채부산물 등을 산림바이오매스로 활용하기 위해서는 전목집재작업의 임목수확작업시스템이 우선적으로 적용하고 소형 파쇄기를 이용한 현장 파쇄작업시스템이 도입되어야 하며, 수요자에 맞는 산림바이오매스의 생산 및 공급이 이루어져야 할 것이다. 또한, 향후 생산된 목재 칩을 연소시킨 후 발생되는 배기가스 및 클링커 등의 처리문제도 고려해야 할 것이며, 산림바이오매스의 이용촉진을 위해서는 지속적인 공급방안과 연소효율 등 다양한 연구가 병행되어야 할 것으로 사료된다.
한편, 벌채부산물 등을 산림바이오매스로 활용하기 위해서는 전목집재작업의 임목수확작업시스템이 우선적으로 적용하고 소형 파쇄기를 이용한 현장 파쇄작업시스템이 도입되어야 하며, 수요자에 맞는 산림바이오매스의 생산 및 공급이 이루어져야 할 것이다. 또한, 향후 생산된 목재 칩을 연소시킨 후 발생되는 배기가스 및 클링커 등의 처리문제도 고려해야 할 것이며, 산림바이오매스의 이용촉진을 위해서는 지속적인 공급방안과 연소효율 등 다양한 연구가 병행되어야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
목재에너지 이용을 위한 목질계 바이오매스는 어떤 것이 있는가?
한편, 세계적으로 국제유가 상승과 지구 기후변화에 대한 대응 및 온실가스 감축의 유용한 수단으로 목질계 바이오매스인 목재 칩, 펠릿 등이 주목 받고 있는 실정이다. 목재에너지를 이용할 경우 유가상승에 따른 경제충격을 완화할 수 있고, 탄소배출량을 기존의 화석연료보다 8배 감축할 수 있다(The Korea Forestry News, 2009).
목재에너지를 이용할 경우 이점은?
한편, 세계적으로 국제유가 상승과 지구 기후변화에 대한 대응 및 온실가스 감축의 유용한 수단으로 목질계 바이오매스인 목재 칩, 펠릿 등이 주목 받고 있는 실정이다. 목재에너지를 이용할 경우 유가상승에 따른 경제충격을 완화할 수 있고, 탄소배출량을 기존의 화석연료보다 8배 감축할 수 있다(The Korea Forestry News, 2009). 또한 2012년부터 신재생에너지 설치의무화사업의 일환으로 공공건물에 대한 신재생에너지 도입이 확대되고, RPS(신재생에너지 의무 할당제)제도 도입, 온실가스 에너지 목표 관리제의 시행 등의 환경변화에 대응 수단으로서 목질계 바이오매스의 신규수요가 발생할 것으로 예측된다(Korea Forest Service, 2011a).
산림작업비용는 어떤 비용으로 구성되어 있는가?
작업비용 분석은 작업시간 측정 등을 통해 분석한 작업공정 결과를 기초로 실시하였다. 산림작업비용은 인건비, 기계비용, 재료비로 구성되어 있으며, 인건비와 기계비용은 단위생산량 또는 단위시간당 단가로 나타낼 수 있다. 기계비용의 계산법은 경영분석 방법에 따라 차이가 있을 수 있으며, 감가상각비의 계산방법과 작업원의 임금산정법, 작업시간의 기준에 따라 계산결과가 달라질 수 있다.
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