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해양 석유 생산 및 수송 최적화 문제에 관한 연구

A Study on the Optimization Problem for Offshore Oil Production and Transportation

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.39 no.4, 2015년, pp.353 - 360  

김창수 (한국해양대학교 대학원) ,  김시화 (한국해양대학교 해사수송과학부)

초록
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해양 석유 생산은 '해양'이라는 특성에 기인하는 여러 가지 변수를 동반하면서 막대한 비용과 시간을 필요로 한다. 모든 관련된 프로세스는 인명, 환경 그리고 재산의 손실을 줄이기 위한 치밀한 일련의 계획에 의하여 통제된다. 이 논문은 해양 석유 생산 및 수송의 최적화 문제를 다룬다. 문제 영역의 범위를 정의하기 위해 해양 석유 생산 및 수송 네트워크를 제시하고 그 문제를 해결하기 위한 혼합정수계획모형을 구축하였다. 제안된 최적화 모형의 타당성을 확인하기 위해 가상의 해양 유전과 수요 시장을 바탕으로 MS Office Excel의 해찾기를 이용하여 계산실험들을 수행하였다. 해양 석유 생산 및 수송 네트워크 하위 흐름은 해양 유전에서 생산된 원유를 수요 시장으로 배분하는 해사수송문제가 된다. 이 해사수송문제를 해결하기 위해 집합 패킹 모형을 이용하여 구축된 MoDiSS(Model-based DSS in Ship Scheduling)를 사용하였다. 이러한 연구결과들은 실제적인 해양 석유 생산 및 수송 최적화 문제에 의미 있게 적용될 수 있으리라 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The offshore oil production requires a huge amount of cost and time accompanied by multiple variables due to the peculiar nature of 'offshore'. And every process concerned is controlled by elaborate series of plans for reducing loss of lives, environment and property. This paper treats an optimizati...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Barnes et al.(2007)이 제안한 최적화 모형과는 달리 예측된 시장의 수요를 만족시키면서 기업의 이익을 최대화하는 새로운 모형을 제안하고자 한다.
  • 본 절에서는 위의 두 실험결과들 중 낮은 시장 수요일 경우의 수송 문제를 다룬다. 다국적 석유기업을 자신의 화물을 보다 경제적, 안정적으로 적시에 수송하기 위한 목적으로 30척의 자사 소유의 280,000 ~ 300,000 DWT급 VLCC 선대를 보유한 화주 직접운항 선사(industrial carrier)로 가정하여 해양 플랜트에서 생산된 석유를 수요지까지 수송하는 문제를 주어진 선박, 화물, 항구간 거리에 대한 정보로 수익을 극대화 할 수 있는 최적의 선대 운항일정을 도출해주는 MoDiSS 프로그램을 사용하여 그 최적해를 구한다.
  • 해양석유의 생산 및 수송 문제는 다국적 석유기업이 점유시장의 수요를 만족시키면서 기업의 이익을 극대화하는 최적화 문제로 설명할 수 있다. 이 논문은 해양 유전에서 석유를 생산하고 이를 시장에 수송하는 문제를 Fig. 2와 같이 하나의 물류 네트워크로 표현하여 이 해양석유 생산 및 수송 네트워크를 최적화하고자 한다.
  • Kim(1999)은 부정기선 운항 문제의 핵심이 되는 선박운항일정계획 문제를 일반화하여 정의하고 그 최적화 모형을 집합패킹모형으로 제안한 최적화 모형 기반의 시스템인 MoDiSS(Model based Decision Support System in Ship Scheduling, 선박운항일정 의사결정 지원시스템)를 구축하였다. 이 연구에서는 해양 유전에서 생산된 석유를 수요시장으로 수송하는 문제의 최적화를 위해 MoDiSS를 사용하고자 한다.

가설 설정

  • Table 6은 loading port와 discharging port간의 거리와 소요시간이다. 소요시간(Time)은 탱커가 11.0 Knot로 항해하였다고 가정하여 계산하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해양에서 생산된 석유를 수송하는 방법은? 해양에서 생산된 석유를 수송하는 방법에는 해저 파이프 라인을 통하여 수요지까지 보내는 방법과 FPSO(Floating production storage and offloading) 또는 SPM(Single Point Mooring)을 통해 탱커로 하역을 한 후 수요지까지 해상운송 (Maritime transportation)을 하는 방법이 있다. 2014년 현재, 가장 긴 해저 파이프라인은 2012년 러시아의 바이보르그 (Vyborg)와 독일의 그레이프츠발드(Greifswald)사이에 건설된 1,222 Km길이의 노르드 스트림(Nord Stream) 천연가스 파이프라인이다.
해양 석유 생산 과정은? 해양 석유 생산은 크게 탐사(Exploration), 시추(Drilling), 그리고 생산(Production)이라는 3가지 절차를 거치는데, 추후 해양 유전의 석유 자원이 고갈된 후에는 해체(Decommissioning) 절차를 밟게 된다.
낮은 시장 수요일 경우의 수송 문제의 최적해를 구하기 위한 가정은 무엇인가? 본 절에서는 위의 두 실험결과들 중 낮은 시장 수요일 경우의 수송 문제를 다룬다. 다국적 석유기업을 자신의 화물을보다 경제적, 안정적으로 적시에 수송하기 위한 목적으로 30척의 자사 소유의 280,000 ~ 300,000 DWT급 VLCC 선대를 보유한 화주 직접운항 선사(industrial carrier)로 가정하여 해양 플랜트에서 생산된 석유를 수요지까지 수송하는 문제를 주어진 선박, 화물, 항구간 거리에 대한 정보로 수익을 극대화 할 수 있는 최적의 선대 운항일정을 도출해주는 MoDiSS 프로그램을 사용하여 그 최적해를 구한다.
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참고문헌 (14)

  1. Appelgren, L. H.(1971), Integer programming methods for a vessel scheduling problem. Transportation Science, Vol. 5, No. 1, pp. 64-78. 

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  4. Douglas Westwood(2013), Global offshore prospects, Infild systems. 

  5. Frair, L. C.(1973), Economic optimisation of offshore oil field development. Tulsa, OK: University of Oklahoma. 

  6. Iyer, R. R., Grossmann, I. E., Vasantharajan, S., & Cullick, A. S., 1998. Optimal planning and scheduling of offshore oil field infrastructure investment and operation. Industrial and Engineering Chemistry Research, Vol. 37, p. 1380. 

  7. Kim, C. S, & Kim, S. H.(2014), "Optimal design of offshore production considering market demand", proceeding of Korea Institute of Navigation and Port Research, pp. 53-55. 

  8. Kim, S. H. & Heo, K. Y.(1999), "Integrated Fleet Management Support System for Industrial Carrier", Journal of Korea Institute of Navigation, pp. 63-76. 

  9. Kim, S. H., & Lee, K. K.(1997), "An optimization-based decision support system for ship scheduling. Computers & industrial engineering", Vol. 33, No. 3, pp. 689-692. 

  10. Lee, K. K, & Kim, S. H.(1994), "A Study on the Optimization Analysis of Tactical Ship Scheduling", Journal of Korea Institute of Navigation, pp. 57-67. 

  11. Lin, X., & Floudas, C. A(2003). A novel continuous-time modelling and optimisation framework for well platform planning problems. Optimisation and Engineering, 4, 65-3. 

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  13. Richard J. Barnes, Antonis Kokossis & Zhigang Shang, 2007. An integrated mathematical programming approach for the design and optimisation of offshore fields. Computers and Chemical Engineering, 31, 612-29. 

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