천연가스냉방의 경제성 분석 연구

김기호 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2013 국내박사

한반도의 지구온난화는 빠른 속도로 진행되고 있으며, 이상기후 현상 또한 날로 심화되고 있다. 이에 따라 하절기 혹서와 동절기 혹한으로 인한 전력수요의 급증으로 우리나라의 전력 수급상황은 매우 어려운 상황에 있다. 특히, 최근에 와서는 하절기는 물론 동절기에도 전력피크가 수시로 발생하고 있다. 이는 발전원가에도 못 미치는 낮은 전기요금으로 인해 전기히트펌프 (EHP), 전기장판 등 전열기기의 사용이 급증하고 있기 때문이다. 정부는 부족한 전력난 해소를 위해 전력피크 시간대에 조업을 중단하여 전기를 절약하면 지원금을 주는 등 다양한 전력수요관리사업을 추진하고 있으나, 동·하절기의 전력예비율은 여전히 위험 수준에 있다. 한편, 우리나라의 천연가스산업은 3개의 LNG 인수기지와 3,022㎞의 주배관망 및 34,393㎞에 이르는 지역배관망 등 가스관련 인프라가 잘 발달되어 있다. 따라서 천연가스 관련 인프라를 활용하여 부족한 전력을 보완하는 것은 전력피크 완화대책의 주요한 수단이 될 수 있다. 현재 천연가스는 현존하는 화석연료 중 온실가스 배출이 가장 적고, 사용이 편리해서 공급이 확산되고 있다. 천연가스냉방은 전력피크 완화는 물론, 발전소 추가 건설비용의 절감, 천연가스 저장설비의 효율적 운영 및 분산형 전원으로서의 역할수행도 가능한 장점이 있다. 또한 온실가스 배출 저감에도 기여할 수 있다. 따라서 본 연구는 전력 부하관리방안의 하나로 부각되고 있는 천연가스냉방의 경제성을 분석하여 국가적으로 바람직한 에너지 정책방안을 제시하는데 있다. 본 연구에서는 천연가스냉방의 경제성분석을 통하여 몇가지 정책제언을 시도하였으며, 천연가스냉방의 다양한 편익을 살펴보았다. 천연가스냉방의 전력대체편익은 연간 2,011억원으로 나타났다. 또한 전기냉방에 비해 최대 165억원의 환경편익이 발생하는 것으로 분석되었다. 천연가스냉방으로 인한 이와 같은 편익들은, 전기냉방에 비해 천연가스냉방에 투입되는 36억원의 추가투자비를 충분히 상쇄할 수 있다. 총괄적으로 천연가스냉방은 전기냉방에 비해 연간 1,942억원에서 2,140억원 까지 경제적인 것으로 분석되었다. 따라서 천연가스냉방은 전력부족문제 등 우리나라의 최근 에너지 리스크를 해소할 수 있는 좋은 정책대안이 될 수 있다고 생각한다.

동절기 가스사용량 Peak시 천연가스 배관망 해석 연구

권영진 서울시립대학교 2009 국내석사

본 연구에서는 우리나라에서 20년 이상 보급되어 사용하고 있는 천연가스의 공급시설물 중 가장 많은 비중을 차지하고 있는 배관망에 대한 동절기 peak시의 사용량 예측을 simulation을 통하여 해석하였다. 특히, 가스 사용고객 중 가장 많은 고객 수를 차지하고 있는 가정용 가스 사용량에 대한 분석을 위하여 가스 공급압력의 실측 data와 배관망 해석을 통하여 얻은 이론적 계산 값을 비교하고 검증하였다. 따라서, 본 연구는 천연가스 공급자에게 중요한 도시가스 배관 설계의 가스사용량 추정과 도시가스 배관공사 등에 따른 안정적 물량 공급 가능여부 등 실제적인 배관망 해석에 그 결과를 적용할 수 있다. Key words : 천연가스 배관망 설계, 천연가스 가정용 사용량, 도시가스 공급압력, SynerGEE(배관망 해석 프로그램), 천연가스 배관망 해석

천연가스 자동차가 가스산업에 미치는 영향에 관한 연구

황태하 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2007 국내석사

1. 연구결과 및 시사점 천연가스 소비는 전체적인 소비증가와 더불어 난방용 위주의 도시가스 부문이 발전용 부문에 비해 상대적으로 증가하고 있다. 이러한 동하절기 소비격차를 심화시키는 소비패턴과 연중 균등하게 LNG를 도입해야 하는 경직성으로 인하여 수급조절의 어려움이 가중되어 천연가스 설비의 효율적 운영과 안정적 공급을 더욱 어렵게하는 요인으로 작용하고 있다. 따라서 계절간 수급불균형 문제를 해소하고 동시에 설비 이용효율을 증대를 통한 설비의 증설을 억제하는 수요 즉 연중 수요패턴이 일정한 잠재수요의 개발 또는 기존수요의 확대가 요구된다 하겠다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 향후 점차 확대될 것으로 예상되는 천연가스 자동차의 보급을 환경보호 논리에 의한 접근법 이외에 천연가스 산업에서 안정적이고 지속적인 성장을 위한 전략적인 대안으로서의 역할을 제시해 보려는 의도로 진행되었다. 자동차용 천연가스는 정부의 보급목표에 따라 지속적으로 증가하여 2011년 천연가스 총수요의 3.56% 점유할 것으로 전망된다. LNG 저장탱크는 천연가스 자동차를 도입하지 않았을 경우와 비교하여 10만 ㎘급 기준으로 2011년 2기의 감소효과가 있는 것으로 나타나는데 이것을 금액으로 환산하면1,520억원에 달한다. 또한 총수요에서 자동차용 천연가스가 차지하는 비중이 커질수록 즉 자동차용 가스 수요가 증가할수록 저장탱크는 더욱 크게 절감되었다. TDR 역시 2011년 도시가스용은 0.41정도 개선 되었으며, 이에 따라 전체 TDR은 0.13정도 개선될 것으로 전망되었다. 이러한 결과는 천연가스 자동차 보급이 환경 개선 뿐만 아니라 천연가스 저장설비 절감 효과도 있음을 증명하는 것인데 이것은 연중 균일한 소비패턴의 도입에 따라 동하절기 수요격차를 완화한 결과라 여겨진다. 따라서 천연가스 자동차는 향후 가스산업에서 중요한 수요관리의 역할을 하게될 것이다. 천연가스 공급자의 측면에서는 가스수요는 증가 하면서도 저장탱크의 필요성 감소로 많은 비용절감 효과가 발생하기 때문에 천연가스 자동차는 매우 이상적인 수요처가 될 것이다. 설비증설에 대한 부담 감소는 상대적인 비용감소로 이어질 것이며 이것은 설비 재투자 또는 수요자의 지원보강의 근거가 될 수 있을 것이다. LNG 생산국의 입장에서도 이미 생산된 천연가스를 정해진 스케줄에 따라 처리해야 하는 부담을 안고 있으므로 연중 수요가 일정하지 않을 경우 저장설비 추가 건설등에 필요한 비용등이 발생하는 것으로 추정되어 천연가스 자동차의 도입으로 동하절기 수요가 완화될 경우 신규 구매계약시 협상력을 강화하는데 도움이 될 것이다. 이상에서 살펴본 바와같이 자동차용 찬연가스 수요가 확대되면 가스산압의 기업성과 향상은 물론 환경보호 및 소비자 후생도 증가시키며 천연가스 수요관리 방안으로서 역할을 충분히 수행할수 있음을 알수 있었고 더 나아가 국가자원의 효율적 배분에도 기여함을 알수 있었다. 따라서 향후 천연가스 자동차 보급에 대하여 환경보호의 논리에 의한 접근법 이외에 천연가스 분야에서는 설비 최적화를 위한 수요관리의 일환으로서도 고려하여야 할 것이다. 2. 연구의 한계 및 향후과제 본 논문에서는 천연가스 자동차 보급으로 가스산업에 미치는 영향 및 파급효과를 분석해 보려고 하였다. 그러나 장기 천연가스 수요전망을 제7차 장기천연 가스수급계획의 자료를 바탕으로 작성하였다. 또한 2006년 7월부터 시범 운행 중인 LNG 자동차의 보급계획이 확정되지 않은 관계로 보급계획이 확정된 CNG 자동차의 천연가스 수요량만을 대상으로 하였다. 따라서 천연가스 자동차가 가스산업에 미치는 영향을 보다 엄밀하게 분석하기 위해서는 장기 천연가스 수요전망을 현재 작성중인 제8차 장기천연가스수급 계획 확정후의 자료 반영 및 시험운행 완료후 보급계획을 확정예정인 LNG 자동차의 천연가스 수요량을 감안한 분석이 이루어져야 할 것이다.

발전용 일일 천연가스 수요의 변동성 예측 : 평일 수요를 중심으로

정희엽 고려대학교 그린스쿨대학원 2019 국내석사

우리나라의 천연가스 수요는 도시가스용과 발전용 수요로 구분된다. 도시가 스용 수요는 가정의 냉·난방, 산업용 등의 용도로 이용되는 연료로써 계절적 요 인으로 인해 동고하저의 수요 패턴이 뚜렷하다. 반면, 발전용 수요는 LNG 발전 소의 연료로 직접 공급되어 LNG 발전소의 가동 여부가 직접적으로 수요에 영 향을 미친다. LNG 발전소는 전력 수요의 첨두부하를 조절하고 발전설비에 고 장이 발생하거나 정비가 시행될 경우 대체 가동되기 때문에 발전용 천연가스 수요는 전력 수요 및 기저발전량에 따라 영향을 받으며 예측에도 어려움을 겪 고 있다. 최근 정부가 원자력 및 석탄발전소의 비중을 축소하고 신재생에너지를 확대하는 정책을 추진하고 있고 지구온난화로 인한 이상기온 현상으로 발전용 천연가스 수요의 변동성은 앞으로 더욱 확대될 것으로 예상된다. 또한 이러한 수요 변화와 더불어 천연가스 인프라가 확장되면서 계통운영 환경에도 많은 변 화가 발생하였다. 기존의 천연가스 계통운영의 가장 큰 목표가 동절기 최대수요 발생시 공급중단이 발생되지 않도록 수요와 공급의 밸런스를 맞추는 것이었다 면 최근에는 확장된 인프라와 변동성이 커진 수요에 대응하여 효율적이고 안정 적인 운영을 하는 것이 주요한 과제로 등장하게 되었다. 이러한 상황에서 변화 를 예측하기 어려운 발전용 일일 천연가스 수요는 계통운영 계획수립 및 운영, 수급관리에 매우 큰 영향을 끼치고 있어 본 연구에서는 천연가스 계통운영 및 수급관리의 시작점이 될 수 있는 발전용 일일 천연가스 수요의 변동성 예측모 형을 연구하고자 한다. 발전용 천연가스 수요는 자기회귀성과 계절성, 요일적 특성이 존재하며, 전력수요와 기저발전량에 따라 그 수요가 좌우된다. 이에 발 전용 천연가스 수요의 변동성 예측을 위해 구조적으로 수요에 영향을 미치는 요인들을 제거한 잔차항을 수요의 변동성으로 정의하여 예측모형을 연구하였다. 구조적 요인이 제거된 천연가스 수요의 변동성 데이터는 두터운 꼬리를 가지고 있으며 첨예한 분포를 가진 형태로 장기기억성, 간헐적 이상치의 존재, 변동성 의 군집현상 등 일반적인 금융 시계열의 특징을 가지고 있다. 이에 본 연구에서 는 이러한 특징적 요소를 가장 잘 설명할 수 있다고 알려져 있는 MSM (Markov Switching Multifractal) 모형을 적용하여 변동성 예측모형을 제안하였 다. 본 연구에서는 2007년 1월 2일부터 2017년 12월 31일까지 평일 수요 2,680 건을 이용하여 MSM 모형의 모수를 산출한 후 최대우도함수 결과를 비교하여 MSM(8) 모형을 최적의 모형으로 선정하였다. 선정된 모형을 이용하여 2018년 1월 2일부터 2018년 8월 31일까지 162건에 대해서 1일, 5일, 10일, 20일 기간의 외표본 예측을 시행한 결과 각 변동성 예측결과는 평균적으로 약 5.9%의 움직 임을 보였으며 최소 3.68%, 최대 약 9.46% 범위 내에서 수요 변동성을 예측하 였다. 예측결과의 정확도를 검증하기 위해 MAE (Mean Absolute Error)로 검 증한 결과 1일 변동성 예측은 약 3.2%, 20일 예측은 평균 1.8%의 오차율을 보 였다. 또한 1일 변동성의 최대 오차율이 10.2%인 것을 제외하고 5일, 10일, 20 일 변동성 예측결과는 최대 오차가 모두 4.5% 이하로 양호한 예측결과를 보였 다. 이에 본 연구에서 제시한 모형이 발전용 일일 천연가스 수요의 변동성 예측 에 유용한 자료를 제시할 수 있다고 판단된다.

천연가스 처리공정의 열역학적 해석 및 공정설계 연구: 천연가스 전처리공정, 액화공정, NGL 회수공정

이지환 동국대학교 2012 국내박사

Natural gas processing plants can be classified into purification, separation and volume reduction processes. Purification process is the removal process of impurities such as carbon dioxide, hydrogen sulfide or water contained in the natural gas. Separation process is the recovery of ethane and heavier components from pre-treated natural gas. Finally, volume reduction process is the liquefaction of the natural gas using refrigeration cycle. Acid gas removal process for the natural gas pre-treatment can be divided into the two different processes, one is a process using chemical solvent and the other is to use a physical solvent process. The process using a chemical solvent is consisted of an absorber and a regenerator. One of the most popular chemical solvent is a amine aqueous solution for the removal of acid gases contained in the natural gas. An example of a amine aqueous solution is methyl diethanol amine aqueous solution. As an additive, piperazine can be used. As a process using a physical solvent, methanol, DMPEG or pyridine will be used as a solvent to absorb acid gases. In this study, simulation works have been performed to remove acid gases contained in the natural gas stream using several amine solvents and absorption capabilities are compared. An effect of an additive to the absorption capabilities was also evaluated. We also performed the simulation works for the removal of acid gases in the natural gas using physical solvents for Rectisol process using methanol as a solvent, for Selexol process using DMPEG as a solvent and for Purisol process using pyridine as a solvent. Natural gas liquefaction processes are cascade refrigeration process using propane, ethylene and methane as a refrigerant, single mixed refrigerant mixtures and propane pre-cooled refrigeration cycle with mixed refrigerant cycles. Simulation works have been completed for the cascade refrigeration cycle, SMR cycle and C3 MR cycle. For the thermodynamic models for the simulation of natural gas liquefaction process, cubic equation of state models like SRK or PR were used and Costald correlation model was used for the estimation of the liquid phase density of LNG. For the calculation of the mixture vapor-liquid equilibria, each binary interaction parameters were newly determined by regressing the experimental vapor-liquid equilibrium data. For the refrigerants of cascade refrigeration cycle, propane was used for high temperature region, ethylene for middle temperature range and methane for lower temperature region. However, in order to improve the refrigeration performance, multi-stage cascade refrigeration cycle was introduced. Three-stage refrigeration cycle was appled for the propane refrigerant, two-stage refrigeration cycle for the ethylene refrigerant and three-stage refrigeration for the methane refrigerant. Demethanizer with a turbo-expander system was mostly used for the enhancement of ethane recovery rather than using scrubber type. In this study, the demthanizer top pressure was optimized to minimized the total compressor power of refrigeration cycle and a residual compressor. As a result of this study, a proper thermodynamic model was selected for the simulation of natural gas sweetening process, natural gas recovery process and the natural gas liquefaction process. Heat and material balance for the overall natural gas processing plant was obtained. 천연가스 처리공정은 천연가스 중에 함유되어 있는 불순물들인 수분, 이산화탄소 및 황화수소 등을 제거하는 전처리공정과 천연가스로부터 에탄 이상의 유효성분들을 회수하는 NGL 회수공정 및 주성분이 메탄과 소량의 에탄 및 미량의 프로판으로 구성되어 있는 탄화수소를 액화시키는 액화공정으로 세분할 수 있다. 천연가스 전처리공정은 천연가스에 포함되어 있는 이산화탄소와 같은 불순물을 제거하기 위한 공정으로써 화학적 흡수제를 사용한 공정과 물리적 흡수제를 사용한 공정으로 나눌 수 있다. 화학적 흡수제를 사용한 공정은 흡수탑과 탈거탑으로 구성되어 있으며, 아민 수용액을 사용한 공정과 탄산칼륨 수용액을 사용한 공정 및 아민류에 첨가제로써 Piperazing 유도체를 사용한 공정을 예도 들 수 있다. 한편 물리적 흡수제를 사용한 공정은 메탄올, DMPEG 및 Pyridine과 같은 용매를 사용한 공정을 예로 들 수 있다. 본 연구에서는 각종 아민류를 이용한 산성가스 제거공정에 대한 전산모사를 수행하였으며, 각각의 아민에 따른 흡수성능을 비교하였다. 한편 첨가제로써 Piperzine의 사용이 산성가스 흡수성능에 미치는 영향을 조사하였다. 물리 흡수제를 사용한 천연가스 전처리공정으로는 메탄올 용매를 사용한 Rectisol 공정, Pyridine 용매를 사용한 Purisol 공정 및 DMPEG 용매를 사용한 Selexol 공정에 대해서 전산모사를 수행하였으며 각 공정별로 전처리 성능을 서로 비교하였다. 천연가스를 액화하여 액화천연가스(LNG)로 만들기 위한 액화공정으로는 캐스케이드 공정과 SMR 공정 및 다단 캐스케이드 공정에 대한 전산모사를 수행하였다. 천연가스 액화공정의 전산모사를 위한 열역학 모델 식으로써 삼차형 상태방정식을 도입하였으며, 액상의 밀도 추산을 위해서 Costald 식을 적용하였다. 한편 혼합냉매와 천연가스의 기액 상평형을 추산하기 위해서 전산모사기에 내장되어 있는 각각의 이성분계 상호작용 매개변수를 기액 상평형 실험 데이터의 회귀분석을 통해서 새롭게 결정하였다. 캐스케이드 냉동사이클로는 고온부는 프로판을 냉매로 사용하였으며, 중온부는 에틸렌을 냉매로 저온부는 메탄을 냉매로 사용하였다. 한편 캐스케이드 냉동 사이클의 액화효율을 향상시키기 위해서 다단 냉동사이클을 적용하였는데 프로판 냉매를 사용하는 냉동사이클은 3단 냉동을 에틸렌을 사용하는 냉동사이클은 2단 냉동을 메탄을 사용하는 냉동사이클은 3단 냉동을 적용하였다. 또한 냉동사이클의 소요 동력을 줄이기 위해 혼합냉매를 사용한 냉동 사이클인 SMR(Single Mixed Refrigerates)공정에 대한 전산모사도 수행하였다. NGL 회수공정으로는 탈메탄탑으로써 스크러버 형태와 터보 팽창기를 이용하는 공정으로 나눌 수 있는데 에탄 회수율을 증가시키기 위해서 터보 팽창기를 주로 사용한다. 본 연구에서는 냉동 사이클의 압축기 소요동력과 residue gas의 delivery pressure를 맞추기 위한 압축기의 소요 동력의 총 합을 최소화시키기 위한 탈메탄탑의 운전압력에 대한 최적화를 수행하였다. 전반적으로 본 논문의 결과로써 천연가스 처리공정의 기본설계 능력을 향상시키기 위해서 천연가스 전처리공정과 액화공정 및 NGL 회수공정에 대하여 적합한 열역학 모델 식을 선정하여 이에 대한 이론적인 배경을 기술하고 전산모사를 수행하였으며, 열 및 물질수지 도출과 주요 장치를 사이징하기 위한 물성치를 도출하였다.

경기도 천연가스버스 보급 활성화 방안 연구

정현주 아주대학교 산업대학원 2008 국내석사

본 연구에서는 경기도의 천연가스버스 확충을 위한 방안을 다음과 같이 제시하였다. ● CNG 충전소 확충과 충전소의 안전성에 대한 민원을 줄이기 위한 법 규제가 완화 되어야 한다. ● CNG 버스의 환경친화성과 그로 인한 직·간접 혜택을 일반 시민은 물론 버스 운송업계에도 홍보를 강화해야 한다. ● 중앙정부와 지자체의 예산확보가 CNG 버스 계획의 성패를 가늠할 것으로 사료된다. In this thesis, suggestions were made to increase the number of CNG buses in Gyeonggi-do as follows : ● Strict law and regulations are needed to be revised to increase the number of CNG stations and to minimize the public appeals regarding safety issues of the CNG stations. ● Direct and indirect environmental benefits of CNG buses should be emphasized and advertized to both public and bus owners. ● Financial supports and aids from local and central governments are crucial to the success of the CNG plans.

천연가스 시장이 경제성장과 물가에 미치는 영향

민철홍 성균관대학교 2013 국내석사

본 논문에서는 백터자기회귀모형을 이용하여 지난 20년간 천연가스가격의 변동이 국내 산업생산지수와 소비자물가지수에 어떤 영향을 미쳤는가를 살펴보았다. 분석에 사용한 자료는 총 3개로 천연가스가격, 산업생산지수, 소비자물가지수 등이다. 백터자기회귀모형을 이용하여 분석하였고, 분석기간은 1992년 2월부터 2012년 9월까지로 한정하였으며, 외환위기 기간(1997년 9월부터 1998년 12월)과 국제금융위기 기간(2007년 9월부터 2009년 3월)은 더미처리 하였다. VAR(3), VAR(4), VAR(2)를 추정한 후, 촐레스키 분해를 이용한 기법을 사용하여 충격반응을 분석하였다. 충격반응함수 결과 천연가스가격은 소비자물가지수에 비대칭적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 천연가스가격과 산업생산지수와의 관계는 비유의적인 것으로 나타났다. 가스가격이 상승할 경우 소비자물가도 상승하나 가스가격이 하락하는 경우 영향이 거의 없는 것으로 나타났다. 분산분해 분석에서 천연가스가격 상승의 경우 산업생산은 최대 1.3%의 설명력을 가지는 것으로 나타났으며, 천연가스가격 하락의 경우 최대 1.89%의 설명력을 가지는 것으로 나타났다. 소비자물가지수는 가스가격이 상승하는 경우 최대 7.55%의 설명력을 가지는 것으로 나타나고, 가스가격이 하락하는 경우 최대 0.9%의 설명력을 가지는 것으로 나타났다. 그러므로 가스가격 충격은 산업생산지수에는 영향이 거의 없으며, 소비자물가지수에 대하여 비대칭적 효과가 존재하는 것으로 분석되었다. This paper discusses impacts of the international natural gas price on Korean industrial production index and consumer price index over the last twenty years, ranging from February, 1992 to September, 2012. Three types of data – international gas price, industrial production index, consumer price index – are analyzed by. Vector Auto-Regression model, in which VAR(3), VAR(4), and VAR(2) are estimated, and the currency crisis (September, 2007 to March, 2009) are categorized as dummy. Impulse responses are calculated with cholesky decomposition. The results indicate that intentional natural gas price has no significant effect on Korean industrial production index while it has asymmetric relation with Korean consumer price index. Increase of natural gas price causes increase of consumer price; however, decrease of natural gas price does not significantly influence consumer price. A variance decomposition presents that increase and decrease of natural gas price maximally explain 1.3% and 1.89% of industrial production respectively. Consumer price index is explained up to 7.55% by increase of natural gas price and up to 0.9% by its decrease. In conclusion, impulse of intentional natural gas price has asymmetric influence on Korean consumer price index while its relation to Korean industrial production index was not significant.

온도변화에 따른 천연가스 압력용기의 변화에 대한 연구

신원협 동아대학교 산업정보대학원 2011 국내석사

본 논문은 천연가스 온도 변화에 따른 완전가스의 상태 변화 해석하고 압력 팽창 및 수축에 의한 천연가스 압력용기의 영향 분석에 대해 논의하였다. 천연가스가 고압으로 탱크에 충전된 후 밸브를 통하여 방출될 때, 압력의 강하로 인하여 온도가 강하하게 된다. 밸브를 통한 압력강하 현상은 등엔탈피 팽창이 발생하게 되므로 충전압력과 방출압력을 통하여 강하된 온도를 예측하고 다성분인 천연가스에 대하여 압력저하에 따른 온도강하를 예측한 결과, 일정한 조건의 압력 및 온도에서 2bar로 강하된다면, 온도강하에 따라 일부 액체가 생성되고 방출되는 천연가스 온도는 대략 -90℃ 내외가 되는 것으로 알 수 있다. 천연가스가 고압으로 탱크에 충전된 후 밸브를 통하여 방출될 때, 압력의 강하로 인하여 온도가 강하하게 된다. 밸브를 통한 압력강하 현상은 등엔탈피 팽창이 발생하게 되므로 충전압력과 방출압력을 알면 강하된 온도를 예측할 수 있게 된다.

天然가스自動車 普及 擴大를 爲한 經濟性 分析과 政策支援 改善에 關한 硏究 : 大型 輕油버스를 中心으로

주진우 韓國産業技術大學校 知識基盤技術에너지大學院 2018 국내박사

최근 우리나라 대도시를 중심으로 대기환경 오염물질 중 고농도 미세먼지와 인체유해 배출가스 주범이 경유자동차 매연임을 지목하고, 이를 해결하기 위하여 정부가 관련부처와 합동으로「미세먼지 관리 특별대책(2016.6)」과「미세먼지 종합 관리대책(2017.9)」를 발표하였다. 따라서 미세먼지 해결방안으로 대형경유 차량에서 발생하는 오염물질 저감을 위해 경유버스를 최우선 천연가스(CNG)로 전환하기 위한 친환경자동차 구입보조금 지원제도와 유가보조금을 지급하는 상황에 있다. 특히, 서울의 미세먼지 수준이 점점 악화되면서 심각한 사회적 문제로 관심이 집중되었다. 정부에서 발표한 미세먼지 배출현황을 살펴보면 전국에서 1위는 사업장(38%)이 차지하고 있지만, 수도권에서는 경유자동차가 1위(23%)를 나타낸 것으로 발표되어 미세먼지 배출의 심각성을 보여주고 있다. 한편, 국내에서 운행 중인 대형버스 전체는 99,582대이다. 그 중 천연가스(CNG) 버스는 34,682대(34.8%)이고 나머지는 64,900대(65.2%)가 경유버스이다. 최근에는 경유버스가 저공해 친환경디젤을 내세우며 증가되고 있기 때문에 환경오염을 악화시키고 있다. 본 연구에서는 대형 경유버스를 천연가스 연료로 대체할 수 있는 CNG 전환을 통하여 대기오염물질과 온실가스 배출량을 추정·분석하였다. 그리고 천연가스로 연료전환 시 사회적 비용과 환경적 편익을 분석하여 정부지원정책의 타당성을 평가하고, 다양한 시나리오 유형분석을 통해 경제성 분석과 국가적으로 바람직한 천연가스자동차 보급 활성화 정책방안을 제시하는 데 있다. 현재 운행 중인 버스를 대상으로 유가보조금 혜택을 받지 못하는 분야에서는 사용 연료비 부담을 받고 있다. 그러나 2017년 7월 1일부터 노선버스 및 전세버스가 천연가스 유가보조금 지급을 받을 수 있으므로 경유 대비 천연가스의 환경편익 경제성이 우수함을 중점적으로 부각시켰다. 먼저, 연료별 엔진성능과 배출가스 저감 효과를 비교 평가한 결과, 엔진출력은 경유엔진 대비 동등수준(±5%) 성능을 나타냈다. CNG엔진은 배출가스 규제에 만족했으며, 매연(PM)이 발생되지 않는 것 외에 유해가스 배출량도 경유차 대비 현저히 저감되었다. 또한, 경유&천연가스 연료를 혼소시스템으로 운행 시 연료비용 절감 경제성 평가결과는 경유대비 38%이상 비용절감 및 연비가 향상됨을 시험결과 확인했다. 혼소시스템 사용으로 CNG전소형의 충전 애로사항을 해소하는 장점도 있으므로 친환경자동차 개선정책 대안이 될 수 있다. 본 연구의 경제성 분석결과에서는 경유와 CNG차량 모두에 대한 대기오염물질(CO, HC, NOx, PM, SOx)과 온실가스(CO2)의 배출량 추정은 경유엔진 대비 CNG엔진의 저감율이 CO는 84% 감소되었으며, NOx는 47%, PM은 100% 저감되었다. 배출가스에 대한 대기오염물질을 환경비용으로 산출한 결과, 오염물질별 사회적 비용이 경유버스는 연간 32,642,332원/대/년, CNG버스는 19,926,531원/대/년이 발생되었다. 사회적 편익을 비교했을 때 CNG버스는 경유버스 대비 연간 12,715,801원/대/년의 환경편익이 발생하였다. 또한, 천연가스(CNG)버스의 보조금 설정 및 연료전환 개조비용 지원 경제성 평가 시나리오를 설정하여 유형별 NPV&IRR 분석결과를 종합해 보면 경유연료와 CNG 자체를 비교(정산금, 보조금 지원 없을 시)한 결과는 초기 과다한 CNG 개조비용 지출로 인해 9년 동안 경제성이 발생하지 않았다. 그러나 대기오염 환경비용을 반영하여 비교한 결과는 2년차부터 수익이 발생하여 경제성이 뛰어난 것으로 분석되었다. 또한 적정 개조비용과 유가보조금을 반영한 결과는 3년차부터 경제성이 있는 것으로 분석되었다. 그러므로 유가보조금(100%)과 개조비용(50%) 일부 지원제도가 CN G차량 보급 확대를 위한 가장 적절한 정부지원 정책이라고 평가된다. 특히, 경유연료로 운행 중인 전세버스를 대상으로 연료전환 시범사업기간(2018~2020년) 동안 연차별 시행 전환효과는 사회적 비용 771억원, 사회적 편익이 2,952억원 발생하여, 순편익은 2,181억원 발생하였다. 따라서 전세버스 차령별 시범사업이 시행될 경우 보조금 지급기간 동안 약 4,644대의 대형 경유버스가 천연가스(CNG)로 전환되며, 상용화에 따른 기대효과는 미세먼지(PM) 37톤, 질소산화물(NOx) 5,296톤이 저감되어 국내 대기환경 개선에 기여할 것으로 예상된다. 국내에서 운행 중인 경유 전세버스 전체(38,713대)를 CNG버스로 연료전환 시 환경편익은 사회적 비용보다 기대효과가 매우 크다. 이에 따른 환경편익은 연간 4,922억원 발생하고, 미세먼지(PM)와 질소산화물(NOx)도 현저하게 감소되어 환경개선에 매우 효과적으로 평가되었다. 향후, 천연가스 가격인하 및 국제유가 상승으로 인한 경유대비 천연가스의 가격 경쟁력이 향상됨에 따라 천연가스버스의 연료비 수익성 및 경제성이 더욱 뛰어날 것으로 기대된다. 경유버스를 천연가스로 전환하는 정부정책은 환경적 편익과 범국가적인 수송연료 수급을 조정하는 에너지안보 편익, 친환경차량 증가에 따른 미세먼지저감 편익을 종합적으로 고려하여 천연가스 신규차량 구입비용 지원 및 연료전환 개조비용 지원정책과 유가보조금을 지급하는 정책실행 확대추진이 요구된다. 천연가스는 현존하는 화석연료 중 대기오염물질과 온실가스 배출이 가장 적고, 편리하게 사용하는 안전한 가스로서 공급이 확산되고 있다. 대기환경을 위협하는 수송용 대형버스 차량이 전기자동차 또는 수소차 등 무공해차량으로 전환되는 시점까지 천연가스(CNG)연료가 중추적인 가교역할을 담당할 수 있는 에너지라고 생각된다.

러시아 천연가스의 대 한국 수출 경쟁력 제고 방안에 관한 연구

김알료나 성균관대학교 2017 국내석사

천연가스는 청정에너지원으로서 지구온난화 문제를 해결하기 위한 노력이 지속되고 있는 상황에서 주목 받고 있다. 천연가스는 유엔 기후 변화 협약 (United Nations Framework Convention on Climate Change; UNFCCC)에 의한 설정된 온실 가스 배출량 기준에 따라 가장 순수한 연료이다. 현재 한국은 천연가스 공급의 대부분을 해외 수입, 특히 중동 지역에 의존하고 있다. 한국은 총 24여 개 국가로부터 천연가스를 수입하고 있으며, 주요 수입국은 카타르, 오만, 말레이시아, 인도네시아, 러시아이다. 여러 천연가스 수입국 중에서 러시아가 지리적으로 가장 가까운 천연가스 대 규모 수출국이며, 세계 2위의 천연가스 보유국이지만 한국 수입에 차지하는 비중이 2015 기준으로 8% 밖에 안 된다. 그래서 러시아 천연가스 대 한국 수출 경쟁력이 있는지에 대한 분석이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 통계 데이터를 이용해서 경쟁력을 보여 주는 RCA 지수를 산출하여 비교우위 분석을 하였다. 분석의 결과는 러시아는 경쟁력이 있지만 다른 국가보다 약하다. 이와 관련해서 러시아 천연가스 수출 경쟁력 제고 방안을 도출하였다. 러시아가 한국에 대한 LNG 수출을 증가할 수 있는 방법은 중에서 하나는 파이프라인을 건설해서 PNG를 수출하는 것이다. 가스관 프로젝트가 1990년대부터 대두되었다가 사라지고 결국은 다시 부각되고 있다. 파이프라인 프로젝트가 현재까지 조명을 받고 있는 이유 중에서 하나는 가스관 건설 과정 때와 러시아와 한국을 연결 이후에 한국, 북한이나 중국, 러시아 모두가 경제 이익을 받을 것 및 정치적 파급 효과이다. 이 프로젝트가 모두에게 'win-win' 프로젝트가 될 수 있다. 한국은 에너지 자원이 없는 나라이지만 LNG 선박, 액화 및 기화 시설, LNG 저장소 등의 건설 및 운영에 대한 높은 기술력 기지고 있다. 최대한 천연가스 매장량을 보유하는 러시아가 한국의 투자를 유치해서 LNG 관련 최고한 기술을 도입하면 한국 LNG 시장에서의 경쟁력을 제고 할 수 있을 것이다. 러시아가 한국에 대한 천연가스 수출 경쟁력을 제고하기 위해서 대 한국 관계 발전을 해야 한다. 이를 위해 적극적 협력 의지 표명은 경제적 이해관계뿐만 아니라 다층적 국가이익을 종합적으로 고려해야 하며 아태 지역에서 상생과 협력 파트너십 구축이라는 신 국가 전략 차원에서 접근이 필요하다. 그리고 기존에 대 한국 협력의 성과 및 과제를 개관적으로 평가하고 업무의 전문성과 지속성을 발휘할 수 있는 새로운 형태의 대 한국 협력 체계를 재구축할 필요가 있다.