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흐름-수요 기반 수소화물차 전용 고속도로 수소충전소 최적 입지 선정에 관한 연구
조재혁(Jaehyeok Jo),김성수(Sungsu Kim) 한국경영과학회 2022 한국경영과학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.6
온실가스 배출로 인한 지구 온난화 문제, 대기 오염, 기후변화 현상 등 환경 문제가 전세계적인 문제로 대두됨에 따라, 최근 수소는 기존의 화석연료를 대체할 청정 에너지원으로 주목을 받고 있다. 이러한 수소는 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 교통/물류 분야에서도 수소추진자동차의 개발 및 보급과 더불어 수소충전소 인프라 구축을 통해 친환경 교통/물류 체계를 마련하기 위한 투자와 정책이 활발히 이루어지고 있다. 국내의 경우 수소추진 화물차의 개발이 이루어져 현재 운용 단계에 있으며, 이러한 수소충전소 설치 등의 인프라 확충을 위해 정부 차원에서의 정책들이 수립 및 집행되고 있다. 본 연구는 이러한 국내의 상황에 발맞추어 수소추진 화물차를 위한 수소충전소의 최적 입지를 선정하는 것을 그 주제로 연구를 수행하였다. 구체적으로, 충전수요 패턴을 흐름수요(Flow-Demand)로 가정하여 최적 시설 입지를 결정하는 모형인 FCLM(Flow Capturing Location Model)을 기반으로 한 다목적 정수계획법(Multi-Objective Integer Programming) 모형을 제안하고자 한다. 또한, 제안된 모형을 통해 수도권-영남권 간 고속도로 내 화물차 수소충전소 최적 입지를 결정하고자 하였다. 충전소의 후보지로는 수도권과 영남권에 위치한 영업소들을 기종점쌍(Origin-Destination)으로 하였을 때 통행로상에 위치한 고속도로 휴게소들을 선정하였으며, 수소추진 화물차의 수소 충전수요 만족 최대화, 수소충전소 인프라 관련 비용 최소화의 관점에서 수소충전소의 위치를 결정하고자 하였다. 그리고 수도권과 영남권 간 고속도로를 주행하는 화물차의 일일 평균 교통량, 수소충전소 구축비용, 부생수소 운송비용, 수소 개질 시 설치 비용 등 실제 데이터를 분석한 결과, 총 43개의 충전소로 고속도로를 주행하는 화물차 통행수요의 약 40%를 충족할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구는 수도권과 영남권 간의 원활한 물류이동을 위해 아직 시범 운영 단계에 있는 수소추진 화물차를 위한 수소충전소가 어느 곳에 위치해야 하는지에 대해 선제적으로 연구를 수행하였다는 점에서 기존 연구와 차별성을 가진다. 또한, 현재 정부의 정책 및 수소충전 인프라와 관련된 실제 데이터에 따라 연구를 수행하여 향후 수소 기반 물류 체계의 구축을 위해 유용한 정보를 제공할 수 있다는 점에서 의의가 있다. As environmental problems such as greenhouse gas emission, climate change etc. are globally deteriorated, hydrogen has been one of the clean and alternative energy sources which replace fossil fuels. This hydrogen is utilized in various fields including transportation/logistics. In the transportation /logistics area, investment and policies are aggressively made to establish the eco-friendly transportation and logistics system through development and distribution of hydrogen-fueled vehicles and construction of hydrogen refueling infrastructure. In Korea, the hydrogen-powered trucks have been already invented and are currently in operation, and policies at the government level has been being established and implemented. In accordance with it, this research’s topic is to select optimal locations of the charging stations for the hydrogen-powered trucks. Specifically, this study suggests a Multi-Objective Integer Prograaming model based on FCLM(Flow Capturing-Allocation Location Model) to choose the optimal station locations on highways between metropolitan and Yeongnam area by assuming the demand pattern as flow-demand. Highway stations located on the route between origin and destination tollgate have been selected as the candidate areas, the final station locations have been determined for maximization of hydrogen-refueling demands and minimization of hydrogen infrastructure-related costs. Using the FCLM-based facility location model presented in this study, actual data such as the average daily traffic volume of trucks driving on highways between the metropolitan and Yeongnam area, hydrogen charging station construction cost, by-product hydrogen transportation cost, and hydrogen reforming cost were analyzed. In result, it is revealed that 38 stations can meet about 40% refueling demands of the trucks. This study differs from previous studies in that it preemptively conducted research on where hydrogen charging stations for hydrogen-powered trucks should be located in the pilot stage for effective logistics between the metropolitan area and Yeongnam area. In addition, this research is conducted in accordance with current government policies and actual data related to hydrogen charging infrastructure, which is useful for establishing a hydrogen-based logistics system in the future
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안은주 ( Eun-ju Ahn ),조재혁 ( Jaehyeok Jo ),김성수 ( Sungsu Kim ) 한국로지스틱스학회 2021 로지스틱스연구 Vol.29 No.2
This study provides basic information on the establishment of efficient hydrogen charging infrastructure for green logistics by selecting the optimal location for hydrogen charging stations which are required to recharge environment-friendly hydrogen fuel cell trucks. In consideration of hydrogen supply methods to the station, which is fundamentally different from the charging station for electric vehicles, the proposed model determines how each station to be economically supplied with hydrogen. In addition, to reflect recent government policy changes to introduce hydrogen fuel cell trucks for logistics in trunk line, the research focuses on trucks operating on highways and assumes the highway rest areas as the candidates for the potential stations. The results suggest the optimal locations of 31 hydrogen charging stations across the nation, and this is expected to be used as guidelines for effective policy making that can help in promoting the establishment of nationwide hydrogen charging infrastructure.
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