DEA를 이용한 화력발전소의 에코효율성 평가

국문 초록 (Abstract)

최근 기후변화, 환경오염 등이 사회적 이슈화되면서 화력발전소가 대기오염의 주원인으로 대중적 인식되었다. 국내 화력발전소는 비용 효율적인 전기의 생산 및 공급이라는 기존의 목표이외에 환경오염 관리의 개선이 큰 문제로 다가왔다. 이에 본 연구에서는 국내 화력발전소를 환경적 목표와 경제적 목표를 동시에 평가하는 유용한 분석수단으로 에코효율성(eco-efficiency)을 적용하여 분석하고자 한다. 국내 화력발전소를 대상으로 계층분석법(AHP)을 통해 경제적ㆍ환경적 변수와 변수별 가중치를 선정하고, 자료포락분석법(DEA)으로는 상대적 에코효율성을 평가하는 DEA모형을 적용하였다.
이를 통해 도출된 결과로 현재 국내 화력발전소의 효율성을 평가하여 최근 화력발전소가 직면한 위기를 극복하고, 에코효율성 제고를 통해서 자체 경쟁력을 확보해 지속발전 가능한 본래의 기능을 수행하는데 도움을 주고자 한다.
본 연구에서는 국내 화력발전소의 24개 사업소를 대상으로 하였으며, 환경부하 변수로 온실가스배출량, 용수사용량, 폐기물 발생량, 질소산화물 배출량, 유해화학물질 사용량 등 변수의 중요도를 분석하였다. 효율성 측정을 위해서 ‘DEAR 2.1’ 프로그램을 이용하여 투입량은 최소한으로 유지하고 산출요소는 극대화하는 산출지향 CCR모형과 BBC모형을 분석에서 활용하였다.
국내 화력발전소에 대한 상대적 효율성 분석에 대한 연구결과는 다음과 같다. 첫째, CCR 모형에서 효율적으로 분석된 발전소는 2017년에 10개 사업장으로 나타났으며, 2018년에는 19개 사업장으로 증가하여 에코효율성을 실천하는 사업장이 증가하는 것으로 파악되었다.
둘째, 순수기술의 효율성을 나타내는 BCC 모형에서는 효율적으로 분석된 발전소는 2017년에 13개 사업장, 2018년에 23개 사업장으로 증가하였으며, CCR모형과 달리 전반적으로 사업장의 순수기술효율성이 높게 나타났다.
셋째, 규모의 효율성을 분석한 결과로 효율적으로 나타난 발전소는 2017년에 10개 사업장, 2018년에 19개 사업장으로 증가하였으며, 비효율성을 갖는 사업장은 모두 규모를 확대해 효율성을 개선하고 있는 것으로 파악되었다.
평가 결과, 에코효율성이 낮게 평가된 발전소는 에코효율성이 높게 평가된 발전소에 비해서 더 많은 환경부하를 유발하면서도 더 낮은 경제적 가치 산출을 보였다. 에코효율성 평가 점수 1점을 달성하지 못한 비효율적인 발전소는 에코효율성을 높일 수 있도록 중장기적 계획을 수립하여, 점진적인 개선 노력을 기울여야 할 것이다. 에코효율성 평가 점수 1을 받은 효율적인 발전소들 역시 DEA를 활용한 에코효율성 평가 결과가 절대적인 의미에서 효율성을 의미하지 않는 만큼, 개별 화력발전소가 가지고 있는 환경적ㆍ상황에 유연하게 대처하여 에코효율성을 유지하고 개선하기 위해 노력을 지속적으로 기울이야 할 것이다.
본 연구는 화력발전소들 간에 상대적 에코효율성을 평가하여, 평가 대상의 목표량 설정이 어려웠으나 평가대상의 전체적 에코효율성 순위를 평가하는 방법으로 설득력이 있다, 또한 에코효율성 평가를 통해서 에코효율성이 낮게 평가된 발전소는 에코효율성이 높게 평가된 발전소를 벤치마킹하여 개선 잠재량을 설정 등으로 경영 활동에 유용한 정보를 제공할 수 있다는 점에서 그 의의가 있다. 마지막으로 화력발전소 실무자 인터뷰 및 정보공개된 자료를 활용하여 에코효율성 평가 점수가 상승된 발전소가 수행한 사례를 검토해봄으로써 실제 환경경영 활동에 지침을 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, thermal power plants have been widely recognized as the main cause of air pollution, as climate change and environmental pollution have become crucial social issues. In addition to the previous goal that producing and supplying cost-effective electricity, environmental pollution management has been a major problem for thermal power plants. In this study, the domestic thermal power plant is intended to be analyzed by applying Eco-Efficiency method, which is an useful tool for assessing in aspects of economic and environmental goals. Analytic Hierarchy Process(AHP) model is applied to domestic thermal power plants to select environmental and economic variables and their weights, Data envelopment analysis(DEA) applied to evaluate echo efficiency in this study.
Based on the results derived from this analysis, domestic thermal power plants could overcome the recent crisis through the assessment of plants’ efficiency while considering eco-efficiency to secure its own competitiveness, resulting in sustainable operations of the plants. This study was conducted on 24 business units of domestic thermal power plants and analyzed by using diverse environmental load variables that the importance of water use, greenhouse gas emission, nitrogen oxides, waste generation, and hazardous chemicals usage. To measure efficiency, an output-oriented CCR model and a BBC model, which keep the input at a minimum and output at a maximum, were used for the analysis, using the ‘DEAR 2.1’ program.
The results of this study on the relative efficiency analysis of thermal power plants in Korea are as follows: Firstly, the number of power plants recognized as being efficient in the CCR model was 10 sites in 2017, and it increased up to 19 in 2018, that means businesses considering eco-efficiency have been growing. Secondly, under the BCC model representing the efficiency of the pure technology, the number of power plants recognized as being efficient increased from 13 in 2017 to 23 in 2018, showing high efficiency of pure technology for the entities generally. unlike CCR model. Thirdly, it was found that the number of power plants having efficiency growed from 10 in 2017 to 19 in 2018. In addition to this, sites having low efficiency have expanded the scale to improve the efficiency.
Under the assessment, thermal power plants with low echo efficiency produced more environmental loads whilst having lower economic value compared to those with higher echo efficiency. Inefficient power plants that failed to achieve one point in the evaluation of eco-efficiency have to make incremental efforts for the improvement by establishing medium and long term plans for enhancing their eco-efficiency. Efficient plants with an Eco-efficiency assessment score of 1 need to also continue to make efforts to maintain and improve eco-efficiency by coping with the environmental conditions of individual thermal power plants flexibly, since the results of the Eco-efficiency assessment using DEA do not indicate the efficiency in absolute terms.
This study is persuasive as a way to assess the relative echo efficiency among thermal power plants and to evaluate the overall echo efficiency ranking although it is limited to set the target quantity. Also, useful information for management activities such as benchmarking of plants with high echo efficiency and setting potential for improvement could be provided based on this study. Finally, the Guidance for actual environmental management activities is suggested by reviewing cases that power plants with increased eco-efficiency assessment scores while utilizing interviews with the practitioners of the sites and published open data.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구의 배경 및 필요성 1
• 제2절 연구의 목적 3
• 제3절 연구방법 및 내용 4
• 제2장 에코효율성에 대한 이론적 고찰 6
• 제1절 전력산업의 특징과 현황 6
• 1. 전력산업 변천과정 6
• 2. 전력산업의 구조 변화 9
• 3. 전력산업 에너지원별 발전현황 13
• 제2절 환경경영과 에코효율성 19
• 1. 환경경영 19
• 2. 에코효율성 21
• 제3절 에코효율성 분석에 대한 선행연구 30
• 1. 절대성과지표를 활용한 연구 30
• 2. 상대성과지표를 활용한 연구 32
• 제3장 효율성 측정에 관한 연구방법 35
• 제1절 효율성과 DEA 35
• 1. 효율성의 개념 35
• 2. 효율성 측정방법 37
• 제2절 DEA 모형 38
• 1. DEA 모형 개념 38
• 제4장 효율성에 관한 실증분석 44
• 제1절 에코효율성 평가 변수 44
• 1. 에코효율성 평가 변수 선정 44
• 2. 계층분석법의 분석결과 45
• 제2절 국내 발전사의 효율성 측정모형 46
• 1. DEA 분석모형 선택 문제 46
• 2. DEA모형 변수의 성격 47
• 3. 표본선정 및 변수정의 48
• 제3절 DEA 분석결과 52
• 1. 산출지향 DEA-CCR 모형의 효율성 분석 52
• 2. 산출지향 DEA-BCC 모형의 효율성 분석 52
• 3. 규모의 효율성 분석 53
• 제5장 결 론 61
• 제1절 연구결과 요약 및 시사점 61
• 제2절 연구의 한계와 향후 연구 방향 63
• 참고문헌 65
• 부 록 72
• 국문초록 80
• Abstract 83