한 도시 사업체의 친환경적 에너지 수급 방안 연구 : 건강영향지수와 경제성 평가를 중심으로 한 최적화 방안

Abstract

[한글]

1980년대 중반 심화되는 대기질 개선하기 위하여 대기오염 저감을 위한 다양한 규제를 시행하여 왔는 바, 대기질이 단기적으로 상당히 개선되는 효과를 거두었으나 정책이 대부분 규제 위주로 추진되어 사업자에게 재정적인 부담을 준다는 지적이 제기되었다. 대표적인 규제방법이 청정에너지인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG)사용 의무화이다. 이것은 SO2, TSP에 집중된 대책으로서 NO2에는 효과적이지 않을 수 있으며 시설비와 운영비로 인한 가격 경쟁력 및 수익성 제고에 부담요인으로 작용하고 있다. 따라서, 에너지 사용으로 배출되는 오염물질들에 의한 건강영향과 경제적 비용을 고려하여 가장

효과적인 에너지 수급 방안을 찾는 것이 최근 대기질 관리의 중요한 문제가 되었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 경기도에 위치한 부천시를 대상으로 사업체의 에너지 사용비율 변화에 따른 건강영향지수와 경제성 평가를 통한 적정관리 개념을 도입함으로써 대기 보전과 에너지 수급의 조화방안을 찾고자 하였다.

이를 위하여 현황 파악을 위한 오염원 조사, 오염도 조사, 배출량 조사를 실시하였다.

대기 오염물질중 TSP, SO2, NO2, CO와 같은 비반응성 물질에 대해서 ISC3 model을, 반응성 물질인 O3은 PBM을 이용하여 대기중 농도를 추정하였다. 또한 사업체 에너지 사용비율에 따른 대상지역의 대기중 농도는 660개의 Scenario 분석과 Roll-Back model을 이용하여 추정하였다. 이를 바탕으로 각각의 Scenario에 대한 PSI 및 AEI 산정과 경제성 평가를 실시하였고 최적의 에너지 수급 비율 선정은 Lexicographic method를 이용하였다.

현황조사 결과 부천시는 동서 교통축의 발달과 서울에 인접한 유리한 요인으로 자동차 및인구의 급격한 증가가 있었으며, 밀집된 사업체로 인한 오염부하가 높았다. 이에 따라 O3, NO2, TSP의 오염도가 매우 높은 수준을 나타냈다. 대기 오염물질 배출량 산정 결과 NO2는 사업체가 차지하는 비중이 5천여 개의 사업체를 고려할 경우 전체의 52.8%로서 높게나타나 주요 관리대상이었다.

격자별 배출량을 기초로 ISC3 및 PBM을 이용하여 Modeling을 실행한 결과, 내동의 경우TSP, SO2, NO2, CO, O3 각각 118㎍/㎥, 0.027ppm, 0.025ppm, 2.0ppm, 0.055ppm으로 나타났다. 그리고 Sensitivity analysis를 통하여 사업체의 에너지 사용비율에 따라 지역별 오염도에 차이가 있음을 확인하였으며 이를 바탕으로 기여도를 정량적으로 산출하였다. Roll-Back model을 이용하여 사업체의 에너지 사용 Scenario별 연평균 오염도를 예측한 결과 대체로 공업지역인 내동이 최고치를 나타냈고, 주거지역인 중동의 경우는 평균치를 나타내었다.

사업체 에너지 사용 Scenario에 따른 내동과 중동 지역의 PSI 및 AEI 산정결과 오염도와 마찬가지로 건강영향지수 및 주 오염물질이 지역에 따라 다르게 나타났으며 경제성 평가 결과 소요 비용 및 신규 설치비용도 Scenario에 따라 상이하게 달랐다. 따라서 건강 위해도와 경제적 비용을 고려한 에너지 수급 방안이 필요하다고 판단된다.

건강 위해도와 경제적 비용을 고려하여 최적 대안 도출 결과, 부천시의 경우 1995년 현재를 기준으로 B-C유와 경유 대신 일부 LNG로의 대체가 필요한 것으로 나타났다. 본 연구결과, 1995년을 기준으로 할 때, 대상지역의 총에너지 사용량 변화는 없지만 B-C유는 약 6.4% 감소, 경유는 약 19% 감소, LNG는 약 25% 증가될때 대기오염으로 인한 건강 영향이 가장 적으며 경제적으로도 가장 효과적인 에너지 수급 비율이었다.

우리나라에서는 지역의 대기질 관리를 수행하는데 최적화 개념이 도입되지 않고 단지 배출량에 의해서만 관리되고 있다. 이러한 배출량 관리는 필요 이상으로 사업체 관리가 이루어짐으로써 경제적 활동을 위축시킬 우려가 있다. 따라서 최적화 개념을 도입하여 지역의 대기질 관리를 정립하고자 본 연구를 실시한 결과 에너지 종류별 구체적인 관리 목표를 제시함에 있어서 시민의 건강과 경제성을 기초로 한 최적화 개념 도입이 실제 대기질 관리에 있어서 매우 유용할 것으로 판단된다. 이러한 방법은 앞으로 대기질 관리 계획수립시 지역내 에너지 수급에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 생각된다.

[영문]

Industrial growth, economic development, and increase in energy consumption, together with the city-ward tendency of the population have seriously deteriorated the air quality especially in metropolitan and industrial sector. Therefore, several environmental policy have asked to use LNG in order to reduce emission of pollutants.

But the liability for LNG usage needs higher costs for maintenance, and LNG emitts more NO2 than emission using other fuels. Consequently, the liability for only LNG usage may not be effective in some cases.

The purpose of this study is to select by assessing the best ratio of energy types used in urban enterprises AEI(Air Environmental Indices) and PSI(Pollutant Standard Index), based on harmful health effect and air qualitystandard and costs.

This study focused on an urban area(Puchun) where has this area source associated with heavy traffic, large population, and its industrial sources with large emissions. In the first step, air modeling, estimation of AEI and PSI, and benefit-cost analysis were carried out. In the second step, we assessed that 660 scenarios about the ratio of B-C oil, light oil and LNG used in urban enterprises with regard to air quality and cost. In the third step, the best available alternative energy program was selected for the ratio of energy species(B-C oil, light oil and LNG) by using the lexicographic method.

the results of this study is summarized as follows.

1. From the emission analysis, main source of NO2 is identified as industries and air quality is evaluated according to the ratio of B-C oil, light oil and LNG used in urban enterprise.

2. The modeling data of TSP, SO2, NO2, CO, O3, by ISC3 and PBM is respectively 118㎍/㎥, 0.027ppm, 0.025ppm, 2.0ppm, 0.55ppm in indurstrial area. That data are close to Environmental Air Quality Standard.

3. By means of sensitivity analysis, we obtained the difference in concentration between the area(Nae-dong, joong-dong) according to the ratio of B-C oil, light oil and LNG used in the industries.

4. From the result of alternatives assessment the lowest AEI value and cost, the ratio of B-C oil, light oil and LNG is 2.5%, 20%, 77.5%, respectively.