탄소배출권을 고려한 포항 분지에서의 CCS 감압정 최적 운영 설계 연구

Abstract

이산화탄소 지중저장 시 과도한 공극 내 유체압력의 증가로 인한 단층 재활성화, 균열 발생 등과 같은 안정성 문제가 발생할 수 있다. 이러한 안정성 문제 해결을 위한 대표적인 방법인 감압정 설치 및 운영 시 자본적 지출(CAPEX) 및 운영비용(OPEX)이 추가되므로, 이와 탄소배출권을 통합적으로 고려한 평가 및 설계가 요구된다. 본 연구에서는 포항 분지에서 이산화탄소 지중저장 시 경제성을 고려한 감압정 최적 운영 설계를 목적으로 이산화탄소 저장 용량, 탄소배출권 및 운영비용과 내부수익률 간의 상관관계를 분석하였다. 또한, 미래의 현금흐름을 현재가치로 환산하는 방식인 순현재가치와 탄소배출권 가격으로 감압정 운영의 수익성을 분석하였고, 민감도분석을 통해 향후 탄소배출권 가격 변동에 따른 내부수익률의 변화를 연구하였다. 선행연구에서 수행한 최적화 결과에 따르면 감압정의 최적 위치는 주입정 기준으로 남쪽 방향 20m 떨어진 지점이고, 이 때의 총 누적 이산화탄소 저장량은 감압정 운영 시 미운영 시보다 약 44,000 ton 높은 것으로 나타났다. 경제성 평가 시 운영비용은 물처리비용 및 설치 비용을 고려하여 순현재가치로 환산하였다. 이를 바탕으로 한 분석 결과, 감압정 운영 시 탄소배출권 가격이 16,912 원 미만일 때는 순현재가치가 감소했지만, 16,912 원일 때 순현재가치가 580,578,133원만큼 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 탄소배출권 가격이 16,912 원 이상이면, 최적 위치 및 운영 조건으로 감압정을 운영할 시에 경제적 이윤이 발생할 것으로 예측되었다. 따라서, 포항분지에서의 감압정을 활용한 이산화탄소 지중저장 시의 경제성은 탄소배출권 가격에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과에 따르면, 탄소배출권 가격 16,912원 이상일 때, 감압정 기법 적용이 경제성과 안정성을 확보할 수 있는 효율적인 이산화탄소 지중저장 기법이 될 수 있을 것으로 판단된다. |During underground storage of carbon dioxide, stability problems such as tomography reactivation and cracking may occur due to an excessive increase in pore pressure. CAPEX and OPEX are added when installing and operating a relief well, which are representative methods for solving the stability problem, and thus evaluation and design are required to consider carbon emission rights. This study analyzed the correlation between carbon dioxide storage capacity, carbon emission right, operating cost, and internal return for the purpose of designing the optimal operation of relief wells considering economic feasibility when storing carbon dioxide in Pohang Basin. In addition, the profitability of relief wells was analyzed by converting future cash flows into present values, net present value, and carbon emission price, and the change in internal return due to future carbon emission price changes was studied through sensitivity analysis. According to the optimization results conducted in previous studies, the optimal location of the relief well was 20m south of the injection well, and the total accumulated carbon dioxide storage at this time was about 44,000 tons higher than when the relief well was not operated. When evaluating economic feasibility, operating costs were converted into net present values in consideration of water treatment costs and installation costs. As a result of the analysis based on this, the net present value decreased when the price of carbon emission rights was less than KRW 16,912, but the net present value increased by KRW 580,578,133 when it was KRW 16,912. In addition, if the price of carbon emission rights is KRW 16,912 or more, it is predicted that economic profit will be generated when the relief well is operated under optimal location and operating conditions. Therefore, it was found that the economic feasibility of underground storage of carbon dioxide using a relief well in the Pohang Basin is greatly affected by the price of the carbon emission zone. According to the results of this study, it is judged that the application of the decompression method can be an efficient carbon dioxide underground storage technique that can ensure economic feasibility and stability when the carbon emission price is KRW 16,912.