발전용 유연탄 조달 경영계획 최적화 모델에 관한 연구

Abstract

유연탄 도입은 전력산업의 근간을 이루는 매우 중요한 물류 영역이다. 연간 도입계획에 필요한 비용 요소와 제약 조건을 정의하고, 이를 바탕으로 전력 생산을 위한 열량 수요를 만족시키면서 물류 및 제반 비용을 최소화하는 정수계획법(integer programming)에 의한 최적 수리 모형을 수립하였다. 이 수리 모형을 통하여 원활한 전력생산을 위하여 시기별, 원산지별로 최적 유연탄 도입량과 운송량을 도출하여 활용하도록 함으로써 발전 물류에 대한 효과적인 경영계획 수립이 가능하게 하는 방법론을 제시하였다 본 연구의 중요한 특징으로는 기존 선행 연구와는 달리 발전 물류 최적화를 위하여 도입량과 운송량에 대한 매우 현실적인 가정을 반영하였다는 것이다. 이를 위하여 각 운송 수단별 단가 정보를 수집하였고, 유연탄 원산지별로 도입된 단가를 적용하였다. 수리모형을 수립하는 과정에서 발전소 유연탄 수급업무를 담당하고 있는 실무책임자와 인터뷰를 거쳐 본 연구 모형에 대한 의사결정 변수와 제약조건들을 현실에 맞게 설정하였다. 본 수리모형의 목적함수는 유연탄 도입비용(FOB), 수송운임, 재고비용 등 총비용(TC)에 대한 최소화하는 모델이다. 본 연구의 모형에서 사용되는 의사결정변수는 총 97개이고, 제약조건의 수는 총87개로 되어 있다. 본 연구의 수리모형을 통해 나온 최적 해를 가지고 어느 시기에 어느 국가에서 얼마만큼의 유연탄을 도입하는 것이 비용 최소화를 가져오는 지를 확인할 수 있으므로, 향후 유연탄을 도입하는데 중요한 의사결정의 자료로 활용하고자 하는 것이 본 연구의 목적이다. 본 연구에 사용된 기초데이터는 A발전소의 2013년 1월부터 6월까지 6개월의 유연탄 도입량, 톤당 단가, 유연탄 선박 및 안전재고량에 대한 데이터를 수집하여 활용하였다. 본 연구의 수리모형을 실험한 결과 도입비용은 실제보다 4% 절감한 것으로 나타났고, 운송비용은 30%절감한 것으로 나타났다. 운송비용이 차이가 많이 난 이유는 수리모형에서는 선박의 최대 적재량 전량을 선적하는 것으로 되어 있으나, 현실세계에서는 일부 선적항과 발전소 전용부두의 수심의 한계에 따른 선적 량의 차이가 발생하고, 생산국의 사정으로 탄 선적의 지연이나 발전소의 탄 조기 요청 등 여러 가지 사정이 복합적으로 작용한 결과라고 해석된다. 연초 수립된 유연탄 수급 계획도 시간이 흐름에 따라 환경과 여건이 변함으로써 수정되고 업데이트 되어야 한다. 과학적 접근방법으로 손쉽게 업데이트 할 수 있는 것이 Rolling Horizon기법을 활용하는 것이다. 정기 Rolling Horizon계획은 매월 계획을 rolling하여 수정된 내용을 계획에 반영하는 것이고, 비정기 Rolling Horizon계획은 이벤트 발생이 예견되는 내용을 계획에 반영하는 것이다. 본 연구의 장점으로는 첫째, 수리모형을 통해 다양한 형태의 시나리오에 대한 민감도를 손쉽게 분석할 수 있다. 본 연구에서도 열량과 선박용량의 크기에 따른 민감도를 분석한 결과 의미 있는 결과가 나왔음을 확인하였다. 둘째, 본 연구의 수리모형은 범용적인 수리모형이므로 향후 추가적 의사결정변수나 제약조건을 반영할 수 있고, 유연탄 이외 LNG도입 등 다른 영역에서도 사용이 가능한 확장성을 지니고 있다. 셋째, 본 연구의 수리모형을 통하여 도출된 최적해를 기반으로 한 Rolling horizon 계획을 의사결정자에게 제공함으로써 보다 합리적인 의사결정을 하도록 하는 의사결정 지원의 수단으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다. 본 연구는 Excel Solver의 한계로 인해 유연탄의 물적 특성을 모두 반영하지 못하였다는 점은 본 연구의 한계점이라고 할 수 있다. 따라서, 이러한 사항들은 추후 연구과제로 연구가 계속 진행되어야 한다.