1. Title & Journal
The IAEA DEEP desalination economic model : A critical review
2. Background of author
K. C. Kavvadias, I. Khamis
International Atomic Energy Agency(IAEA), Wagramer Strasse 5, P.O. Box 100, A-1400, Vienna, Austria
3. Summary
본 논문은 DEEP 3.2 프로그램에서 사용하는 전반적인 economic model 과 parameters를 review하고, 프로그램에서 나온 결과의 validity와 reliability를 평가해주는 데 목적을 가지고 있다.
1. Introduction
DEEP 3.2 프로그램은 IAEA 에서 만든 무료 소프트웨어로, 다음과 같은 목적으로 쓰인다.
1) 담수화에 따른 전력 사용량과 그 외의 전력량에 의한 비용의 계산
2) 여러 종류의 고안된 대안들의 보편적 가정에 따른 지속적 비교
3) 특정한 조건 값에서 최저 비용을 빠른 계산
DEEP 프로그램은 디자인된 코드는 아니지만, 전 세계적으로 에너지원(핵, 화석연료, 대체에너지)과 담수화 공정(열 및 전기)의 결합에서 경제적 평가하는 데 많이 사용된다.
2. DEEP economic models
DEEP 프로그램은 9개의 power plants(3 nuclear, 5 fossil, and one renewable), 5개의 desalination plants(2 thermal, one electrical and 2 hybrid), 즉 총 39개의 가능한 조합공정을 위한 모델들을 포함하고 있다.
1) Input data list
? User input data : Case specific input such as power and desalination, plant capacity, discount rate, interest, fuel escalation etc.
? Technical parameters : Technology specific parameters such as efficiencies, temperature intervals etc. which depend only on the technology used
? Cost parameters : specific costs of various components (e.g. construction, fuel etc.), cost factors and other operational parameters(lifetime, availability … etc.).
2) Output data list ($/kWh for energy, $/m3 for water)
? The capital costs
? The total construction cost
? The annualized capital cost
? The operating costs
3. DEEP economic model of desalination plant
- 모든 담수화 공정은 capacity와 operation의 technology에 따른 heat and electricity를 필요로 한다.
- Dual purpose plant는 power plant에서 필요한 에너지를 제공받는다.
- DEEP 프로그램은 ‘Power credit’ 방법을 사용하여 에너지 비용을 계산한다.
* Power credit : the proposed dual purpose plant 와 an imaginary reference single purpose plant의 비교를 기반으로 계산하는 방법
- Capital cost 중 가장 많은 부분을 차지하는 것은 construction costs로 그 안에 in/outfall costs, backup heat costs(if needed), and intermediate loop costs(needed for nuclear plants as an extra safety barrier)을 포함한다.
- Operating costs는 두 가지 카테고리로 분류된다.
1. Energy costs : heat and electricity, which can either be produced from the power plant or imported from an auxiliary load when higher availability is desired (grid electricity, heat from boiler etc.).
2. Operation & Maintenance costs : staff costs (management and labor), insurance costs and material costs which consist of spare parts costs, chemicals for pre- and post-treatment, tubing replacement costs (only for low temperature MED) and membrane replacement costs (for RO).
- Hybrid plants 에서의 비용은 각각의 plant들의 비용을 더하여 산출한다.
4. Result and discussion
1) 모든 조합공정에 대한 비용 분석
- large-scale seawater desalination plants 는 5%의 discount rate와 2%의 fuel escalation이 적용이 된다.
- RO는 fossil이나 nuclear를 에너지로 쓰는 Thermal plants보다 더 적은 비용이 든다.
- Gas turbine은 the virtual cost free thermal energy로 인한 장점이 있지만, high power cost가 단점이다.
2) DEEP economic model 에 대한 평가
- Investment size는 비용분석에 포함되지 않는다.
- Large-scale desalination plants and power plants에 적용이 잘 되지만(default 값 적용이 용이하기 때문에), small capacity plants에서는 underestimate된 비용이 결과로 나온다.
- Discount factor가 예측 불가능한 중요한 인사로 작용하므로 계산된 현재 비용은 가치가 있지만, 미래 예측 결과로 나온 비용은 신뢰도가 떨어진다.
- decommissioning costs 부분에서 overestimate 되는 결과를 보인다.
- 하지만, DEEP 프로그램이 내장하고 있는 economic model에서 전반적인 assumptions나 parameters는 the preliminary economic evaluation과 desalination plants와 power plants의 비교에 있어서 적합하다.
3) Sensitivity analysis
- Fossil fueled plants에서의 power cost는 fuel cost에 가장 sensitive 한 결과를 나타내었다. 그 이유는 power cost에 있어서 fuel cost가 가장 큰 부분을 차지하기 때문이다.
- Nuclear plants는 fuel cost부분과 적은 연관성을 나타내었다. 이러한 사실은 carbon tax에 규제가 강해질 때 더욱 유용하게 쓰일 수 있다.
- Sensitivity analysis는 중요하지 않은 parameters는 통합하고, 부정확성의 한계를 증가시키지 않는 범위에서 모델을 간소화 하는 과정이다.
- 대부분의 O&M costs와 관련이 parameters는 total costs에 영향을 거의 주지 않는다.
5. Conclusion
- DEEP 프로그램은 다양한 조합의 공정의 경제성을 비교하는 데 활용성 높은 도구이다.
- 향상된 judgment과 더 나은 진행 프로세스를 위한 추가적인 tool을 사용하면 결과를 얻어낼 수 있다.
- 하지만 사용자들이 DEEP을 사용하기 위해선 DEEP에 대한 지식, DEEP에서 사용하고 있는 가정, parameter들의 범위, 결과를 평가하기 위한 지식 등이 요구된다.
4. Originality & Creativity
DEEP 프로그램에 대한 설명과 평가를 동시에 보여주는 논문으로, 앞으로 담수화 공정에 대한 간단한 비용분석을 하기 위해 DEEP 프로그램을 사용할 때 도움을 줄 것이다.
5. Reviewer contact : 심예영 (yyshim@gist.ac.kr)