본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

FRLM 기반 다기간 고속도로 화물차 전용 수소충전소 입지 선정 모형

Multi-Period Hydrogen Charging Station Location Model for Hydrogen-fueled Trucks in Korean Expressway based on FRLM

김성수|조재혁
한국생산관리학회 (The Korean Production And Operations Management Society)|2023.08|한국생산관리학회지 (Journal of the Korean Production and Operations Management Society)|제34권 제3호|pp. 361-389

0

조회

0

다운로드

3

인용

0

참고문헌

키워드

수소충전소FRLM수소화물차다기간 최적화친환경물류Hydrogne Refueling StationHydrogen TrucksMutlti-Period OptimizationEco-friendly Logistics
주제분류경영학

초록

최근 교통과 물류 분야에서 수소와 관련된 네트워크를 구축하기 위해 많은 정책적 지원과 투자가 이루어지고 있다. 한국의 경우 2022년 기준 수소자동차의 신규보급대수 및 보급률이 세계 1위이며, 세계 최초로 수소화물차를 개발 하고 상용화하여 수소 분야에서 선도적인 지위를 누리고 있다. 그러나, 이를 뒷받침할 수소 충전 네트워크는 열악한 상황이다. 특히, 수소화물차 전용 충전소는 전국에 1곳에 불과한데, 이는 수소 기반의 물류 체계 구축에 큰 지장을 초래할 수 있다. 이에 본 연구는 국내 장거리 친환경 물류/운송을 지원하고자 수소화물차 전용 고속도로 수소충전소 입지 선정을 위한 모형을 제안한다. 이 모형은 FRLM(Flow Refueling Location Model)에 기반하여 고속도로를 주행하는 화물차의 통행 특성을 반영하고자 하였다. 또한, 다기간(Multi-Period)에 걸쳐 충전소의 입지 선정을 제시하여 특정 시점의 충전소 입지만을 산출하는 기존의 국내 연구와 차별화하고자 하였으며, 충전소의 규모, 수소공급방식, 국내의 수소 관련 정책, 수소 인프라 구축 현황 등을 종합적으로 고려하였다. 아울러, 모형에서 사용하는 비용 데이터는 일반적으로 물가가 상승하는 상황을 고려해 관련 비용 항목들이 시간이 지남에 따라 상승한다고 가정하였다. 제안한 모형을 토대로 2023-2030년의 기간 동안 수도권과 영남권 간 고속도로에 대한 화물차 충전소의 입지를 분석한 결과, 대상 기간이 경과함에 따라 천연가스 개질을 통해 수소를 생산하는 현지공급방식 충전소가 가장 큰 비중을 차지하였다. 또한, 충전소의 수가 증가함에 따라 전반적으로 모든 비용항목이 증가하지만 충전소 설치비용이 가장 빨리 증가하였다. 본 연구는 학술적으로 다기간에 걸쳐 수소충전소의 입지를 결정할 수 있는 새로운 FRLM 기반의 충전소 입지 선정 모형을 제시하였으며, 실무적으로는 국내 고속도로 수소화물차 전용 수소충전소에 관한 정책 수립에 유용한 정보를 제공할 수 있다는 점에서 의의가 있다.

Abstract

Hydrogen is the eco-friendly energes which can replace fossil fuels In transportation/logistics Korea is the leading country about hydrogen-powered vehicles. For example, it is revealed that there is the highest penetration rate of new hydrogen cars and the greatest numbers for the existing vehicles in 2022 all over the worlds. In addition, hydrogen-fueled trucks have been invented and commercialized for the first time. However, the hydrogen charging network to support them seems really poor. Especially, there is only one station for the trucks, which may be the main obstacle for establishing the hydrogen-based logistics system in the country. The purpose of this study is to suggest an optimization model selecting the station locations for the long-distance eco-friendly transportation/logistics. This model is based on FRLM and reflects the trucks’ traffic characteristics. Besides, the model comprehensively considers the elements of the hydrogen refueling network. Based on the proposed model, the stations with natural gas reforming facilities account for the largest portion and all cost items increased, but hydrogen procurement cost is the fastest one. Academically, this study proposes a new FRLM-based model for the stations during the periods. Practically, the research provides the useful information for establishing hydrogen-charging network policies.

참고문헌 (99)

  1. 국토교통부, "수소 경제 활성화 로드맵", ~ (2019)
  2. 국토교통부, "국토부, 관계부처․민간과 청정 수소물류체계 구축 ‘맞손’", ~ (2020)
  3. 국토교통부, "(공동-보도) 탄소배출 없는 수소화물차로 화물운송 개시", ~ (2021)
  4. 김거중, "하이브리드형 수소공급방식을 고려한 수소충전소 입지 선정 모형 개발", 교통연구, 26(2), pp.53~70 (2019), 한국교통연구원[DOI]
  5. 김봉진, "국내 수소 생산, 소비 및 유통 현황", 한국수소및신에너지학회논문집, 16(4), pp.391~399 (2005), 한국수소및신에너지학회
  6. 김봉진, "지리정보시스템을 이용한 고속국도에서의 수소충전소 구축 방안", 한국수소및신에너지학회논문집, 25(3), pp.255~263 (2014), 한국수소및신에너지학회[DOI]
  7. 김수환, "수소 충전소 최적 위치 선정을 위한 기계 학습 기반 방법론", Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHAK), 58(4), pp.573~580 (2020), 한국화학공학회
  8. 김연영, "강원도 수소충전소의 최적 입지 선정에 관한 연구", 대한산업공학회 춘계공동학술대회 논문집, 2022(6), pp.3548~3554 (2022)
  9. 부생수소의 특성 및 활용방안, "e-media", 2021
  10. 김형규, "1회 충전에 800km. . . 불붙은 ‘꿈의 트럭’ 경쟁", 한국경제, ~ (2022)
  11. 김홍연, "수소 충전 인프라 디자인 : 온", 오프 수소 충전소의 동시 위치 최적화, 2021, pp.2021(6), 3324~3352
  12. 김훈, "수소이야기 10부-수소충전소 확대 문제", 세이프티퍼스트닷뉴스, ~ (2022)
  13. "수소경제", 대한민국 정책브리핑, ~ (2019)
  14. 박기태, "LDA를 활용한 친환경 물류 핵심 토픽 분석- COVID-19 팬데믹 전후 키워드 중심으로", 한국생산관리학회지, 33(3), pp.463~479 (2022), 한국생산관리학회
  15. 박상우, "현대차, 엑시언트 수소전기트럭 국내 판매 개시", 월간수소경제, ~ (2022)
  16. 박상우, "코하이젠, 전주서 상용차 수소충전소 확산 ‘첫발", 월간수소경제, ~ (2022)
  17. 박상우, "수소협회, 울산상개충전소 충전테스트 진행", 월간수소경제, ~ (2023)
  18. 박상우, "국내 첫 대형화물차 수소충전소 울산서 개소", 월간수소경제, ~ (2023)
  19. 박상우, "탄소포집 충전소와 국내 최대 사용자 충전소, 창원에 구축", 월간수소경제, ~ (2023)
  20. 박영민, "울산․인천에 대형 수소화물차용 충전소 연내 구축", 지디넷코리아, ~ (2021)
  21. 박진남, "개질 수소 정제용 PSA 공정을 위한 CO 흡착제의 성능 평가", 한국수소및신에너지학회논문집, 27(6), pp.628~635 (2016), 한국수소및신에너지학회[DOI]
  22. 박초롱, "내년 단독주택 공시가 5.95% 내린다...14년 만에 첫 하락", 세무사신문, ~ (2022)
  23. 변상근, "“고압기체보다 운송비 70% 절감”... 액화 수소, 수소경제 핵심 부상", 전자신문, ~ (2021)
  24. 산업통상자원부, "삼척 수소생산기지의 공사를 완료하고", ~ (2022)
  25. 안은주, "수소트럭용 수소충전소 최적입지모형 개발 연구", 로지스틱스연구, 29(2), pp.27~41 (2021), 한국로지스틱스학회[DOI]
  26. 양인범, "수소화물차 5대 시범운영 시작. . . 2030년 1만대 목표", 가스신문, ~ (2021)
  27. 시장주도형 수소경제 조기 정착을 위한 전략 연구(1, "3)", 에너지경제연구원, 2020
  28. 청정 수소 생산의 경제성 확보를 위한 수전해의 기술적․제도적 개선 방안 연구, "에너지경제연구원", ~ (2022)
  29. 외교부, "기후변화협상", ~ (2015)
  30. 유엔기후변화협약사무국, , 2020
  31. 월간수소경제, "수소산업 주요 통계(2023년 2월28일 기준)", ~ (2023)
  32. 이수열, "기업의 기후변화 대응활동, 조직역량과 기업성과간 관계에 대한 연구: 자원기반이론과 자연자원기반이론의 시간 동태적 분석", 한국생산관리학회지, 33(2), pp.345~367 (2022), 한국생산관리학회
  33. 이윤애, "‘수소충전소 1200개 확대’ 정책에... 업계 “운영비 적자 대책부터 세워라"", ~ (2020)
  34. 이종수, "부생수소에 주목한다 ① 수소경제 포문 연 ‘부생수소’", 월간수소경제, ~ (2020)
  35. 이종수, "수소상용차 시대 연다 ② 상용차 수소충전소 구축 본격화", 월간수소경제, ~ (2021)
  36. 이종수, "수소충전소 200기 돌파 ① 2025년 450기 달성 ‘재출발", 월간수소경제, 2~ (2022)
  37. 이종수, "2023년 액체수소 시대 연다", 월간수소경제, ~ (2022)
  38. 이종수, "상업용 수전해 수소생산기지 구축한다", 월간수소경제, ~ (2022)
  39. 수소경제 활성화 기폭제 상용차 확산 ‘사활’, , 2022
  40. 이종수, "환경부, 수소상용차 보급 지원단 출범", 월간수소경제, ~ (2023)
  41. 이진철, "수소 생산, 원전 활용해 가격 경쟁력 갖춰야", 딜사이트, ~ (2022)
  42. 장준영, "정부․업계"친환경 중대형트럭은 ‘수소’ 로만 보급", 상용차신문, ~ (2022)
  43. 장준영, "“수소버스 하루 100대 충전”...세계 최대 규모 수소충전소 전주서 가동", 상용차신문, ~ (2022)
  44. 장준영, "수소트럭 충전에 35분...“물류 현장 투입 하기엔 역부족”", 상용차신문, ~ (2022)
  45. 조재혁, "수도권-영남권 간 화물량을 위한 흐름-수요 기반 고속도로 수소충전소 입지 선정 모형", 경영연구, 37(3), pp.79~95 (2022), 한국산업경영학회[DOI]
  46. 한국교통연구원, "부족한 수소․전기차 충전소, 대늘릴 수 없을까?", ~ (2023)
  47. 한국산업기술진흥협회, "INTRO - 수소의 실체와함꼐 살펴보는 수소경제의 미래", ~ (2019)
  48. 한국산업기술진흥협회, "02 - 수소의 저장, 운송및 충전", ~ (2019)
  49. 홍성태, "공급망 리스크가 국가 물류 성과에 미치는 영향에 대한 연구: 경제협력개발기구 회원국의 물류성과지수를 활용하여", 한국생산관리학회지, 34(1), pp.97~110 (2023), 한국생산관리학회
  50. 홍수인, "수소충전소 보급, 왜이리 더디나", 투데이에너지, ~ (2020)
  51. 수소충전소 전략적 배치계획(2021~2025), "환경부", ~ (2021)
  52. 환경부, "2021년 국가 온실가스 배출량, 6억7,960만톤 예상", ~ (2021)
  53. 환경부, "(공동-보도) 탄소배출 없는 수소화물차로화물운송 개시", ~ (2021)
  54. 환경부, "2022년 무공해차 50만 시대가 열린다", ~ (2022)
  55. 환경부, "새정부 첫 번째 수소경제위원회 개최, 수소산업 본격 성장을 위한 정책방향 제시", ~ (2022)
  56. 환경부, "2023년 환경친화적 자동차 보급 시행계획", ~ (2023)
  57. 황갑진, "특허분석에 의한 수전해 수소제조 기술동향", 한국수소및신에너지학회논문집, 18(1), pp.95~108 (2007), 한국수소및신에너지학회
  58. Almansoori, A., "Design and operation of a future hydrogen supply chain : multi-period model", International Journal of Hydrogen Energy, 34(19), pp.7883~7897 (2009)
  59. Bae, S., "Multi-period planning of hydrogen supply network for refuelling hydrogen fuel cell vehicles in Urban areas", Sustainability, 12(10), pp.1~23 (2020)
  60. Bratt, H., "The Diffusion of Hydrogen Technology in the Road Transport Sector in Sweden", pp.2022
  61. Cho, S., "Multi-site and multiperiod optimization model for strategic planning of a renewable hydrogen energy network from biomass waste and energy crops", Energy, 185, pp.527~540 (2019)
  62. Chung, S. H., "Multi-period planning for electric car charging station locations : A case of Korean Expressways", European Journal of Operational Research, 242(2), pp.677~687 (2015)
  63. Church, R., "The maximal covering location problem", Papers of the Regional Science Association, 32(1), pp.101~118 (1974), Springer-Verlag
  64. Camacho, M., "Hydrogen fuel cell heavy-duty trucks : Review of main research topic", International Journal of Hydrogen Energy, 47(68), pp.29505~29525 (2022)
  65. Elloumi, S., "A new formulation and resolution method for the p-center problem", INFORMS Journal on Computing, 16(1), pp.84~94 (2004)
  66. Erdoğan, S., "Establishing a statewide electric vehicle charging station network in Maryland : A corridor-based station location problem", Socio-Economic Planning Sciences, 79, pp.1~10 (2022)
  67. Geçici, E., "Multiperiod planning of hydrogen refuelling stations using flow data : A case study for Istanbul", International Journal of Hydrogen Energy, 47(95), pp.40138~40155 (2022)
  68. Hajipour, V., "Dynamic maximal covering location problem for fire stations under uncertainty : Soft-computing approaches", International Journal of System Assurance Engineering and Management, 13(1), pp.90~112 (2022)
  69. He, Y., "Optimal locations of US fast charging stations for long-distance trip completion by battery electric vehicles", Journal of Cleaner Production, 214(20), pp.452~461 (2019)
  70. Hillsman, E. L., "The p-median structure as a unified linear model for location—allocation analysis", Environment and Planning A, 16(3), pp.305~318 (1984)
  71. Hodgson, M. J., "A flow capturing location allocation model, Geographical Analysis", Geographical Analysis, 22(199), pp.270~279 (1990)
  72. Hodgson, M. J., "Applying the flow-capturing location-allocation model to an authentic network : Edmonton, Canada", European Journal of Operational Research, 90(3), pp.427~443 (1996)
  73. IEA, "Global Energy Review: CO2 Emissions in 2021", ~ (2021)
  74. Isaac, N., "A Review of the Optimization Strategies and Methods Used to Locate Hydrogen Fuel Refueling Stations", Energies, 16(5), pp.1~16 (2023)
  75. Jeong, I. J., "An optimal approach for a set covering version of the refueling-station location problem and its application to a diffusion model", International Journal of Sustainable Transportation, 11(2), pp.86~97 (2017)
  76. Jochem, P., "How many fast-charging stations do we need along European highways?", Transportation Research Part D: Transport and Environment, 73, pp.120~129 (2019)
  77. Kchaou-Boujelben, M., "Charging station location problem : A comprehensive review on models and solution approaches", Transportation Research Part C : Emerging Technologies, 132(103376), pp.1~33 (2021)
  78. Kim, H., "Development of strategic hydrogen refueling station deployment plan for Korea", International Journal of Hydrogen Energy, 45(38), pp.19900~19911 (2020)
  79. Kim, K. R., "Prioritization and Optimal Location of Hydrogen Fueling Stations in Seoul : Using Multi-Standard Decision-Making and ILP Optimization", Processes, 11(3), pp.1~22 (2023)
  80. Kuby, M., "The flow-refueling location problem for alternative-fuel vehicles", Socio-Economic Planning Sciences, 39, pp.125~145 (2005)
  81. Kuby, M., "Location of alternativefuel stations using the flow-refueling location model and dispersion of candidate sites on arcs", Networks and Spatial Economics, 7, pp.129~152 (2007)
  82. Kuvvetli, Y., "Multi-objective and multi-period hydrogen refueling station location problem", International Journal of Hydrogen Energy, 45(55), pp.30845~30858 (2020)
  83. Li, S., "A multiperiod optimization model for the deployment of public electric vehicle charging stations on network", Transportation Research Part C : Emerging Technologies, 65, pp.128~143 (2016)
  84. Li, X., "Covering models and optimization techniques for emergency response facility location and planning : a review", Mathematical Methods of Operations Research, 74, pp.281~310 (2011)
  85. Lin, C. C., "The p-center flow-refueling facility location problem", Transportation Research Part B : Methodological, 118, pp.124~142 (2018)
  86. Lin, R. H., "A review of hydrogen station location models", International Journal of Hydrogen Energy, 45(39), pp.20176~20183 (2020)
  87. MirHassani, S., "A flexible reformulation of the refueling station location problem", Transportation Science, 47(4), pp.617~628 (2013)
  88. Nicholas, M. A., "Using geographic information systems to evaluate siting and networks of hydrogen stations", Transportation Research Record, 1880(1), pp.126~134 (2004)
  89. ReVelle, C. S., "Central facilities location", Geographical Analysis, 2(1), pp.30~42 (1970)
  90. Qureshi, F., "Latest eco-friendly avenues on hydrogen production towards a circular bioeconomy : Currents challenges, innovative insights, and future perspectives", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 168, pp.1~16 (2022)
  91. Stangarone, T., "South Korean efforts to transition to a hydrogen economy", Clean Technologies and Environmental Policy, 23, pp.509~516 (2021)
  92. Sun, Z., "Locating charging stations for electric vehicles", Transport Policy, 98, pp.48~54 (2020)
  93. Suzuki, A., "The p-center location problem in an area", Location Science, 4(1-2), pp.69~82 (1996)
  94. UNCC, "Most Developed Countries on Track to Meet their 2020 Emission Reduction Targets, but More Ambition Needed by Some", ~ (2020)
  95. Upchurch, C., "Comparing the p-median and flow-refueling models for locating alternative-fuel stations", Jounral of Transporation Geography, 18(6), pp.750~758 (2010)
  96. Wang, Y., "Siting and sizing of fast charging stations in highway network with budget constraint", Applied Energy, 228, pp.1255~1271 (2018)
  97. Zhang, A., "Multi-period capacitated recharging location planning for electric vehicles", pp.2015
  98. Zheng, Q., "Research on multi-period hydrogen refueling station location model in Jiading district", World Electric Vehicle Journal, 12(3), pp.146~ (2021)
  99. Zou, C., "Industrial status, technological progress, challenges, and prospects of hydrogen energy", Natural Gas Industry B, 9(5), pp.427~447 (2022)

관련 논문AI추천

수도권-영남권 간 화물량을 위한 흐름-수요 기반 고속도로 수소충전소 입지 선정 모형김성수, 김세인, 조재혁한국산업경영학회 · 경영연구2022 · 제37권 제3호수소트럭용 수소충전소 최적입지모형 개발 연구김성수, 안은주, 조재혁한국로지스틱스학회 · 로지스틱스연구2021 · 제29권 제2호하이브리드형 수소공급방식을 고려한 수소충전소 입지 선정 모형 개발고승렬, 김거중, 박준식한국교통연구원 · 교통연구2019 · 제26권 제2호머신러닝 기반 고속도로 내 수소충전소 최적입지 선정 연구김성수, 조재혁한국국토정보공사 · 지적과 국토정보2021 · 제51권 제2호수소충전소의 수요공급 분석한주옥한국부동산법학회 · 부동산법학2022 · 제26권 제2호기존 주유소를 활용한 수소충전소의 최적 입지 선정에 관한 연구:용인시를 중심으로임윤수, 한주옥한국부동산법학회 · 부동산법학2023 · 제27권 제4호

이 간행물의 다른 논문 (6건)

방송통신 관련 기업의 혁신 효율성 제고를 위한 방송통신 정책 및 규제의 영향 분석: 비모수 기법을 활용하여김창희pp. 277-286글로벌 에너지 위기 시대에 재생에너지 변동성 증가에 따른 전력 계통 유연성 확보에 관하여*김주환, 곽춘종pp. 287-307공급망에서의 ESG 실천 사례 연구: 국내 상장 기업을 중심으로이돈희, 전현주, 정희범pp. 309-333포트폴리오 다양성으로 본 자동차 산업 공급전략 유형: 중국 완성차 공급네트워크를 중심으로박철순, 이주연, 강아롬pp. 335-359경쟁강도와 시장수요의 환경불확실성 하에서 ICT투자가 제조업의 비재무적 운영성과에 미치는 영향: ICT스마트화의 매개효과김종훈, 남현정pp. 391-411
원문 보기