2.4.1 활용 데이터

배전설비는 크게 가공 개폐기/지상개폐기/가공 변압기/지상 변압기로 나뉜다. 각 설비 댓수의 총 합이 250만대를 넘기 때문에, 본 논문에서는 데이터 분석에 활용할 수 있는 철거/고장이력 데이터 건수가 많은 가공개폐기를 대상으로 하였고, 그 중에서도 가스절연 가공개폐기를 대상으로 수명 산정을 하였다. 가공개폐기의 수명을 산정하기 위해서는 설치/철거 이력, 고장이력, 순시/진단 이력 등 개별설비의 다양한 정보가 필요하지만, 레거시 시스템 특성상 설비가 철거되면 순시/진단 이력 등 설비 운영이력에 관련한 모든 데이터가 삭제되고 있다, 따라서, 본 논문에서는 철거당시 데이터를 활용하여 기계적 수명 및 경제적 수명을 산정하였다. 철거설비 데이터셋은 한국전력 레거시시스템인 NDIS 시스템에서 추출하였으며, 전체 61,395건으로 데이터 발생일은 2001년 1월~2021년 4월이다. 철거데이터셋 자료요약표는 표 2와 같다.

2.4.2 생존분석 기반 평균수명 산정 결과

본 논문에서는 비모수적 추정방법인 Kaplan-Meier 기법을 활용하였다. Kaplan-Meier 기반의 신뢰함수를 추정하기 위해서는 식 (1)과 같이 중도절단데이터(censored data)와 완전데이터(complete data)가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 철거데이터의 철거사유에 따라 생존분석에 적합한 데이터 타입으로 분류하였다. 분류된 데이터는 표 3과 같다.

타입별로 분류된 데이터를 기반을, Kaplan-Meier 기법을 활용하여 사용개월수에 따른 생존곡선을 도출한 결과는 그림 2와 같다. 이를 기반으로 설비의 평균수명은 고장확률이 50%인 지점(추정된 생존확률의 median값)을 평균수명으로 정의하였다. 그 결과, 가스절연 가공개폐기의 평균수명은 226개월(약 19년)으로 계산되었다.

그림 2 가스절연 가공개폐기 생존곡선

Fig. 2 Survival Curve of G/S

2.4.3 생존분석 결과 검증

2.4.2절에서 산정한 결과를 검증하기 위해, 가스절연 가공개폐기 운영현황 데이터와 비교분석하였다. 그림 3은 2021년 4월 기준, 설비 사용년수에 따른 국내 가스절연 가공개폐기 운영현황이다.

그림 3 가스절연 가공개폐기 운영 현황

Fig. 3 Operation statement of G/S

가스절연 가공개폐기 설치현황을 살펴보면, 사용년수가 18년 이하인 개폐기는 전체의 83% 비율로, 대부분의 가스절연 가공개폐기는 18년 이상 사용 후 철거됨을 확인할 수 있다. 따라서, 본 논문에서 생존분석기반의 가스절연 가공개폐기 평균수명 산정결과는 타당하다고 할 수 있다.

2.4.4 생존분석 기반 재사용가능 수명한계점 산정 결과

재사용가능한 경제적 수명한계점을 산정하기 전, 생존확률 기반의 기계적 수명한계점을 산정하였다. 2.3.2절에서 산정한 생존확률을 기반으로, 생존분석 기반 설비 재사용 가능 수명 산정을 위해 생존확률의 1계 미분값을 계산하여 변곡점 구간을 찾았다. 변곡율이 급격하게 변하는 구간은 설비의 생존확률이 급격하게 감소하는 구간이므로, 이 지점을 생존분석 기반 재사용 가능 수명 한계점으로 정의하였다. 변곡점 분석 결과는 그림 4와 같다.

그림 4 변곡점 분석 결과

Fig. 4 Point of inflection

생존분석 결과를 미분하여 생존확률의 변곡점 구간을 계산한 결과, 사용년수가 130개월 지점으로, 이는 개폐기 사용년수가 약 12년 이상일 경우 고장확률이 증가함을 의미한다. 따라서, 12년 미만 사용한 철거 설비에 대해 재사용을 할 경우, 고장확률이 낮기 때문에 운영신뢰성이 높을것으로 사료된다.

2.4.5 생존분석 기반 재사용 가능 수명한계점 검증

2.4.4절에서 산정한 생존분석 기반 재사용 가능 수명을 검증하기 위해, 철거데이터 중 사용년수 대비 고장 철거 비율을 분석하였다. 그 결과, 그림 5 및 표 4와 같이, 사용년수가 12년 이상일 경우 철거되는 비율이 전체의 60%를 차지한다. 2.4.2절에서 언급한 평균수명 정의에 따라, 생존율이 50%인 지점을 평균수명으로 정의하였으므로 철거비율이 50%이상인 지점을 수명한계점으로 정의하였다. 따라서, 철거설비의 사용년수가 12년 미만인 설비에 대해서만 재사용이 가능한 것으로 판단된다.

그림 5 사용년수에 따른 철거대수

Fig. 5 Number of removal G/S by using age

2.5.1 현금 유입금 / 유출금 정의

순현재가치법을 활용하기 위해서는 현금의 유입금과 유출금을 정의할 필요가 있다. 일반적으로, 순현재가치법을 활용하기 위해 사업의 수익을 현금 유익금, 사업 투자비를 현금 유출금으로 정의한다⁽¹⁴⁾. 본 논문에서는 현금유입금과 현금유출금을 표 5와 같이 정의하였다.

현금 유입금은 사업을 시작함으로 인해 얻을 수 있는 수익으로 정의할 수 있지만, 본 논문에서는 설비의 운영과 관련이 있고, 이는 영리목적의 사업이 아니기 때문에, 설비를 투자함에 있어 절감할 수 있는 금액을 현금유입금으로 정의하였다. 따라서 본 논문에서 현금유입금은 설비를 투자함으로써 발생하는 고장예방비용으로 정의하였다. 고장예방비용은 설비를 투자함으로써 절감할 수 있는 매출손실금으로 정의하였고, 이에 대한 계산식은 식 3과 같이 정의하였다.

본 논문에서 현금 유출금은 설비를 설치하는데 있어 소요되는 금액으로 정의하였다. 현금 유출금은 2018년 표준단가를 따랐으며, 철거비는 표준설치비용의 1/2로 정의하였다. 현금 유출금의 상세값은 표 6과 같다⁽¹⁵⁾.

2.5.2 NPV법 기반 개페기 경제적 수명산정 방법

효율적 투자비 집행과 개폐기 재사용 제고를 위한 개폐기 경제적 수명 한계점을 도출하기 위해, 신품 개폐기와 철거개폐기 재사용시의 NPV값을 비교하였다. 재사용 개폐기의 NPV값이 신품 개폐기보다 더 클 경우, 재사용 가능 개폐기로 판정한다. 이 때, 감가상각율을 고려하여, 신품의 NPV 값과 재사용품의 NPV의 차이값이 감가상각율인 5.5% 이상인 경우 재사용 가능으로 정의하였다. 이 때, 그림 6과 같이 비교 기준점(End line)은 가공개폐기의 평균수명인 19년을 기준으로 하였으며, 재사용 개폐기 사용 후 무조건 신품으로 교체한다는 전제를 기반으로 하였다.

그림 6 경제적 수명산정 방법 도식화

Fig. 6 Process of economic lifespan calculation

2.5.3 경제적 수명산정 결과

개폐기 평균 수명과 이에 따른 평균 생존율을 기반으로 설비 사용년수에 따른 신설설비 현금유입 흐름표는 표 7과 같다.

신설설비 현금유출금(투자비)는 4,524,000원으로, 최종 신설설비 NPV값은 421,753,644원으로 산정되었다. 여기서 감가상각율으로 고려하였을 때, 444,950,094원(신설설비 NPV값+5.5%)보다 철거설비 재사용 NPV값이 클 경우 철거설비 재사용이 경제적으로 유리하다,

재사용품 경제성 분석은 철거설비 데이터 셋 중, 재사용 불가인 고장설비는 제외하였다. 따라서, 철거사유가 이설 및 기타이면서, 제작불량 설비는 제외한 총 29,910대를 경제성 분석 대상으로 하였다. 29,910대의 생존율을 기반으로, 재사용 후 신설설비 사용시 재사용설비 사용년수별 NPV값을 분석한 결과는 그림 7과 같다.

그림 7 NPV 비교분석

Fig. 7 NPV analysis graph

신설설비 NPV값과 비교한 결과 경제적 수명 한계점은 NPV가 역전되는 9년인 지점으로, 철거설비 중 사용년수가 9년 미만인 가공개폐기를 재사용 하게 될 경우 설비운영시 경제적으로 이득을 볼 수 있다. 철거설비의 사용년수가 1~3년일 경우에는 재사용시 15년정도 운영하고 비교기준점 근방에서 설비의 교체가 이루어지기 때문에 신설설비 투자비가 합산된다. 따라서, NPV 계산시 신설설비보다 재사용설비 NPV값이 적게 나타나는 역전현상이 발생하였다. 본 논문에서는 이에 대한 현상은 고려하지 않았다.