As a solution for current environmental problems, resource recirculation cities have been emerging in the urban design sector. Waste treatment plants as a key factor of a resource recirculation city, are required to be optimized from environmental and economic perspectives. Life Cycle Cost (LCC) analysis works as an economic measurement for a plant’s entire life. LCC which considers operational benefits as well as total expenses, is meaningful as not only an evaluation tool but also a decision making support tool in the early planning phase. However, LCC estimation in early planning has not been studied. Conventional ways to estimate LCC need a vast amount of detailed data, so it takes a lot of time and effort. This study suggests a simplified methodology using Monte Carlo simulation and regression analysis to reduce time and effort to get sufficient data. The model created from the methodology can be used in the conceptual design phase to estimate LCC. The methodology is suggested in two steps. First, regression analysis is conducted to estimate cost components, such as construction costs and operation costs, using the relationship between costs and capacity in waste treatment plants. Second, Monte Carlo simulation is done using regression residuals distributions reflecting the uncertainty of costs. Once an approximate LCC estimation model is created, LCC range can be calculated with simple input data, such as capacity. In this paper, the suggested methodology is applied into three different categories in the field of waste treatment plants in Korea: economic assessment of incineration plants, LCC comparison of sewage treatment plants by process type, and sensitivity analysis for sewage treatment plants operation costs. Each LCC range estimation is presented with a 50% probability level. Economic assessments of incineration plants provide the possibility to have economic predominance. The result of the economic assessments shows that the break-even point for incinerator heat recovery was around after 20-years operation time. The benefits from heat recovery offset the greater expenditure required for construction and operation. The results of sewage treatment plants LCC by process type show that MBRs and SBRs incur more costs than other types in small-scale sewage treatment plants, and SBR and A2O cost more when the capacity is above 1,000 $m^3/day$. Range estimation reveals that each comparison of minimum and maximum values have a different order from median. In sensitivity analysis, labor and extra (repair and maintenance, fringe benefits, and water bills) costs are presented as the major factors that affect variation of operation costs. This study could play a crucial role in providing guidelines for waste treatment plants construction and supporting decision making in the public sector.
최근 많은 환경문제가 야기되고 있는 가운데, 도시 분야에서는 자원순환형 도시설계가 각광을 받고 있다. 폐기물 처리시설은 자원순환형 도시의 핵심이 되는 시설로 환경적, 경제적 최적화 설계가 요구되고 있다. 경제적 설계의 도구로써 폐기물처리시설의 생애주기비용분석은 시설의 건설에서부터 운영 전반의 생애에 걸친 비용 추정을 가능하게 한다. 생애주기분석은 시설의 평가도구로서의 역할 뿐만 아니라 초기설계 단계에서의 의사결정 지원을 하는 역할을 한다. 그러나 기존의 연구는 초기설계 단계에서의 산정을 위한 LCC 추정이 이루어지지 않았고, 방대한 양의 데이터를 필요로 하고 있어 분석을 수행하는데 있어 많은 시간과 노력이 요구된다. 이에, 본 논문에서는 몬테카를로 시뮬레이션과 회귀분석을 이용한 거시적인 관점의 생애주기비용 산정 방법을 제시하였다. 방법은 두 단계로 구성되며, 첫째, 비용요소를 추정하기 위하여 회귀분석이 진행되었고, 둘째, 비용 모델식의 잔차 분포를 이용한 몬테카를로 시뮬레이션이 이루어졌다. 이렇게 도출된 모델은 간단한 데이터의 입력만으로도 LCC를 추정할 수 있게 한다. 제안된 방법을 이용하여 소각장의 경제성 분석, 하수처리장 공법별 LCC 비교, 하수처리장 운영비용의 민감도분석에 적용하였다. 결과의 IQR 범위를 소각장 및 하수처리장의 예측 LCC 범위로 제안하였고, 이는 건설 계획 초기 단계에서 의사결정의 지원 도구로 활용될 수 있다. 경제성분석의 결과로 경제우위에 대한 확률을 도출하였으며, 손익분기점이 20년의 운영기간에서 생기는 것을 확인하였다. 이는 소각열 수열에 의한 편익이 건설과 운영상 추가적으로 지출되는 부분을 상쇄한 것으로 판단된다. 하수처리장의 LCC 결과에 따라, 소규모 단위의 하수처리장에서는 MBR과 SBR의 생애주기비용이 더 많이 예상되었고, 1,000 $m^3/day$ 이상의 하수처리장에서는 SBR과 A2O가 더 많은 비용을 발생하는 것으로 추정되었다. 민감도분석에서는 인건비와 기타비용(수도비, 유지관리비 등)이 주요 영향인자로 도출되었다. 본 논문은 폐기물처리시설에 적용 가능한 LCC 추정 방식을 제안하여 초기설계 단계에서 활용 가능한 자원순환형 도시설계의 의사결정이 가능한 모델을 제시하고자 하였다.
