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문제 정의
- 즉, 단순한 보급모형으로는 시기 적절한 보급이 이루어질 수 없고, 실적 위주의 주택 보급으로는 전력공급능력 부족으로 인한 정전사고와 같이 전력계통에 물리적, 경제적 악영향을 가져올 수 있다. 따라서 본 논문에서는 탄소 배출량을 주요 판단기준으로 하여 전기에너지주택의 보급을 논하였고, 전기에너지주택의 보급 최종 단계는 우리나라 모든 주택을 전기에너지주택으로 바꾸는 것으로서, 이 단계를 비로소 수소경제 패러다임의 시작으로 보고자 한다. 아울러 전기에너지주택의 보급 성숙기에는 가정용 연료전지의 경제성 및 기술적 안정성을 바탕으로 한 단계 더 나아가는 수소경제사회의 태동기라 할 수 있을 것이다.
- 본 논문에서는 최근 이슈가 되고 있는 저에너지주택 중 전기만을 에너지로 사용하는 전기에너지주택의 보급기반 구축을 위하여 수소경제 관점에서 탈탄소화 기여도를 평가하였다. 전기에너지주택 도입 시 주택 자체에 의한 CO2 배출량 저감과 증가된 전력수요를 공급하기 위한 발전소의 CO2 배출량 증가를 비교하고 전력수급의 전략에 따라 전기에너지주택이 CO2 배출량 저감에 기여할 수 있음을 확인하였으며, 발전원에 따라서는 악영향을 줄 수도 있으므로 적정한 전원 건설계획이 병행되어야 함을 지적하였다.
- 본 논문은 수소경제의 견인 역할로서 주택 분야의 과도기적 접근 방법인 전기에너지주택의 보급기반 구축을 다룬다. 탈탄소화의 대표적인 사례인 저에너지주택은 신재생에너지의 채택을 통해 주택의 연간 에너지 수급을 제로화하고, 나아가 에너지 공급을 주택 자체에서 해결하는 것을 목표로 한다.
- 진행된 바 있으며, 이들 연구에서 향후 국내의 수소 관련 연구 방향을 체계적으로 제시하였다. 본 논문은 이러한 기술로드맵 상에서 과도기적으로 전기에너지주택이라는 매개체를 통하여 수소경제 사회의 구현을 촉진하는데 초점을 맞추고 있다.
- 즉, 전기에너지주택의 보급과 함께 구축되는 인프라는 수소 이용과 관련된 인프라로 직간접적으로 활용될 수 있다는 점에서 수소 이용이 기술적 및 경제적 난점을 부분적으로 선결할 수 있다는 이점이 있다. 이에 따라 본 논문에서는 전기에너지주택의 보급이 전력의 공급과 수요 패턴 변화에 미치는 영향과 이산화탄소의 저감 수준을 평가함으로써 수소경제 관점에서 과도기적 역할을 하는 전기에너지주택의 가치를 가늠하고, 이를 구현하기 위한 보급기반의 구축 방안을 제안한다.
- 본 논문은 수소경제의 견인 역할로서 주택 분야의 과도기적 접근 방법인 전기에너지주택의 보급기반 구축을 다룬다. 탈탄소화의 대표적인 사례인 저에너지주택은 신재생에너지의 채택을 통해 주택의 연간 에너지 수급을 제로화하고, 나아가 에너지 공급을 주택 자체에서 해결하는 것을 목표로 한다. 이는 기존의 전력회사로부터 공급받던 전기를 점진적으로 줄여서 0으로 만들거나 오히려 판매하는 형태로 나타나는데, 태양광, 풍력, 지열 등을 이용함으로써 이산화탄소가 거의 발생하지 않는 등 친환경성이 매우 높으나, 현실적으로 높은 투자비로 인하여 보조금, 융자, 세제혜택 등의 각종 지원제도를 전제로 논할 수밖에 없다.
가설 설정
- 기존 부하곡선은 부하구성비 관련 연구22)에 근거하여 겨울철 근무일을 기준으로 하였고, 전기에너지주택 부하곡선은 기존의 난방용 전열기구를 배제하고 이를 히트펌프가 대체하는 것으로 가정하였다. 또한, 히트펌프는 부분축열을 적용함으로써 난방부하의 이전을 통해 부하율을 높일 수 있는 것으로 하였으며, 기존 주택은 전력계통의 부하율 수준인 70%(보수적으로 잡은 수치로서 실제 주택의 부하율은 이보다 낮음), 전기에너지주택은 현재 테스트베드에서 시험하고 있는 수준인 83%로 부하율을 가정하였다.
- 에 근거하여 겨울철 근무일을 기준으로 하였고, 전기에너지주택 부하곡선은 기존의 난방용 전열기구를 배제하고 이를 히트펌프가 대체하는 것으로 가정하였다. 또한, 히트펌프는 부분축열을 적용함으로써 난방부하의 이전을 통해 부하율을 높일 수 있는 것으로 하였으며, 기존 주택은 전력계통의 부하율 수준인 70%(보수적으로 잡은 수치로서 실제 주택의 부하율은 이보다 낮음), 전기에너지주택은 현재 테스트베드에서 시험하고 있는 수준인 83%로 부하율을 가정하였다.
- 배출량을 비교하였다. 원자력의 경우 통상적인 발전설비 용량인 1,000MW, IGCC의 경우 300MW를 1기의 기준으로 하였으며, 연료전지의 경우 본 논문에서는 종류 및 사용연료 등의 상세 특성과 관계없이 기동정지시간이 긴 원자력발전과 달리 부하의 변화에 빠르게 대응할 수 있는 특성을 고려하여 소규모의 1MW 단위의 발전이 가능한 발전원으로 가정하였다. 시나리오를 Table 5에 보였으며, 발전원별 CO2 배출량 환산계수21)를 적용하여 그 차이를 Table 6에 비교하였다.
- 본 논문에서는 하나의 주택을 대상으로 하여 기존의 가스를 사용하던 주택(이하 가스병용주택)과 전기에너지주택의 1차 에너지를 기준으로 한 CO2 배출량 변화를 비교하였다. 월 1,231kWh의 에너지를 소비하는 82.5m2 규모의 공동주택을 가정하였으며, 기존 연구의 데이터에 근거하여 난방 및 급탕을 위한 가스보일러의 효율은 90%, 취사를 위한 가스레인지의 효율은 55%로, 히트펌프의 효율은 COP 3.0, IH조리기의 효율은 90%로 가정하였을 때15), 우선적으로 소비된 2차 에너지를 비교하면 위의 Table 2와 같다. 여기서, 플러그 부하가 감소한 것은 가스병용주택에서 플러그 부하로 분류된 에어컨 부하(21kWh/월)가 전기에너지주택에서는 히트펌프가 공급하는 냉난방 및 급탕 부하로 분류되기 때문이다.
- 전기에너지주택의 도입은 가스에너지 대신 전기에너지를 사용함으로써 기존의 주거용 부하패턴을 변화시키게 되며, 이에 상응하는 전력공급원의 운전 패턴 또한 변화하게 된다. 장기적으로는 전력수급계획으로부터 단기적으로는 경제급전 및 발전기 기동정지계획까지 변화하기 때문에 이를 분석하기 위해서는 매우 복잡한 과정이 필요한데, 본 논문에서는 먼저 Fig. 4와 같이 겨울철을 기준으로 하여 기존의 부하곡선에서 전기에너지주택 도입으로 인하여 달라지는 부하곡선을 가정하였다.
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