[논문]상향식 모형을 이용한 국내 주거부문의 온실가스 한계감축비용 분석

정용주; 김후곤; 백천현; 김영진

doi:10.5855/energy.2015.24.1.058

[국내논문] 상향식 모형을 이용한 국내 주거부문의 온실가스 한계감축비용 분석
Marginal Abatement Cost Analysis for the Korean Residential Sector Using Bottom-Up Modeling 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.24 no.1, 2015년, pp.58 - 68

정용주 (부산외국어대학교 e-비즈니스학과) , 김후곤 (경성대학교 경영정보학과) , 백천현 (동의대학교 산업경영공학과) , 김영진 (부경대학교 시스템경영공학부)

초록
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상향식 모형을 이용하여 국내 주거부문의 온실가스 배출특성과 감축 잠재량을 도출하고 이를 바탕으로 한계감축 비용 분석을 수행하였다. 이를 위하여 먼저 상향식 모형의 필수 입력요소인 주거부문의 최종수요, 기준에너지시스템 (Reference Energy System; RES) 등을 정의하고 국내 통계데이터를 분석하여 필요한 활동량 데이터를 도출하였다. 기준 시나리오에서의 연도별 에너지 사용량 및 온실가스 배출량을 구하고 감축수단의 도입에 따른 감축잠재량 및 관련 비용을 분석하였다. 한계감축비용 분석 결과는 중장기적으로 부문별 온실가스 감축목표 달성을 위한 감축정책의 수립에 기여할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A marginal abatement cost analysis has been conducted to analyze the effects of abatement measures on greenhouse gas (GHG) emissions for the Korean residential sector. A bottom-up model using MESSAGE has been developed by defining the energy demand and constructing the reference energy system for the residential sector. A great amount of activity data has also been analyzed. Abatement potentials and related costs of individual abatement measures are investigated. The result from the marginal abatement cost analysis may provide general guidelines and procedures for the establishment of GHG abatement polices.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 국내 주거부문을 대상으로 상향식 모형을 이용하여 부문별 온실가스 배출특성과 개별 감축 수단의 한계감축비용 분석에 관한 사례연구 결과를 제시하였다. 주거부문의 에너지 수요, RES, 기술 DB 등을 정의하고 국내 통계데이터를 분석하여 필요 데이터를 도출하였다.
그러므로 기준시나리오의 개발은 관련 분야 전문가들의 의견을 취합하는 정성적인 방법을 적용하는 것이 일반적이다. 본 연구에서도 주거부문 관련 전문가의 조언 및 관련 기관과의 협의를 통해 주거부문 온실가스 배출량 산정을 위한 기준시나리오를 개발하였다. 예를 들어, 기준시나리오에 의한 조명기술 분야의 기술적용 및 보급은 다음 [Table 2]에 나타난 바와 같으며, 향후 백열등의 점유율은 급속히 줄어들다가 2020년에 시장에서 사라지고 CFL과 형광등은 LED 기술에 의해 서서히 대체되는 것으로 가정하였다.
본 연구의 목적은 크게 MESSAGE 모형을 이용하여 국내 주거부문의 온실가스 배출특성을 파악하고 주거부문의 감축수단별 한계감축비용(Marginal Abatement Cost)을 분석하는 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 먼저 온실가스 배출량을 산정하기 위해서는 주거부문의 에너지 수요와 그 흐름을 파악하여야 하며, 이를 위하여 주거부문의 기준에너지시스템(Reference Energy System; RES)을 구축하였다.
상향식 모형을 이용한 부문별 온실가스 배출량 산정은 해당 부문의 에너지 수요 전망, RES 작성, 기술 DB 구축, 수리계획모형 개발 및 해법 도출의 과정을 거쳐 이루어진다. 본 절에서는 국내 주거부문을 대상으로 이러한 분석과정을 적용한 결과를 서술하였다.

가설 설정

7 kWh 로 나타났다. 또한 거주시설의 노후화에 따른 멸실을 반영하기 위하여 2008년 건설교통통계연보와 통계청 통계자료에 의한 평균 멸실율을 고려하여 2007년 거주시설의 2.5%가 매년 멸실되는 것으로 가정하여 신축 주택수를 산정하였다. 따라서 단위면적당 에너지 원단위와 난방면적을 이용하여 난방분야의 에너지 소비량을 구할 수 있다.

제안 방법

이와 같이 건물부문은 온실가스 배출비중이 높은데 반해 에너지효율 향상을 위한 감축수단의 적용을 통해 부문 전체의 감축잠재량이 높을 뿐만 아니라 비용효과성도 높은 것으로 기대된다. (Mata et al., 2013a, 2013b) 본 연구에서는 온실가스 배출 비중이 상대적으로 높은 부문인 건물부문(Building Sector) 중에서도 주거부문(Residential Sector)을 대상으로 상향식 모형을 이용하여 온실가스 배출량을 도출하고, 나아가 주거부문에서 에너지효율 향상에 관한 감축기술의 도입에 따른 감축잠재량과 관련 감축비용을 분석하였다. 이를 위하여 대표적인 상향식(Bottom-up) 모형의 하나로서 온실가스 배출과 에너지 소비에 관한 기술 또는 정책의 효과를 분석하는데 광범위하게 활용되고 있는 MESSAGE(Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impacts)를 이용하였다.
(1996)을 들 수 있다. 1971년부터 1992년 사이에 수행된 연구를 분석하여 글로벌차원에서 지역별로 건물부문의 온실가스 배출현황을 분석하고 관련 감축수단에 대해 조사하였다. 또한 세 가지의 시나리오를 개발하여 각 시나리오별 2020년 건물부문의 온실가스 배출량을 전망하였다.
주거부문의 에너지 수요, RES, 기술 DB 등을 정의하고 국내 통계데이터를 분석하여 필요 데이터를 도출하였다. 기준시나리오에서 분야별 및 연도별 에너지 사용량과 온실가스 배출량을 구하여 주거 부문의 온실가스 배출특성을 분석하였다. 또한 8가지 감축수단을 대상으로 감축잠재량과 감축비용을 분석하여 한계감축비용곡선을 도출하였다.
기준시나리오에서 분야별 및 연도별 에너지 사용량과 온실가스 배출량을 구하여 주거 부문의 온실가스 배출특성을 분석하였다. 또한 8가지 감축수단을 대상으로 감축잠재량과 감축비용을 분석하여 한계감축비용곡선을 도출하였다. 이러한 분석결과는 주거부문을 대상으로 온실가스 감축정책을 계획하고 실행하는데 실질적인 가이드라인을 제시하는데 유용할 것으로 판단된다.
본 연구의 목적은 크게 MESSAGE 모형을 이용하여 국내 주거부문의 온실가스 배출특성을 파악하고 주거부문의 감축수단별 한계감축비용(Marginal Abatement Cost)을 분석하는 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 먼저 온실가스 배출량을 산정하기 위해서는 주거부문의 에너지 수요와 그 흐름을 파악하여야 하며, 이를 위하여 주거부문의 기준에너지시스템(Reference Energy System; RES)을 구축하였다. RES를 통하여 주거부문의 에너지원별 소비량을 파악할 수 있으며 배출계수를 적용하여 온실가스 배출량을 산정할 수 있다.
이와 같이 주거분야의 에너지 수요 전망, RES 및 기술 DB를 이용하여 생성된 수리계획모형을 실행하여 최소의 비용으로 주어진 에너지 수요를 충족할 수 있는 에너지원별 사용량, 개별 기술의 용량 및 그에 따른 온실가스 배출량을 구할 수 있다. 본 연구에서는 MESSAGE를 이용하여 주거부문의 상향식 수리계획모형을 개발하고 온실가스 배출량을 산정하였다.
여기서 거주시설(주택)은 건축시기와 시설형태에 따라 난방 효율이 상이하기 때문에 가구수와 가구당 면적은 건축시기와 시설형태에 따라 별도로 구분할 필요가 있다. 본 연구에서는 건축시기에 따라 2008년 이전과 이후로 구분하고, 시설형태에 따라 단독, 다세대, 아파트로 구분하여 가구수 및 가구당 면적을 파악하여 난방면적에 관한 수요데이터 산출에 사용하였다. 국토연구원(2011)에 따르면 2008년 이전 및 이후 주택의 에너지원단위는 m² 당 260 kWh 및 200 kWh 이며, 온실가스 종합정보센터의 기술 DB에 따르면 단독, 다세대 및 아파트의 기준부하는 각각 m² 당 158.
본 연구는 국내 주거부문을 대상으로 상향식 모형을 이용하여 부문별 온실가스 배출특성과 개별 감축 수단의 한계감축비용 분석에 관한 사례연구 결과를 제시하였다. 주거부문의 에너지 수요, RES, 기술 DB 등을 정의하고 국내 통계데이터를 분석하여 필요 데이터를 도출하였다. 기준시나리오에서 분야별 및 연도별 에너지 사용량과 온실가스 배출량을 구하여 주거 부문의 온실가스 배출특성을 분석하였다.
주거부문의 에너지 수요는 냉방, 난방, 가전, 조명 및 취사의 5개 분야의 에너지 소비를 기준으로 구분하였으며, 난방분야에서는 난방면적을 그리고 난방 이외의 분야에서는 관련 기기의 가동대수를 각각 에너지 수요로 정의하였다.

대상 데이터

따라서 개별 감축수단의 감축비용과 감축 잠재량을 일목요연하게 정리하여 비교하는 것이 유용하다. 국내 주거부문의 한계감축비용분석을 위하여 본 연구에서는 다음 [Table 5]에 제시된 8개의 감축수단을 고려하였다.
03톤/m²이며 현재 해당 기술이 이미 적용되어 있는 면적(또는 용량)은 91,413천m²이다. 본 연구에서 사용된 기술 DB에는 냉방 및 가전 분야에 80개의 기술, 난방분야에 17개의 기술, 조명분야에 9개의 기술, 취사분야에 2개의 기술, 패시브 기술분야에 29개의 기술이 포함되어 있다. 개별 기술의 기술자료 산출근거를 비롯한 기술 DB에 관한 세부적인 내용은 분량이 방대하여 여기서는 생략하였으며, 관심이 있는 연구자는 저자들에게 요청하여 확보할 수 있다.
한편, 냉방,가전, 조명 및 취사기기에 대한 보급률과 대당 연간에너지 소비량은 2005년에 수행한 ‘1차 에너지기술 DB’ 자료와 통계청 자료를 이용하여 수요데이터 산출에 사용하였다.

이론/모형

, 2013a, 2013b) 본 연구에서는 온실가스 배출 비중이 상대적으로 높은 부문인 건물부문(Building Sector) 중에서도 주거부문(Residential Sector)을 대상으로 상향식 모형을 이용하여 온실가스 배출량을 도출하고, 나아가 주거부문에서 에너지효율 향상에 관한 감축기술의 도입에 따른 감축잠재량과 관련 감축비용을 분석하였다. 이를 위하여 대표적인 상향식(Bottom-up) 모형의 하나로서 온실가스 배출과 에너지 소비에 관한 기술 또는 정책의 효과를 분석하는데 광범위하게 활용되고 있는 MESSAGE(Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impacts)를 이용하였다. MESSAGE는 IAEA(International Atomic Energy Agency)에서 온실가스 배출특성 및 감축정책의 효과를 분석하기 위한 목적으로 채택하고 있을 뿐만 아니라, 많은 국가에서 상향식 접근방법에 의한 중장기적인 온실가스 감축정책의 수립에 널리 적용하는 효과적인 분석 도구로 인식되고 있다(정용주 외, 2012).
한편, 주거부문의 에너지 소비에 관한 모델링 기법은 Swan and Ugursal (2009)의 문헌연구를 참고한다. 빌딩부문의 모델링 기법에 관한 최근의 연구로는 Chung et al.

성능/효과

전력은 대부분 냉방, 가전 및 조명분야에서 사용하는 에너지원으로서, 가전분야에서 전력사용이 대폭 증가하여 전체적으로 전력 사용량은 증가하는 추세를 보인다. 끝으로 신재생 에너지의 사용은 2007년 0.34%에서 2030년 약 1.6% 정도로 비중이 확대되며 이러한 추세는 지속될 것으로 예상된다. 마지막으로 기준시나리오에 따른 거주부문의 온실가스 배출량은 [Fig.

후속연구

또한 8가지 감축수단을 대상으로 감축잠재량과 감축비용을 분석하여 한계감축비용곡선을 도출하였다. 이러한 분석결과는 주거부문을 대상으로 온실가스 감축정책을 계획하고 실행하는데 실질적인 가이드라인을 제시하는데 유용할 것으로 판단된다. 하지만 기술 DB의 구축, 기준시나리오의 개발, 감축수단의 보급 확산에 관한 전망 등을 위하여 관련 분야의 전문가 자문을 통한 정성적인 분석에 많이 의존한 것은 본 연구의 한계라고 할 수 있다.
하지만 기술 DB의 구축, 기준시나리오의 개발, 감축수단의 보급 확산에 관한 전망 등을 위하여 관련 분야의 전문가 자문을 통한 정성적인 분석에 많이 의존한 것은 본 연구의 한계라고 할 수 있다. 이에 향후 연구주제로서 부문별 기술개발이나 보급, 확산에 관한 정량적이고 객관적인 분석방법론을 개발하여 이러한 한계점을 극복하는 것은 온실가스 관련 정책의 적합성과 객관성을 제고하는데 기여할 것으로 기대된다.
이러한 분석결과는 주거부문을 대상으로 온실가스 감축정책을 계획하고 실행하는데 실질적인 가이드라인을 제시하는데 유용할 것으로 판단된다. 하지만 기술 DB의 구축, 기준시나리오의 개발, 감축수단의 보급 확산에 관한 전망 등을 위하여 관련 분야의 전문가 자문을 통한 정성적인 분석에 많이 의존한 것은 본 연구의 한계라고 할 수 있다. 이에 향후 연구주제로서 부문별 기술개발이나 보급, 확산에 관한 정량적이고 객관적인 분석방법론을 개발하여 이러한 한계점을 극복하는 것은 온실가스 관련 정책의 적합성과 객관성을 제고하는데 기여할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MESSAGE는 IAEA에서 어떠한 목적에서 채택되었는가?	이를 위하여 대표적인 상향식(Bottom-up) 모형의 하나로서 온실가스 배출과 에너지 소비에 관한 기술 또는 정책의 효과를 분석하는데 광범위하게 활용되고 있는 MESSAGE (Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impacts)를 이용하였다. MESSAGE는 IAEA(International Atomic Energy Agency)에서 온실가스 배출특성 및 감축정책의 효과를 분석하기 위한 목적으로 채택하고 있을 뿐만 아니라, 많은 국가에서 상향식 접근방법에 의한 중장기적인 온실가스 감축정책의 수립에 널리 적용하는 효과적인 분석 도구로 인식되고 있다(정용주 외, 2012).
	대표적인 온실가스 배출량을 줄이기 위한 감축 수단의 예는 무엇인가?	또한 이렇게 설정된 감축목표를 달성하기 위해 각 부문별로 온실가스 배출량을 줄이기 위한 감축 수단(또는 감축기술)의 개발에 대한 연구도 진행되고 있다. 예를 들어 폐기물을 소각하여 열이나 전기 등 에너지를 생산하는 기술(Waste to Energy; WTE)이나 농작물의 경작에서 발생하는 메탄 배출 감축기술 등을 들 수 있다. 감축기술을 도입하기 위해 수반되는 비용이나 도입 후 발생하는 편익은 다양하며, 감축기술의 도입을 통한 감축효과나 감축기술의 도입시점 또한 기술적 특성이나 연구개발 현황 등 제반 상황에 따라 차이가 있다.
	RES를 통해 무엇을 산정할 수 있는가?	먼저 온실가스 배출량을 산정하기 위해서는 주거부문의 에너지 수요와 그 흐름을 파악하여야 하며, 이를 위하여 주거부문의 기준에너지시스템(Reference Energy System; RES)을 구축하였다. RES를 통하여 주거부문의 에너지원별 소비량을 파악할 수 있으며 배출계수를 적용하여 온실가스 배출량을 산정할 수 있다. 한편 감축수단별 한계감축비용 분석을 위해서는 개별 감축수단의 적용으로 인한 감축잠재량과 감축비용을 파악하여야 한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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