[논문]도시 내 지역난방 Heat Pump용 잠재열원 이용에 관한 연구

오광민; 김래현

doi:10.9713/kcer.2018.56.6.841

[국내논문] 도시 내 지역난방 Heat Pump용 잠재열원 이용에 관한 연구
A Study on the Utilization of potential heat sources for Heat Pumps to District Heating System in Urban 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.56 no.6, 2018년, pp.841 - 855

오광민 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원 신에너지공학과) , 김래현 (서울과학기술대학교 에너지바이오대학 화공생명공학과)

초록
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본 연구는 도시 내 지역난방 공급지역에 존재하는 Heat Pump용 가용 잠재적 열원을 추정하고자 하였다. 미활용에너지 잠재량은 Open source 기반의 자료를 바탕으로 추정 통합하였다. 특히 수도권 남부에 위치한( 평택시) DH network 내에 대형마트와 공공사우나 시설에 대해 회수 가능한 열에너지 밀도와 열원 지역의 열 수요에 대해 지리적인 공간 분석을 수행하였다. 연구 결과, 연구 대상 DH network 지역에서는 대형마트와 공공사우나 두 가지 열원에 대해 총 1,741.7 toe/year 수준의 잠재 에너지량을 보유하고 있었다. 이 중 57.8%에 해당하는 1,006.9 toe/year를 지역난방용으로 연계할 수 있을 것으로 추정 되었다. 대형마트는 연면적과 에너지 사용량이 0.4937의 양의 상관관계를 보였다. 회수 가능한 에너지 원단위는 상관관계계수를 반영하여 연면적 당 $0.0017toe/m^2$, 저감 가능한 온실가스 배출량은 $0.0069tCO_2/m^2$로 분석되었다. 또한, 공공사우나는 실증사례와 이론 계산 값을 비교하여, 80% 수준의 보수적 추정으로 목욕장 면적당 $0.0315toe/m^2$가 회수 가능한 에너지 원단위로 분석되었으며, 저감 가능한 온실가스 배출량은 $0.1183tCO_2/m^2$로 분석되었다. 이 지역의 총 잠재 에너지량은 행정 구역별 공동주택의 열 수요와 0.5272의 양의 상관관계를 갖고 있었으며, 특히 교통과 상업 중심 지구에서 상대적으로 높은 잠재 에너지량을 가지고 있음을 확인 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to estimate the available potential heat source for heat pump in the district heating supply area in the city. Unused energy potentials were estimated and integrated based on open source based data. In particular, geographical spatial analysis of recoverable heat energy density and heat demand in the heat source area of large retailers and public sauna facilities in the DH network located in the southern part of the metropolitan area (Pyeongtaek-si) was conducted. As a result of the study, the DH network area had a total potential energy of 1,741.7 toe/year for the two heat sources of large retailers and public saunas. It is estimated that 1,006.9 toe/year, which is 57.8% of the total, can be linked to the district heating. The large retailers showed a positive correlation with the floor area and energy use of 0.4937. The recoverable energy intensity was estimated to be $0.0017toe/m^2$ per unit area and $0.0069tCO_2/m^2$ for greenhouse gas emissions. In addition, public saunas were analyzed by comparing the empirical case with the theoretical calculation, and it was estimated that energy conservation estimate of 80% was $0.0315toe/m^2$ per bath area and $0.1183tCO_2/m^2$ for greenhouse gas emissions. The total potential energy amount of this area was positively correlated with the heat demand of apartment house by administrative district, and it was confirmed that it had a relatively high potential energy especially in traffic and commercial center.

주제어

표/그림 (25)

그림 Fig. 1. The tendency of the rate of 10 CHPs PSE & the renewable energy generation.
표 Table 1. Examples of unused energy use in Korea
그림 Fig. 2. Diagram of refrigeration cycle : (a) simple refrigeration cycle and (b) refrigeration cycle of two stage compression.
그림 Fig. 3. Procedure for research.
표 Table 2. Types of unused energy
표 Table 3. Status of research target CHP system
표 Table 4. Result of heat supply
그림 Fig. 4. Thermal pipeline network of the DH operator.
표 Table 5. Summary of data sources
표 Table 6. Korean country-specific electricity emission factor
표 Table 7. M&V Case Results* for Large retailer
표 Table 8. Results of energy saving & GHG emission reduction for Large retailers
표 Table 9. Calculation of heat recovery unit through the cases for Large retailers
표 Table 10. Energy consumption in 2011 and energy usage per floor area for E-MART*
그림 Fig. 5. The amount of recoverable energy for large retailers in the case area.
표 Table 11. Calculation of the amount of recoverable energy & GHG reduction for large retailers in the case area
그림 Fig. 6. The amount of recoverable energy for public saunas in the case area.
표 Table 12. Results for public saunas performance analysis using waste heat recoverty system
표 Table 13. Comparison of the results of the research and theoretical calculations for sauna A & B
표 Table 14. Calculation of the amount of recoverable energy & GHG reduction for public saunas in the case area
그림 Fig. 7. Comparison of the amount of recoverable energy and heat demand for apartment buildings in based on administrative area.
표 Table 15. Comparison of the amount of recoverable energy and heat demand for apartment buildings in based on administrative area
그림 Fig. 8. Recoverable energy location map adjacent to thermal pipeline network of the DH operator.
그림 Fig. 9. Illustration of the amount of connectable recoverable energy in the DH network.
그림 Fig. 10. Map of total recoverable energy of large retailers and public saunas in Pyeongtaek-si.

AI 본문요약
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문제 정의

특정 열원의 연계를 실현시키기 위해서는 보다 상세하고, 구체적인 계획과 제약요소들을 확인하여 별도로 검토, 분석 할 필요가 있음을 밝힌다. 따라서 이 연구에서는 Heat Pump에 연계 될 도시 내 열원에 대해 다른 지역에서도 활용 될 수 있도록 Open source 기반의 데이터를 수집, 활용하고 분석하는 방안을 사례로써 제시하고자 한다.
본 연구에서는 국가의 에너지사용량 절감과 온실가스 배출 저감 목표를 위해 가장 현실적인 대안인 가스 열병합발전의 보급 확대를 위한 신규 저가열원으로써, 지역난방용 Heat Pump의 도시 내 잠재적 열원을 추정하였다. 연구 대상 열원인 대형마트는 연면적과 에너지사용량이 0.
본 연구에서는 수도권 남부 평택시에 위치한 DH network를 대상으로 Heat Pump를 통해 연계 가능한 도시 내 대형마트와 공공사우나 시설의 미활용에너지 잠재량을 분석하였다. 이 지역에서는 2가지 열원에 있어 총 1,741.
유럽의 유사 연구[10]의 경우, 저온 산업폐열, 대형마트, 폐수(하수처리장), 음용수, 지하수, 강, 호수, 해수 등 총 8가지 열원에 대해 분석하였으며, 국내 기존 유사 연구들 역시 하천수, 해수, 하수처리 수 및 지열, 그리고 발전소 온배수 열을 중심으로 분석한 바 있다. 본 연구의 대상 열원을 분류하고자, 국내보다 미활용에너지 활용 실증화와 보급이 빠른 일본의 미활용에너지 이용 형태별 종류와 이용방법을 Table 2와 같이 제시하며[6], 도시 내 일반적으로 확인 할 수 있는 열원을 선정하고자 한다.
본 연구의 목적은 Heat Pump에 대한 저온 열원을 찾는 것으로, 다른 에너지설비와의 연계는 폐열 활용보다는 각 설비의 에너지효율 향상방안으로써 달리 분류될 수 있으므로, 에너지생산을 목적으로 하는 다음 설비들과의 연계는 제외한다.
M&V 실증사례에도 불구하고, 대상건물의 규모 등이 구체적으로 제시되지 않아 일반적인 대형마트 판매시설에서의 회수 가능한 잠재에너지량를 추정하는데 한계가 있다. 이에 대형마트를 대상으로 에너지 절감 및 폐열회수 연구결과가 제시된 유사 연구를 통해 잠재에너지량을 추정하기로 한다.
그러나 미활용에너지의 효율적인 이용을 위해서는 열원을 분류하고, 그 잠재량을 추정하여 GIS 기반 지리정보를 mapping 하는 유사 연구과정이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기존 저온 열원을 대상으로 Heat Pump를 이용한 연구들을 기반으로 하여, 입지, 환경 등의 제약 없이 지역난방용으로 이용 할 수 있을 것으로 평가되는 열원에 대해 특정 DH network와의 지리적 관계를 분석하고자 한다. 이는 국가의 효율적인 열공급시스템 구축 및 Heat Pump의 잠재성의 통합을 위한 기반이 될 수 있을 것이다.
한편, 유럽의 ‘Heat Roadmap Europe’ 프로젝트에서는 EU회원국 차원에서 국가적인 미활용에너지의 잠재 에너지량을 산정하고 열원을 mapping 하고자, 각 열원에 대한 다양한 선행 연구사례를 기반으로 하여 일반화된 에너지잠재량을 추정, 제시하고 있다[14-17]. 이에 본 연구에서는 유럽의 유사연구[10]처럼 다른 DH network에서도 적용 할 수 있도록 연구 대상 열원에 대한 앞서 수행된 실증사례 및 유사 연구결과를 통해 잠재 에너지량(회수 가능 에너지)의 원단위를 산정하고자 한다. 그리고 각 열원에 대한 기초 data는 국내 다른 지역에서도 개략적인 추정이 가능하도록 Open source에 기반하여 개별적으로 수집, 분석하고자 한다.
12)의 정책과제인 미활용 열에너지를 통한 효율적인 열공급시스템 구축 및 저비용 구조로의 전환을 위한 기초자료 제공과 국가 차원의 ‘Heat Map’ 구축의 일환으로써 보다 다양한 사례 연구들이 필요하다. 이에 본 연구에서는 특정 집단에너지시스템의 연계 가능한 범위에서 Heat Pump를 활용하여 확보 가능한 잠재 에너지량을 추정하고, 열 수요에 대한 지리적 관계를 분석 하고자 한다.
그리고 하수처리시설, 소각시설 및 변전소와 공장시설 등은 일반적인 도시 내 지역난방의 DH network와 입지적으로 제한 될 수밖에 없다. 인구가 밀집된 도시 지역에 대부분의 집단에너지시스템이 입지한 특성을 고려하여, 유럽의 유사연구[10]에서 분석한 대형마트와 국내의 사회문화적 특징으로 다수의사업장이 운영 중인 공공사우나 시설을 추가하여, 이 두 가지 열원에 대해 그 열원위치와 잠재량을 산정하는 방법에 대해 연구 하는 것으로 한다.

가설 설정

’17년 기준 국내 대형마트 3사(이마트, 홈플러스, 롯데마트)의 시장점유율은 약 68.6%를 차지하고 있는데[22,23], 이러한 대형마트의 영업장들은 유사한 구조와 설비를 갖추고, 에너지사용량은 규모, 특히 영업장 면적에 해당하는 연면적에만 영향을 받는 것으로 가정한다.
그리고 각 열원에 대한 기초 data는 국내 다른 지역에서도 개략적인 추정이 가능하도록 Open source에 기반하여 개별적으로 수집, 분석하고자 한다. 또, DH 연계 가능 범위는 엄병환 외(2017)의 화력발전소 온배수 열을 활용한 열 공급 모형연구[18]에서 열배관로 신설 길이의 경제성을 분석하여 제시한 손익분기 기준거리 1 km를 준용하여, DH network로부터 직선거리 1 km 이내의 열원으로 가정한다. Table 5는 본 연구에서 수집한 data의 출처 등을 간략히 나타낸 것이다.

제안 방법

가용 열에너지 잠재량 산정에 있어, 이 연구에서는 국내에서 실증 및 실적조사를 통해 수행된 문헌들을 기반으로 하여 분석하였으며, 그 적절성은 유사 연구 자료들 간의 비교를 통해 확인하였음을 밝힌다. 그리고 폐열회수 또는 Heat Pump를 적용하여 각 사업장에서 절감한 에너지사용량은 DH network에서 회수 가능한 잠재 에너지로 활용 될 수 있으므로, 에너지절감량을 중심으로 유사 사업장에도 적용 할 수 있는 원단위를 산정 하였다.
이에 본 연구에서는 유럽의 유사연구[10]처럼 다른 DH network에서도 적용 할 수 있도록 연구 대상 열원에 대한 앞서 수행된 실증사례 및 유사 연구결과를 통해 잠재 에너지량(회수 가능 에너지)의 원단위를 산정하고자 한다. 그리고 각 열원에 대한 기초 data는 국내 다른 지역에서도 개략적인 추정이 가능하도록 Open source에 기반하여 개별적으로 수집, 분석하고자 한다. 또, DH 연계 가능 범위는 엄병환 외(2017)의 화력발전소 온배수 열을 활용한 열 공급 모형연구[18]에서 열배관로 신설 길이의 경제성을 분석하여 제시한 손익분기 기준거리 1 km를 준용하여, DH network로부터 직선거리 1 km 이내의 열원으로 가정한다.
6%를 차지하고 있는데[22,23], 이러한 대형마트의 영업장들은 유사한 구조와 설비를 갖추고, 에너지사용량은 규모, 특히 영업장 면적에 해당하는 연면적에만 영향을 받는 것으로 가정한다. 그리고 개략적인 추정의 한계로 인해 거시적인 모형으로써 formula (5)를 만들어 회수 가능 에너지량을 추정하기로 한다.
가용 열에너지 잠재량 산정에 있어, 이 연구에서는 국내에서 실증 및 실적조사를 통해 수행된 문헌들을 기반으로 하여 분석하였으며, 그 적절성은 유사 연구 자료들 간의 비교를 통해 확인하였음을 밝힌다. 그리고 폐열회수 또는 Heat Pump를 적용하여 각 사업장에서 절감한 에너지사용량은 DH network에서 회수 가능한 잠재 에너지로 활용 될 수 있으므로, 에너지절감량을 중심으로 유사 사업장에도 적용 할 수 있는 원단위를 산정 하였다. 다만, Heat Pump를 이용하여 열을 공급할 경우 열교환기의 입출구 온도차가 실제의 이용 열량이 되므로, 별도 산정이 필요한 경우 기본적인 가용 열에너지 잠재량 산정식을 formula (1)과 같이 정의하고, 계산 하였다.
그리고 폐열회수 또는 Heat Pump를 적용하여 각 사업장에서 절감한 에너지사용량은 DH network에서 회수 가능한 잠재 에너지로 활용 될 수 있으므로, 에너지절감량을 중심으로 유사 사업장에도 적용 할 수 있는 원단위를 산정 하였다. 다만, Heat Pump를 이용하여 열을 공급할 경우 열교환기의 입출구 온도차가 실제의 이용 열량이 되므로, 별도 산정이 필요한 경우 기본적인 가용 열에너지 잠재량 산정식을 formula (1)과 같이 정의하고, 계산 하였다.
또한, 유사 연구사례에서 별도 온실가스 저감량과 에너지열량 단위의 환산기준이 제시되지 않은 경우 ,「온실가스·에너지 목표관리 운영 등에 관한 지침」(’17.01.01 시행)에 따른 formula (2), (3), (4), Table 6과 ,「에너지법」 시행규칙 별표의 ‘에너지열량 환산기준’ (’17.12.28 개정)을 준용하여 산정하였다.
이 연구에서 제시한 대형마트와 공공사우나시설의 잠재 에너지량 추정방법을 적용하여 연구대상 지역의 행정구역별 잠재 에너지량을 통계지리정보서비스(SGIS+)를 이용하여 Fig. 10과 같이 표현하였다. 연구 대상지역은 DH operator를 중심으로 주거지역이 밀집된 동편과 아산국가산업단지가 소재한 서편 공업단지에 Heat Pump용 잠재 에너지량이 집중해 있는 것을 확인할 수 있다.
이 연구에서는 2개의 대형마트에 대해 공사 전·후의 특정기간 운영일지를 바탕으로 TRNSYS (Transient System Simulation) 프로그램을 이용하여 설비개선 전·후의 연간 에너지사용량을 분석하였다.
이러한 차이는 실제 폐수발생량 및 폐수의 입구 온도와 출구 온도 등의 차이에서 기인하는 것으로 추정되므로, 본 연구에서는 보수적인 잠재열량 산정을 위해 목욕장 면적 당 회수 가능 에너지 원단위 H_ru를 80%(C_n) 수준에 해당하는 0.0315 toe/m²로 적용하기로 하며, 목욕장 면적 당 온실가스 저감량은 0.1183 tCO₂/m²로 추정 된다.
한편, 이 연구는 도시 내 특정 열원의 잠재량을 정량화하기 위해 몇 가지 사례 data를 기반으로 하였다. 이는 지역과 운영상황에 따라 일부 불확실성이 수반될 것이다.
한편, 이 연구는 몇 가지 사례 data와 Open source 기반 공공데이터를 바탕으로 수행되었다. 이는 각 열원이 속해 있는 부문의 경제적·정책적인 성장성 등에 따라 잠재량이 달라질 수 있다.

대상 데이터

사례연구 대상 지역에 소재한 대형마트 사업장은 ’18년 상반기 기준 총 11곳으로, 이 중 기존 DH network로부터 1 km 이내에 위치한 연계 가능한 범위의 사업장은 7곳으로 확인 되었다.
사례연구 수행을 위한 집단에너지시스템은 수도권 남부에 소재하고, ’13년 3월부터 상업운전을 시작하였다.
10과 같이 표현하였다. 연구 대상지역은 DH operator를 중심으로 주거지역이 밀집된 동편과 아산국가산업단지가 소재한 서편 공업단지에 Heat Pump용 잠재 에너지량이 집중해 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 정량화된 map data가 보다 정교화 된다면, 이 지역의 집단에너지시스템과 지자체가 Heat Pump용 잠재열원과 관련하여 지리적으로 확대해 나가는 방향성을 제시 해 줄 수 있을 것이다.

성능/효과

5272의 양의 상관관계를 갖고 있었다. 그리고 이 열원들을 DH network에 모두 연계할 경우 3,942.6 tCO₂ 수준의 온실가스 배출을 줄일 수 있을 것으로 분석 되었다.
0069 tCO₂/m²로 분석되었다. 또, 공공사우나는 오차범위를 고려하여 목욕장면적 당 0.0315 toe/m²가 회수 가능한 에너지 원단위로 분석되었으며, 0.1183 tCO₂/m² 수준의 온실가스 배출량을 저감 할 수 있는 것으로 분석되었다.
한편, ’13년에 앞의 동일한 Large retailer B를 대상으로 폐열 회수시스템 적용을 통한 에너지 성능 개선요소에 대한 다른 연구[21]가 수행되었는데, 에너지사용량이 기존 8,002,602 kWh에서 개선 후 7,609,201 kWh로 절감되었다고 분석하였다. 또, 이 연구에서는 대형마트 11개 지점의 실제 에너지 사용량을 분석하였고, 평균적으로 연간 8,325,040 kWh를 소비하고, 폐열 회수 시스템 적용으로 평균 393,401 kWh를 절감할 수 있다고 분석하였다.
9 toe를 기존 DH network에 연계 할 수 있을 것으로 추정 되었다. 또한, Heat Pump용 두 가지 열원의 미활용에너지 총 잠재량은 공동주택의 열 수요와 0.5272의 양의 상관관계를 갖고 있었다. 그리고 이 열원들을 DH network에 모두 연계할 경우 3,942.
6%에 달하는 양에 해당한다. 세부적으로는 대형마트 11곳 중 89.3%에 해당하는 7곳에서 425.9 toe/year가, 공공사우나 37곳 중 45.9%에 해당하는 12곳에서 580.9 toe/year 수준의 에너지를 DH network에 연계 가능 할 것으로 분석 되었다. 이를 세부 행정구역별로 소재한 공동주택의 열수요 추정 대비 연계 가능한 잠재 에너지량의 비율을 분석한 결과를 Table 15와 Fig.
이 연구에서는 2개의 대형마트에 대해 공사 전·후의 특정기간 운영일지를 바탕으로 TRNSYS (Transient System Simulation) 프로그램을 이용하여 설비개선 전·후의 연간 에너지사용량을 분석하였다. 시뮬레이션을 수행한 결과 Table 8과 같이 A마트는 약 122.9 toe의 에너지가 절감되고, 약 250.7 tCO₂의 온실가스 배출량이 저감되었으며, B마트는 약 102.5 toe의 에너지가 절감되고, 약 209.6 tCO₂의 온실가스 배출량이 저감된 것으로 분석 되었다.
본 연구에서는 국가의 에너지사용량 절감과 온실가스 배출 저감 목표를 위해 가장 현실적인 대안인 가스 열병합발전의 보급 확대를 위한 신규 저가열원으로써, 지역난방용 Heat Pump의 도시 내 잠재적 열원을 추정하였다. 연구 대상 열원인 대형마트는 연면적과 에너지사용량이 0.4937의 양의 상관관계가 있으며, 이를 통한 회수 가능한 에너지 원단위는 연면적 당 0.0017 toe/m², 저감 가능한 온실가스 배출량은 0.0069 tCO₂/m²로 분석되었다. 또, 공공사우나는 오차범위를 고려하여 목욕장면적 당 0.
지난 ’17년에 보고[19]된 건물부문 판매시설에 대해 폐열회수 및 Heat Pump와 관련한 우수절감기술의 주요 분석결과를 Table 7에 제시하였다. 이 보고서에서 에너지사용량은 평균 56%, 온실가스배출량은 평균 57% 수준으로 절감 및 저감효과가 있는 것으로 실증, 평가 되었다.
이 연구결과에서 건축면적당 에너지절감량은 사업장별 시설종류 및 부대시설 등의 차이로 인해 편차가 큰 것으로 분석되어, 목욕장 면적이 확인된 2개 사업장 Sauna A, Sauna B에 대해 에너지절감량을 분석한 결과, 목욕장 면적 당 에너지절감량이 평균 0.0394 toe/m²로 확인 되었다. 한편, 일반적으로 배출되는 배수의 온도는 목욕장의 경우 32~40 ºC, 사우나의 경우 35~42 ºC 수준이다.
본 연구에서는 수도권 남부 평택시에 위치한 DH network를 대상으로 Heat Pump를 통해 연계 가능한 도시 내 대형마트와 공공사우나 시설의 미활용에너지 잠재량을 분석하였다. 이 지역에서는 2가지 열원에 있어 총 1,741.7 toe/year 수준의 미활용에너지 잠재량을 보유하고 있으며, 이 중 57.8%에 해당하는 1,006.9 toe/year를 DH network에 연계 할 수 있을 것으로 확인 되었다. DH network에 연계 가능한 에너지량은 이 지역의 집단에너지시스템에서 ’17년도에 공급한 열량의 9.
평택시에서는 Heat Pump용 두 가지 열원의 미활용에너지 총 잠재량은 공동주택의 열 수요와 약 0.5272의 양의 상관관계를 갖고 있었으며, 특히 기차역과 같은 교통중심지구와 상업중심지구에서 상대적으로 높은 미활용에너지 잠재량을 가지고 있었다. 이는 일반적으로 주택지구보다 상업지구에 더 많은 열원이 분포해 있음을 보여준다.

후속연구

향후 지역난방을 위한 Heat Pump용 열원의 잠재량 추정정확도를 높이기 위해서는, 국내 여건에 적합한 열원 대상을 재분류·평가하고, 기술수준을 분석한 뒤 각 열원의 다양한 사례연구가 수행되어야 할 것이다. 그리고 지역별로 각각의 열원의 전체적인 잠재량을 추정하고, 인접한 열 공급 설비 및 신재생에너지 설비와의 연계 타당성을 분석할 필요가 있다. 이러한 연구들을 통해 미활용에너지를 이용한 국가의 에너지절감 및 온실가스 배출 저감 잠재력을 세부적으로 평가 할 수 있을 것이며, 집단에너지사업자에게는 지속적인 저가열원의 확보를 위한 지리적 방향성과 잠재적 대안을 제시할 수 있을 것이다.
또, 특정 열원은 계절에 따라 가용량이 달라질 수도 있다. 따라서 열저장 시스템이 보완될 필요가 있으며, 일부 열원 또는 일부 지역의 열원은 다른 지역 또는 다른 열원보다 더 낮은 투자비용 등으로 인해 실현 순위가 달라질 수 있을 것이다.
2 이상으로 운전, 고온수를 얻을 수 있다고 보고한 바 있다[13]. 따라서 지역난방용으로써 Heat Pump는 2단 이상의 압축 Heat Pump 시스템 성능이 더욱 향상 된다면 보다 다양한 온수 사용처에 적용 할 수 있을 것이다.
그리고 특정 열원의 실현을 위한 타당성, 환경 그리고 기술적 제약요소 등으로 인해 그 연계 가능여부는 각 열원별로 선택적으로 추진 될 것이다. 또한, 각 열원의 시간적 분포 특성에 따라 그 이용 방법은 열저장 시스템 또는 열 공급설비 시스템 등과 연계되어 보완되어야 할 것이다. 향후 지역난방을 위한 Heat Pump용 열원의 잠재량 추정정확도를 높이기 위해서는, 국내 여건에 적합한 열원 대상을 재분류·평가하고, 기술수준을 분석한 뒤 각 열원의 다양한 사례연구가 수행되어야 할 것이다.
또한「제4차 집단에너지공급 기본계획」(’14.12)의 정책과제인 미활용 열에너지를 통한 효율적인 열공급시스템 구축 및 저비용 구조로의 전환을 위한 기초자료 제공과 국가 차원의 ‘Heat Map’ 구축의 일환으로써 보다 다양한 사례 연구들이 필요하다.
앞서 언급한 대로「 재생에너지 3020 이행계획」에는 미활용에너지 활용을 통한 전력수요 감소 영향이 빠져 있으나, 본 연구와 같은 Heat Pump를 이용한 미활용에너지 활용이 보편화 될 경우, 향후 에너지 공급 관련 시나리오가 변경 될 수도 있다. 따라서 전국의 대도시를 중심으로 도시 내 열원을 발굴하여 이용하게 된다면 국가적으로 1차 에너지원의 수입량 절감과 온실가스 배출 저감 목표를 실현시키는데 일조 할 수 있을 것이다.
이에 본 연구에서는 기존 저온 열원을 대상으로 Heat Pump를 이용한 연구들을 기반으로 하여, 입지, 환경 등의 제약 없이 지역난방용으로 이용 할 수 있을 것으로 평가되는 열원에 대해 특정 DH network와의 지리적 관계를 분석하고자 한다. 이는 국가의 효율적인 열공급시스템 구축 및 Heat Pump의 잠재성의 통합을 위한 기반이 될 수 있을 것이다.
다른 중요한 불확실성은 각각의 특정한 경우와 관련된 경제성, 환경 및 기술적인 기타 제약요소로 인해 잠재적 열원을 실현 시킬 수 있는 정도와 관련이 있다. 이들은 예측하기 어렵지만, 향후 특정 지역 및 특정 열원에 대한 타당성조사와 연구를 통해 screening 될 것이다. 또 다른 주요 제약요인은 열원의 시간적 분포일 수 있다.
그리고 지역별로 각각의 열원의 전체적인 잠재량을 추정하고, 인접한 열 공급 설비 및 신재생에너지 설비와의 연계 타당성을 분석할 필요가 있다. 이러한 연구들을 통해 미활용에너지를 이용한 국가의 에너지절감 및 온실가스 배출 저감 잠재력을 세부적으로 평가 할 수 있을 것이며, 집단에너지사업자에게는 지속적인 저가열원의 확보를 위한 지리적 방향성과 잠재적 대안을 제시할 수 있을 것이다.
연구 대상지역은 DH operator를 중심으로 주거지역이 밀집된 동편과 아산국가산업단지가 소재한 서편 공업단지에 Heat Pump용 잠재 에너지량이 집중해 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 정량화된 map data가 보다 정교화 된다면, 이 지역의 집단에너지시스템과 지자체가 Heat Pump용 잠재열원과 관련하여 지리적으로 확대해 나가는 방향성을 제시 해 줄 수 있을 것이다.
다만, 이러한 잠재적인 에너지생산량이 Heat Pump를 통한 시스템 실현가능성과 관련하여 경제적이거나, 기술, 환경적인 제약은 고려하지 않는다. 특정 열원의 연계를 실현시키기 위해서는 보다 상세하고, 구체적인 계획과 제약요소들을 확인하여 별도로 검토, 분석 할 필요가 있음을 밝힌다. 따라서 이 연구에서는 Heat Pump에 연계 될 도시 내 열원에 대해 다른 지역에서도 활용 될 수 있도록 Open source 기반의 데이터를 수집, 활용하고 분석하는 방안을 사례로써 제시하고자 한다.
향후 지역난방을 위한 Heat Pump용 열원의 잠재량 추정정확도를 높이기 위해서는, 국내 여건에 적합한 열원 대상을 재분류·평가하고, 기술수준을 분석한 뒤 각 열원의 다양한 사례연구가 수행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대규모 신재생에너지 발전량 증가가 가져온 영향은?	이러한 에너지정책 변화에 따른 대규모 신재생에너지 발전량 증가는 국내 전력시장에서 기저발전 형태로 운전되어 지역난방용 가스 열병합발전(CHP; Combined Heat & Power)의 급전지시량과 이용률을 감소시키게 된다. Fig.
	미활용에너지 잠재량을 추정 통합한 바탕은?	본 연구는 도시 내 지역난방 공급지역에 존재하는 Heat Pump용 가용 잠재적 열원을 추정하고자 하였다. 미활용에너지 잠재량은 Open source 기반의 자료를 바탕으로 추정 통합하였다. 특히 수도권 남부에 위치한( 평택시) DH network 내에 대형마트와 공공사우나 시설에 대해 회수 가능한 열에너지 밀도와 열원 지역의 열 수요에 대해 지리적인 공간 분석을 수행하였다.
	유럽의 재생에너지 대체 수단으로 각광받고 있는 것은?	집단에너지공급에 선도적인 덴마크의 경우 풍력발전의 증가로 인해 소규모 CHP의 생산량이 지난 10년 동안 약 1/3로 감소하였다[10]. 이에 따라 유럽에서는 대규모 압축 Heat Pump를 통한 열 생산을 풍력 및 태양광을 통한 전력생산이 높을 때 전력을 소비하고, 개별 보일러를 통한 열 생산을 대체하기 위한 수단으로써 자주 언급되고 있다. Heat Pump는 세계적으로 100여 년 넘게 그 사용이 검증된 기술로써, 전기히터나 보일러와 달리 입력 에너지가 직접적으로 전환되어서 사용하는 것이 아니라, 열을 저온에서 고온으로 이동시키는 측면에서의 에너지 사용이므로, 그 효율이 높고, 환경문제의 발생이 적다[12].

참고문헌 (37)

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Korea Energy Statistical Information System.
Gyeonggi-do Statistical Information Service.
Gyeonggi Data Dream.
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Statistical Geographic Information Service.
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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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