초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
플러스에너지 커뮤니티의 100% 에너지자립율 달성을 위하여 연구원 내 S2, S3, S4, S5 건물의 리모델링 전후를 대상으로 ECO2 분석을 수행하여 건물에너지효율등급 1+++ 및 각 건물별 에너지자립율이 171.0%, 108.4%, 82.3%, 1,780%에 도달함을 확인하였음. 또한 각 건물에 설치한 전력량계에서 측정한 전력소비량을 근거로 S3, S4 건물에서의 전력부하량과 대전지역 공동주택 31개 단지 23,791세대를 대상으로 분석한 주거 전력소비량을 근거로 S2, S5 건물

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
플러스에너지 커뮤니티의 100% 에너지자립율 달성을 위하여 연구원 내 S2, S3, S4, S5 건물의 리모델링 전후를 대상으로 ECO2 분석을 수행하여 건물에너지효율등급 1+++ 및 각 건물별 에너지자립율이 171.0%, 108.4%, 82.3%, 1,780%에 도달함을 확인하였음. 또한 각 건물에 설치한 전력량계에서 측정한 전력소비량을 근거로 S3, S4 건물에서의 전력부하량과 대전지역 공동주택 31개 단지 23,791세대를 대상으로 분석한 주거 전력소비량을 근거로 S2, S5 건물의 전력부하량을 합산하여 커뮤니티 총 소비량을 산정하였고 이를 각 건물에 설치예정인 태양광, 태양광˙열, 연료전지의 연간 총 전력생산량과 비교하여 전체 플러스에너지 커뮤니티의 에너지자립율이 108.7%임을 분석하였음.
이러한 에너지자립율 분석을 통하여 S2, S3, S4, S5 건물 지붕, 벽면에 각각 18.5 kW, 42.7 kW, 15.6 kW, 13.32 kW로서 총 90.12 kW의 건물일체형 태양광 및 태양광˙열 설치를 결정하였으며 이를 근거로 플러스에너지 커뮤니티 4개 건물의 리모델링 실시설계를 완료하였음.
1차년도에는 주거건물인 S2, S5에 대한 리모델링 공사, 건물일체형 태양광 및 태양광˙열 설치공사와 전력증설공사를 진행하였으며 이에 따라 S2에 BIPV 15.12 kW, BIPVT 4.29 kW와 S5에 BIPV 8.3 kW, BIPVT 3.3 kW, S4 건물에 칼라 BIPV 4.8 kW를 설치하였음. 2차년도에는 비주거용 건물인 S3에 벽면형 BIPV 39.6 kW를 설치하였고 S2, S5에 설치된 열에너지 시스템을 운영하기 위하여 PLC를 설치하여 커뮤니티 운영에 참여할 수 있도록 하였음. 이에 따라 S2는 기존 ZeSH-1에서 KePSH-1 (KIER Energy Plus Solar House-1)으로 S5는 기존 ZeSH-2에서 KePSH-2로 명칭을 변경하였으며 S3, S4의 경우에도 각각 KPEB-1 (KIER Plus Energy Building-1), KPEB-2로 변경하였음.
플러스에너지 커뮤니티와 각 건물의 에너지 소비량, 생산량, 저장량, 전환량을 분석하기 위하여 전력량계와 유량계, 온도계 등을 설치하여 측정된 모든 데이터를 서버에 저장하여 데이터베이스화하였음. 이러한 데이터를 근거로 플러스에너지 커뮤니티의 에너지 모니터링과 3D 대시보드를 제작하여 커뮤니티에서의 에너지 전주기를 파악할 수 있도록 하였음.
이에 따라 전체 커뮤니티의 리모델링이 완료된 2021년 9월13일부터 12월31일까지 약 4개월간 커뮤니티 운영데이터를 분석한 결과 KePSH-1, KePSH-2, KPEB-1, KPEB-2 각 건물별 에너지 자립율은 185.7%, 113.1%, 52.2%, 517.4%를 나타내었으며 자가소비율은 각각 76.9%, 88.4%, 100%, 19.3%를 나타내었음. 커뮤니티로 보면 에너지 자립율은 78.0%, 에너지 자가소비율은 50.5%로 분석되었음.
신재생에너지고도화를 위하여는 기존 건물일체형 태양광˙열 시스템의 설계변경을 실시하여 S2 건물에 설치를 완료하였으며 하절기 과열방지 기술을 확보하였음. 태양광 플랫폼은 건물에 적합한 차세대 태양광 모듈의 실증 플랫폼으로 활용 예정으로 설계를 완료하였으며 양면형 태양광의 실증테스트 설비를 운영하였음. 연료전지는 1 kW급 고분자전해질 연료전지(PEMFC)와 고체산화물연료전지(SOFC)를 운영하여 연료전지 배열을 활용하기 위한 실증운전을 진행하여 획득 가능한 온도와 유량을 측정하였음.
지금까지 건물부문 에너지 효율향상 및 온실가스 저감과 관련하여 단위 건물대상 에너지 기술개발을 추진하였으나 최근 도시 단위로 대상을 확대하였고 이러한 추세에 따라 제로에너지 건물에서 제로에너지 도시 조성을 목표로 정책방향이 전화되고 있음. 따라서 본 연구에서 추진하고 있는 커뮤니티 에너지 자립과 자가소비율 향상은 건물부문 에너지 기술개발의 방향 성과 일치하며 이러한 도시 단위 에너지 자가소비의 확대는 신재생에너지 보급 용량을 높임에도 전력 배전망의 에너지 안정화에 기여할 수 있고 건물부문 탄소중립 달성에 기여할 수 있다고 판단함. 따라서 에너지 비용 최소화, 피크부하 최소화, 자가소비율 극대화 및 탄소배출 최소화 시나리오에 따른 커뮤니티 에너지 운영기술의 확보는 향후 도시 단위 에너지 운영에 필수적이며 확장 가능한 기술로서 도시설계, 운영에 활용될 뿐만 아니라 디지털 에너지 데이터를 이용한 인공지능 기술과 접목하여 새로운 에너지 운영 알고리즘 개발 등이 가능할 것으로 기대하고 있음. 또한 본 연구결과물인 커뮤니티 에너지 플랫폼은 다양한 에너지 기술(V2G, WE 등)과 연계하여 실증용 테스트 베드로 활용하 수 있어 연구원에서 개발하고 있는 요소, 시스템 기술의 완성도를 높일 수 있다고 판단함.

(출처 : 요약문 8p)

Abstract ▼

Ⅳ. Result and Recommendations
In order to achieve 100% energy self-reliance rate of the positive energy community, ECO2 analysis was performed before and after remodeling of S2, S3, S4, and S5 buildings in the research institute, and the building energy efficiency rating of 1+++ and the energy se

Ⅳ. Result and Recommendations
In order to achieve 100% energy self-reliance rate of the positive energy community, ECO2 analysis was performed before and after remodeling of S2, S3, S4, and S5 buildings in the research institute, and the building energy efficiency rating of 1+++ and the energy self-reliance rate for each building was 171.0. %, 108.4%, 82.3%, and 1,780% were confirmed.
In addition, based on the electricity consumption in S3 and S4 based on the electricity consumption measured by the watt meter installed in each building and the electricity consumption in S2 and S5 based on the 23,791 households in 31 apartment complexes in Daejeon, the total electric consumption of the community was calculated. And which is compared with the annual total electricity production of photovoltaic, photovoltaic/thermal and fuel cells scheduled to be installed in each building, it was analyzed that the energy self-reliance rate of the entire positive energy community was 108.7%.
Through this energy self-reliance rate analysis, 18.5 kW, 42.7 kW, 15.6 kW, and 13.32 kW, respectively, on the roof and walls of S2, S3, S4, and S5 buildings, totaling 90.12 kW of building-integrated photovoltaic and photovoltaic/thermal installations were decided.
Based on this, the detailed design for the remodeling of 4 buildings in the plus energy community was completed. In the first year, remodeling work for residential buildings S2 and S5, building-integrated photovoltaic and photovoltaic/thermal installation work, and power expansion work were carried out. BIPV 15.12 kW and BIPVT 4.29 kW were installed in S2, and BIPV 8.3 kW and BIPVT were installed in S5. 3.3 kW was installed and a color BIPV of 4.8 kW was installed in the S4 building. In the second year, BIPV 39.6 kW was installed in S3, a non-residential building, and PLCs were installed to operate the thermal energy system installed in S2 and S5 so that could participate in the community energy operation. Accordingly, the name of S2 was changed from ZeSH-1 to KePSH-1(KIER Energy Plus Solar House-1), and S5 was renamed from ZeSH-2 to KePSH-2. Energy Building-1), and in the case of S3 and S4 changed to KPEB-1(KIER Plus Energy Building-1) and KPEB-2, respectively.
In order to analyze the energy consumption, production, storage, and conversion of the plus energy community and each building, watt meters, flow meters, and thermometers were installed and all measured data were stored on the server and converted into a database. Based on these data, the energy monitoring and 3D dashboard of the plus energy community were created so that the entire energy cycle in the community could be understood.
Accordingly, as a result of analyzing community operation data for about 4 months from September 13 to December 31, 2021, when the remodeling of the entire community was completed, KePSH-1, KePSH-2, KPEB-1, and KPEB-2 each building energy self-reliance rates were 185.7%, 113.1%, 52.2%, and 517.4%, and the self-consumption rates were 76.9%, 88.4%, 100%, and 19.3%, respectively. In terms of community, the energy self-reliance rate was 78.0% and the energy self-consumption rate was analyzed as 50.5%.
For the advancement of new and renewable energy, the design change of the existing BIPVT system was carried out and installation was completed in the S2 building, and overheating prevention technology was secured in summer. The BIPV platform was designed to be used as a demonstration platform for next-generation PV modules suitable for buildings, and a demonstration test facility for bifacial PV was operated. For the fuel cell, a 1 kW class polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) and a solid oxide fuel cell (SOFC) were operated and a demonstration operation was conducted to utilize the fuel cell waste heat, and the obtainable temperature and flow rate were measured.
So far, energy technology development for unit buildings has been promoted in relation to energy efficiency improvement and greenhouse gas reduction in the building sector, but the target has recently been expanded to the city level. Therefore, the community energy self-reliance and improvement of self-consumption rate promoted in this study are consistent with the direction of energy technology development in the building sector. and can contribute to achieving carbon neutrality in the building sector. Therefore, securing community energy operation technology according to scenarios of minimizing energy cost, minimizing peak load, maximizing self-consumption rate, and minimizing carbon emission is an essential and expandable technology for city level energy operation in the future. It is expected that it will be possible to develop a new energy operation algorithm by combining it with artificial intelligence technology. In addition, the community energy platform, the result of this study, is expected to be used as a test bed for demonstration in connection with various energy technologies (V2G, WE, etc.) being developed in the institute.

(source : SUMMARY 13p)