농촌형 저탄소 녹색마을의 사례분석을 통한 타당성 검토 = A Study on the Validity through Case analysis of Rural type Low Carbon Green Village

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 저탄소 녹색마을을 농촌지역에 설치한다는 전제에서 환경성, 경제성, 에너지자립도 등을 분석하여 종합적인 타당성을 검토하였다. 대상지역은 Y군의 협조를 얻어 A, B, C마을을 대상으로 하였다. 대상마을에서 발생되는 바이오매스의 종류 및 량은 돈분 25.5 ton/day, 젖소분 2.6 ton/day, 과수전정지 2 ton/day로 하여 하루 30.1 ton규모로 시설용량을 설정하였다. 시설은 습식계(돈분, 젖소분) 바이오매스를 이용한 바이오가스화 시설과 건식계(과수전정지) 바이오매스를 이용한 화목보일러 시설, 열병합발전기, 퇴비화시설 등으로 구성하였다. 구성된 시스템을 운전하였을 때, 전기생산량은 540,540 kWh/yr, 열에너지 생산량은 1,762 Gcal/yr 으로 분석되었다.
대상마을 가구(129가구)에서 기존에 사용하고 있는 전기에너지는 309,600 kWh/yr로 시설에서 생산된 전기에너지를 공급하면 대상지역의 전기에너지 자립율은 100%가 되며, 잉여전력은 230,940 kWh/yr이다. 또한 열에너지는 대상마을의 비닐하우스에서 소요되는 양을 산정하였으며, 기존 사용량 1,415 Gcal/yr으로 열에너지 자립율 역시 100%가 되며, 잉여량은 347 Gcal/yr가 된다.
경제성은 시설설치비용 504,000만원, 운영비 56,898만원, 수익 33,712만원으로 연간 약 2억3천만원 적자인 것으로 나타났다. 15년동안 약 35억원의 적자로 분석되지만, 환경성 분석에서 원유대체효과 약 178백만원, 온실가스감축효과 약 92백만원으로 연간 총 2억7천만원의 환경적 편익이 발생되는 것으로 검토되었다. 이를 적용시키면, 연간 약 4천만원 정도 이익이 발생되는 것으로 산출된다. 지원금 없이는 경제성이 어려운 것으로 검토된 Y군의 농촌형 저탄소 녹색마을 조성사업이 정부 및 지자체의 예산지원을 통하여 진행하더라도 국익을 가져올 수 있을 것으로 평가되었고, 경제성, 환경성, 에너지자립도를 종합하여 볼 때, 타당성 있는 사업이라고 판단되었다.
향 후 농촌형 저탄소 녹색마을의 원활한 조성을 위하여 녹색마을에 대한 충분한 사전설명으로 마을 주민의 적극적인 참여의식 고취 및 시설에 대한 인식개선문제 등을 해결해야 할 것으로 판단되었다. 또한, 바이오매스관련 제도적, 정책적 재정비를 통하여 선진국 수준의 인프라가 구축된다면 경제성 면에서도 충분히 경쟁력이 있을 것으로 판단되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study examined the overall feasibility of low carbon green village formed in rural area by analyzing its environmental and economic feasibility and energy self-reliance. The study was conducted based on A, B and C village with the cooperation of Y district. The biomass of the villages was set as 25.5 ton/day of pig feces, 2.6 ton/day of cow feces and 2 ton/day of cut fruit tree branches which make up the total of 30.1 ton per day. The facility consisted of a bio gasfication facility using wet (pig and cow feces) biomass and combined heat power generator, composting facility and wood boiler using dry (cut fruit tree branches) biomass. When operating the system, 540,540 kWh/yr of electricity and 1,762 Gcal/yr of heat energy was produced.
The households (129 houses) were using 309,600 kWh/yr of electricity and if the electricity provided by the facility is added, the region's electricity energy self-reliance rate will be 100%, and its redundant electricity will be 230,940 kWh/yr. Also, the amount of heat energy consumed by the greenhouses of the villages was calculated; its existing amount was 1,415 Gcal/yr, the heat energy self-reliance will be 100% and the redundant electricity will be 347 Gcal/yr.
The economic feasibility was found as a loss of 230 million won where the facility installation cost is 5.04 billion won, operation cost is 568.98 million won and profit is 337.12 million won. There will be a loss of about 3.5 billion won in 15 years but in the environmental analysis, it was found that crude replacement effect is about 178 million won, greenhouse gas reduction effect is about 92 million won making up the total environmental benefit of 270 million won. This means, there will be a yearly profit of about 40 million won. Y district's low carbon green village project is difficult to be carried out without the support fund but if it manages to get help from the government or local government, it will be in the national interest. Also, in terms of its environmental and economic feasibility and energy self-reliance, it seemed to be a feasible project in overall.
In the future, for seamless formation of rural low carbon green village, the residents' awareness and perception of the facility will be another problem that needs to be looked at. Moreover, if advanced country level infrastructure can be built through institutional and political reorganization, it will be a very competitive project in terms of economic feasibility.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• Ⅱ. 이론적 고찰 4
• 2.1 저탄소 녹색마을 개념 및 기본방향 4
• 2.2 녹색마을 조성 선진사례 8
• 2.2.1 유럽 8
• (1) 오스트리아 무레크(Mureck) 8
• (2) 덴마크 삼소도(Samso Island) 12
• (3) 독일 윤데마을(Ju〃hnde) 15
• (4) 독일 마우엔하임마을(Mauenheim) 18
• 2.2.2 미국 20
• (1) Bio-Town Reynolds 20
• 2.2.3 일본 23
• (1) 훗카이도현 오타키(현 다테) 26
• (2) 이와테현 쿠즈마키 27
• (3) 도쿄도 아키루노 29
• (4) 나가사키현 대마도 31
• 2.3 바이오매스 발생 및 이용현황 34
• 2.3.1 바이오매스 분류 34
• 2.3.2 농업계 바이오매스 34
• 2.3.3 산림계 바이오매스 36
• 2.3.4 폐기물계 바이오매스 36
• 2.4 바이오매스 활용기술 38
• 2.4.1 습식계 바이오매스 42
• (1) 퇴비화 42
• 가. 전처리과정 44
• 나. 1차(본처리)처리 과정 44
• 다. 2차(숙성과정)처리 과정 44
• 라. 장·단점 45
• (2) 사료화 46
• 가. 건식사료화 46
• 나. 발효사료화 방법 46
• 다. 장·단점 51
• (3) 바이오가스화(혐기성 소화) 52
• 가. 반입시설 53
• 나. 전처리 시설 53
• 다. 혐기성소화조 54
• 라. 가스 이용설비 56
• 마. 장·단점 58
• 2.4.2 건식계 바이오매스 59
• (1) 바이오매스 연소 59
• (2) 바이오매스 고형연료화 59
• (3) 바이오매스 열분해 60
• (4) 바이오매스 탄화 61
• 2.4.3 기타 바이오매스 61
• (1) 바이오 에탄올(에탄올 발효) 62
• (2) 바이오 디젤(에스테르화) 62
• (3) 바이오 수소발효 62
• Ⅲ. 연구방법 63
• 3.1 녹색마을 조성방안 63
• 3.1.1 대상마을 및 바이오매스 현황 조사 63
• 3.1.2 이용기술 선정방법 64
• 3.1.3 에너지 생산시스템 구성방법 65
• 3.2 녹색마을 에너지 생산 및 자립율 산출방법 66
• 3.2.1 에너지 생산량 산출방법 66
• 3.2.2 에너지 자립율 산출방법 66
• 3.3 녹색마을 경제성 및 환경성 분석방 67
• 3.3.1 시설 설치비 및 운영비 67
• 3.3.2 판매수익 인자설정 68
• 3.3.3 환경성 분석방법 68
• Ⅳ. 결과 및 고찰 69
• 4.1 녹색마을 조성 69
• 4.1.1 대상마을 및 바이오매스 현황 70
• (1) 대상마을 개요 70
• (2) 대상마을 바이오매스 발생 및 처리현황 72
• 4.1.2 이용기술 선정 74
• (1) 타당성 분석을 통한 처리기술 선정 74
• 가. 경제적 측면 74
• 나. 기술적 측면 75
• 다. 사회·환경적 측면 75
• 라. 검토결과 76
• 4.1.3 에너지 생산시스템 77
• 4.2 녹색마을 에너지 생산 및 자립율 78
• 4.2.1 에너지 생산량 78
• 4.2.2 에너지 자립율 81
• 4.3 녹색마을 경제성 및 환경성 분석 81
• 4.3.1 경제성 분석 81
• (1) 시설 설치비 및 운영비 82
• (2) 판매수익 84
• 4.3.2 환경성 분석 84
• 4.4 기대효과 85
• Ⅴ. 결론 86
• 참고문헌 88
• 영문요약(Abstract) 91
• 감사의 글 93