BIPV 보급 장애요인 연구 : 공급자 관점에서의 요인분석을 바탕으로

정수경 고려대학교 그린스쿨대학원 2023 국내박사

The building sector accounts for 30% of global final energy consumption, and as zero-energy building regulations are being introduced to reduce building greenhouse gas emissions, the demand for Building Integrated Photovoltaics (BIPV) is increasing. The domestic BIPV market is expected to expand through government support and public initiatives. However, there are still significant barriers in terms of policy, technology, social acceptance, and environmental factors. Therefore, this paper aims to statistically analyze the barriers to BIPV identified by stakeholders in the BIPV industry. The objective is to derive and propose policy strategies that prioritize the key influencing factors affecting BIPV deployment and promotion. This study investigates the system problems that constrain the development of the BIPV technology innovation system (TIS) based on its components : actors, institutions, and networks. Among the actors, the suppliers (companies) with the highest interest in the commercialization of BIPV were targeted to identify the factors that hinder the installation of BIPV systems and propose solutions to overcome them. First, the influential factors were derived through physical field demonstrations and prior research. Then, the policy factors, technological factors, and social-environmental factors that impact the dissemination of the system were grouped together to generate preliminary evaluation criteria. To identify the factors that hinder the dissemination of BIPV, factor analysis was conducted based on the results of priority surveys and Likert scale surveys among the preliminary evaluation criteria. Furthermore, correlation analysis, structural equation modeling analysis, and expert in-depth interviews were conducted to measure the mediating effects of technology and market in the process of government policies leading to the installation of BIPV systems, and to propose improvement strategies. In other words, the study identified the obstacles to the adoption of BIPV systems from the perspective of suppliers and suggested ways to overcome them. Based on the correlation analysis of the 22 derived factors from the survey and factor analysis, it was found that the market environment (social-environmental factors), policy environment (policy factors), and manufacturing environment (technological factors) showed significant correlations with system installation (system dissemination) in that order. The policy environment was found to have a significant impact on the manufacturing environment, but the manufacturing environment did not directly affect system installation. Furthermore, a structural equation model was established with the independent variable as the policy environment, the dependent variable as system installation, and the mediating variables as the market environment and manufacturing environment. The hypothesis testing results indicated that the policy environment influenced both the market environment and the manufacturing environment, while the manufacturing environment did not have a significant impact on system installation. It was interpreted that without support from the policy environment (laws, regulations, subsidies), the diffusion of BIPV would be challenging, and the improvement of market environment policies would have a direct impact on increasing the dissemination of BIPV systems, rather than focusing solely on enhancing the performance of BIPV modules as a manufacturing environment factor. In addition, in-depth interviews were conducted with experts working in BIPV manufacturing, construction, and design firms to validate the alignment between the survey results and the opinions of industry professionals. Through these interviews, a deeper understanding of the technological factors, policy factors, and social-environmental factors influencing system installation was obtained, which could not be captured solely through the Likert scale survey responses. Based on the matching of the identified factors with the government's BIPV promotion measures announced in October 2022, this study presents improvement measures as tasks to address the overall influencing factors. It has been confirmed that the government is aware of the majority of the factors hindering BIPV. According to the research, the priority areas for improvement among the influencing factors are identified as follows: 1) Building regulations regarding fire resistance performance for BIPV, 2) Streamlining the recognition process for BIPV, and 3) Enhancing the provision of subsidies in renewable energy promotion programs. 전세계 최종 에너지 소비의 30%에 해당하는 에너지가 건물 부문에서 사용되고 있으며, 건물 온실가스를 감축하기 위해 제로에너지건축물 의무화제도 도입에 따라 건물일체형 태양광 발전(BIPV) 시스템의 설치 요구가 증대되고 있다. 국내 BIPV 시장은 정부의 지원을 통해 공공 주도로 확대될 것으로 전망되고 있으나, 정책적, 기술적, 사회적, 환경적으로 아직 많은 장애 요인이 존재한다. 따라서, 본 논문에서는 BIPV 산업 생태계 종사자를 대상으로 BIPV 장애 요인을 통계적으로 분석하여, BIPV 보급에 영향을 미치는 우선적인 영향요인을 도출하고 지향하기 위한 정책적 전략을 제시하는 것을 목적으로 연구하였다. 본 연구는 기술혁신체제(TIS, Technology Innovation System) 구성요소를 기반으로 어떤 시스템 문제들이 BIPV 기술혁신시스템의 발전을 제약하는지 확인하였다. TIS의 구성요소는 행위자, 제도, 네트워크이고, 행위자 중 BIPV 기술의 사업화에 가장 관심도가 높은 공급자(기업)를 대상으로 BIPV 시스템 보급에 장애가 되는 요인을 도출하고 극복 방안을 제안하였다. 먼저 실물형 현장 실증 및 선행연구를 통해 영향인자를 도출한 후, 시스템 설치에 영향을 미치는 정책적 요인, 기술적 요인, 사회·환경적 요인을 그룹화하여 예비평가항목을 도출하였다. 예비평가항목 중에서 BIPV 보급에 장애가 되는 영향요인을 확인하기 위하여 우선순위 조사 및 리커트척도를 이용한 설문 조사 결과를 기반으로 요인분석을 실시하였다. 또한, 상관관계 분석, 구조모형 분석, 전문가 심층면담을 통해 정부 정책이 BIPV 시스템 설치로 이어지는 과정에서 기술과 시장의 매개효과를 측정하고 개선방안을 제시하였다. 즉, 공급자 입장에서 기업의 BIPV 시스템 보급에 장애가 되는 요인을 도출하고 극복 방안을 제안하였다. 설문조사 및 요인분석을 통해 도출한 22개 요인에 대해 상관관계 분석을 한 결과 시장환경(사회·환경적 요인), 정책환경(정책적 요인), 제조환경(기술적 요인) 순으로 시스템 설치(시스템 보급)에 유의미한 상관관계가 나타났고, 정책환경은 제조환경에 유의미한 영향을 미치지만 제조환경은 시스템 설치에 직접적인 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다. 또한, 독립변수는 정책환경, 종속변수는 시스템 설치, 매개변수는 시장환경과 제조환경으로 구조모형을 설정하고 가설을 검증한 결과 정책환경은 제조환경과 시장환경에 영향을 미치고, 제조환경은 시스템 설치에 유의한 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었고, 정책환경은 시장환경을 매개하여 시스템 설치에 유의한 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 이는 정책환경(법·규제, 보조금)의 지원 없이 BIPV 보급 확산이 어려우며, 제조환경 요인인 BIPV 모듈의 성능 증대보다 시장환경 개선 정책이 보급량 증대에 직접적인 영향을 미치는 것으로 해석된다. 또한, 설문조사에 사용된 각 요인에 대하여 BIPV 제조사, 시공사, 설계사에 종사 중인 전문가와의 심층 면담을 통해 설문조사 결과가 전문가의 의견과 수렴하는 것을 확인하였다. 리커트조사 결과로는 얻을 수 없는 심도 깊은 질의 응답을 통해 시스템 설치(보급)에 영향을 미치는 기술적, 정책적, 사회·환경적 요인에 대해 서술하였다. 본 연구를 통해 도출한 영향요인에 대해 2022년 10월 발표한 정부의 BIPV 보급 활성화 방안과 매칭한 결과, 전체 영향요인에 대한 개선 방안을 추진 과제로 제시하고 있으므로, 대부분의 BIPV에 장애가 되는 요인에 대해 정부가 인지하고 있는 것을 확인하였다. 본 논문의 연구 결과, 영향요인 중 1) 개정된 건축법(내화성능) 요인, 2) BIPV로 인정받는 절차 요인, 3) 신·재생에너지 보급지원사업 보조금 지원 요인이 우선적으로 개선되어야 하는 것으로 분석되었다.

The Analysis of Policy Implementation in China’s Energy Transition : The Case of Clean Heating Transition

Lee, Eun Ju 고려대학교 그린스쿨대학원 2023 국내박사

양자 간 거버넌스를 적용한 도서 지역 MG 사업모델의 경제적, 사회적 편익에 관한 연구 : 수요자의 태양광 에너지 공동체를 중심으로

이상희 고려대학교 에너지환경대학원(그린스쿨) 2022 국내석사

The purpose of this study is to develop a business model that efficiently converts diesel power generation systems to renewable energy microgrids (MG) in large-scale islands. Most of the previous studies on the conversion of renewable energy MG in islands had limitations dealing with efficiency from the perspective of suppliers. However, the microgrid has the characteristic of getting benefits through the interaction between the consumer and the supplier. In addition, the efficient MG business model from the perspective of new institutional economics is a structure with bilateral governance in which consumers and suppliers jointly participate. Therefore, this study assumed that the MG business model in which the supplier’s MG and the consumer’s community solar participated would benefit all participants, and verified the assumptions using domestic island data. In terms of supplier investment, the cost of power supply (LCOE) of assumed model was calculated to be 14.0% lower than that of the diesel model and 3.7% lower than that of the supplier-only MG model. From the perspective of consumer investment, electricity bills are expected to be reduced by more than 200,000 won per household per year through self-generation of solar power. Social benefits are expected to reduce external environmental costs. The CO2 emissions of the assumed model were calculated to be 39.5% lower than the diesel model and 1.5% lower than the supplier-only MG model. Therefore, the MG business model with consumer participation proposed in this study is expected to be an efficient alternative to renewable energy MG conversion in domestic islands, and is meaningful as an energy plan that improves the benefits of local residents. 도서 지역의 전력설비 건설과 에너지 공급은 매우 복잡한 문제이다. 내륙과 연결되지 않은 지리적 여건과 기술적 타당성을 고려하여 현대 생활의 필수재인 전기를 도서 지역 주민이 안정적으로 사용할 수 있도록 에너지를 공급해야 하기 때문이다. 이때 직면한 가장 큰 문제는 내륙지역과 떨어진 도서 지역을 연결하는 전력설비 건설에 필요한 매우 높은 비용이다. 이 비용 문제로 인하여 대부분의 도서 지역은 육지 연계 전력설비 건설보다 상대적으로 초기 투자비용이 낮은 중유 기반 디젤발전기를 해당 도서에 설치하고 전력을 공급하여 많은 오염물질을 배출하며 환경에 악영향을 끼치고 있다. 최근에는 전 세계적으로 많은 연구에서 위와 같은 경제적, 환경적 문제를 해결하기 태양광, 풍력 발전 등 재생에너지의 효율 향상과 친환경성을 활용하고 안정성, 지속가능성, 자립성, 비용 절감 등을 고려하여 재생에너지 마이크로그리드(MG) 시스템을 도서 지역 디젤발전 시스템의 대안으로 검토하고 있다. 한국 정부도 경제·사회의 과감한 녹색전환을 이루기 위해 탄소 중립(Net-Zero) 사회를 지향점으로 2020년 그린뉴딜 계획을 수립하고 3대 분야 8개 과제를 추진한다. 이 그린뉴딜 계획 중 “저탄소·분산형 에너지 확산 분야의 에너지관리 효율화, 지능형 스마트 그리드 구축 과제”의 하나로 앞서 언급한 도서 지역 디젤엔진 발전기의 환경오염 물질 배출량 감축을 위해 전국 42개 도서 지역에 친환경 발전시스템 구축 및 재생에너지 마이크로그리드 도입을 계획하고 있다. 그러나 현재 소규모 도서 지역은 신재생에너지 보급 지원 사업 추진에 따라 재생에너지 설비 비중이 높은 것과 달리 대규모 도서의 재생에너지 설비 비중은 매우 낮은 편이다. 대규모 도서는 재생에너지 MG 시스템 전환에 많은 초기 투자비가 소요되어 추진에 어려움이 있기 때문이다. 따라서 대규모 도서에 대해 경제적인 MG 전환 방안 마련이 필요하다. 본 연구의 목적은 상기 문제 해결을 위해 국내 대규모 도서 지역 전력 공급 디젤발전 시스템을 재생에너지 MG로 효율적 전환하는 사업모델을 개발하는 것이다. 이와 관련하여 도서 지역 재생에너지 MG 전환에 관한 선행연구 조사결과 대부분 공급자 관점의 효율성을 다루는 한계가 있었다. 반면 마이크로그리드의 이론적 배경을 보면 기술적으로 수요자와 공급자가 상호작용(Interaction)을 통해 경제적, 환경적, 기술적 이점을 얻을 수 있다. 수요자는 자가발전 시스템 또는 중앙전력망으로부터 경제적으로 전기를 얻을 수 있고, 전력망 운영자(DSO)는 분산 에너지원과 수요관리 계획을 활용한 최대부하 대응으로 에너지 공급과 사용의 효율성을 높일 수 있으며 이로 인해 온실가스 배출 저감이 가능하다. 그리고 발전사업자는 MG 또는 중앙전력망에 전력을 공급함으로써 경제적 편익을 얻을 수 있다. 신제도경제학(New Institutional Economics) 관점에서 본 MG는 과거 공급자 중심의 단독 사업자가 독점 자산과 거버넌스를 갖고 있었던 것과 달리, 수요자인 주민 또는 제3자의 분산전원이 전력사업에 참여하는 새로운 형태의 에너지 인프라이다. 즉, 특정 지역에만 전력을 공급하는 특수한(Idiosyncratic) 자산으로써 발전 자산, 배전망 자산, MG 제어권 등 다양한 재산권이 존재하며 이 재산권 또한 공급자(유틸리티)를 포함한 다수의 참여자가 소유할 수 있다. 이처럼 분산전원이 전력사업에 참여하는 에너지 인프라인 마이크로그리드에 적합한 사업모델과 효율적 거버넌스는 거래비용 이론(Transaction cost economics)에 따르면 수요자와 공급자가 공동 참여하는 사업모델이며, 참여자 상호 간 협력하는 거버넌스(Governance) 설계와 거래를 보호하는 제도(Institution)적 보완을 통해 거래비용이 절감될 수 있고 이는 거래의 효율(Efficiency) 향상으로 이어진다. 위 이론을 근거로 국내 도서 지역에 수요자와 공급자 공동 참여 MG 사업모델과 양자 간 거버넌스(Bilateral governance)를 적용하고 양자가 거래에 있어 협력적인 계약(Relational contracting) 관계라면 재생에너지 MG의 효율적 대안이 될 수 있을 것으로 예상된다. 이와 관련하여 수요자 및 공급자 양자 간 재생에너지 거래에 대해 협력적 계약 관계가 가능한 국내 제도 검토 결과 도서 지역 전력공급과 수요자 분산 에너지원 설치 정부 보조금 지원정책, 자가발전 재생에너지 전기요금 상계거래 제도가 거래를 뒷받침하고 있다. 이에 본 연구는 공공 유틸리티가 주도하고 수요자 태양광 에너지 공동체가 참여하는 도서 지역 MG 사업모델이 효율적이며 참여자에게 모두 편익이 있을 것이라고 가정하였다. 가설 검증을 위해 국내 도서 지역인 조도면의 관련 데이터를 수집하고 HOMER, SAM Tool을 활용하여 가정 MG 사업모델의 수요자 PV 참여 개발방식 추진과 MG 시스템의 기술적 실현 가능성을 검증하였다. 또한, 참여자 투자자본 관점에서 경제적 편익, 사회환경적 편익을 분석하였다. 가설 검증결과 최적화된 수요자 참여 MG 에너지 모델을 구성하는 PV 규모를 해당 도서 지역 수요자의 가구 수와 전력사용량 고려 시 참여 예상 주택용 PV 설비용량이 충족하여 수요자 PV 참여 MG 개발방식 추진이 가능하다. MG 에너지 시스템은 해당 도서의 총 전력수요에 부족 없이 대응하여 기술적 실현 가능성도 있는 것으로 분석되었다. 그리고 수요자 참여 MG 사업모델에 참여한 수요자와 공급자 모두 경제적, 사회적 편익이 있을 것으로 예상된다. 가정 사업모델의 경제적 편익은 공급자 투자 관점에서 전력공급원가(LCOE)가 디젤 모델보다 14.0% 낮고, 공급자(정부보조금) 단독 MG 모델보다 3.7% 낮게 산출되어 전력공급비용 절감이 예상된다. 수요자(주민) 투자 관점에서는 태양광 자가발전으로 1가구당 연 20만 원 이상 전기요금 절감이 예상된다. 사회적 편익은 가정 사업모델의 CO2 배출량이 디젤 모델보다 39.5% 낮고, 공급자 단독 RE-MG 모델보다 1.5% 낮게 산출되어 외부환경비용 절감이 가능하다. 더하여 본 연구에서 제안한 수요자 참여 지역 에너지 프로젝트 개발 프레임워크는 사회적 의사결정에 대중의 선호도와 가치를 포함함으로써 “사회적으로 좀더 강건한”결정을 내릴 수 있는 이점이 있을 것이다. 그러므로 본 연구에서 제안한 수요자 참여 MG 사업모델은 국내 도서 지역 재생에너지 MG 전환의 효율적 대안이 될 수 있을 것으로 기대되고, 지역 주민의 편익을 개선하는 수요자 중심의 에너지 계획으로 의미가 있다.

연료전지시스템 경제성 사례분석에 의한 에너지기술개발 투자예산 산정 모델 연구

안종득 고려대학교 그린스쿨대학원 2022 국내박사

본 연구는 국가연구개발사업으로 추진되는 에너지기술개발 투자 예산의 산정 방법론을 제시하는 데 목적이 있다. 연구 진행은 사례연구(case study) 방식으로 에너지시스템 구성과 연구 조건을 설계하고 분석모형을 적용하여 연구 결과를 분석, 검증하는 과정으로 전개하였다. 사례연구를 위한 에너지시스템은 전기 및 열 병합 시스템으로 활용 가능한 고온형 고분자연료전지(HT-PEMFC) 기반의 삼중열병합시스템을 대표 사례로 고려하였다. 그리고, 해당 시스템을 정부 R&D 과제의 개발품으로 가정하여, 수요처로서 데이터센터에 적용되는 구조로 구성하였다. 여기서, 에너지시스템과 데이터센터는 연구 CASE 조건을 바꿔가며 실험할 수 있는 테스트베드(test bed) 역할을 한다. 연구 조건 설계는 R&D 수행 이전과 R&D 수행 이후의 기술개선 효과를 비교하기 위하여, R&D 수행 이전의 현재 기술 수준을 “Reference 조건”으로 설정하고, R&D 수행에 따른 연구 조건을 사례연구의 CASE 조건으로 설정하였다. 그리고, 각 CASE의 구체적인 조건과 기술개선 목표는 연료전지 분야의 연구 동향을 고려하여 R&D 유형을“성능개선, 가격저감 기술개발, 대용량 기준”으로 구분하고 기술개선 변수에 따라 설정하여 총 12개의 CASE를 구성하였다. 분석모형 설계는 에너지시스템의 최적화 설계를 바탕으로 경제성 분석 결과를 도출하기 위하여 “에너지시스템 최적화 모형”과 “경제성 분석 모형”을 연계하여 구성하였다. 분석 모형1에서는 선형계획법을 이용하여 목적함수와 제약조건을 만족하면서 수요처(즉, 데이터센터)에 도입되는 에너지시스템의 최적화 결과를 도출하는 모형을 설계하였다. 그리고, 분석 모형2에서는 경제성 분석 모형을 설계하였다. 국가연구개발사업 예비타당성 조사에서 경제적 타당성 평가는 기본적으로 비용-편익 분석기법(Cost-Benefit Analysis)을 이용한다. 이를 감안하여 본 연구에서는 비용-편익분석을 활용하여 에너지시스템의 기술개선을 위한 R&D 과정에서 요구되는 비용 즉, 고정투자비, 유지보수비, 연료비 등을 추정하고, 기술개선에 따른 경제적 효과는 시스템이 적용되어 운전되는 기간의 편익을 현재가치로 추정하는 방법으로 설계하였다. 이러한 연구 과정을 통하여 R&D 투자비용으로서 지출할 수 있는 최대 R&D 투입 금액을 의미하는 “허용R&D투자규모”와 R&D투자로 발생하는 직접적인 기술개선 효과를 의미하는 “투자효과”를 산정하였고, 이를 토대로 에너지기술개발 투자예산 산정 방법론과 정책적 함의를 다음과 같이 제시하였다. 첫째, 기술개선을 주제로 하는 R&D 과제의 직접적인 기술개선 효과는 실험환경의 설계와 기준조건과의 비교 분석의 방법으로 측정할 수 있다. 여기서, 기술개선 R&D 결과물을 측정할 수 있는 실험 환경(test bed)을 설계한다. 그리고, 기준조건과의 비교 분석을 위한 『기준조건(Reference)-CASE 간 비교 분석』의 방법으로 기술개선 R&D의 직접적인 기술개선 효과를 측정한다. 둘째, 본 연구에서 제시한 “허용R&D투자규모”는 R&D 투자 전과 투자 후의 누적 NPV 차이값으로 정의하여 산출한다. 여기서, 비용편익분석 기법을 활용하여 제시한 “허용R&D투자규모”의 산정 방법은 기술개선을 목적으로 하는 신규 R&D 과제에서 R&D 수행으로 발생하는 직접적인 기술개선 효과를 편익으로 산출하는 방법으로서 신규 R&D 과제의 투자 예산 산정의 기준(guideline)으로 활용할 수 있다. 셋째, 본 연구에서 제시한 투자예산 10억원당 “투자효과”는 비교 대상이 되는 R&D 후보 과제 간에 균등한 투자비용을 기준으로 투자효과를 산출함으로서 경제성 관점에서 투자우선 순위를 결정하는 방법론이 된다. “허용R&D투자규모”와 R&D 투자 전과 후의 내부수익률(IRR) 최대 차이 값을 이용하여 투자예산 10억원당 내부수익률(IRR)의 증가분으로 산출한다. 본 연구의 결과로서 제시한 “허용R&D투자규모”와 “투자효과”산정 방법은 에너지기술개발사업에서 경제성 관점에서 사업 당위성과 투자예산을 산정하는 방법론으로서 활용될 수 있을 것이다.

스트레처블 태양광발전시스템 분야 특허기반 기술경쟁력 연구

유소진 고려대학교 그린스쿨대학원 2021 국내석사

올해 2021년은 파리협정의 이행이 시작되는 첫 해로, 기후환경 분야에서 중요한 해에 해당한다. 지난 5월 30일과 31일에는 서울에서 제2차 P4G 정상회의가 진행되어, 기후변화 대응과 지속가능발전목표의 달성을 가속화하기 위한 논의가 이루어졌으며, 12개 중견국가와 국제기구, 기업들의 참여가 있었다. 세계적인 코로나 팬데믹 사태를 겪으면서 국제적인 연대와 협력의 중요성이 강조되는 분위기가 형성되었고 미국의 파리기후변화협약 재가입까지 성사되면서, 올해는 기후변화에 대한 국제적인 결속이 더욱 공고해질 것으로 기대되고 있다. 작년 2020년에는 한국판 그린뉴딜 정책이 발표되었는데, 앞으로의 위드 코로나 및 포스트 코로나 시대를 맞이하는 방안이 될 것으로 기대를 모으고 있다. 한국판 그린뉴딜 정책은 ‘도시·공간·생활 인프라 녹색전환’, ‘저탄소 분산형 에너지확산’, ‘녹색산업혁신 생태계 구축’에 대해 2025년까지 투자와 지원이 이루어질 예정이다. 특히, 저탄소 분산형 에너지확산 정책은 지속가능한 신재생에너지를 사회에 확산시키기 위하여 에너지관리 효율화 지능형 스마트 그리드 구축, 신재생에너지 확산기반 구축 및 공정한 전환 지원, 전기차·수소차 등 그린 모빌리티 보급 확대라는 주요 과제들이 진행될 것이다. 여기에는 2025년까지 총 사업비 35조 8천억 원 투자가 계획되어 있고 일자리 20만 9천 개 창출이 기대된다. 특히, 한국판 그린뉴딜 정책에서 신재생에너지의 확산 지원은 관련 기술을 연구하고 기획하는 연구기관이나 기업, 대학에 큰 기회가 될 것으로 기대된다. 2010년대 중반부터 2010년대 후반까지 세계를 관통하는 이슈는 ‘4차 산업혁명’이었다. 4차 산업혁명과 관련된 사물인터넷, 빅데이터 및 인공지능 기술이 급격히 발전하면서 시장은 모바일폰, 테블릿PC, 전자시계 및 드론 등 전자제품의 소형화와 휴대성을 요구하고 있다. 이러한 현상은 2020년 코로나로 인한 팬데믹 사태를 겪으면서 더욱 가속되었고, 관련 시장과 산업이 크게 성장하게 이끌었다. 이는 전기에너지를 생산하고 저장하는 기존의 이차전지 분야뿐만 아니라 신재생에너지를 이용한 전지 분야에도 영향을 미쳤다. 특히, 신재생에너지 중 태양광발전시스템(solar photovoltaic cells)은 얇고 가볍게 제작할 수 있어 현 시대에 요구되는 다양한 제품에 적용할 수 있다. 태양광발전시스템은 태양전지를 통해서 태양에너지를 바로 전기에너지로 변환하는 구조이고, 다른 신재생에너지 기술과 달리 간단한 구성이 가능하다. 또한, 1세대 결정질 실리콘, 2세대 박막 화합물, 3세대 연료감응형 및 유기물, 4세대 퀀텀닷 및 페로브스카이트 기술까지 꾸준히 기술개발이 진행되고 있다. 최근에는 유연성만 포함한 플렉서블 기술을 넘어서, 신축성까지 포함한 스트레처블 기술이 주목을 받고 있다. 스트레처블 기술은 태양광발전시스템 분야 보다 디스플레이 분야에서 먼저 대두되었다. 디스플레이는 휴대할 수 있는 대형 화면을 추구하기 때문에 일찍부터 롤러블(Rollable)이나 스트레처블(Stretchable) 디스플레이에 대한 요구가 있었고, 이는 연구개발과 특허출원으로 이어졌다. [그림.Ⅰ-1]과 같이 한국특허청 보도자료에 따르면, 국내 스트레처블 디스플레이관련 특허가 2010년대 중반과 후반에 크게 증가한 것을 확인할 수 있다.(한국특허청 보도자료, 2019) 이러한 국내 스트레처블 디스플레이 기술은 세계를 선도하고 있다. 그럼에도 불구하고 태양광발전시스템 분야에서는 스트레처블 기술에 대한 동향 자료조차 부족한 실정이다. 이에, 스트레처블 태양광발전시스템과 관련된 특허기술을 조사하고 이를 기반으로 기술경쟁력을 분석하는 연구를 계획하게 되었다. 스트레처블 태양광발전시스템과 관련된 특허기술 기반 주요국가별 기술경쟁력을 분석하고 기초 기술동향자료를 제공함으로써, 스트레처블 태양광발전시스템 기술의 발전과 활용 방안을 제시하고자 한다.

Analysis of Cooking Fuels Choice : Unlocking Cooking Energy Transition for Net Zero Emission in Nepal

Prem Kumar Pokhrel 고려대학교 에너지환경대학원(그린스쿨) 2024 국내박사

The energy sector of Nepal is dominated by traditional sources covering over 65% of total energy supply in 2021/22. Residential sector is the largest consumer of energy that accounts about 60% of total energy consumption in Nepal. The traditional energy like fuelwood, agriculture residue and cow dung cake have still large share for cooking. Firewood alone has been used by 51% of households as primary cooking energy sources while LPG is another cooking fuels preferred by 44.3% of households in 2021. The traditional sources of fuels for cooking have multiple impacts in environment with pressure on forest resources while household air pollution is yet another adverse impacts that people are facing. Due to the household air pollution, mostly women and children have been suffered since the major role of household chores belongs to the women in Nepal. The greenhouse gas emission is further exacerbated by the traditional cooking system. Nepal relies solely on India for importing fossil fuels. Though use of LPG is considered a comparatively clean fuels for cooking and advocated as major fuels for energy transition in other countries, Nepal has facing multiple impacts due to increase in the consumption of this fuel. It has huge impacts in country’s economy and the energy security of the country. About 30% of GDP is being spent for just importing fossil fuels. Also, the turmoil in geopolitics has time and again impacted in regular supply of fuels impacting the country’s economy in the past. On the other hand, Nepal has abundance of hydropower resources estimated over 100 GW. However just about 3% of the total potential is harnessed so far. So, Nepal has huge potential in transition of cooking energy using hydro-electricity and hence fostering national economy, saving environment and enhancing energy security. Nepal has also planned to reach the emissions to Net Zero by 2045. In this context, this research has been conducted to identify the socio-economic determinants that affects the cooking fuels choice considering the energy ladder concepts and energy transition analysis using bottom-up approach. For the analysis of the determinants for choosing different cooking fuels (Chapter-2 of this dissertation), a secondary micro-data of “Annual Household Survey 2016/17” is considered which was conducted by National Statistics Office of Nepal. This is the latest available micro-data for representative survey in Nepal. Three outcome variables (Traditional, Commercial, Renewable) and 46 explanatory variables are considered based on the literatures and availability of data for the assessment. The multinomial logit model is applied for the analysis using STATA. From the analysis, it implies that income of the households is a major variable that affects the model estimate and plays significant role in energy transition. Similarly, other variables such as garbage disposal methods, material for households’ roof, access to ICTs, access to toilets are important variables that are sensitive to model fit and are associated with choosing commercial fuels. Further, the housing and associated facilities plays important role followed by the education of spouse and household head. Out of the new variables considered for the analysis, modern garbage disposal systems, sources for drinking water, sanitation systems for waste water, education of spouse of household’s head are important variables that impact the model fit and are significantly associated with the choosing of commercial fuels in context of Nepal. Further to understand the cooking energy demand and sufficiency of the electricity supply for net zero emission, energy transition analysis (Chapter-3 of this dissertation) is done using Low Emission Analysis Platform (LEAP) considering business as usual (BAU) scenario and Net Zero Emission (NZE) scenario. From the analysis, it has been identified that the additional electricity demand for e-cooking transition can easily be supplied by the electricity generation in BAU scenario. Also, there will be significant economic and environmental benefits from this transition. For the energy transition, the policy analysis (Chapter-4 of the dissertation) has also been done to analyze the available policy options, barriers for the implementation and the policy implications of the research for the policy makers. The policy maker has to consider the socio-economic determinants that affect the cooking fuel choice while planning and appropriately allocate budget for research and development to this end. The empowerment of women by creating awareness on benefits of e-cooking from financial and environmental perspective will play an important role while linking with income generation activities and addressing the different segments of people by special programs for energy transition. However, based on the outcome for different determinants, policy makers can target to those households and areas with positive log odds along with the good progress for fast adoption of the e-cooking. Considering the analysis, the dissertation concluded (Chapter-5) that the transition of traditional sources and LPG to e-cooking in Nepal has to be considered seriously. However, the adoption rate for electric cooking is not as expected in those policies. So, considering the determinants for cooking fuel choice and the demand analysis, different strategies can be adopted by policy makers for fast adoption of e-cooking in Nepal that will become win-win for the users as well as for government. For this, government of Nepal has to think and plan them holistically integrating the income generation activities and expansion of household facilities which increases the log odds for choosing commercial fuels. The innovative financing such as carbon and climate financing can be mobilized to attract private sector in-line with enhancing the supply chain for the innovative technologies. However, the dissertation also recommended to conduct the analysis time to time using recent datasets while preparing and revising policies like NDC in coming days. Also, a technical analysis of peak demand and electricity surplus can help further molding the policy options. It is also expected that the research will also add value in the global literatures by validating the previously conducted research worldwide supporting the energy ladder principles and the result for the new variables assessed could be interesting for other researchers to validate them in respective context. 네팔의 에너지 부문은 2021/22 년 총 에너지 공급의 65% 이상을 차지하는 전통적인 에너지원에 의해 지배되고 있다. 주거 부문은 네팔 전체 에너지 소비의 약 60%를 차지하는 가장 큰 에너지 소비원이며, 장작, 농업 부산물, 가축의 분뇨와 같은 전통적인 에너지는 여전히 취사용으로 큰 비중을 차지하고 있다. 장작만 해도 51%의 가구가 주요 조리 에너지원으로 사용하고 있으며, LPG는 2021년 44.3%의 가구가 선호하는 또 다른 에너지원이다. 전통적인 취사용 연료는 산림 자원에 대한 압박과 함께 환경에 여러 가지 영향을 미치고 있으며, 가정 대기 오염은 사람들이 직면하고 있는 큰 문제이다. 특히 네팔에서는 가사의 주요 역할이 여성에게 있기 때문에 가정 내 대기 오염으로 인해 대부분 여성과 어린이들이 피해를 입으며 온실가스 배출은 전통적인 조리 시스템으로 인해 더욱 악화되고 있다. 네팔의 화석연료는 대부분 인도로부터 수입한다. LPG는 비교적 깨끗한 취사용 연료로 간주되어 다른 나라에서는 에너지 전환의 주요 연료로 옹호되고 있지만, 네팔은 이 연료의 소비 증가로 인해 많은 영향을 받고 있고 특히, GDP의 약 30%가 화석연료 수입에만 지출되고 있어 국가 경제와 에너지 안보에 큰 영향을 미치고 있다. 또한 네팔은 100GW 이상으로 추정되는 풍부한 수력 자원을 보유하고 있으나 현재는 약 3%만 활용되고 있다. 따라서 네팔은 수력발전을 활용한 취사용 에너지 전환을 통해 국가 경제를 육성하고 환경을 보호하며 에너지 안보를 강화할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있을 것으로 추정된다. 네팔은 또한 2045년까지 순배출량 제로를 달성할 계획을 세운 가운데 본 연구는 Energy ladder concept과 상향식 접근법을 활용한 에너지 전환 분석을 통해 취사 연료 선택에 영향을 미치는 사회경제적 결정 요인을 파악한다. 다양한 취사 연료 선택의 결정 요인 분석(본 논문의 2장)을 위해 네팔 통계청에서 실시한 '2016/17 연간 가구 조사'의 2차 마이크로 데이터를 고려했다. 이는 네팔을 대표할 수 있는 가장 최신의 마이크로 데이터이다. 평가를 위한 문헌과 데이터의 가용성에 따라 세 가지 결과 변수(전통, 상업, 재생)와 46개의 설명 변수를 고려했다. 분석에는STAT를 적용하여 다항식 Logit 모델을 통해 분석한다. 분석 결과, 가구의 소득이 모델 추정치에 영향을 미치는 주요 변수이며 에너지 전환에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 마찬가지로 쓰레기 처리 방법, 가구의 지붕 재료, ICT 접근성, 화장실 접근성과 같은 다른 변수는 모델 적합성에 민감하고 상업용 연료 선택과 관련된 중요한 변수로 나왔으며 주택 및 관련 시설이 중요한 역할을 하며, 배우자 및 가구주의 교육 수준이 그 뒤를 잇는다. 분석을 위해 고려된 새로운 변수 중 현대식 쓰레기 처리 시스템, 식수 공급원, 폐수 위생 시스템, 가구주 배우자 교육은 모델 적합성에 영향을 미치는 중요한 변수이며 네팔의 맥락에서 상업용 연료 선택과 유의미한 연관성이 있는 것으로 나타났다. 넷제로를 위한 조리 에너지 수요와 전력 공급의 충분성을 파악하기 위하여 에너지 전환 분석(본 논문의 3장)은 장기 에너지 대안 계획(LEAP)을 활용하여 BAU(Business as usual) 시나리오와 NZE(Net Zero Emission) 시나리오를 고려하여 수행하였다. 분석 결과, 전자 조리(e-cooking) 전환에 따른 추가 전력 수요는 BAU 시나리오의 발전량으로 충분히 공급할 수 있는 것으로 확인되었습니다. 또한 이러한 전환을 통해 경제적, 환경적으로도 상당한 이득이 있을 것으로 예상된다. 에너지 전환을 위한 정책 분석(논문의 4장)에서는 정책 결정자를 위한 가용 정책 옵션, 이행 장벽, 정책적 시사점 등을 분석했다. 정책 입안자는 취사 연료 선택에 영향을 미치는 사회경제적 결정 요인을 고려하고 이를 위해 연구 개발 예산을 적절히 배분해야 한다. 경제적, 환경적 측면에서 전자조리의 이점에 대한 인식을 제고하여 여성의 역량을 강화하는 동시에 소득 창출 활동과 연계하고 에너지 전환을 위한 특별 프로그램을 통해 다양한 계층의 사람들을 대상으로 하는 것이 중요한 역할을 할 것이다. 그러나 다양한 결정 요인에 대한 결과를 바탕으로 정책 입안자들은 e-cooking 의 빠른 채택을 위해 좋은 진전과 함께 긍정적인 로그 확률을 가진 가구와 지역을 목표로 삼을 수 있을 것이다. 분석 결과를 고려할 때, 해당 논문은 네팔에서 전통 연료와 LPG를 전기 요리로 전환하는 것을 진지하게 고려해야 한다고 결론지었다(5장). 그러나 전기 취사의 채택률은 이러한 정책에서 기대한 만큼 높지 않다. 따라서 요리 연료 선택의 결정 요인과 수요 분석을 고려할 때 정책 입안자들은 네팔에서 전자 조리의 빠른 채택을 위해 다양한 전략을 채택하여 사용자와 정부 모두에게 이득이 될 수 있다. 이를 위해 네팔 정부는 상업용 연료를 선택할 확률을 높이는 소득 창출 활동과 가정 시설 확충을 통합적으로 생각하고 계획해야 한다. 탄소 및 기후 금융과 같은 혁신적인 금융을 동원하여 혁신 기술의 공급망을 강화하는 동시에 민간 부문을 유치할 수 있다. 그러나 논문은 향후 NDC와 같은 정책을 준비하고 수정하는 과정에서 최신 데이터 세트를 사용하여 수시로 분석을 수행 할 것을 권장한다. 또한 피크 수요와 전력 잉여에 대한 기술적 분석은 정책 옵션을 더욱 구체화하는 데 도움이 될 수 있다. 또한 이 연구는 Energy ladder concept을 뒷받침하는 전 세계적으로 수행된 기존 연구를 검증함으로써 글로벌 문헌에 가치를 더할 것으로 기대되며, 평가된 새로운 변수에 대한 결과는 다른 연구자들이 각각의 맥락에서 이를 검증하는 데 흥미로울 수 있다.

한국 RE100 제도의 정책 틀과 RPS 제도의 연계성 분석

양원창 고려대학교 그린스쿨대학원 2023 국내박사

한국 RE100 제도는 RPS 제도와 연계됨에 따라 글로벌 RE100 캠페인보다 복잡한 구조를 가지게 되었다. 기업들의 자발적인 재생에너지 이용을 통해 온실가스를 감축한다는 목적 외에 기업들의 경쟁력 약화를 방지하기 위해 기업들의 재생에너지 이용비용을 최소화해야 한다는 목적이 추가되었기 때문이다. 이행수단도 PPA, REC 구매와 함께 녹색프리미엄이 특별히 도입되었다. 한국은 2021년도에 글로벌 RE100 캠페인을 벤치마킹하면서 녹색요금제 대신 녹색프리미엄을 도입하였다. 한국 RPS 제도는 녹색프리미엄 설계에 큰 영향을 끼쳤다. RPS 제도와 연계된 녹색프리미엄의 도입은 한국 RE100 제도의 운영에도 많은 영향을 미쳤다. 기업들은 재생에너지 조달비용이 가장 낮은 녹색프리미엄을 이용하고 있다. 향후에도 녹색프리미엄을 가장 많이 이용할 것으로 전망된다. 그러나 녹색프리미엄은 온실가스 감축과 관련이 없다는 추가성의 한계를 갖고 있다. 추가성 문제를 보완하기 위하여 한국 RE100 제도는 녹색프리미엄기금을 별도로 도입하였다. 한국 RE100 제도를 종합적으로 이해하기 위해 한국 RE100 제도의 정책 틀인 정책목적 및 이행수단과 RPS 제도의 연계성을 분석한 결과, RPS 제도는 녹색프리미엄과 보완 관계에 있고 녹색프리미엄의 이행비용이 다른 이행수단의 이행비용보다 낮다는 것을 알게 되었다. 산업부문 전체의 전기사용량을 재생에너지로 전환할 경우 녹색프리미엄은 3조 374억원의 이행비용이 발생할 것으로 추정되었다. REC 구매는 6조 5,764억원의 이행비용이 발생하여 녹색프리미엄 보다 3조 5,390억원의 추가 이행비용이 발생하는 것으로 추정되었다. 태양광 PPA의 경우에는 13조 3,757억원∼16조 1,623억원의 추가 이행비용이 발생하는 것으로 추정되었다. 녹색프리미엄 자체는 재생에너지 공급 및 온실가스 감축과 직접 연계되어 있지 않다는 한계가 있다. 한국 RE100 제도는 녹색프리미엄 낙찰 수입으로 녹색프리미엄기금을 조성하고 조성된 기금을 재생에너지 공급에 투자함으로써 녹색프리미엄이 재생에너지 공급 및 온실가스 감축에 간접적으로 기여할 수 있도록 녹색프리미엄의 한계를 보완하였다. 녹색프리미엄으로 조성된 기금을 재생에너지 공급에 활용할 경우에는 PPA를 통한 재생에너지 공급의 약 30.7% 정도를 공급할 수 있는 것으로 분석되었다. 한국 RE100 제도는 글로벌 기업들의 RE100 요구에 경제적으로 대응할 수 있는 시스템으로 평가된다. 그러나 한국 RE100 제도가 녹색프리미엄 위주로 운영되어, 기업의 참여가 활성화될수록 녹색프리미엄이 그린 워싱(green washing)이라는 비판을 받을 가능성도 커질 것이다. ESG 경영이 강조됨에 따라 기업들이 그린 워싱의 비판을 받을 수 있는 녹색프리미엄을 통해 재생에너지를 조달하는 데에는 일정한 한계가 있을 것이다. 녹색프리미엄은 온실가스 감축량과 관련이 있는 EU의 탄소국경조정제도에 대응하는 데에도 한계가 있을 것이다. 이 경우에 기업들은 녹색프리미엄을 이용하는 것보다 PPA 등을 활용하는 것이 더 유리할 것이다. 정부는 한국 RE100 제도의 활성화를 위해 녹색프리미엄의 신뢰성을 강력히 유지할 필요가 있다. 녹색프리미엄의 이행비용이 낮은 수준으로 유지될 수 있도록 녹색프리미엄의 물량을 충분히 공급해야 하고 녹색프리미엄기금을 이용한 재생에너지 공급 약속을 충실히 지켜야 한다. 한국 RE100 제도의 이용실적이 글로벌 기업들에게 충분히 인정받을 수 있도록 기업의 재생에너지 이용 검증시스템도 구축해야 한다. 기업들이 PPA를 이용할 수 있도록 정책적 지원도 강화할 필요가 있다. 녹색프리미엄이 그린 워싱이라는 비판을 받아 갑자기 중단·축소되거나 다른 나라보다 상대적으로 높은 재생에너지 생산비용이 여전히 문제가 된다면 재생에너지 뿐만 아니라 원자력 발전, 수소 등 온실가스 감축에 효과가 있는 청정에너지를 포괄적으로 이용하는 방향(CE100)으로 정책을 확대하는 것도 고려할 필요가 있다. 핵심어: 한국 RE100 제도, 글로벌 RE100 캠페인, 재생에너지, 녹색프리미엄, REC 거래, PPA, 신재생에너지의무공급제도(RPS), 녹색프리미엄기금, CE100

에너지복지 정책의 친환경성 제고를 위한 국민 수용성 연구 : 저소득층에너지효율개선사업을 중심으로

김영남 고려대학교 에너지환경대학원(그린스쿨) 2022 국내석사

정부는 제3차 에너지기본계획의 에너지복지 질적제고를 위해 에너지효율개선사업을 확대할 경우, 사업에 사용되는 국민 세금에 대한 조세 저항을 마주할 가능성이 있다. 따라서 원활한 정책 시행을 위해 국민 수용성을 분석하는 것이 중요하다. 이에 본 연구는 제3차 에너지기본계획의 에너지복지 질적제고를 위한 국가 재정 지원의 국민 수용성을 분석하고자 한다. 본 연구는 에너지효율개선사업을 통한 에너지빈곤층 대상 정부지원 프로그램 추진을 위해, 추가로 지불할 의향이 있는 세금 수준을 조건부가치측정법으로 분석하였다. 분석 결과, 응답자의 WTP(평균, 중위)는 각각 4,428원과 3,048원으로 추정되었다. 이 결과는 편익분석 측면에서 사업의 환경적·사회적 가치로 환산되며, 에너지복지 정책의 질적제고 총 편익을 나타낸다.

바이오가스 기반 수소 융복합 사업의 활성화 방안

이승철 고려대학교 에너지환경대학원(그린스쿨) 2024 국내석사

무분별한 화석연료의 사용으로 인한 지구환경변화 및 이상기후 현상은 새로운 청정에너지의 발굴이라는 새로운 숙제를 인류에게 던져주었다. 이에, 세계 각국은 RE100을 비롯한 다양한 협약과 캠페인을 추진하여 재생에너지의 보급 확대를 위한 노력을 경주하고 있다. 이러한 시점에서 수소에너지는 최적의 대안으로 주목을 받았고, 관련기술에 대한 활발한 연구 및 수소에너지의 활용에 대한 다양한 정책과 사업이 추진되고 있다. 특히 유기성 폐기물과 같은 바이오매스를 활용한 바이오가스 기반의 수소 융복합 사업은 청정에너지 확보의 새로운 대안으로 주목받고 있다. 이에 본 논문에서는 바이오가스 기반의 수소 융복합 사업의 성공적인 안착을 위해 다음과 같은 활성화 방안을 도출하였다. 첫째, 신재생에너지원의 도입, 경제성 확보, 수소의 저장 및 운송에 대한 기술력 확보 등 바이오가스 기반의 수소에너지 활용 기술의 개발이 필요하다. 둘째, 바이오가스 기반 수소생산 기술의 경제성을 확보해야 한다. 셋째, 수소에너지의 인프라 구축 및 확대가 필요하다. 넷째, 수소에너지의 생산, 저장, 운송에 대한 안전성 확보 및 관리체계 구축이 필요하다. 다섯째, 지역주민과의 공감대 형성을 통한 수용성 제고가 필요하다. 본 연구의 결과는 바이오가스 기반의 수소 융복합 사업을 기술적·사회적·환경적 측면 등 다각도에서 분석하고 활성화 방안을 제시했다는 점에서 큰 의의가 있으며, 궁극적으로는 국가의 에너지 경쟁력 확보를 위한 기초자료로 이용이 가능할 것으로 사료된다.

무엇이 재생에너지 중심의 에너지전환 경로의 차이를 만드는가? : 독일, 일본, 한국의 다층적 관점 분석

정석윤 고려대학교 에너지환경대학원(그린스쿨) 2024 국내석사

재생에너지 사회로의 전환은 온실가스 배출량 감소, 청정에너지 사용 촉진, 에너지 자립도 증가, 에너지정의 실현 등의 이점을 제공한다. 그러나 다양한 요인이 복잡하게 얽혀 있어 국가별로 에너지 전환 속도에 차이가 존재한다. 이 연구에서는 재생에너지 보급 수준이 다른 세 국가를 비교 분석하여 성공적인 에너지 체제 전환에 기여하는 정책과 요인을 살펴본다. 전환 이론을 분석 프레임워크로 사용하여 행위자 및 사회 집단 네트워크, 물질적 및 기술적 요인, 제도 간의 상호 작용과 에너지 전환을 형성하는 데 있어 이들의 역할을 이해한다. 연구 결과에 따르면 독일은 재생에너지 보급 정책을 적극적으로 추진한 녹색당으로 대표되는 강력한 행위자 및 사회단체 네트워크 덕분에 에너지 전환에서 상당한 진전을 이루었다. 반면, 일본의 에너지 전환은 후쿠시마 원전 사고로 인해 모든 원자력 발전소가 폐쇄되고 이를 대체하는 에너지로 재생에너지가 채택되면서 물질적, 기술적 측면에 의해 주로 추진되었다. 한국은 국가 에너지 기본계획과 녹색성장 정책과 같은 정부 정책의 적극적인 지원을 받고 있지만, 다른 두 국가에 비해 뒤처져 있는 상황이다. 이 연구는 재생에너지 전환과 관련된 다양한 정책 및 요인을 비교 분석함으로써 국가 간 차이를 이해한다. 또한, 레짐을 구성하는 요인(Actors and social group networks, M:material and technical element, R:rules)들의 상호 작용을 통해 이들의 역할을 이해함으로써 에너지전환 연구에 새로운 통찰력을 제공한다. 그리고 독일, 일본, 한국 세 국가의 재생에너지 전환에 영향을 미친 주요 요인들을 분석함으로써 국가별로 다른 전환 경험을 비교하여 에너지 정책 결정에 유용한 정보를 제공하고 지속가능한 에너지 미래를 위한 정책 개발 및 실행에 기여한다.