Technical and economic potential of highly efficient boiler technologies in the Korean industrial sector

Park, Nyun-Bae,Park, Sang Yong,Kim, Jong-Jin,Choi, Dong Gu,Yun, Bo Yeong,Hong, Jong Chul Elsevier 2017 ENERGY Vol.121 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Energy saving potential and carbon dioxide (CO<SUB>2</SUB>) reduction potential of boiler technologies in the Korean industrial sector up to 2035 were analyzed using The Integrated MARKAL-EFOM System (TIMES) model based on bottom-up optimization. Final energy consumption by industrial indirect heating boilers in 2013 accounts for 7% of Korea's industrial energy consumption and 8% of the manufacturing sector's consumption. Energy consumption of industrial indirect heating boilers is expected to increase about 25% in the baseline scenario between 2013 and 2035. Technical potential against the baseline scenario by deploying only the most efficient technologies in new installation demand is 7.9% for energy saving and 20.7% for CO<SUB>2</SUB> reduction by 2035. The most efficient technologies by boiler technology types were gas-fired super boilers. Economic potential against the baseline scenario through market competition between existing and high efficient technologies is 5.6% for energy saving and 6.1% for CO<SUB>2</SUB> reduction by 2035. CO<SUB>2</SUB> reduction potential is higher than energy-saving potential because fuel substitution toward gas was added to the energy-saving effect due to efficiency improvement. Research and development, information disclosure, regulation, and incentives for high-efficiency boiler technologies are necessary to realize technical potential as well as economic potential in industrial indirect heating.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> We analyze technical and economic potential of highly efficient boilers in Korea. </LI> <LI> Energy saving potential is 7.9% technically and 5.6% economically by 2035. </LI> <LI> CO<SUB>2</SUB> reduction potential is 20.7% technically and 6.1% economically by 2035. </LI> <LI> Gas-fired super boiler will be the dominant technology in the mid- to long-term. </LI> </UL> </P>

경기도 공동체 에너지 잠재량 분석 및 정책적 시사점

고재경,권오현 재단법인 경기연구원 2019 GRI 연구논총 Vol.21 No.2

The aim of the study is to analyze Gyeonggi-Do’s community energy potential and to recommend policy suggestions. As a research method, the types of buildings that can be used as community energy were classified, and then the solar photovoltaic capacity of the roof area was calculated reflecting the installation factors by building type. The mini solar PV potential for balconies was also calculated and included. As a result, buildings’ solar power potential is estimated at 2.36 GW, which shows a great potential for achieving the Gyeonggi-Do‘s energy vision goal. The potential is high in apartments, single-family homes and schools in order. However, only about 6.4% of the potential is utilized, and production volume is insignificant. Also, community capacity and policy infrastructure of local governments are weak. In order to realize the potential of community energy toward energy transition, first, the government supports community capability enhancement and partnership, and creates social infrastructure and ecosystem to expand community energy. Investment in intermediary organizations, mentoring program and consulting service to community energy groups could contribute to spreading its influence. Second, action plans should be established according to the location priority for community energy. It is necessary to expand the energy self-sufficient community model to old towns, apartments, areas near power stations and transmission facilities, rural areas and schools. Third, building governance and policy support is important to make community energy sustainable. It is necessary to strengthen policy support for energy cooperatives to provide a channel for people to participate in the production of renewable energy and utilize it as a base for energy transition. 본 연구의 목적은 경기도 공동체 에너지의 잠재량을 분석하고 정책적 시사점을 도출하는데 있다. 분석을 위해 공동체에너지로 활용 가능한 건축물 유형을 분류한 후 옥상면적을 산출하고 건축연한과 건축물 유형별 설치계수를 반영하여태양광 잠재량을 도출하였으며, 베란다 미니태양광 잠재량을 별도로 산정하여 포함하였다. 분석결과 공동체 에너지 건축물 태양광 잠재량은 2.36GW로 경기도 에너지비전 목표 달성을 위한 잠재력이 매우 큰 것으로 나타났으며, 공동주택, 단독주택, 학교 순으로 잠재량이 높았다. 하지만 공동체 에너지 건축물 잠재량의 약 6.4%만 활용되어 생산량이 미미한수준이며, 주민, 시민단체 등 공동체 역량과 기초지자체의 정책 인프라도 취약한 실정이다. 에너지전환을 위한 전략으로서 공동체 에너지의 잠재력 실현을 위해서는 첫째, 공동체의 역량 배양과 파트너십을 지원하고 중간지원조직 육성 및 지원, 멘토링 및 컨설팅 서비스 제공 등 공동체 에너지 확산에 필요한 사회적 인프라와 생태계를 조성할 필요가 있다. 둘째, 공동체 에너지로서 접근성과 잠재력이 높은 곳을 우선적으로 선정하여 공간별 특성에 따른 실행전략을 마련한다. 구도심 단독주택, 아파트 단지, 발전소 및 송변전소 주변지역, 농촌 등 유형별로 다양한 에너지자립마을 모델을 만드는 것이바람직하다. 셋째, 공동체 에너지를 지속적이고 체계적으로 추진할 수 있는 거버넌스를 구축하고 정책 지원을 강화한다. 특히 에너지협동조합을 활성화하여 재생에너지 생산을 위한 주민참여 통로를 제공하고 에너지전환 거점으로 활용한다.

환경,경제의 상생 기반 구축 및 잠재력 활성화 : 폐자원 및 바이오에너지의 용도별 적정 배분방안(1): 바이오가스를 중심으로

조지혜,이창훈,이희선,김건국 한국환경정책평가연구원 2014 기후환경정책연구 Vol.2014 No.-

세계 각국에서는 지구온난화와 관련하여 온실가스 배출 감축을 위해 재생에너지 개발보급에 박차를 가하고 있다. 특히 전체 온실가스 배출량의 20% 가량을 차지하는 수송 부문에서는 탄소중립의 폐자원 및 바이오매스를 원료로 한 재생에너지가 많은 주목을 받고 있다. 수송 부문 재생에너지는 온실가스 저감, 화석연료 대체, 에너지 수급 다변화를 통한 에너지 안보 강화, 신재생산업육성 등의 취지로 전 세계적으로 다양한 보급정책이 추진되고 있다. 국내에서는 관련 정책 중 수송용 연료의 일정분을 바이오연료로 공급하도록 의무화하는 ‘신재생에너지연료 혼합의무화제도(RFS, Renewable Fuel Standard)’를 2015년 7월부터 본격적으로 시행할 예정이다. 대표적인 바이오연료인 바이오디젤은 현재 고시로 경유의 2%를 대체하도록 하고 있으며 향후 RFS제도가 본격 도입될 경우 2.5~3.0%의 의무혼합률(BD2.5~3)을 시작으로 점차 확대 보급될 예정에 있다. 바이오에탄올의 경우에는 실증평가가 완료되었으며 그간의 시범보급사업 및 차량영향성 평가를 반영하여 2017년부터 3%의 의무혼합 도입이 검토되고 있다. 바이오가스(메탄)는 국내 인프라 구축 상황에 따라 2017년 도입을 검토할 예정이며, 시범사업을 거쳐 2020년 이후 본격 시행될 것으로 전망되고 있다. 특히, 바이오가스의 경우에는 기존 유기성 폐자원을 활용할 수 있어 국내 원료 수급이 보다 용이하고 정부에서 추진 중인 폐자원에너지화 관련 시설의 확충으로 향후 생산량 증가가 예상된다. 또한 바이오가스는 고질화(Upgrading)를 통해 천연가스와 유사한 발열량을 가진 고순도의 바이오메탄으로 전환될 수 있어 향후 가스에 대해서도 의무혼합이 시행된다면 천연가스 대체 수단으로서 그 활용성이 더욱 커질 것으로 전망된다. 하지만 바이오디젤/에탄올과 비교할 때 의무혼합률 산정에 필요한 잠재량 산정 등 국내 여건에 대한 검토가 부재하며 수송용 바이오메탄기술 개발 이외의 연구는 여전히 미흡한 실정이다. 한편, 발전 부문에서는 ‘신재생에너지 공급의무화제도(RPS, Renewable Portfolio Standard)’가 이미 시행되고 있어 상당량의 바이오가스가 이미 발전용으로 활용되고 있으므로 향후 수송용 연료로 사용 시 국내 바이오가스의 제한된 생산량 내에서 활용 용도(발전과 수송) 간 상충 우려가 있다. 이에 국내 유기성 폐자원을 활용한 바이오가스 및 매립가스 가용에너지량을 산정하여 수송 및 발전 부문에서의 보급 기여도를 각각 살펴보고 적정 활용을 위한 판단 기준을 제시하였다. 바이오가스(혐기소화) 가용에너지량 분석을 위한 대상 원료로 국내에서 수급 가능한 유기성 폐자원을 대상으로 하였으며, 기존의 대표적인 폐자원인 음식물류 폐기물, 음폐수, 하수 농축슬러지, 가축분뇨와 함께 향후 유망한 원료로 거론되고 있는 산업계 유기성 폐자원인 동·식물성 잔재물을 추가 검토하였다. 매립가스의 경우 일반적으로 매립량이 백만 톤 이상 되어야 매립가스 자원화사업이 가능한 것으로 분석되고 있어 국내 사용 중 매립지와 사용 종료 매립지 중 매립가스 자원화시설이 설치되었거나 2020년까지 매립량이 백만 톤 이상 되는 매립지를 대상으로 가용에너지량을 예측하였다. 우선 각 폐자원의 특성에 적합한 발생량 예측 모형을 선택하여 2035년까지 발생량을 전망하였으며, 이론적, 지리적, 기술적, 시장 잠재량 단계별로 접근하여 경제성, 입지, 보급 여건 등을 종합적으로 고려하여 실질적으로 공급 가능한 양(가용에너지량)을 예측하였다. 이론적 잠재량(Theoretical Potential)은 해당 폐기물이 모두 수거된다는 전제하에 확보할 수 있는 바이오가스에너지 총량에 해당하며, 지리적 잠재량(Geographical Potential)은 폐기물 수거율이나 폐자원에 너지화 시설이 입지할 수 있는 지리적인 여건을 고려한 잠재량으로 물량 확보 측면이 반영된것으로 볼 수 있다. 또한 기술적 잠재량(Technical Potential)은 최신의 기술 수준을 반영하여 에너지 효율 계수 및 가동률 등을 고려한 잠재량이며, 마지막으로 시장 잠재량(Market Potential= 가용에너지량)은 실질적으로 보급 가능한 잠재량으로 이미 재활용 등의 타 용도로 사용되고 있는 물량을 제외하고 향후 정부의 에너지화정책이나 기술 개발에 따른 비용 단가 변화 등을 기술적 잠재량에 반영하여 산정한 양으로 정의할 수 있다. 바이오가스를 수송이나 발전으로 활용함에 있어 에너지 효율성, 부가가치 등은 바이오가스 생산지 혹은 주변 입지 여건에 따라 상당히 좌우되므로 활용 용도별 유리한 입지 여건을 가용에너지량 예측 시 반영하였다. 특히, 고질화 적용 실적이 많은 해외에서는 인근에 천연가스 배관망이나 CNG 충전소가 존재하거나 처리 규모가 큰 중앙 집중형 바이오가스 플랜트 설치가 가능한 지역, 즉 도시 지역이 고질화가 유리하다고 할 수 있다. 최근 상용화에 적용되는 고질화공법들은 메탄가스 회수율이 매우 높아 에너지 손실이 5% 미만이고, 분리된 기체의 이산화탄소 함량도 95%이상 되는 경우가 많아 적절한 후속 공정 설치 시 이산화탄소를 용이하게 포집/저장함으로써 추가적인 탄소 저감이 가능하다. 한편, 인근에 열 수요처가 존재하거나 천연가스 배관망이 없는 시골 및 도서 지역과 개별 농장의 지역 분산형시설이 설치된 곳에서는 고질화시설보다는 열병합발전이 더 선호되고 있다. 열병합발전기는 실제 가동 시 에너지 손실이 15% 이상 되는 경우가 많고, 발생한 열에너지는 회수되더라도 인근에 수요처가 없으면 자체 사용량 외에는 버릴 수 밖에 없으며 여름철에는 더 많은 열량이 남게 되므로 인근 열수요처의 확보가 중요하다고 할 수 있다. 이에, RFS제도 도입을 앞두고 고질화공법을 통하여 바이오가스가 수송용 천연가스를 얼마나 대체 가능한지 살펴보기 위해 도시 지역(시 혹은 구)에서 발생되는 유기성 폐자원의 양으로 국한하여 바이오가스 가용에너지량을 산정한 결과, 수송용으로 활용 가능한 바이오가스의 시장 잠재량(가용에너지량)은 2012년 291천TOE이며, 2035년 453천TOE로 증가할 것으로 전망된다. 이 중하수 농축슬러지가 차지하는 비율이 절반 이상을 차지하는 것으로 나타났으며, 그 다음으로는 음폐수, 음식물류 폐기물, 가축분뇨, 동·식물성 잔재물의 순으로 높은 비중을 차지할 것으로 분석된다. 매립가스의 경우에는 초기 비중은 비교적 높았으나 향후에는 급격히 감소하여 2035년에는 1.5백만m3/년으로 전망되었다. 그 결과, 고질화가 유리한 지역에서의 바이오가스(매립가스포함) 총 가용에너지량은 약 307백만m3/년(2012년 기준)에 해당하여 수송용 도시가스 공급량의 25% 정도를 대체할 수 있는 것으로 분석되었다. 또한 2018년 기준으로 수송용으로 활용 가능한 바이오가스는 수송용 도시가스 공급량의 22% 정도 기여할 것으로 전망된다. 앞으로 신재생에너지연료 혼합의무화제도(RFS)에서 2017년부터 수송용 도시가스의 2%를 바이오가스로 대체한다고 가정할 경우 이는 29백만m3/년에 해당하며, 본 연구에서 산정한 가용에너지량의 약 9%에 해당하는 수치이다. 하지만 RFS 도입 시 매년 의무혼합률이 증가될 수 있으며, 향후 수송용 도시가스 공급량의 증가율이 본 연구에서 산정한 바이오가스(매립가스 포함)의 시장잠재량의 증가율 대비 더 높아 그 기여도는 점차 낮아질 것으로 예측된다. 따라서 지속적으로 바이오가스 생산량을 증대시킬 수 있는 방안이 요구된다. 한편, 열병합발전이 더 유리한 시골 지역에서의 바이오가스 및 발전용으로 공급 가능한 매립가스 가용에너지량을 합산한 결과, 시장 잠재량(가용에너지량)은 2012년 129GWh로 산정되었으며 2035년에는 314GWh로 현재 대비 약 1.5배 증가할 것으로 전망된다. 또한 2027년 기준으로 가용에너지량은 바이오가스 발전 보급 목표치 대비 1.2배에 해당하는것으로 분석된다. 정부의 제6차 전력수급기본계획에 따르면, 바이오에너지 부문의 발전 목표량은 211GWh(2013년 기준)로 설정되어 있다. 여기에서 바이오에너지는 바이오가스 이외의 우드칩, 임산연료 등도 포함하므로 직접적인 비교가 어렵기 때문에 신재생에너지 보급 통계 자료의 바이오에너지 중 바이오가스의 비율인 8%를 적용하였다. 향후 바이오가스가 수송 혹은 발전 부문에서 그 활용성이 증대되기 위해서는 바이오가스 공급망(Biogas Supply Chain)상 이전 단계에 해당하는 ‘원료 수급’ 및 ‘시설 운영’ 단계에서도 각각 효율성을 제고할 필요가 있다. 그간 짧은 기간임에도 불구하고 바이오가스시설별로 시행착오에 대한 노하우가 축적되고 있으며 성공적으로 운영되고 있는 시설도 존재하고 있다. 그럼에도 불구하고 여전히 운영상 다양한 문제점들이 존재하고 있으며 시설의 운영/사후 관리의 비효율성으로 인해 바이오가스 생산효율이 저조하여 바이오가스 자원 수급 안정성 등의 보장이 어렵다는 우려 역시 존재하고 있다. 우선 원료 수급단계에서 바이오가스화 물량의 확보를 위해서는 농산부산물이나 병충해, 가격폭락 등으로 폐기되는 농산물 등을 체계적으로 수거하는 시스템을 구축하여 바이오가스화 하는 방안 모색이 필요하다. 에너지작물로서 비식용 작물을 기후, 지역 여건 등을 고려하여 유휴지, 수변 구역 등에서 저렴하게 재배하는 방안을 검토할 필요도 있다. 특히, 억새, 유채 등은 경관용으로 재배하더라도 낮은 비용으로 수거가 가능하다면 바이오가스의 원료로 사용 가능하다. 또한 우리나라는 삼면이 바다이고 세계적인 해조류 양식 강국이다. 바이오가스 생산에 유리한 해조류를 선별하여 저비용으로 재배한다면 어민들의 수익에도 도움이 되고 에너지도 생산할 수 있어 향후 기술적 문제, 경제성 등을 검토하여 타당성이 있을 경우 기술 개발 및 사업화를 추진할 필요가 있다. 이와 더불어 바이오가스 생산량 제고를 위하여 시설 운영상 효율을 개선하기 위한 제도 마련이 필요하다. 지금까지는 바이오가스화를 유도하기 위한 인센티브 측면에서 국내에서는 시설 설치비에 보조 방식으로 국고를 지원하는 반면, 세계에서 가장 성공적으로 바이오가스 플랜트가 보급되고 있는 독일의 경우에는 시설비보다는 생산된 에너지를 장기간 가격 보증을 하거나 폐기물을 이용 시 매전단가에 대한 보너스제도 등의 다양한 지원제도를 시행하고 있다. 다만, 지원금은 바이오가스 플랜트 규모, 원료의 종류, 바이오가스 고질화 여부 등에 의해 결정되고 있어 운영상 효율성 제고를 유도하고 있다. 전력매입 단가는 일반적으로 기본요금, 투입원료 요금, 고질화 보너스로 산정되는데, 특히 기본요금의 경우 열병합 공정을 통하여 60% 이상의 전기가 생산되어야하며 열 또한 EEG의 Annex 2의 요구 사항에 따라 활용되는 시설에 한하여 지원되고 있다. 또한 재생에너지 지침(Renewable Energy Directive, RED)에 따라 폐기물이나 비농업 잔유물로부터 생산된 바이오연료는 에너지 함량당 가중치 두 배의 공급 인증서를 부여받도록 되어 있어 유기성 폐자원을 활용한 바이오연료 생산 및 보급을 유도하고 있다. 이에 국내에서도 바이오가스화 고효율시설에 대한 다양한 측면의 지원 도입이 필요하다. 가령, 바이오가스를 계약 시보다 초과하여 생산하는 시설 운영자에게 초과 생산분을 인센티브로 지급하는 방향을 검토할 수 있다. 바이오가스 시설 건설 시 시공사는 실시 설계 또는 성능 보증 등에서 바이오가스 생산 예정량을 제시하도록 함으로써 바이오가스 초과 생산분의 기준을 마련할 수있다. 향후 가스 부문에서도 신재생연료 사용에 대한 의무혼합이 시행된다면 천연가스 대체 수단으로서 바이오가스의 활용성이 더욱 커질 것이므로 바이오가스 고질화를 통한 바이오메탄 생산에 있어 경제성을 향상시킬 수 있는 방안이 필요하다. 바이오가스 플랜트 내에서 고질화는 열병합발전 대비 생산된 에너지를 보다 유연하게 적용할 수 있어, 열병합발전을 통해 생산된 열에너지가 수요처 부족 또는 판매 시장의 부재로 인하여 버려지는 경우 천연가스 배관망에 바이오메탄을 공급할 수 있는 고질화를 촉진하고 경제성을 제고하기 위해 많은 국가에서 보조금을 지급하는것이 최근의 추세이다. 고질화를 통해 천연가스 수준의 바이오메탄을 생산하는 것은 ‘규모의 경제’에 매우 큰 영향을 받으므로 고질화 플랜트의 집중화/대형화를 위해 혐기성소화의 분산화 혹은 집중화 여건에 적합한 전략을 각각 수립할 필요가 있으며 도입 초기에는 바이오메탄 시장 확대를 위하여 세제 감면이나 저리 융자 등의 다각적 지원이 검토되어야 할 것이다. This study estimates domestically available energy amount in the future from biogas, a gas form fuel of waste resources and bioenergy. It also seeks to ensure efficient distribution of biogas by comparing aspects such as location and technology for when making decisions on biogas applications in transportation and electricity generation. Particularly, renewable energy that uses carbon neutral waste resources and biomass as a feedstock is receiving much attention in transportation which takes up approximately 20% of the total greenhouse gas emission. Therefore, various dissemination policies have been derived globally, and domestically, Renewable Fuel Standards (RFS) that obligates the use of fixed amount of biofuel such as biodiesel, bioethanol and biogas in transportation fuel is going to be implemented from July 2015. Amongst these, biogas can use existing organic waste resources so meeting domestic feedstock supply is easier, and synergy effect can be expected with the expansion of waste-to-energy facilities driven by the government. RFS is expected to be introduced for biogas at the same time as bioethanol but not much research has been carried out other than the research and development (R&D) for vehicle fuels. Hence the absence of domestic conditions analysis required for policy implementation is highlighted. Meanwhile, biogas is widely applied in electricity generation through the implementation of Renewable Portfolio Standard (RPS), and when biogas is going to be used for transportation fuel a conflict is expected between transportation and electricity generation given the limited domestic production of biogas. Similarly, due to inefficient operation of anaerobic digestion facilities, the production rate of biogas could be lower so it is difficult to guarantee the stability of biogas supply. Available biogas energy for transportation and electricity generation that reflects the domestic location conditions is predicted, and the contribution level of the national plan and dissemination targets are estimated. A prediction model suited to organic waste characteristics was selected, and the generation amount through 2035 is forecasted. The amount of available energy that can be realistically supplied is predicted through stages of ``theoretical-``, ``geographical-``, ``technical-`` and ``market potential`` and by considering economic, location, dissemination conditions, etc. Energy efficiency and added value of using biogas are largely influenced by the biogas production site and the neighboring site conditions, so the location conditions are taken into account when estimating the available energy amount for different utilization of biogas (transportation or electricity generation). In other countries, where upgrading performances are high, areas where a natural gas pipeline network or compressed natural gas stations exist or where installation of a huge centralized biogas plant is feasible - in other words urban areas - are more advantageous for upgrading of biogas for transportation. On the other hand, using combined heat and power (CHP) is more favored in areas where a demand exists or countryside and island areas with no natural gas pipelines or with decentralized facilities of individual farms. Therefore, in anticipation of the introduction of the RFS system, how much of the natural gas used in transportation could be substituted with biogas through the upgrading process is examined by setting limits to the amount of organic waste generated in urban areas. The results show that the market potential of biogas including landfill gas is approximately 307,000,000㎥/year which means 25% of the natural gas supply for transportation can be substituted with biogas. Moreover, with reference to 2018, the market potential of biogas available for transportation is forecasted to contribute up to 22% of the natural gas supply for transportation. However, the obligatory mix ratio could increase every year after the introduction of RFS, and the increase of gas supply for transportation in the future can be higher than the increase rate of the market potential of biogas estimated in this study. Therefore, the contribution level of biogas is expected to gradually decrease. Areas suitable for using CHP is limited to rural areas, and the market potential of biogas in electricity generation is estimated at 129GWh in 2012 and 314GWh in 2035, an increase by 1.5 times from the current rate. In 2027, the market potential is analyzed to be 1.2 times higher than the electricity generation dissemination target. A plan to continuously increase the biogas production amount is needed to improve the efficient utilization of biogas. There still exist various problems in operating facilities using biogas, and inefficiency of operating some facilities has resulted in low production efficiency of biogas. Until now, the government treasury has funded to assist the installation cost of the facilities as an incentive to promote the use of biogas. However, in order to encourage high operational efficiency of the biogas facilities, incentives could be given to facility managers who have achieved higher production than originally commissioned. Furthermore, during the initial stages, operational efficiency could be improved by setting the level of support based on the scale of the biogas plant, feedstock types, use of best available technology, etc.

육상풍력 및 육상태양광의 환경적 가용입지 분석

이영준 ( Young-joon Lee ),박종윤 ( Jong-yoon Park ) 한국환경영향평가학회 2021 환경영향평가 Vol.30 No.6

본연구는 재생에너지 중 육상풍력발전사업 및 육상태양광발전사업의 환경현황 및 환경적 가용입지를 분석하여 신재생에너지 보급이 자연환경의 보존과 상호 공존할 수 있는 추진 방향성을 제시하였다. 2019년 6월까지 협의가 이루어진 환경평가 자료를 바탕으로 신재생에너지 중 가장 활발하게 보급되고 있는 육상풍력 및 육상태양광에 대한 규모, 위치 및 특성을 분석하였다. 재생에너지사업 입지와 관련된 주요 제약사항 및 환경평가 단계에서 요구되는 고려사항들을 도출하고 지역별 가용 면적 분포를 분석하고 이에 근거하여 잠재용량을 추정하였다. 환경영향평가 대상 육상풍력발전사업 총 80건을 분석한 결과, 80개 중 63개(79%) 사업이 산지에 입지하고 있는 것으로 파악되었다. 환경평가가 이루어진 육상태양광발전사업은 총 7,363건에 이르고 있다. 환경적 규제요소를 모두 고려한 육상풍력에 대한 환경적 가용 면적은 2,440㎢이며, 육상태양광의 경우 비우량농지 등을 대상으로 산정된 환경적 가용 입지면적은 2,877㎢로 산출되었다. 이러한 환경적 가용입지의 지역적 분포 및 특성은 해당 지자체가 지역에서 재생에너지개발사업을 추진하는 데 있어 가장 기본적으로 파악하고 있어야 하는 현황 자료가 될 수 있다. 현재까지 계획된 발전사업의 규모 및 향후 예상되는 증가와 환경평가를 통해 나타나는 환경가치 보전 및 사회·경제적 수용성을 고려한다고 하더라도 현시점에서 재생에너지 발전사업을 위한 가용한 입지용량이 부족하지는 않을 것으로 나타났다. 본 연구에서 도출되는 에너지원별 환경적 가용입지 자료와 같은 정량적이고 과학적인 결과를 토대로 지역별 자연환경 및 입지여건 등의 특성을 고려하여 재생에너지원별 보급 목표량(비율 및 잠재량)의 적정성을 검토할 필요가 있다. 태양광 및 풍력의 경우 해당 지역의 지형적, 환경적 특성을 고려하여 가장 잘 맞는 유형의 에너지원을 선택하는 것이 필요하다. The purpose of this study is to provide valuable information and data by analyzing the environmental status and potential for renewable energy projects (or plans) based on environmental assessment (EA) data, so that more objective and scientific environmental assessments can be conducted. The study also suggests regional directions that could satisfy the goals of nature conservation and renewable energy. Based on the analysis of EA data that was conducted up until June 2019, the study analyzed the size, location and characteristics of both onshore wind power and onshore photovoltaic. The environmentally available potential by region was also derived by considering the main constraints and requirements related to the potential siting of renewable energy projects at the EA. Based on EA data, 63 out of 80 (79%) onshore wind power projects are shown to be located in mountainous areas. For onshore photovoltaic projects, a total of 7,363 projects were subjected to environmental assessment over the country. The environmentally potential area for onshore wind power, considering all the environmental regulatory factors, is 2,440 ㎢. For onshore photovoltaic, the environmentally available area estimated as idle farmland is 2,877 ㎢. The distribution and characteristics of the environmentally available potential of the region may be the most important factor that local governments should bear in mind in terms of promoting renewable energy development projects in the region. Based on the results of this study, even if we consider the national energy plan including the expected future increase, as well as environmental goals and socio-economic acceptance through an environmental assessment, the available resources for renewable energy projects are not insufficient. It is possible to examine the adequacy of the target distribution rate of renewable energy sources by region taking into consideration the quantitative and scientific results such as the environmentally available potential data derived from this study.

A proposal for a site location planning model of environmentally friendly urban energy supply plants using an environment and energy geographical information system (E-GIS) database (DB) and an artificial neural network (ANN)

Yeo, I.A.,Yee, J.J. Applied Science Publishers 2014 APPLIED ENERGY Vol.119 No.-

This study proposes a site location potential model for urban energy supply plants and renewable energy availability using an environment and energy geographical information system (E-GIS) database (DB) and an artificial neural network (ANN). This model addresses the technical methodology of examining the potential for the suitability of urban energy supply plants and renewable energy latency in a region for support material for urban energy supply planning in the draft plan development stage. The applicability of this model is examined by applying it for a planned city in the Republic of Korea, where urban planning is in process. The results from this study are as follows:(1)The E-GIS DB was integrated with geography, climate, and energy-related information to construct an ANN model that can manage, in an integrated manner, the factors that affect the site location of the energy supply plants. (2)The input dataset included the topography, land cover classification, accessibility, water usability, and energy demand, and the target dataset included the system capacity of domestically installed energy supply plants. (3)The site location potential model of the ANN for the urban energy supply plants and renewable energy availability was deduced, and the Levenberg-Marquardt (trainlm) and scaled conjugate gradient (trainscg) algorithms were used. The potentiality class map was constructed for 10 types of energy supply systems and renewable energy resources. (4)The applicability of this energy model was tested in the Gwang-myung/Si-heung public housing district area, a domestic 'planned city' of the Republic of Korea. The most appropriate urban energy supply systems for the research area were considered to be the general hydraulic power and solar power based on the topographic conditions and profitable locations for solar resources in Korea. Wind power generation was found to be the least suitable. (5)In terms of the wind energy potential, the technical wind power generation by horizontal - axis wind turbines is unattainable even in the area that has the maximum wind speed, and at least a 10-kW rated power wind turbine should be installed for vertical - axis wind turbines in the research area of interest. In terms of the solar energy potential, the maximum electric power generation potential is 413, 186MJ/month.mesh, which is applied by mono-crystalline bulk PV.

Simulation Analysis of Potential Energy Recovery System of Hydraulic Hybrid Excavator

Peng-Yu Zhao,Ying-Long Chen,Hua Zhou 한국정밀공학회 2017 International Journal of Precision Engineering and Vol.18 No.11

A new hydraulic hybrid excavator potential energy recovery system is proposed in this paper. The energy recovery system uses threechamber cylinders (TCCs) and accumulators to recover potential energy during work cycle. Within this structure, there is no throttle valve in the primary loop, and the recovered energy is stored in the form of hydraulic energy. Hence, energy loss of throttle valve and energy conversion process are avoided, and energy efficiency is improved. The mathematical model is established to analyze dynamic and energy recovery characteristics. From simulation analysis, the usage of accumulators and TCC influences the dynamic response and stability. The increase of accumulator volume weakens the control performance but heightens the stability. When the cross sectional area of the TCC increases, the control performance of the system are improved. In addition, the maximum power and energy consumption of pumps and engine with different accumulator volumes and different TCC diameters are obtained. Also, the maximum power and energy consumption of each pump and engine in different working conditions are obtained and compared with those without potential energy recovery system. According to the comparison, the potential energy recovery system can reduce the maximum power and energy of engine by 50%.

기초지방자치단체별 보급 가능한 재생에너지 시장잠재량을 이용한 에너지 자립률 평가

김진영,강용혁,조상민,윤창열,김창기,김하양,이승문,김현구 한국태양에너지학회 2019 한국태양에너지학회 논문집 Vol.39 No.6

This study estimated the available renewable market potential based on Levelized Cost Of Electricity and then assessed the renewable derived energy self-sufficiency for the unit of local government in South Korea. To calculate energy self-sufficiency, 1 km gridded market renewable generation and local government scale of final energy consumption data were used based on the market costs and statistics for the recent three years. The results showed that the estimated renewable market potentials were 689 TWh (Install capacity 829 GW, 128 Mtoe), which can cover 120% of power consumption. 55% of municipalities can fully replace the existing energy consumption with renewable energy generation and the surplus generation can compensate for the rest area through electricity trade. However, it was confirmed that, currently, 47% of the local governments do not fully consider all renewable energy sources such as wind, hydro and geothermal in establishing 100% renewable energy. The results of this study suggest that energy planning is decentralized, and this will greatly contribute to the establishment of power planning of local governments and close the information gap between the central government, the local governments, and the public.

수열 에너지 부존량 예측 및 활용에 관한 국내외 사례조사

오승록(Seung Rok Oh),윤린(Rin Yun),박창용(Chang Yong Park) 대한설비공학회 2019 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.-

This study is a literature review about the estimation of hydrothermal energy potential and the application cases of hydrothermal energy. The current status of the hydro thermal energy was checked out in the classification of new and renewable energy on the related laws in Korea, and this classification was compared with other renewable energy classification and regimes in foreign countries. For the estimation of the hydrothermal energy potential, a relatively simple equation can be used. However, there is no reliable standard for flow rate in rivers and for usable water amount in lakes, which makes the estimation more difficult. The widely used teperature difference for the estimation is 5℃ but more study and review should be carried out to justify the 5℃temperature difference more logically. From the case studies, it was confirmed that the energy cost for the operation of heating and cooling systems in buildings could be significantly reduced by the hydrothermal energy application. If sufficient investigation and analysis are performed properly in a project preparatory phase, hydrothermal energy will provide sufficient economic competitiveness compared with other conventional energy sources

데이터 플랫폼내 풍력잠재량에 적용되는 풍력설비의 적정 용량 밀도에 대한 분석

김건훈,김진영,황수진,윤창열,김현구 한국태양에너지학회 2023 한국태양에너지학회 논문집 Vol.43 No.2

In response to the national policy for the reduction of CO2 gas emissions and the dissemination of renewable energy resource facilities, the disseminated capacity of wind turbines is steadily expanding in Korea. However, to facilitate more realistic national dissemination planning, a more scientific basis for domestic wind potential and actual installation capability must be established. In this regard, a number of previous studies have provided details on the key parameters associated with wind energy potential. Among the major key points regarding wind energy potential is the array power density (APD) of wind turbines. However, this may be determined under certain ambiguous conditions associated with technical uncertainties. In general, an APD value of 5 MW/km2 is applied in Korea and a number of previous studies have reported results based on the application of APDs of 3 to 5 MW/km2. Given the diverse range of factors that can potentially influence the accuracy of the APD determinations for wind turbines, it is necessary to establish a more detailed and scientific basis for the determination of APD. In this study we seek to provide such a basis. To the best of our knowledge, this is the first study to assess the scientific basis of APD based on an examination of representative wind turbines, with respect to several technical specifications relating to wind speed, wind direction and IEC class conditions. We aim to scientifically analyze the effects of the performance characteristics of wind turbines on the APD, which is also the most important factor for an assessment of wind energy potential, and will contribute to establish an accurate technical basis for determination of APDs. On the basis of the findings in this study, we quantitatively identified the effective parameters for the determination of APD, which can be applied to facilitate an accurate determination of wind energy potential. Furthermore, these parameters have potential application as key variables in renewable energy data platforms and provide a technical reference for wind energy potential work area.

연구논문 : 수소 에너지의 온실가스 감축 잠재량 및 가격 경쟁력 분석

노동운 ( Dong Woon Noh ) 전남대학교 지역개발연구소 2013 지역개발연구 Vol.45 No.2

본 연구는 상향식 최적화 모형(MARKAL)을 이용하여 화석에너지와 경쟁력을 가질 수 있는 수소에너지 도입방안과 수소 공급가격을 분석했다. 수소 에너지가 도입되지 않는 기준안 대비 수소에너지가 도입될 경우의 에너지 수요, 온실가스 배출 및 시스템 비용 변화도 분석하고 경쟁력을 가질 수 있는 수소 공급방안과 공급비용을 분석했다. 분석기간은 2005년부터 2050년이며 가격 및 비용은 2005년 불변가격이다. 수소의 기준 수요는 2030년에 본격적으로 확대되기 시작하여 2050년에 12,191천톤에 이르러 모든 부문에서 수요가 포화상태에 이를 전망이다. 수송부문이 수소 수요의 48.4%, 산업부문(발전부문)이 24.0%, 상업부문이 20.7%, 가정부문이 7.0%를 차지할 전망이다. 2050년의 수소 공급은 에너지원별 혼합공급방식과 단독 공급방식으로 구분하여 최소걸침기법을 사용했으며 LNG가 5,117천톤, 석탄은 4,149천톤, 원자력과 신재생에너지는 각각 1,151천톤과 1,534천톤을 공급할 것으로 전망된다. 수소에너지가 도입되면 온실가스 배출량은 기준안(BAU)에 비해 2050년에 혼합 수소공급의 경우에는 2.6% 증가, 단독 수소공급은 27.4% 증가에서 29.3% 감소에 이를 것으로 분석된다. 단독 공급의 경우 석탄수소 공급은 27.4%의 온실가스 배출량 증가, LNG 수소 공급은 소폭(0.4%) 증가하고 원자력 수소 공급은 28.0% 감소, 신재생 수소 공급은 29.3% 감소할 것으로 분석된다. 에너지 시스템 비용은 2050년에 기준안 대비 혼합 수소공급의 경우에는 0.7% 감소하고 단독 수소공급의 경우에는 최저 0.5%에서 최고 1.1% 감소할 것으로 분석된다. 단독 공급에서 LNG 수소가 가장 낮은 0.5%의 비용 감소가 이루어지는 반면 원자력 수소가 가장 높은 1.1%의 비용을 감소시킬 것으로 분석된다. 신재생 수소의 비용 감소는 0.6%, 석탄수소는 0.8%의 비용 감소가 나타날 것으로 분석된다. 에너지수요, 온실가스배출량, 비용 측면에서 원자력 수소가 가장 양호하고 다음으로는 신재생 수소공급이 우수한 것으로 평가되었다. 수소 에너지의 화석에너지 가격 경쟁력 분석은 분석모형(MARKAL)의 잠재가격(shadow price) 추정 방법을 사용했다. 혼합 수소공급의 수소 공급비용은 2050년에 $3.75/kg H2로 나타났으며 단독 수소공급의 경우에는 원자력 수소의 공급비용이 가장 낮은 수준인 $0.99/Kg H2로 나타났다. 석탄수소의 공급 비용이 $2.61/Kg H2로 나타났으며 LNG 수소는 $4.36, 신재생 수소는 가장 높은 $11.40로 나타났다. 따라서 향후 수소 에너지가 기존의 화석에너지와 경쟁력을 갖기 위해서는 원자력 수소의 잠재가격 수준인$0.99/Kg H2 이하의 비용수준을 확보해야 할 것으로 분석되었다. 이는 현재의 수소 공급가격이 $2.5/Kg에서 $5.0/Kg H2 수준에 이르고 있다는 점을 감안하면 앞으로 수소에너지에 대한 지속적이고 상당한 투자노력이 이루어져야 한다는 점을 말해주고 있다. 수소에너지 도입은 현재의 탄소경제에서 수소경제로 이전하기 위한 매우 중요한 개념이라고 할 수 있다. 특히 신재생에너지를 사용한 수소에너지 도입은 매우 바람직한 에너지 생산방식이며 여기에는 비용 하락이 가장 큰 과제이기 때문에 신재생에너지 수소생산방식에 대한 기술적 투자 확대가 필요할 것이다. The purpose of this research is to estimate the GHG emission mitigation potential and the price compatability of hydrogen energy compared with hydrocarbon energy in 2005-2050 using bottom-up model(MARKAL). The demand of hydrogen energy is 12.191 thousand hydrogen ton, and LNG is the highest source of hydrogen production in 2050. The primary energy consumption will be the range of +14.1% to - 24.9% compared with non-hydrogen scenario in 2050. The greenhouse gas emission is +27.4% to - 29.3% compared with non-hydrogen greenhouse gas emission. Nuclear hydrogen has the highest potential to reduce greenhouse gas emissions by 29.3% in 2050. In terms of energy demand, greenhouse gas emission, system cost, nuclear hydrogen is evaluated as the best option to supply hydrogen energy, and the renewable hydrogen is the second best option in 2050. The shadow price of MARKAL is used to estimate the price comparability of hydrogen energy. The supply cost of nuclear hydrogen should be $0.99/Kg H2 in order to compete with current cheap hydrocarbon energies. The government should invest lots of resources in nuclear hydrogen energy R&D considering the current supply cost of nuclear hydrogen is in the range of S2.5/Kg and S5.0/Kg H2. Hydrogen energy is important resource to transfer the economic system to hydrogen economy from hydrocarbon economy.