효율적 에너지사용을 위한 스마트시티 조성에 관한 연구
A Study on the Development of Smart City for Efficient Energy Use
- 주제(키워드) 스마트시티 , 에너지서비스 , 에너지관리지표 선택기준 , 제로에너지건축물 적용 기술 , 전력거래 예측모델
- 주제(DDC) 658.5
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이성주
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 산업공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000031052
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
전 세계의 도시화율은 점진적으로 증가하고 있으며, 2018년 55%에서 2050년에는 약 5% 증가한 60%까지 증가할 것으로 전망하고 있다. 특히, 현재 한국의 도시화율은 세계평균을 상회하는 약 82%이며, 증가하는 도시화율에 따라 온실가스배출량도 증가할 전망이다. 이렇듯 지구의 기후변화 문제가 심화되면서 온실가스 배출을 감축하기 위해 세계 각국의 온실가스 감축목표를 강화하고 있다. 한국은 2030년까지 BAU(Business as Usual) 대비 온실가스 배출을 37% 감축하는 목표를 설정한 바 있으며, 최근 2020년 12월에는 배출전망치(BAU) 유형의 감축목표보다 예측 가능하며 투명한 절대값 유형으로 2017년 국가 온실가스 총배출량(709.1MtCO2eq) 대비 2030년까지 24.4%를 감축하는 목표로 갱신하였다. 한국은 기후변화 대응을 위한 국가 온실가스 감축의 적극적인 이행과 더불어 급격한 도시화 문제와 고착화 되고 있는 산업구조 문제를 해결하고자 하는 지속가능한 스마트도시·산단 모델을 구축하고자 하는 미래전략 시범사업을 추진하고 있다. 한국은 2018년 1월 도시혁신 및 미래성장동력 창출을 위한 “스마트시티 추진전략” 발표를 통해 미래 신기술 육성과 국민 체감형 스마트시티 솔루션 확산을 강조하였다. 또한, 국가 스마트시티 시범도시로 ‘세종 5-1 생활권’과 ‘부산 에코델타시티’를 선정한 바 있다. ‘부산 에코델타시티’는 에너지 분야의 핵심 혁신기술로 제로에너지 도시(Smart-Energy)를 앞세웠으며, ‘세종 5-1 생활권’ 역시 전력·열 그리드 연결을 통한 스마트 제로에너지도시 구현, 에너지거래 시범사업 실시 등의 시행계획을 수립하며, 단계적으로 추진하고 있다. 이러한 선진적인 정부의 발표에도 불구하고, 현장에서는 스마트시티의 에너지 분야 과제 추진을 위한 여러 어려움을 겪고 있다. 아직까지 스마트시티의 건설이 전 세계적으로 실증 또는 연구개발 단계에 있기 때문에 우수사례로 벤치마크 할 수 있는 대상을 선정하기가 어려우며, 에너지 분야에 주안점을 둔 스마트시티 구축에 대한 연구에 대한 정보는 극히 제한적이기 때문이다. 이에 본 연구에서는 국내외 스마트시티 정책 추진현황과, 스마트시티 내의 구성요소인 산업부문과 건물부문 에너지정책 현황을 살펴보고 각 부문별 기존 연구사례를 조사하고 각 부문별로 선제적으로 접근할 필요가 있는 연구과제로 ‘스마트시티 에너지서비스 기획’, ‘산업체 에너지관리지표 선택 기준’, ‘제로에너지건축물 적용기술의 에너지성능 도출’, ‘에너지거래 예측 모델 개발’ 등을 도출하여 심층연구를 진행하였다. 먼저, 스마트시티 시범도시인 ‘세종시 5-1 생활권’ 인근에 거주하고 있는 세종시민 1,000명을 대상으로 한 설문조사 실시를 통해 에너지서비스 필요성에 대한 우선순위를 파악하고, 응답결과 데이터분석을 실시하여 시민참여형 스마트시티 에너지서비스 모듈을 제시하였다. 또한, 스마트 산업단지의 핵심 이행과제인 FEMS(Factory Energy Management System)의 구축·운영에 적용할 수 있는 에너지관리지표 유형과 선택기준들을 산업체 에너지관리 전문가 대상 설문조사 실시를 통해 산업분류별, 응답자 유형별, 기업규모별로 적합한 에너지관리지표와 선택기준을 제안하였다. 건물부문에서는 현재 이행하고 있는 제로에너지건축물 인증 관련 데이터를 활용한 분석을 통해 에너지성능 수준에 따라 데이터를 군집한 결과를 바탕으로 패시브, 액티브, 신·재생에너지 적용 기술의 대표 에너지성능을 제시하였다. 마지막으로 한국의 스마트시티 시범도시의 에너지 분야 대표과제인 에너지거래에 대한 선제적 접근을 위해 실제 제로에너지건축물의 전력소비량, 태양광발전량 등 운영 데이터를 활용한 전기거래 예측모델을 제시하였다. 이러한 본 연구의 결과들은 실제 스마트시티 에너지 분야의 사업을 기획하거나 관련 연구들을 진행 하는 데 있어서, 선제적으로 접근하고 추가 연구에 대한 기초자료로 활용되는 것에 기여할 수 있을 것이다.
more목차
제1장 서론 1
제1절 연구의 배경 1
제2절 연구의 범위 및 방법 5
제2장 예비적 고찰 10
제1절 부문별 국내외 정책 고찰 10
1. 스마트시티 에너지 분야 10
2. 산업부문 17
3. 건물부문 21
제2절 기존 연구 고찰 27
1. 스마트시티 연구사례 27
2. 산업부문 에너지관리 연구사례 28
3. 건물부문 에너지성능 분석 연구사례 32
제3절 소결 34
제3장 수용가부문 스마트시티 에너지서비스 기획에 관한 연구 37
제1절 연구 프로세스 37
제2절 설문조사 39
제3절 설문조사 결과 41
제4절 주성분분석 및 연관규칙탐사 45
제5절 설문조사 응답 데이터 분석 결과 50
제6절 소결 52
제4장 산업부문 에너지관리지표 도출에 관한 연구 53
제1절 연구 프로세스 53
제2절 에너지관리지표 선택기준 58
제3절 분석 결과 60
1. EnPI 설문조사 결과 60
2. EnPI 선호도 분석 결과 62
3. 정책적 제언 64
제4절 소결 68
제5장 건물부문 제로에너지기술 성능 도출에 관한 연구 69
제1절 연구 프로세스 69
제2절 인증제도 현황 71
1. 인증 의무화 대상 및 인증 기준 71
2. 인증 현황 조사 72
제3절 에너지기술 추이분석 74
1. 데이터 수집 74
2. 건축물의 종합 에너지성능 추이 분석 75
3. 건축물의 에너지기술 성능 추이 분석 76
제4절 소결 83
제6장 에너지거래 예측 모델 개발에 관한 연구 85
제1절 연구 프로세스 85
제2절 데이터수집 87
제3절 에너지거래 가용성 분석 90
제4절 에너지거래 예측 모델 개발 92
1. 인공신경망(Neural Network) 활용 92
2. 인공신경망 예측 모델 개발 결과 95
3. 인공신경망 예측 모델 개발 결과의 해석 106
제5절 소결 108
제7장 결론 110
제1절 요약 110
제2절 시사점 113
제3절 연구의 한계 및 추후 연구방안 114
참고문헌 116
