표제지

목차

국문요약 18

용어 및 약어 20

1. 서론 21

1.1. 연구배경 및 필요성 21

1.2. 연구목적 및 전개방향 24

2. 에너지 수요관리 현황 27

2.1. 에너지 수요관리 27

2.1.1. 수요관리의 목적 및 필요성 27

2.1.2. 수요관리의 유형 30

2.1.3. 수요관리의 변화 34

2.2. 에너지수요관리 추진 현황 36

2.3. 에너지수요관리 정책 39

2.3.1. 국내 여건 변화 39

2.3.2. 전력수요관리 정책 (제5차 전력수급기본계획) 40

2.3.3. 가스수급 안정대책 (제10차 장기천연가스수급계획) 41

2.3.4. 한국 에너지정책에 대한 IEA의 권고 사항 (2002년) 41

2.3.5. 기후변화협약대응 관점의 에너지수요관리 정책 43

2.4. 에너지수요관리 해외사례 44

2.4.1. 패러다임의 전환 44

2.4.2. 에너지수요관리 목표 45

2.4.3. 각 국의 수요관리 정책 및 추진체계 47

2.4.4. 시사점 56

2.5. 기후변화협약 대응 종합대책 중 수요관리의 종합적 평가 61

2.6. 에너지수요관리 문제점 및 개선방안 62

2.6.1. 에너지수요관리 Vision 및 추진 목표 62

2.6.2. 에너지수요관리 제도 및 행정 65

2.6.3. 에너지수요관리 프로그램 68

2.6.4. 에너지수요관리 실적평가 시스템 73

3. 통합 수요관리를 위한 에너지원별 수급기본계획 검토·분석 75

3.1. 개요 75

3.2. 국가에너지기본계획(2008~2030) 77

3.3. 전력수급기본계획(제5차 2010~2024) 80

3.4. 장기천연가스수급계획(2010~2024) 83

3.5. 집단에너지공급 기본계획(2009~2013) 85

3.6. 신재생에너지기본계획(2009~2030) 87

3.7. 문제점 및 시사점 도출 91

3.7.1. 각 계획의 비교 91

3.7.2. 문제점의 도출 99

3.8. 통합수요관리 계획수립을 위한 기본적인 절차 수립 102

4. Energy Balance Flow 모형의 구성 106

4.1. Energy Balance 106

4.1.1. 모형 구축의 사유 106

4.1.2. 에너지밸런스 106

4.1.3. Energy Balance Flow(EBF) 107

4.1.4. MARKAL(MARKet ALlocation) 109

4.2. Energy Balance Flow 구성 기본자료 구축 115

4.2.1. 국내 통계 자료 작성 현황 분석 115

4.2.2. 에너지원별 수급 통계 체제 분석 118

4.2.3. 에너지 수급 밸런스 작성 현황 122

4.3. 한국형 Energy Balance Flow의 구성 132

4.3.1. 기본 골격 구성 132

4.3.2. 수요부문 구성 135

4.3.3. 분배부문 구성 137

4.3.4. 변환부문 구성 139

4.3.5. 정제부문 구성 141

4.3.6. 공급부문 구성 144

4.3.7. Energy Balance Flow의 전체 구성 145

5. 통합 수요관리 효 분석을 위한 EBF도구 개발 147

5.1. 통합 수요관리 효과 분석 모형의 개요 147

5.1.1. 통합 수요관리 효과 분석 모형의 전체 구성 148

5.1.2. 통합 수요관리 효과 분석 계산 과정 149

5.2. 통합 수요관리 효과 분석 모형의 입력 구성 150

5.2.1. 소비부문 입력의 구성 151

5.2.2. 수율 및 구성 비율 입력의 구성 153

5.2.3. 에너지원 단가 입력 구성 및 IPCC 계수의 적용 155

5.3. 통합 수요관리 효과 분석 모형 구축 158

5.3.1. 수요부문 구성 158

5.3.2. 분배부문 구성 161

5.3.3. 변환부문 구성 163

5.3.4. 정제부문 구성 166

5.3.5. 공급부문 구성 169

5.3.6. 출력 결과 172

5.4. 통합 수요관리 효과 분석 모형의 기능 195

5.4.1. 통합 수요관리 효과 분석 모형 195

5.4.2. 효율향상 196

5.4.3. 수율 및 구성비율 198

5.4.4. 에너지원 이동 200

5.4.5. 냉난방방식의 변화 201

5.4.6. 소형 열병합발전의 투입 202

5.4.7. 신재생에너지활용 203

5.4.8. 수정된 집단에너지의 모형개발 205

5.4.9. 신재생에너지 활용을 위한 집단에너지 EBF 개발 207

5.4.10. 통합 수요관리 효과 분석을 위한 시나리오 구축 213

6. 사례연구 217

6.1. 가상 시나리오 분석 217

6.1.1. 소비부문 에너지 효율 향상(Case 1) 217

6.1.2. 분배부문 효율 향상(Case 2) 218

6.1.3. 변환부문 효율 향상(Case 3) 219

6.1.4. 석유 정제 수율 변화(Case 4) 220

6.1.5. 수요관리 효과 적용 발전 설비 구성(Case 5) 221

6.1.6. 에너지원의 이동(Case 6) 222

6.1.7. 중대형 CHP 설비 증가(Case 7) 223

6.1.8. 소형 열병합 발전의 투입(Case 8) 228

6.1.9. 냉난방 방식의 변화(Case 9) 233

6.2. 신재생에너지의 활용시 수요관리효과 248

6.2.1. 에너지 절감량 249

6.2.2. CO₂감축량 252

6.2.3. 에너지 절감액 255

7. 결론 258

참고문헌 262

부록 A. Energy balance flow 입력구성 266

Abstract 278

표 2.1. 에너지 수요관리의 추진 방법 30

표 2.2. 에너지 수요관리의 진화 단계 35

표 2.3. 에너지 수요관리의 주체 37

표 2.4. 연간 전력에너지수요관리 투자 사업비 38

표 2.5. 부하관리 및 효율향상 목표량 40

표 2.6. 미국 에너지절감 잠재량연구 결과종합 45

표 2.7. 에너지효율프로그램 행정관리 요소 49

표 2.8. 미국내 수요관리 프로그램 50

표 2.9. 미국내 주요 5개주의 에너지효율프로그램 행정구조 52

표 2.10. 에너지수요관리 추진 조직, 예산 및 기관별 특징 66

표 2.11. 축냉설비의 연간 보급 및 지원수준 변화 71

표 3.1. 1차 에너지 원별수요 전망 78

표 3.2. 최종에너지 부문별 수요 전망 78

표 3.3. 1차 에너지 수요 목표(안) 79

표 3.4. 에너지원별 최종에너지 수요 목표(안) 79

표 3.5. 용도별 전력소비량 기준 수요 전망 81

표 3.6. 최대전력 기준 수요 전망 81

표 3.7. 연도별 전력소비량 목표 수요 전망 82

표 3.8. 연도별 최대전력 목표 수요 전망 82

표 3.9. 에너지원별 발전량 전망 82

표 3.10. 연도별 전원구성전망 83

표 3.11. 천연가스수요추이 84

표 3.12. 장기 천연가스 수요전망 84

표 3.13. 연도별 지역난방 공급 계획 86

표 3.14. 연도별 지역냉방 공급 계획 86

표 3.15. 연도별 산업단지 공급 계획 86

표 3.16. 에너지원별 목표 수요 전망 87

표 3.17. 에너지원별 목표수요 안-최종에너지 89

표 3.18. 신·재생에너지 발전량 전망-목표 안 90

표 3.19. 전원구성전망 및 기술개발 목표 90

표 3.20. 국가에너지 계획별 구분 91

표 3.21. 각 수급기본계획과의 비교 92

표 3.22. 국가에너지기본계획과 신재생에너지 기본계획과의 비교 93

표 3.23. 국가에너지기본계획과 천연가스수급계획과의 비교 95

표 3.24. 국가에너지기본계획과 전력수급기본계획과의 비교 97

표 3.25. 국가에너지기본계획과 집단에너지 공급 기본계획과의 비교 98

표 3.26. 신재생에너지기본계획과 전력수급기본계획의 발전량의 비교 98

표 4.1. 해외 에너지 수급 모형 108

표 4.2. 에너지 통계 작성 현황 117

표 4.3. 에너지 공급통계 관련 기관 및 통계내용 118

표 4.4. 주요 전력 통계 내용 및 작성 기관 122

표 4.5. 국내 에너지 수급 밸런스 형식 129

표 5.1. 효과 분석을 위한 입력의 구성 151

표 5.2. IPCC 탄소배출계수 157

표 5.3. 발전 방식에 따른 연료의 구성 164

표 5.4. 에너지원별 사용량(총 에너지원) 173

표 5.5. 에너지원별 CO₂배출량(총 에너지원) 173

표 5.6. 석탄원료별 사용량 173

표 5.7. 원료별 CO₂배출량(석탄) 174

표 5.8. 석유류 제품구성 174

표 5.9. 석유류 수출입량, 최종사용량, CO₂배출량 175

표 5.10. 천연가스 176

표 5.11. 원자력 수입량 및 사용량 176

표 5.12. 신재생에너지 생산 구성 176

표 5.13. 발전방식별 에너지사용량 및 발전량 181

표 5.14. 발전 (1) 181

표 5.15. 발전 (2) 182

표 5.16. 발전 (3) 182

표 5.17. 발전 (4) 182

표 5.18. 발전 (5) 183

표 5.19. 발전 (6) 183

표 5.20. 열에너지 184

표 5.21. 전력네트워크 186

표 5.22. 열네트워크 186

표 5.23. 에너지원별 최종사용량 및 부문별 에너지 최종사용량 188

표 5.24. 석탄에너지 부문별 최종사용량 188

표 5.25. 석탄연료별 사용량(최종소비단) 189

표 5.26. 석유에너지 부문별 최종사용량 189

표 5.27. 석유연료별 소비단 사용량 190

표 5.28. 천연가스 부문별 최종사용량 190

표 5.29. 전력 부문별 최종사용량 191

표 5.30. 열에너지 부문별 최종사용량 191

표 5.31. 신재생에너지 부문별 최종사용량 192

표 5.32. 개발전의 모형의 폐열 수열가능범위 204

표 5.33. 바이오 및 폐기물의 통합수요관리모형내의 구분 204

표 5.34. Case별 시나리오 구성 215

표 5.35. Case별 세부 시나리오 구성 216

표 6.1. Case 1 시나리오 투입 결과 217

표 6.2. Case 2 시나리오 투입 결과 218

표 6.2. Case 3 시나리오 투입 결과 219

표 6.4. Case 4 시나리오 투입 결과 220

표 6.5. Case 5 시나리오 투입 결과 221

표 6.6. Case 6 시나리오 투입 결과 222

표 6.7. 중대형 CHP 증가 시나리오 적용 결과 224

표 6.8. 난방방식 전환 시나리오 적용 결과(GHP 전환) 236

표 6.9. 난방방식 전환 시나리오 적용 결과(EHP 전환) 241

표 6.10. 냉방방식 전환 시나리오 적용 결과(GHP 전환) 245

표 6.11. 잉여(폐)열 수열증가 Case별 시나리오 구성 248

표 6.12. Case별 1차 에너지의 에너지 절감량 249

표 6.13. case별 1차 에너지의 CO₂감축량 252

표 6.14. Case별 1차 에너지의 에너지절감액 255

표A.1. 소비부분의 입력구성 266

표A.2. 분배부분의 입력구성 268

표A.3. 변환부분의 입력구성 270

표A.4. 정제부분의 입력구성 272

표A.5. 공급부분의 입력구성 274

그림 2.1. 에너지 수요관리의 분류 31

그림 2.2. 최대수요억제 31

그림 2.3. 기저부하증대 32

그림 2.4. 최대부하이전 32

그림 2.5. 전략적 소비절약 33

그림 2.6. 전략적 부하증대 33

그림 2.7. 가변부하 조성 34

그림 2.8. 에너지 투자계획 진행절차 36

그림 2.9. WGA의 에너지효율향상에 의한 에너지절감 목표 46

그림 2.10. 고효율전동기 보급실적 및 보급시나리오 70

그림 3.1. 에너지원별 수급계획의 검토 및 문제점 도출 75

그림 3.2. 에너지 공급과 수요의 상생관계 형성을 위한 시사점 도출 76

그림 3.3. 전력수급기본계획 수립 절차도 80

그림 3.4. 신·재생에너지 보급 장기전망-1차에너지 88

그림 3.5. 신·재생에너지 보급 장기전망-최종에너지 89

그림 3.6. 에너지원별 기본계획의 검토 91

그림 3.7. 국가에너지기본계획과 신재생에너지기본계획의 비교-1차에너지(신재생) 94

그림 3.8. 국가에너지기본계획과 신재생에너지기본계획의 비교-최종에너지(신재생) 94

그림 3.9. 국가에너지기본계획과 천연가스수급계획의 비교-1차 에너지(천연가스) 96

그림 3.10. 국가에너지기본계획과 천연가스수급계획의 비교-최종에너지(도시가스) 96

그림 3.11. 국가에너지기본계획과 전력수급계획의 비교-최종에너지 97

그림 3.12. 신재생에너지기본계획과 전력수급계획 발전량의 비교 99

그림 3.13. 통합 수요관리 계획 수립의 필요성 104

그림 3.14. 통합수요관리 계획수립을 위한 기본절차 105

그림 4.1. 에너지밸런스 구성 107

그림 4.2. 작성단계에 따른 에너지 통계의 문제점 116

그림 4.3. 석유소비의 흐름도 119

그림 4.4. 국내 1차 에너지 소비변화(1981~2010) 123

그림 4.5. 석유 최종소비 구성 비율(1990~2010) 123

그림 4.6. 석탄 최종소비 구성 비율(2001~2010) 124

그림 4.7. 국내 천연가스 수입현황 125

그림 4.8. 도시가스 최종 소비 구성 비율 125

그림 4.9. 전력 최종 소비 구성 비율(2005~2010) 126

그림 4.10. 에너지 통계의 에너지원별 세부항목 구성 127

그림 4.11. Energy Balance 구성을 위한 통계의 작성범위 128

그림 4.12. Energy 전망모형 128

그림 4.13. 국내 에너지 수급 밸런스(2008) 131

그림 4.14. 국가 에너지 기본 계획상의 Energy balance flow 132

그림 4.15. 국가 에너지 자원 기술 개발 계획 133

그림 4.16. 해외 모형의 Reference Energy System 134

그림 4.17. 수요부문 구성의 차이 135

그림 4.18. 해외 모형의 소비부문 구성 136

그림 4.19. 국내 통계자료의 소비부문 구성 137

그림 4.20. 해외 모형의 분배부문의 구성 138

그림 4.21. 해외 모형의 변환부문 구성 139

그림 4.22. 해외 모형의 에너지 변환 기술 구성 140

그림 4.23. 국내에너지 변환 기술 141

그림 4.24. 해외 모형의 정제부문 구성 142

그림 4.25. 국내 Energy Balance Flow의 정제부문의 구성 143

그림 4.26. 해외 에너지 기준 모형의 공급단 144

그림 4.27. 국내 Energy Balance Flow의 공급단의 구성 145

그림 4.28. 한국형 Energy Balance Flow의 구성 146

그림 5.1. 통합 수요관리 효과분석 모형의 구성 148

그림 5.2. 수요관리 효과 분석 계산과정 150

그림 5.3. 소비부문 입력의 구성 152

그림 5.4. 수율 및 구성 비율의 입력 154

그림 5.5. 에너지원 단가의 입력 155

그림 5.6. IPCC 탄소배출계수 적용 요소 156

그림 5.7. 수요부문의 구성(시나리오 적용) 160

그림 5.8. 송전 및 배전 네트워크의 구성 161

그림 5.9. 열 배관 네트워크의 구성 162

그림 5.10. 변환 부문의 구성 165

그림 5.11. 석유제품의 정제부문 구성 167

그림 5.12. 우라늄, 바이오 및 폐기물의 정제부문 구성 168

그림 5.13. 석탄의 공급부문 구성 170

그림 5.14. 석유의 공급부문 구성 171

그림 5.15. 천연가스 및 우라늄의 공급부문 구성 172

그림 5.16. 공급 & 정제부분의 출력결과(1) 177

그림 5.17. 공급 & 정제부분의 출력결과(2) 178

그림 5.18. 공급 & 정제부분의 출력결과(3) 179

그림 5.19. 공급 & 정제부분의 출력결과(4) 180

그림 5.20. 변환부분의 출력결과(1) 184

그림 5.21. 변환부분의 출력결과(2) 185

그림 5.22. 분배부문의 출력결과 187

그림 5.23. 소비부분의 출력결과(1) 192

그림 5.24. 소비부분의 출력결과(2) 193

그림 5.25. 소비부분의 출력결과(3) 194

그림 5.26. 통합 수요관리 효과 분석 모형의 기능 195

그림 5.27. 분배 효율 입력의 구성 196

그림 5.28. 변환 효율 입력 197

그림 5.29. 소비부문 효율 입력의 구성 198

그림 5.30. 석유정제 수율변화 199

그림 5.31. 수요관리효과적용 발전설비구성 및 구성 비율 변화 200

그림 5.32. 에너지원 이동의 입력 201

그림 5.33. 냉난방방식 변화의 입력 202

그림 5.34. 소형 열병합 발전 입력의 구성 203

그림 5.35. 집단에너지의 Energy balance flow 205

그림 5.36. 수정된 집단에너지의 Energy balaned flow 206

그림 5.37. 수정된 집단에너지의 Energy balance flow 207

그림 5.38. 잉여수열이 고려된 집단에너지의 Energy balanece flow 208

그림 5.39. 연료전지 수열 209

그림 5.40. 하수열수열, 우드칩수열, RDF수열, 산업체 및 소각수열 210

그림 5.41. 수열배관효율 211

그림 5.42. 수열비용 212

그림 5.43. 수요관리요소 213

그림 6.1. Case 1 시나리오 투입 결과 218

그림 6.2. Case 2 시나리오 투입 결과 219

그림 6.3. Case 3 시나리오 투입 결과 220

그림 6.4. Case 4 시나리오 투입 결과 221

그림 6.5. Case 5 시나리오 투입 결과 222

그림 6.6. Case 6 시나리오 투입 결과 223

그림 6.7. 중대형 CHP 증가 시뮬레이션 과정 224

그림 6.8. 중대형 CHP 증가에 따른 에너지 절감량 225

그림 6.9. 중대형 CHP 증가에 따른 CO₂배출 감축량 226

그림 6.10. 중대형 CHP 증가에 따른 비용 절감액 227

그림 6.11. 열병합발전 설비 증가에 따른 에너지 절감량 229

그림 6.12. 소형 열병합 발전 증가에 따른 CO₂배출 감축량 229

그림 6.13. 소형 열병합 발전 증가에 따른 에너지 사용 절감액 230

그림 6.14. 소형 열병합발전 설비 증가에 따른 에너지 절감량(원자력 제외) 231

그림 6.15. 소형 열병합 발전 설비 증가에 따른 CO₂배출 감축량(원자력 제외) 232

그림 6.16. 소형 열병합발전 설비 증가에 따른 에너지 사용 절감액(원자력 제외) 233

그림 6.17. 냉난방방식 변화의 시뮬레이션 과정 235

그림 6.18. 난방방식 전환에 따른 에너지 절감량(GHP) 237

그림 6.19. 난방방식 전환에 따른 CO₂배출 감축량(GHP) 238

그림 6.20. 난방방식 전환에 따른 비용 절감액(GHP) 239

그림 6.21. 난방방식 전환에 따른 에너지 절감량(GHP) 240

그림 6.22. 난방방식 전환에 따른 CO₂배출 저감량(GHP) 242

그림 6.23. 난방방식 전환에 따른 비용 절감액(EHP) 243

그림 6.24. 냉방방식 전환에 따른 에너지 절감량(GHP) 244

그림 6.25. 냉방방식 전환에 따른 CO₂배출 감축량(GHP) 246

그림 6.26. 냉방방식 전환에 따른 비용 절감액(GHP) 247

그림 6.27. Case 적용 시나리오 구성 예제 248

그림 6.28. 시나리오 적용 전과 후의 에너지사용량 250

그림 6.29. Case별 1차 에너지의 에너지 절감량 250

그림 6.30. Case별 석유종류별 에너지 절감량 251

그림 6.31. 시나리오 적용 전과 후의 CO₂배출량 253

그림 6.32. Case별 1차 에너지의 CO₂감축량 253

그림 6.33. Case별 석유종류별 CO₂감축량 254

그림 6.34. 시나리오 적용 전과 후의 에너지사용액 256

그림 6.35. Case별 1차 에너지의 에너지절감액 256

그림 6.36. Case별 석유종류별 에너지절감액 257

에너지는 우리사회를 과학적 기초 하에 비약적으로 발전시킬 수 있는 중요한 요소이며, 우리 인간의 삶을 풍족하게 하는 근원이기도 하다. 하지만 우리 인류가 산업화이후 풍족하게 사용해왔던 천연에너지가 이제는 고갈을 걱정해야 할 정도에 직면하게 되었다. 이에 따라 에너지를 적게 사용하고, 효율적으로 사용하기 위한 방법으로서 에너지 수요관리를 통한 에너지 수급의 적정한 밸런스의 개발을 위한 연구가 진행되어 왔으며, 그 결과로서 Energy Balance Flow를 개발하여 운용중이다.

한국에서도 Energy Balance Flow를 에너지수급 정책에 사용하고 있으나, 한국 실정에 보다 적합한 Energy Balance Flow 개발이 필요함에 따라 본 논문에서는 적용 가능한 수요관리요소를 반영한 한국형 Energy Balance Flow 구성 모형을 제시하였다.

본 논문의 주요결과는 다음과 같다.

첫째, 본 논문에서는 에너지통계를 공급측면과 소비측면으로 분석하고, 통계작성 단계별로 문제점 분석을 하였으며, 또한 석유, 석탄, 천연가스, 전력, 열에너지 등 국내에서 사용하는 에너지원별 수급 통계 작성 체제를 분석하여 한국형 Energy Balance Flow 구성을 위한 기본 자료를 제시하였다.

국가에너지 기본 계획상의 Energy Balance Flow 전체 구성에서 수요관리 요소가 적용 가능한 변환 및 분배의 가정이 간략하게 작성됨에 따라 통합 수요관리 효과 분석이 어려운 상황임에 따라 해외 에너지 수급 모형을 검토하여 한국형 Energy Balance Flow의 기본 골격을 공급, 정제, 변환 분배로 구성하였다.

둘째, 한국형 Energy Balance Flow를 기반으로 수율 및 구성 비율, 효율, 에너지원 이동, 냉난방 방식의 변화 및 소형 열병합발전소의 요소가 투입되면 수요관리 요소에 의해 변화된 Energy Balance Flow를 구성하고, 국가적 차원의 에너지 사용량 변화, CO₂배출량 변화 및 에너지 사용금액의 변화의 산출이 가능한 통합 Energy System Management모형을 개발하였다.

셋째로, 수요관리 효과 도출을 위하여 소비부문 에너지효율향상, 분배부문 효율향상, 변환부문 효율향상, 석유정제부문효율향상, 수요관리효과적용 발전설비구성, 에너지원의 이동, 중대형CHP 설비증가, 소형열병합발전의 투입 등 모의 가능한 시나리오를 Simulation하여 그 효과를 제시하였다.

기존 사용되어 왔던 Energy Balance Flow를 해외모형과 비교하여, 우리나라 에너지 수요관리에 가장 적합한 모형을 제시함으로써 에너지부족문제에 직면한 우리나라 현실에서 필수적으로 수행해야하는 효과적인 통합에너지 수요분석 및 수요관리가 가능할 것으로 기대되며, 아울러 통합 수요관리 효과분석 모형을 통하여 에너지흐름에 따른 국가적 차원의 에너지사용량 변화, CO₂ 배출량 변화 및 에너지사용 금액의 변화의 산출 등 각 구성요소별 수요관리 효과를 세밀하게 분석할 수 있으며, 또한 각 부문별 효율향상을 적용한 경우의 에너지 절감량과 CO₂배출량, 비용절감액 등 수요관리효과를 보다 용이하게 분석 할 수 있으며, 향후 CO₂ 총량 규제 시에도 최적 투입과 그에 따른 편익분석이 가능하여 국가적 에너지관리 측면에서 유용한 의사결정수단이 될 것으로 사료된다.