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목차
제1장 연구개발 과제 개요 47
제1절 연구개발의 필요성 및 목적 47
1. 연구개발 필요성 47
2. 연구개발 목적 51
제2절 관련분야의 국내외 기술 및 산업현황 57
1. 국내외 기술 및 산업 동향 57
2. 정부 정책현황 90
제2장 연구개발 수행 내용 및 결과 109
제1절 연구개발목표 및 내용 109
제2절 연구개발 수행내용 111
1. CEMS-D 111
2. CEMS-O 112
3. CEMS 구축 및 실증 113
제3절 연구개발 수행 결과 114
제3장 최종 연구성과 및 적용실적 127
제1절 핵심성과 리스트 127
제2절 핵심성과별 결과 및 실적 130
1. 도시에너지 통합관제를 위한 플랫폼 설계 요건 조사 130
2. 에너지 커뮤니티 운전 및 제어시스템 조사 및 분석 145
3. 국내외 도시에너지 소비특성 및 공급체계 분석 자료 164
4. 도시에너지 공급원 및 수요처별 에너지 원단위 DB 182
5. 에너지 효율화 기술 List 197
6. 도시 에너지소비량 모니터링 및 분석시스템 설계 209
7. 에너지 시스템 모델링 및 운전 최적화 Prototype 모듈 개발 223
8. 도시에너지 공급시스템 최적화 프로그램 240
9. 도시특성을 감안한 전력수요예측 알고리즘 254
10. 도시 신재생 예측 알고리즘 개발 260
11. 안산시 도시에너지 공급 및 소비특성 분석자료 271
12. 도시 에너지·자원 부존량 분석 및 수치실험을 통한 에너지 공급시스템의 경제성 분석자료 285
13. POC 실증 319
14. 스마트 도시에너지 관리시스템 실증사이트 구축 353
15. 에너지절약 10% 이상인 도시에너지 공급시스템 설계기법 371
16. GIS 연계 도시에너지 공급시스템 최적화 프로그램 382
17. 도시 실증용 통합에너지관제시스템 395
18. 도시에너지운영 최적화기법 404
19. 도시특성을 감안한 기타 도시에너지(가스, 열, 수도) 수요예측 알고리즘 426
20. 모니터링 시스템 활용 가능한 실시간 예측 알고리즘 434
21. 복합에너지 최적설계 툴 개발 449
22. Long-term 복합에너지 커뮤니티 운영 알고리즘 및 기법 461
23. 복합에너지 커뮤니티 설계지침 및 제도개선방안 472
24. 도시에너지사용 분석기법 483
25. 개선된 통합에너지관제시스템 489
26. 도시규모에 적합한 CEMS용 수요관리(DR) 프로그램 개발 502
27. 스마트 도시에너지 관리시스템 모니터링 및 비즈니스 모델 개발 520
28. 스마트 도시에너지 관리시스템 및 복합 에너지 커뮤니티 모델 적용성 검토 554
제4장 연구목표 달성 및 효과 574
제1절 연구개발 목표 달성도 574
제2절 연구개발 기대효과 579
1. 정책적 기대효과 579
2. 기술 및 경제적 기대효과 588
제5장 연구성과의 활용 및 추가연구 필요성 593
제1절 연구성과 활용방안 593
제2절 추가연구의 필요성 601
[뒷표지] 606
표 1-1. 연구개발의 중요성 52
표 1-2. 프로젝트 주요 내용 68
표 1-3. 주요 프로젝트 및 결과 68
표 1-4. 전력공급 체계의 변화 79
표 1-5. 사업별 주요실적 요약 91
표 1-6. 한전의 에너지신산업 육성정책 사업 모델 93
표 1-7. 2030 에너지 신산업 확산전략 98
표 1-8. 공급의무 비욜 99
표 1-9. 신재생에너지 공급인증서 가중치 100
표 1-10. 신재생에너지 설치의무화 비율 101
표 1-11. 신재생에너지원별 보조금 지원 예산액 101
표 1-12. 에너지원별/용량별 보조금 지원 기준 102
표 1-13. 에너지원별/용량별 지원 규모 103
표 1-14. 에너지원별/용량별 지원 기준 (2015) 103
표 1-15. 금융지원 규모 (2015) 104
표 1-16. 금융지원 조건 (2015) 104
표 1-17. 1/2차 유비쿼터스 도시 종합계획 특징 105
표 1-18. 정부의 스마트 시티 구성 및 운영 방안 106
표 1-19. 글로벌 스마트시티 실증단지 주요 서비스 예시 107
표 1-20. 주요 도시 스마트시티 추진 현황 107
표 3-1. 도시에너지 통합관제 시스템의 기능 140
표 3-2. 도시에너지 통합관제시스템의 구현에 있어서 문제점 141
표 3-3. 도시에너지 통합관제 시스템 요구사항 142
표 3-4. 미활용에너지의 발생원별 이용형태 및 이용방법 147
표 3-5. 도시에서 미활용에너지의 효과 147
표 3-6. 미활용에너지 활용을 위한 기술적 과제 148
표 3-7. 미활용에너지 활용을 위한 시행상의 과제 148
표 3-8. 미활용에너지를 활용한 열공급시스템 149
표 3-9. 배터리기술별 비교 155
표 3-10. 도시에너지 관리시스템 입력변수, 알고리즘, 출력 161
표 3-11. 최종에너지 부문별 에너지 절감 목표 166
표 3-12. 안산시 및 고양시의 온실가스 배출 특성 168
표 3-13. 에너지 부문 온실가스 배출량 중 세부 부문별 비중 169
표 3-14. 에너지 부문 온실가스 배출량 중 세부 부문별 비중 169
표 3-15. 에너지사용계획서의 구성 내용 171
표 3-16. 유럽에서의 도시에너지 공급체계 특징 179
표 3-17. 국내 에너지 공급체계의 문제점 및 해결방안 180
표 3-18. 건물 용도별 단위면적당 에너지 원단위 자료 183
표 3-19. 주요 전력 통계 자료 191
표 3-20. 에너지 공급원 및 에너지 수요처별 원단위 D/B 목록 196
표 3-21. 주요 업무용 건축물 부하별 에너지 사용 분포 200
표 3-22. 주거용 건축물 부하별 에너지 사용 분포 201
표 3-23. 시설개선/관리를 통한 분야별 건물에너지 절약 방법 204
표 3-24. 운전/운영방식 개선에 의한 건물에너지 절약 방법 205
표 3-25. 에너지 공급/소비 모니터링 시스템 개요 220
표 3-26. 전기에너지 모델링 개요 224
표 3-27. 열에너지 모델링 개요 225
표 3-28. 가스에너지 모델링 개요 225
표 3-29. 물에너지 모델링 개요 226
표 3-30. 복합에너지 모델링 개요 226
표 3-31. 도시에너지 최적화 알고리즘_네트워킹 227
표 3-32. 도시에너지 최적화 알고리즘_복합에너지운전 228
표 3-33. 도시에너지 최적화 알고리즘_실시간운전 229
표 3-34. 도시에너지 최적화 알고리즘_수요관리 230
표 3-35. 프로그램 모듈의 UI 및 DB 구조 233
표 3-36. UI 트리구조 및 관련 구성 233
표 3-37. 선형계획법에 의한 최적화 방법에서의 해석을 위한 입출력 자료 내용 244
표 3-38. 에너지공급시스템 해석방법 250
표 3-39. 에너지공급시스템에서의 다양한 입력조건(발전원별 발전단가) 250
표 3-40. 전력소비량 세계 순위 272
표 3-41. 부문별 전력판매량 비중 272
표 3-42. 최대전력 및 기본부하 분야별 비중 273
표 3-43. 원별 발전설비 규모 및 비중 274
표 3-44. 원별 발전량 규모 및 비중 274
표 3-45. 연도별 예비력 및 예비율 추이 274
표 3-46. 도시에너지 수요패턴 분석을 위한 대상건물(업무용, 상업용) 개요 275
표 3-47. 도시에너지 수요패턴 분석을 위한 대상건물(공동주택 A) 개요 275
표 3-48. 연간 월별 냉난방 부하패턴 276
표 3-49. 안산도시개발 연도별 열판매 실적 280
표 3-50. 안산시 용도별 전력소비량 추이 284
표 3-51. 시화호 가용 열량 288
표 3-52. 하수열을 활용한 지역 냉난방 이용 사례 289
표 3-53. 안산시 하수종말처리시설 개요 290
표 3-54. 안산 하수처리장의 활용 가능 열량 계산 293
표 3-55. 시화국가산업단지 주요 제조 업종별 면적분포 295
표 3-56. 국가 업종별 소비열량 및 연면적 296
표 3-57. 국가 업종별 전체 소비에너지 대비 배열량의 비 296
표 3-58. 시화국가산업단지 주요 제조 업종별 배열량 296
표 3-59. 신재생에너지 전체 잠재량 297
표 3-60. 경기도의 신재생에너지 기술적 잠재량 분포 298
표 3-61. 경기도 지역별 신재생에너지원별 잠재량 통계 300
표 3-62. 안산시 유기성 폐기물 발생량 302
표 3-63. 가축별 일평균 축분 배출량 및 바이오 가스 발생량 302
표 3-64. 소규모 분산형 전원의 특징 305
표 3-65. 에너지공급시스템의 분산화 및 부하구조의 변화에 따른 효과 306
표 3-66. 안산시 생활폐기물 소각시설 개요 309
표 3-67. 복합시스템(열병합발전+소각폐열 활용)에서의 소각폐열 도입 효과 310
표 3-68. 복합시스템에서의 열펌프 도입효과 313
표 3-69. 복합시스템(열병합발전시스템+음식물 소화가스시스템)에서의 소화가스 도입 효과 315
표 3-70. 전력 추가 계측 포인트(34개 포인트) 321
표 3-71. 가스 계측 포인트(7개) 322
표 3-72. 수도 계측 포인트(3개) 323
표 3-73. 수도계측기 사양표 323
표 3-74. 각 건물별 열공급 설비 자료 330
표 3-75. 보일러 주요 사양 331
표 3-76. 가스히트펌프 총 설치 용량 및 공급 구역 332
표 3-77. 지열히트펌프 시스템 333
표 3-78. 각 건물별 연료사용량 및 탄소발생량 340
표 3-79. 열병합발전기 시스템별 특징 344
표 3-80. 열병합발전 시스템의 주요 사양 345
표 3-81. 시간 변화에 따른 각 기기별 열공급량 348
표 3-82. 운전 방식별 연료 소비량 및 탄소발생량, CO2 환산계수 2.75㎏ CO2/㎏ LNG 349
표 3-83. 운전 방식 및 설비별 총 사용요금 351
표 3-84. 운전 방식 및 설비별 총 사용요금, 2018년 예상 351
표 3-85. 운전 방식 및 설비별 실제 CO2 발생량 352
표 3-86. 안산시 모니터링 시스템 개요 357
표 3-87. 집중기의 주요 기능 359
표 3-88. 국내 비상발전기 설비현황('11년 12월) 360
표 3-89. 모델 도시의 개요 372
표 3-90. 에너지 공급시스템의 규모 및 전력부하에 따른 연간 에너지사용량의 변화 373
표 3-91. 에너지 원단위 376
표 3-92. 건물 용도에 따른 기존 도시 대비 전력부하 비율 376
표 3-93. 한국지역난방공사 열공급규정에서의 단위연결열부하 기준표 379
표 3-94. 건축물의 단위전력부하 및 수용률 380
표 3-95. Case별 해석 결과 381
표 3-96. Ver 2.0의 메뉴 구성 385
표 3-97. 지역난방공사 열배관 설계표준단가표 392
표 3-98. 에너지공급시설의 시설용량별 부지면적 393
표 3-99. 연차별 개발 내용 398
표 3-100. 데이터 엔터티 체계 399
표 3-101. 에너지 네트워킹 항목 408
표 3-102. 수요자원 최적 운전 항목 409
표 3-103. 전기/열 최적 비율 생산 관련 항목 410
표 3-104. 자원 분류 방법 및 특성 413
표 3-105. 설비 속성 분류 417
표 3-106. 생산 비용 421
표 3-107. 수요이전 전후의 생산 비용 424
표 3-108. 이동평균법을 이용한 실시간 전력수요 예측 오차율 437
표 3-109. 가중이동평균법을 이용한 실시간 전력수요 예측 오차율 비교 437
표 3-110. 지수평활법을 이용한 실시간 전력수요 예측 오차율 비교 437
표 3-111. 외삽법을 이용한 실시간 전력수요 예측 오차율 비교 438
표 3-112. 풍속빈을 이용한 풍력 발전량 예측식 441
표 3-113. α보정 오차율 평균 441
표 3-114. 서울지역의 월별 일출, 남중, 일몰시간 정보 442
표 3-115. 기상청 정보의 예 (3H 간격) 442
표 3-116. 시간대별 기상정보 변환 과정 442
표 3-117. '09.03~10.23' 태양광 발전량 데이터를 이용한 예측 모델 검증 오차율 447
표 3-118. 태양광 발전량 데이터를 이용한 예측모델 검증 결과 447
표 3-119. 신재생에너지원별 발전량 및 CO2 저감량 460
표 3-120. 복합에너지 시스템의 설치방법별 생애주기비용 비교 471
표 3-121. 분야별, 시설별 사업주체 및 범위 475
표 3-122. 도시계획 시설 중 도시기반 공급·처리시설의 계획 시 검토사항 478
표 3-123. CBL 계산 방법 506
표 3-124. 예측일과 동일한 요일의 예측일 이전 3일의 과거 데이터 510
표 3-125. 최대/최소 전력수요량 511
표 3-126. 시간대별 정규화 전력수요량 512
표 3-127. 예측일의 시간대별 전력수요량 513
표 3-128. 비정상근무일 제외 514
표 3-129. 생산조정일 제외 515
표 3-130. '산업용 Max(4/5)' CBL 산정 515
표 3-131. 실제데이터를 활용 CBL 값 516
표 3-132. 예측데이터 활용 CBL 산정 결과 516
표 3-133. 예측데이터와 실측데이터를 활용한 CBL 오차율 516
표 3-134. 에너지 프로슈머의 컨셉 및 거래 효과 523
표 3-135. 최적화 검증 항목 분류 528
표 3-136. 발전기 정보 530
표 3-137. 발전기 정보 531
표 3-138. 1일 발전비용 및 탄소배출량 532
표 3-139. 1일 발전비용 및 탄소배출량 533
표 3-140. 발전기 정보 534
표 3-141. 선로연계 비용최소화 가정 536
표 3-142. 선로연계 탄소최소화 가정 537
표 3-143. 복합설비 반영 관련 가정 539
표 3-144. 열수요와 CHP관련 가정 541
표 3-145. 발전기와 CHP 관련 가정 545
표 3-146. 발전기와 CHP 관련 가정 545
표 3-147. 에너지 수요량 추세치 558
표 3-148. 에너지 수요량 목표치 558
표 3-149. 에너지 공급원 검토 및 배분 559
표 3-150. 집단에너지시설 입지타당성 검토 560
표 3-151. 신재생에너지 예상 생산량 560
표 3-152. 신재생에너지원별 예상 공급량 560
표 3-153. CEMS-D S/W의 입출력 내용 561
표 3-154. 수원시 2013년 에너지사용량 및 소각열생산량 (공공데이터포털) 563
표 3-155. Net Present Costs 567
표 3-156. Annualized Costs 567
표 3-157. 토지이용계획안 568
표 4-1. 온실가스 감축 목표 및 부문별 온실가스 배출 전망 579
표 4-2. 에너지 사용 계획 협의 사업 대상 585
표 4-3. 분야별 녹색성장법 제체계도 586
그림 1-1. 모듈러 도시계획 구성(안) 48
그림 1-2. 전 세계 부문별 탄소 배출량 비중 및 전력/열 생산 분야의 탄소 배출량 추이 49
그림 1-3. 복합 에너지 운전으로의 에너지 공급 시스템 설계 및 운영 패러다임 변화 50
그림 1-4. 최종 연구목표 개념도 51
그림 1-5. 최종목표 달성을 위한 과제 구성도 52
그림 1-6. 세계 도시인구 전망 및 메가시티 자원소비 비중 57
그림 1-7. 스마트시티의 주요 개념 58
그림 1-8. 스마트시티 시장 전망 59
그림 1-9. EU의 스마트시티 로드맵 62
그림 1-10. 일본의 스마트시트 추진현황 63
그림 1-11. 마스다르 프로젝트 65
그림 1-12. 동탄 프로젝트 66
그림 1-13. 코펜하겐 전경 67
그림 1-14. 네덜란드 암스테르담 프로젝트 개념 67
그림 1-15. 히타치 스마트 시티 개념도 70
그림 1-16. 제주 스마트그리드 실증단지 개념 71
그림 1-17. 스마트시티의 개념과 주요 기능 73
그림 1-18. IT 인프라를 중심으로 한 스마트시티 요소기술 73
그림 1-19. IBM사와 보스턴 시 추진 기술개발 내용 74
그림 1-20. 주요 기술 구성도 75
그림 1-21. 일본의 스마트시티 관련 주요 기술 75
그림 1-22. 스마트시티 분야 Top Player 76
그림 1-23. Hitachi 스마트시티 프로젝트 현황 77
그림 1-24. Toshiba 요코하마 프로젝트 77
그림 1-25. 스마트그리드 개념 78
그림 1-26. EMS 개념 82
그림 1-27. 시스템 적용 장소별 EMS 구성 82
그림 1-28. 판교 HEMS 적용 구성 84
그림 1-29. AMI 개념 86
그림 1-30. 스마트그리드 발전 개념 86
그림 1-31. 스마트그리드의 과도기적 형태 87
그림 1-32. 고속 PLC 국제 표준 추진체계 88
그림 1-33. 에너지신산업 3개년 목표 91
그림 1-34. 에너지신산업 세부 추진 방안 92
그림 1-35. 스마트그리드 스테이션 개념도 94
그림 1-36. 울릉도 친환경 에너지자립 섬 조성사업 개념도 95
그림 1-37. 스마트그리드 확산사업 개념도 95
그림 1-38. 전기차 충전인프라 구조도 97
그림 3-1. IEC61970(CIM/RDF/XML)의 개요 131
그림 3-2. CIM/RDF/XML 생성 개념도 131
그림 3-3. oBIX의 구조 132
그림 3-4. BACnet/XML의 개요 133
그림 3-5. OPC XML-DA 서버게이트웨이 구조 134
그림 3-6. gbXML을 이용한 CAD 데이터 교환 135
그림 3-7. 스마트그리드 표준화 포럼 조직도 139
그림 3-8. 도시에너지 통합관제 시스템의 개념도 140
그림 3-9. 탄소저감 도시에너지 관리시스템 144
그림 3-10. 미활용에너지 개념도 146
그림 3-11. 미활용에너지를 이용한 열공급시스템의 개요 149
그림 3-12. 하천수이용 히트펌프의 작동원리 150
그림 3-13. 히트펌프를 이용한 열공급시스템 151
그림 3-14. 히트펌프와 열병합 복합시스템 152
그림 3-15. 에너지저장장치의 활용분야에 따른 요구사항 153
그림 3-16. 배터리 기술의 자본비용별 비교 157
그림 3-17. 배터리기술의 정격출력별 비교 157
그림 3-18. 배터리 기술의 에너지밀도별 비교 158
그림 3-19. 마이크로그리드 운전 요구사항 159
그림 3-20. 도시에너지관리시스템의 기능 160
그림 3-21. 도시에너지관리시스템의 운전알고리즘별 대상 및 필요데이터베이스 161
그림 3-22. 마이크로그리드 제어 요구사항 162
그림 3-23. 최종에너지 원별/용도별 소비 추이 165
그림 3-24. 가정·상업부문 에너지원별 소비 추이 165
그림 3-25. 부문별 온실가스 배출 현황 166
그림 3-26. 국내 지역별/부문별 최종 에너지 소비 현황('09년) 166
그림 3-27. 국내 지역별/부문별 전력 소비 현황('09년) 167
그림 3-28. 국내 지역별/원별 최종 에너지 소비 현황('09년) 167
그림 3-29. 전국 7대 도시에서의 건물 용도별 전력 사용 비율 167
그림 3-30. 국내 도시관리계획 수립 절차 170
그림 3-31. 도시관련 법체계 171
그림 3-32. 집단에너지 공급시스템 검토 체계 172
그림 3-33. 국내 지역별 전력수요 및 발전소별 전력생산율 172
그림 3-34. 국내 복합화력발전소별 가동률 173
그림 3-35. 건물용도별 지역난방 공급열량의 연도별 추이 173
그림 3-36. 지방 신도시 복합화력발전 및 열전용 보일러의 월별 가동률 174
그림 3-37. 서울시 마곡지구 토지이용계획도 175
그림 3-38. EU의 에너지원별 소비량 추이(단위: Mtoe) 및 부문별 에너지 소비량 비율 176
그림 3-39. EU의 1차 에너지 혼합(Mixing)에 의한 탄소배출 저감 목표 시나리오(2009) 176
그림 3-40. Goteborg Energi사의 에너지 플랜트 현황 177
그림 3-41. 연간 총 에너지 생산량 중 에너지원별 비율(Goteborg Energi사) 177
그림 3-42. Goteborg Energi사의 연간 에너지 생산 실적 178
그림 3-43. 스웨덴 웁살라시의 에너지 공급시스템의 시설용량 및 에너지원별 생산실적 179
그림 3-44. 상업·공공건물의 연면적당 에너지 원단위 183
그림 3-45. 에너지 원단위 D/B 구축방안 185
그림 3-46. 에너지 원단위 D/B 및 분석 결과(고양시 소재의 OB-1 건물) 186
그림 3-47. 에너지 원단위 D/B 및 분석 결과(서울시 서초구 소재의 OB-2 건물) 187
그림 3-48. 에너지 원단위 D/B 및 분석 결과(서울시 강서구 소재의 OB-3 건물) 188
그림 3-49. 에너지 원단위 D/B 및 분석 결과(서울시 강서구 소재의 OB-4 건물) 189
그림 3-50. 에너지 원단위 D/B 및 분석 결과(서울시 강서구 소재의 OB-5 건물) 189
그림 3-51. 에너지 원단위 D/B 및 분석 결과 190
그림 3-52. 전력 통계 D/B 192
그림 3-53. 전력의 시장가격 결정구조 193
그림 3-54. 회사별 수요가수 및 공급량(좌), 용도별 공급량 구성비(우) 193
그림 3-55. 도시가스 통계 D/B 194
그림 3-56. 지역난방 통계 D/B 195
그림 3-57. 건축물 에너지 사용효율 향상 설계 프로세스 198
그림 3-58. 주요 업무용 건축물 연간 에너지소요량 200
그림 3-59. 건축물 에너지저감 설계기술 분류 및 주요 List 201
그림 3-60. 열에너지 저감 기술 적용에 따른 분석 202
그림 3-61. 전기에너지 저감 기술 적용에 따른 분석 202
그림 3-62. 커뮤니티/도시 단위 에너지 효율화 기술에 따른 분석 208
그림 3-63. POC 평면도 및 에너지 수요 프로파일 210
그림 3-64. 기 구축된 GS건설 기술연구소 생활관을 통한 필요 요소 도출 211
그림 3-65. 일반적인 건물용 에너지 모니터링/제어 구성 211
그림 3-66. 자동 원격검침시스템 구성도(AMR) 213
그림 3-67. 스마트폰을 이용한 무선 원격검침시스템 (OMR) 213
그림 3-68. 모니터링 시스템 기술 분석 214
그림 3-69. POC 모니터링 시스템 기능 구성도 214
그림 3-70. 센서네트워크 통신방식 기술 분석 215
그림 3-71. POC 모니터링 시스템 설계 구성도-ZigBee방식 216
그림 3-72. 각 건물별 1월 전기 사용량 217
그림 3-73. 각 건물별 1월 열 사용량 218
그림 3-74. 각 건물별 1월 수도 사용량 218
그림 3-75. 통합 DB 구성도 219
그림 3-76. 국산 DB 구성도 220
그림 3-77. 최적해 도출 순서도 231
그림 3-78. 변수제약을 완화한 선형계획법(Relaxed LP) 232
그림 3-79. oBIX서버 아키텍처 236
그림 3-80. oX 시스템의 클래스 계층 구조 236
그림 3-81. oBIX 서버와 CEMS 간의 관계 237
그림 3-82. CEMS PDCA 238
그림 3-83. CEMS 구조 설계 238
그림 3-84. CEMS 분석 모듈 239
그림 3-85. CEMS 최적화 모듈 239
그림 3-86. 에너지 공급시스템 해석 모델 243
그림 3-87. 최적화 S/W의 한 종류인 Lingo 구동 화면 245
그림 3-88. 도시단위 통합 에너지 커뮤니티 보급모델의 개념도 246
그림 3-89. 저탄소 에너지 절약형 도시계획 요소 247
그림 3-90. 도시에너지 최적 공급시스템의 설계 프로세스 247
그림 3-91. 모델도시의 계획(안), 토지이용계획, 건물 용도별 대지면적 및 건축연면적 계산 예시, 난방면적 계산 예시 248
그림 3-92. 에너지 부하 계산 및 부하패턴 예시 248
그림 3-93. 시스템 구성 방안 249
그림 3-94. 혼합정수계획법에 의한 수치 모델링 방법 251
그림 3-95. 개발된 프로그램의 분석 방법 예시 251
그림 3-96. 에너지 공급시스템 최적화 S/W(EnergyPlan, EnergyPro) 252
그림 3-97. 도시 내 전체 전력수요 예측 알고리즘 255
그림 3-98. 도시 내 수용가별 전력수요 점유율 예측 알고리즘 258
그림 3-99. 용도별 점유율 259
그림 3-100. 풍속빈(좌)과 평균 풍속(우)을 이용한 풍속 대 출력 곡선 261
그림 3-101. 관련 데이터 항목 262
그림 3-102. 풍속에 대한 출력 3차 함수식 262
그림 3-103. 다항식 회귀 분석(y-절편(시동출력) 기준) 262
그림 3-104. 다항식회귀분석, y절편기준 다항식 회귀분석의 풍속 대 출력 그래프 263
그림 3-105. 내삽법을 통한 풍속 대 출력 그래프 263
그림 3-106. 예시의 풍속 대 출력 그래프 264
그림 3-107. 풍속 대 출력 그래프를 지수모델과 단순 멱방정식 모델로 선형화한 그래프 266
그림 3-108. 풍속빈 구성 266
그림 3-109. α차 함수의 α=3과 α보정 그래프 267
그림 3-110. 날씨-시간대별 출력량 그래프 268
그림 3-111. 2차 함수 근사화 269
그림 3-112. 예시 2차 함수 근사화와 날씨-시간대별 출력량 그래프 270
그림 3-113. 예시 시간대별 기상 270
그림 3-114. 최종에너지와 전력소비량 추이 273
그림 3-115. 업무용 건물(Trade Tower & ASEM Tower의 연간 월별 냉난방 부하패턴 276
그림 3-116. 상업용 건물(COEX Mall)의 연간 월별 냉난방 부하패턴 276
그림 3-117. 건물 유형에 따른 시간대별 부하패턴 277
그림 3-118. 안산시 에너지 소비 특성 278
그림 3-119. 안산도시개발 지역난방 공급시설 전경 279
그림 3-120. 안산지역난방 열생산시설 계통도 279
그림 3-121. 안산도시개발 열공급 현황(2013년 1월 기준) 280
그림 3-122. 단지별(59개 단지) 월별 열사용량(2012년) 281
그림 3-123. 단지별(59개 단지) 월별 열사용량(2011년(좌), 2010년(우) 281
그림 3-124. 단지별(23개 단지) 월별 단위 난방면적당 열사용량(2012년) 282
그림 3-125. 안산도시개발 열공급 현황(2013년 1월 기준) 283
그림 3-126. 안산시 및 시화호 사진(출처 : 네이버 지도검색서비스) 286
그림 3-127. 시화호 수질과 해수 유통량 변화 287
그림 3-128. 시화호 월평균 수온 및 기온(2012년) 287
그림 3-129. 시화호 월평균 수온-기온 온도차(2012년) 287
그림 3-130. 해수열원 열펌프를 이용한 시화호 동하절기 최대 이용가능 열량... 288
그림 3-131. 하수열 이용모델(안산시) 290
그림 3-132. 월별 하수처리량(월평균)의 변화(서울시) 290
그림 3-133. 안산 하수처리장 연중 유량(2000년) 291
그림 3-134. 안산 하수처리장 하수 유량 291
그림 3-135. 동절기 하절기 외기온도 및 하수처리수 온도분포 비교 292
그림 3-136. 월별 하수열 온도, 외기온도 및 하수처리량 변화 293
그림 3-137. 월별 하수열에너지 이용 가능 열량 294
그림 3-138. 시화국가산업단지 안내도 295
그림 3-139. 태양열 및 태양광 부존잠재량의 경기도 지역별 분포도 298
그림 3-140. 육상 및 해상 풍력단지 개발가능 영역(짙은 회색) 299
그림 3-141. 풍력설비 보급현황(2008년 말) 299
그림 3-142. 바이오에너지의 종류 및 생산 기술 분류 301
그림 3-143. 경기도 지역별 바이오매스 부존량 303
그림 3-144. 분산형 전원 및 구역형 에너지공급시설 개념도 305
그림 3-145. 원동기 대수에 따른 계절별, 부하별 배열발생량 및 배열이용량의 변화 307
그림 3-146. 시스템 분산화에 따른 부하율 및 가동률 변화(좌), 연간 에너지소비량 및 에너지 절감율의 변화(우) 307
그림 3-147. 안산시 지구단위계획구역 총괄도 308
그림 3-148. 소각시설 용량에 따른 열량 및 증기터빈 출력 변화 309
그림 3-149. 안산시 지구단위계획구역 총괄도 311
그림 3-150. 냉방 시의 하수 용량(좌) 및 하수처리수 온도변화(우)에 따른 이용가능 열량 312
그림 3-151. 사우디 Jeddah 신도시의 위치 316
그림 3-152. Jeddah 시 주요 분석 내용 318
그림 3-153. POC 모니터링 시스템 설계 구성도-ZigBee방식 320
그림 3-154. 가스 계측보정기 구성도 322
그림 3-155. 가스 계측보정기 사양 323
그림 3-156. 전기실 공사 324
그림 3-157. 가스 인프라 공사 325
그림 3-158. 수도계량기 설치 325
그림 3-159. POC 통합관제실 구성 326
그림 3-160. 중간기 전기 사용량 327
그림 3-161. 하절기 전기 사용량 328
그림 3-162. 동절기 전기 사용량 328
그림 3-163. 보일러 모델링 및 효율 곡선 331
그림 3-164. 가스히트펌프 모델링 및 성능 곡선 333
그림 3-165. 지열히트펌프 모델링 및 성능 곡선 334
그림 3-166. 연료전지 모델링 335
그림 3-167. 생활관 부하 프로파일 335
그림 3-168. 국제관 부하 프로파일 336
그림 3-169. 본관동 부하 프로파일 336
그림 3-170. 개별 운전 방식 337
그림 3-171. 구획별 열원설비 운전 방식: 1안 338
그림 3-172. 구획별 열원설비 운전 방식: 2안 338
그림 3-173. 全건물 통합운전 방식 339
그림 3-174. 운전 방식에 따른 시간별 연료사용량 341
그림 3-175. 운전 방식에 따른 시간별 CO2 발생량 342
그림 3-176. 열병합발전 시스템의 일반적인 구성기기 343
그림 3-177. 가스엔진 시스템 346
그림 3-178. 열병합발전설비 모델링 346
그림 3-179. 가스엔진별 성능 곡선 347
그림 3-180. 시간 변화에 따른 각 기기별 열공급량 347
그림 3-181. 운전 방식 및 설비에 따른 시간별 연료 소비량 350
그림 3-182. 운전 방식 및 설비에 따른 시간별 CO2 발생량 350
그림 3-183. POC 공급량 계측 시스템 구성도 354
그림 3-184. 태양광 발전량 모니터링 시스템 구성도 355
그림 3-185. 태양광발전 일일발전량 모니터링 화면 355
그림 3-186. 비상용 발전기 공급량 모니터링 시스템 구성도 356
그림 3-187. A아파트 배전도 356
그림 3-188. 안산시 주거/산업단지 모니터링 구성도 358
그림 3-189. 안산시 주거/산업단지 센서 네트워크 구성도 358
그림 3-190. 비상용 발전기의 수요자원 활용 360
그림 3-191. 하계 요일별 에너지사용량(2013년 7월) 362
그림 3-192. 하계 요일별 에너지사용량(2013년 8월) 362
그림 3-193. 동계 요일별 에너지사용량(2013년 12월) 363
그림 3-194. 동계 요일별 에너지사용량(2013년 1월) 363
그림 3-195. 중간기 요일별 에너지사용량(2013년 3월) 364
그림 3-196. 동절기 월 데이터(13년 12월, 에너지 사용량) 365
그림 3-197. 간절기 월 데이터(14년 5월, 에너지 사용량) 365
그림 3-198. 하절기 월 데이터(14년 8월, 에너지 사용량) 366
그림 3-199. 월별 전력에너지 사용량 추세 데이터 366
그림 3-200. 동절기 월 데이터(13년 12월, 에너지 사용량) 367
그림 3-201. 간절기 월 데이터(14년 5월, 에너지 사용량) 367
그림 3-202. 하절기 월 데이터(14년 8월, 에너지 사용량) 367
그림 3-203. 동절기 월 데이터(15년 1월, 에너지 사용량) 368
그림 3-204. 간절기 월 데이터(15년 3월, 에너지 사용량) 368
그림 3-205. 동절기 시간대별 요일데이터(15년 1월, 에너지 사용량) 369
그림 3-206. 간절기 시간대별 요일데이터(15년 3월, 에너지 사용량) 370
그림 3-207. 부하 패턴 372
그림 3-208. 에너지 공급시스템의 규모 및 전력부하에 따른 연간 에너지사용량의 변화 374
그림 3-209. 전력부하의 비율변화에 따른 하절기 발전배열 이용량 변화 375
그림 3-210. 에너지 공급시스템의 규모 및 전력부하의 비율에 따른... 375
그림 3-211. 부하구조에 따른 에너지사용량 및 배열 이용률 변화 377
그림 3-212. 수원시 GIS 맵 378
그림 3-213. 수원시 건축물대장을 참고한 건물별 연면적 목록 예시 379
그림 3-214. 수원시 에너지 부하 380
그림 3-215. 수원시 연도별 발전현황 및 발전설비 가동률 383
그림 3-216. 수원시 전력사용량 384
그림 3-217. Smart CEMS-D S/W 구성 체계 386
그림 3-218. Smart CEMS-D S/W에서의 Ver. 1.0과 Ver. 2.0의 업무 구분 개념도 386
그림 3-219. Smart CEMS-D S/W의 해석 프로세스 386
그림 3-220. Smart CEMS-D S/W 개발 화면 387
그림 3-221. 해외 선진사 프로그램과의 기술수준 분석:Smart CEMS-D 388
그림 3-222. 에너지 소비량의 2D 및 3D 가시화 예시 390
그림 3-223. 에너지 공급설비 위치의 2D 가시화 개념도 390
그림 3-224. 도시 에너지 공급망 가시화 개념도 391
그림 3-225. 도시 에너지 배관망 네트워크 최적화 개념도 391
그림 3-226. 도시기반시설의 용량별 부지면적 394
그림 3-227. 통합관리센터 시스템 주요 흐름도 396
그림 3-228. 통합관리센터 시스템 구성도 397
그림 3-229. 데이터 집계 체계 399
그림 3-230. 시스템 구성 400
그림 3-231. 시스템 구성 모델 401
그림 3-232. 에너지 수요 및 공급 프로파일 402
그림 3-233. 에너지 수요 및 공급 프로파일 402
그림 3-234. 해외 선진사 프로그램과의 기술수준 분석:Smart CEMS-O 403
그림 3-235. 도시에너지 운영 최적화 기법의 적용 목적 405
그림 3-236. 최적화 모델 구성요소 405
그림 3-237. 최적화 프로세스 406
그림 3-238. 최적화 시스템 적용에 따른 기대효과 406
그림 3-239. 에너지 시스템의 구조 407
그림 3-240. 에너지 네트워킹 관련 프로세서 구조 408
그림 3-241. 수요 자원 최적 운전 관련 프로세서 구조 409
그림 3-242. 전기/열 최적 비율 생산(복합 발전기 운전) 관련 프로세서 구조 410
그림 3-243. 최적화 방법론 411
그림 3-244. 데이터 시각화 방법 412
그림 3-245. 최적화 프로세스 414
그림 3-246. 최적화 프로세스 자동화 기법 416
그림 3-247. 최적화 알고리즘 자동 수행 구동 방법 417
그림 3-248. 최적화 목표 설정 419
그림 3-249. 제어불가능 공급자원 선택 419
그림 3-250. 저장설비 선택 420
그림 3-251. 수요자원 선택 420
그림 3-252. 최적화 수행 후 전체 출력 프로파일 421
그림 3-253. 자원 출력 누적 프로파일 422
그림 3-254. CHP 미반영시의 최적화 프로파일 422
그림 3-255. 수요 이전 비용이 0일 경우의 결과 423
그림 3-256. 수요이전 미 고려 시 결과 424
그림 3-257. 주간수요 결과 프로파일 425
그림 3-258. 도시 내 전체 전력수요 예측 알고리즘 428
그림 3-259. 전력 수요의 계절별 온도 민감도 (산업용_오피스의 예) 428
그림 3-260. 도시 내 용도별 전력 수요 점유율 예측 알고리즘 429
그림 3-261. 시간대별/용도별 전력 수요 및 점유율 예측 429
그림 3-262. 시간대별 용도별 전력 수요 예측 430
그림 3-263. 도시 내 전체 에너지 수요 예측 알고리즘 432
그림 3-264. 외삽법(좌:m=2, 1차, 우:m=3, 2차)을 이용한 실시간 전력 수요 예측 436
그림 3-265. 요일별 대형할인점 전력 수요 438
그림 3-266. 요일별 종합상사 전력 수요 439
그림 3-267. 요일별 제조업체 전력 수요 440
그림 3-268. 날씨별 발전효율 예측 443
그림 3-269. 날씨별 발전량 예측 444
그림 3-270. 날씨별 발전량 예측 445
그림 3-271. 날씨별 발전량 예측 446
그림 3-272. 보유 수요데이터 450
그림 3-273. Demand CLIMATE 화면 451
그림 3-274. Demand 화면 452
그림 3-275. Demand 설정 화면 452
그림 3-276. Supply 화면 453
그림 3-277. Supply 스펙 설정 453
그림 3-278. 수급분석(Matching) 화면 454
그림 3-279. 기후데이터의 Esp-r 형식 455
그림 3-280. 수원지역 연간 시간별 기후데이터 456
그림 3-281. 전력수요 데이터 (8,760 시간) 456
그림 3-282. 열수요 데이터 (8,760 시간, 난방+냉방+급탕) 456
그림 3-283. PV 발전량 프로파일(연간) 457
그림 3-284. BIPV 발전량 프로파일(연간) 457
그림 3-285. Wind Turbine 발전량 프로파일(연간) 458
그림 3-286. 연료전지 5㎾급 2대 발전량 프로파일(전력-연간) 458
그림 3-287. 연료전지 5㎾급 2대 열생산량 프로파일(열(급탕)-연간) 459
그림 3-288. 지열히트펌프의 열생산 프로파일(냉난방-연간) 459
그림 3-289. 프로젝트 진행에 따른 생애주기비용 항목의 개념도 462
그림 3-290. 건설공사에서의 일반적인 생애주기비용 분석항목의 분류 465
그림 3-291. 사용년수에 따른 평균년가의 변화 465
그림 3-292. 물가상승률에 따른 도시기반 공급·처리시설의 설치방법별 LCC 비교 468
그림 3-293. 할인율에 따른 복합에너지 시스템의 설치방법별 LCC 비교 469
그림 3-294. 내용년수에 따른 복합에너지 시스템의 설치방법별 LCC 비교 469
그림 3-295. 내용년수에 따른 도시기반 공급·처리시설의 설치방법별 LCC 비교 470
그림 3-296. 통계적 분석방법별 특징 485
그림 3-297. 통계적 분석방법 적용 예시 486
그림 3-298. 데이터 전처리 방법 487
그림 3-299. 분석기간 및 방법 488
그림 3-300. 실시간 에너지 모니터링 화면 488
그림 3-301. Link 기능 적용 예시 490
그림 3-302. Slack 변수 적용 예시 491
그림 3-303. 지자체 에너지 관리 체계 문제점 및 개선안 492
그림 3-304. 도시에너지 보고서 프로세스 492
그림 3-305. 주요 보고서 493
그림 3-306. 프로그램 기능구조도 및 구성 494
그림 3-307. DB 스키마 개선 및 보완 내용 495
그림 3-308. 데이터 수집 개선 내용 498
그림 3-309. 기상데이터 수집 개선 내용 499
그림 3-310. UI 개선 화면 500
그림 3-311. 관제도시 전체 화면 501
그림 3-312. 관제도시 에너지 분석 화면 501
그림 3-313. 수요관리 제도 504
그림 3-314. 실제와 예측의 시간대별 전력수요량 비교 513
그림 3-315. 대시보드 화면 517
그림 3-316. 부하 및 경제성 분석 화면 517
그림 3-317. 실시간 급전지시 관리 화면 517
그림 3-318. 데이터 보정 및 자원관리 화면 518
그림 3-319. 휴무일 관리 화면 518
그림 3-320. 한전 Ismart 데이터 수집 화면 519
그림 3-321. 비상용 발전기를 이용한 부하감축 방안 521
그림 3-322. 에너지 프로슈머의 컨셉 및 거래 효과 522
그림 3-323. 마이크로 단위 에너지 사업자 Biz. model 예시 523
그림 3-324. 가사도 에너지자립섬 계통 구성도 524
그림 3-325. CEM-O 접속 화면 526
그림 3-326. CEM-O 메인 화면 526
그림 3-327. 통합관제대상 선택 화면 527
그림 3-328. 최적화 기능 선택 527
그림 3-329. 비용최소화 CEMS-O 시뮬레이션 결과 530
그림 3-330. 탄소제약 시 비용최소화 시뮬레이션 실행 입력화면 531
그림 3-331. 탄소제약 조건 시 비용최소화 CEMS-O 시뮬레이션 결과 532
그림 3-332. 탄소최소화 시뮬레이션 실행 입력화면 534
그림 3-333. 탄소최소화 CEMS-O 시뮬레이션 결과 534
그림 3-334. 선로연계 비용최소화 CEMS-O 시뮬레이션 결과 (에너지 생산량) 536
그림 3-335. 선로연계 비용최소화 CEMS-O 시뮬레이션 결과 (전력 생산량) 536
그림 3-336. 선로연계 탄소최소화 시뮬레이션 실행 입력화면 537
그림 3-337. 선로연계 탄소최소화 CEMS-O 시뮬레이션 결과... 538
그림 3-338. 선로연계 탄소최소화 CEMS-O 시뮬레이션 결과... 538
그림 3-339. 복합설비(CHP) 반영여부 CEMS-O 시뮬레이션 결과 540
그림 3-340. 열수요 vs 복합설비(CHP) 운전 CEMS-O 시뮬레이션 결과... 541
그림 3-341. 열수요 vs 복합설비(CHP) 운전 CEMS-O 시뮬레이션 결과... 541
그림 3-342. 열수요 vs 복합설비(CHP) 운전 CEMS-O 시뮬레이션 결과... 542
그림 3-343. 열수요 vs 복합설비(CHP) 운전 CEMS-O 시뮬레이션 결과... 543
그림 3-344. 열수요 vs 복합설비(CHP) 운전 CEMS-O 시뮬레이션 결과... 543
그림 3-345. 배터리 최대저장용량 확인을 위한 시간대별 전기수요 데이터 544
그림 3-346. 배터리(최대충전용량: 400㎾h) 반영 CEMS-O 시뮬레이션 결과 545
그림 3-347. 배터리(최대충전용량: 200㎾h) 반영 CEMS-O 시뮬레이션 결과 546
그림 3-348. 배터리(최대충전용량: 400㎾h) 시간대별 충방전 및 SOC 데이터 547
그림 3-349. 배터리(최대충전용량: 200㎾h) 시간대별 충방전 및 SOC 데이터 547
그림 3-350. 배터리 효율(80%) 반영 CEMS-O 시뮬레이션 결과 548
그림 3-351. 배터리(최대충전용량 400㎾h, 효율 80%) 시간대별 충방전 및 SOC 데이터 549
그림 3-352. CEMS-O 프로그램에서 수요이전 기능 추가 549
그림 3-353. 수요이전 기능 모의를 위한 전력수요 데이터 및 수요이전량 550
그림 3-354. 수요이전 반영 전의 CEMS-O 시뮬레이션 결과 550
그림 3-355. 수요이전 반영 후의 CEMS-O 시뮬레이션 결과 551
그림 3-356. 수요이전 비용(24,950원)에 대한 CEMS-O 시뮬레이션 결과 552
그림 3-357. 수요이전 비용(24,950원)에 대한 CEMS-O 시뮬레이션 결과 552
그림 3-358. POC 실증 데이터(전력부하, 태양광, 열부하, 풍력) 553
그림 3-359. POC 실증데이터의 시뮬레이션 결과 553
그림 3-360. Sustainability Services and Qualifications 555
그림 3-361. 중국 도시개발 모델링 사례 555
그림 3-362. Thematic Performance Sub-models 556
그림 3-363. 단계별 도시 최적 모델링 556
그림 3-364. 새만금 조감도 및 토지이용계획도 557
그림 3-365. 집단에너지시설 입지 559
그림 3-366. 2030년 최적시나리오 해석 결과 562
그림 3-367. 2050년 최적시나리오 해석 결과 562
그림 3-368. 2013년 수원시 월평균외기온도 vs 지역난방열소비량 및 도시가스사용량 564
그림 3-369. 2013년 수원시 월평균외기온도 vs 전력사용량 564
그림 3-370. 2013년 수원시 일평균외기온도 vs 일간열부하(추정) 564
그림 3-371. 2013년 수원시 일평균외기온도 vs 일간전력부하(추정) 564
그림 3-372. 수원시 평일 부하패턴(용도별, 종합) 565
그림 3-373. 수원시 주말 부하패턴(용도별, 종합) 565
그림 3-374. 2013년 수원시 부하 565
그림 3-375. 2013년 수원시 CEMS-D 해석결과 567
그림 3-376. 토지이용계획 도안 569
그림 3-377. 에너지 부하 프로파일 작성창 571
그림 3-378. 설비 용량 및 종류 설정창 572
그림 3-379. 최적설비 결정 및 경제성 분석창 572
그림 3-380. 설비/수요처 간의 배관망 구성창 573
그림 4-1. 전력 수요관리 시장 581
그림 4-2. ESS/전기차 사업 모델 581
그림 4-3. 친환경에너지타운 개념도 582
그림 4-4. 에너지자립섬 조성사업 개념도 582
그림 4-5. 신재생에너지 보급 정책 583
그림 4-6. E-프로슈머 사업 유형 588
그림 4-7. E-프로슈머 구분 및 정책 방향 589
그림 4-8. 신재생 설비 시장 전망 590
그림 4-9. 스마트시티 시장 전망 591
그림 5-1. GS건설 기술연구소 POC 실증 개념도 594
그림 5-2. 안산시 T/B 실증 개념도 594
그림 5-3. 수원시 Simulation 실증 개념도 595
그림 5-4. Peer Review 결과 595
그림 5-5. CEMS 홍보 브로셔 596
그림 5-6. 수원시 CEMS 홍보 부스 및 Poster 597
그림 5-7. CEMS 홍보 597
그림 5-8. 에너지 신산업 개요 598
그림 5-9. 베트남 나베 신도시 개발사업 599
그림 5-10. 연구성과 활용방안 600
그림 5-11. 그린에너지 커뮤니티 모델 개요 603
그림 5-12. Micro-Grid Hub 모델 604
그림 5-13. 의료복합단지 개념도 604
그림 5-14. GS건설의 7-C City Grand Package 개요 605
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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