[표지]
목차
제출문 2
세부과제 Ⅰ. 위성영상 기반 신재생에너지 발전 진단 및 변동성 예측 기술 개발 3
요약문 5
목차 8
제1절 핵심기술 목표 및 TRL 달성도 자체 평가 9
1. 핵심기술 목표 평가 9
2. TRL 달성도 자체평가 10
제2절 주요사업 Research Week 11
1. 주요사업 Research Week 발표자료 11
2. 주요사업 Research Week 평가의견서 25
제3절 주요사업 연차평가 27
1. 주요사업 연차평가 발표자료 27
2. 주요사업 연차평가 평가의견서 44
제4절 주요사업 Gate Review 46
1. 주요사업 Gate Review 발표자료 46
2. 주요사업 Gate Review 평가의견서 62
세부과제 Ⅱ. 신재생복합에너지 건물 및 타운을 위한 통합에너지운영 지능화 기술 65
요약문 67
SUMMARY 70
목차 73
제1장 서론 79
제2장 신재생복합에너지 건물 및 타운을 위한 통합에너지운영 지능화 81
제1절 신재생복합에너지 건물 에너지운영지능화 기술 83
1. 적용대상 84
2. 건물부하 및 신재생에너지시스템 성능예측 기술 108
3. 건물부하 및 신재생에너지시스템 운영 기술 117
4. 소결론 131
제2절 신재생복합에너지 타운 에너지운영지능화 기술 132
1. 적용대상 133
2. 타운열부하 및 신재생에너지시스템 성능예측 기술 138
3. 타운열부하 및 에너지시스템 운영 기술 144
4. 소결론 149
제3장 결론 150
세부과제 Ⅲ. 차세대 신재생 융복합 건물에너지기술 153
요약문 155
SUMMARY 157
Contents 159
목차 160
제1장 서론 165
제2장 차세대 신재생 융복합 건물에너지기술 169
제1절 세종 스마트시티 RE20 개요 169
1. 도시형 플러스에너지커뮤니티 개요 169
제2절 도시형 플러스에너지커뮤니티 적용성 평가 182
1. 서론 182
2. 플러스에너지커뮤니티 개요 183
3. 신재생융복합시스템 개요 184
4. 시뮬레이션 모델 185
5. 시뮬레이션 결과 및 분석 187
6. 비즈니스 모델 195
7. 참고문헌 198
제3절 플러스에너지커뮤니티 리모델링 안 200
1. 플러스에너지커뮤니티 리모델링 개요 200
2. 플러스에너지커뮤니티 리모델링 기반 경제성 분석 219
제4절 세종 스마트시티 RE20 포트폴리오 223
1. 세종 스마트시티 신재생에너지 생산량 분석 223
2. 세종시 권역별 에너지 부하 산정 228
제3장 결론 235
〈표 1〉 실험연구주택 에너지시스템의 주요 구성요소와 용량 85
〈표 2〉 실험연구주택 지붕에 교체설치된 태양광 모듈 사양 95
〈표 3〉 실내청정 환기제품장치의 제품 성능 102
〈표 4〉 건물 전경 및 1층 평면도 102
〈표 5〉 환기장치 및 컨트롤러 설치 전경 102
〈표 6〉 컨트롤러 운전 모드별 성능 측정 결과 104
〈표 7〉 타운형 에너지시스템의 주요 구성요소 용량 134
〈표 8〉 타운에너지시스템 열공급 운전모드 135
〈표 9〉 타운형 에너지시스템의 최적에너지운영 성능평가를 위한 운전방식 요약 146
〈표 10〉 타운형 에너지시스템의 최적에너지운영 수익, 전기 및 가스 사용 요금 결과 147
〈표 11〉 타운형 에너지시스템의 최적에너지운영 전기요금 결과 분석 148
〈표 2-1〉 경기 신도시 건설계획 175
〈표 2-2〉 제로에너지빌딩 구성 기술 분야 및 시장규모 176
〈표 2-3〉 신재생 에너지 시스템 관련 산업 구조 177
〈표 2-4〉 플러스에너지시티 SWOT 분석 178
〈표 2-5〉 스마트시티 시장규모 및 전망 예측 179
〈표 2-6〉 국내 신재생에너지 산업 현황 변화 181
〈표 2-7〉 스마트시티의 국내 시장규모 및 전망 181
〈표 2-8〉 플러스에너지커뮤니티 리모델링을 위한 설계 및 시공 범위 200
〈표 2-9〉 설계 조감도 검토 결과 201
〈표 2-10〉 신재생에너지 설계 용량 검토(안) 204
〈표 2-11〉 공사내역(안) 합계표 208
〈표 2-12〉 공사내역(안) 건물별 공종 내역 209
〈표 2-13〉 S2동 설계 전·후 검토(안) 210
〈표 2-14〉 S3동 설계 전·후 검토(안) 213
〈표 2-15〉 S4동 설계 전·후 검토(안) 214
〈표 2-16〉 S5동 설계 전·후 검토(안) 215
〈표 2-17〉 옥외 열배관 설계 검토(안) 216
〈표 2-18〉 신재생에너지 설계 검토(안) 217
〈표 2-19〉 HomerPro 시뮬레이션 결과 220
〈표 2-20〉 HomerPro 경제성 시뮬레이션 결과 221
〈표 2-21〉 세종시 건축 종별 건축면적 및 연면적 225
〈표 2-22〉 최적 설계 용량 232
〈표 2-23〉 태양광 초과발생 전력 233
〈표 2-24〉 시스템별 생산 발전량 233
[그림 1] 신재생복합에너지기반의 제로에너지형 건물 및 타운에 대한... 82
[그림 2] 건물 에너지운영지능화 기술 적용에 대한 개념도 83
[그림 3] 건물 운영지능화 기술개발과 실험연구주택 적용을 위한 방법 84
[그림 4] 실험연구주택 에너지시스템(상) 및 설비 제어-계측시스템 개요도(하) 86
[그림 5] 운영장치 외형사진(좌) 및 실험연구주택 설치 개념도 88
[그림 6] 운영장치 운영SW 작동 흐름도 88
[그림 7] 운영 소프트웨어 주요 화면 구성 89
[그림 8] 실험연구주택 냉난방 및 급탕온수의 효율적이고 안정적인 공급을 위한... 90
[그림 9] 공기열원 히트펌프 작업 사진 91
[그림 10] 공기열원 히트펌프-축열조 라인연결 배관작업 사진 91
[그림 11] 지열원 히트펌프 연결 및 병렬식 배관작업 사진 92
[그림 12] 병렬식 개선 열공급시스템 보완작업 완료 사진 92
[그림 13] 난방운전결과-실내온도, 버퍼조온도, 히트펌프 소비전력, 난방공급유량 93
[그림 14] 5kW급 BAPV 시스템 설계도 94
[그림 15] 5kW급 BAPV 시스템 구축 및 모니터링 시스템 사진 96
[그림 16] 동절기 일사량에 다른 kWp당 출력 97
[그림 17] 동절기 청명한 날의 PV 출력 및 발전량 분포 97
[그림 18] 동절기 흐린 날의 PV 출력 및 발전량 분포 97
[그림 19] 실별 운영장치 설치위치 정보 99
[그림 20] 실별 운영장치 설치 예시 사진 99
[그림 21] 실별 운영장치 SW 주요 화면 100
[그림 22] 난방운전 중 실별 운영장치 작동사진 100
[그림 23] 제품 외형 및 구성 101
[그림 24] 실내 온습도 측정결과 103
[그림 25] 일사예측을 위한 LSTM 모델 입력 및 출력 데이터의 개념도 110
[그림 26] 일사예측 모델의 예측결과의 기준데이터와의 비교 111
[그림 27] SVM 기계학습을 이용한 실험연구주택 일반전기사용 예측 결과 112
[그림 28] 건물의 열부하 및 에너지시스템 학습형 물리모델의 구성도... 113
[그림 29] 지난 연도에서 실험연구주택 상세시뮬레이션 모델을 대상으로... 114
[그림 30] 지난 연도에서 실험연구주택을 대상으로 냉방기간 중... 115
[그림 31] 운영장치 입력간소화 달성도 추이 116
[그림 32] 지난 연도 연구에서 동적계획법 계산조건에 따른 운영최적화효율 계산 결과 118
[그림 33] 운영장치 동작 절차 119
[그림 34] 운영계획 결과파일 생성폴더 및 운영스케쥴 예시 120
[그림 35] 운영SW 동작 로그파일 생성 폴더 및 로그파일 예시 121
[그림 36] 건물 넷 전력소비량에 대한 물리모델 학습 및 예측... 125
[그림 37] 건물 넷 전력소비량에 대한 학습 오차 및 예측 오차 비교... 125
[그림 38] 운영장치 성능평가를 위한 비교대상일에 대한 외기온도 조건 비교 127
[그림 39] 운영장치 성능평가를 위한 비교대상일에 대한 일사 비교 128
[그림 40] 기존 운전방식과 운영장치 적용방식에서의 시간에 따른 넷전력소비 비교 128
[그림 41] 기존 운전방식과 운영장치 적용방식에서의 시험비교일... 129
[그림 42] 타운 운영지능화 기술개발과 온라인 시뮬레이터 적용을 위한 방법 132
[그림 43] 계간축열식 제로에너지타운의 에너지시스템 구성 개념도 133
[그림 44] 상세시뮬레이션 모델 135
[그림 45] 타운 실제 환경에서의 최적운영 136
[그림 46] 온라인 실시간 시뮬레이터를 통한 최적운영 137
[그림 47] 데이터기반 모델 건물부하 예측 성능 (ANN vs LSTM) 138
[그림 48] 학습기간을 1년의 데이터를 이용한 LSTM 기반 건물군 부하 학습 결과 139
[그림 49] 학습기간 6개월의 데이터를 이용한 LSTM 기반 건물군 부하 학습 결과 140
[그림 50] 학습기간 3개월의 데이터를 이용한 LSTM 기반 건물군 부하 학습 결과 140
[그림 51] 학습기간 1개월의 데이터를 이용한 LSTM 기반 건물군 부하 학습 결과 141
[그림 52] 지난 년도에 개발한 타운형 에너지시스템모델 구성도 142
[그림 53] 업데이트예측방식을 적용한 타운형 에너지시스템 물리모델의 태양열의존율 예측성능 143
[그림 54] 타운에너지시스템 모델의 업데이트방식 기상 및 열부하 예측데이터를 이용한 년간... 143
[그림 55] 타운에너지시스템 모델의 업데이트방식 기상 및 열부하 예측데이터를 이용한 년간... 143
[그림 56] 기개발한 룰 및 모델기반 복합운영기법의 개념 구성도 144
[그림 1-1] 제로에너지빌딩 국가정책 로드맵 165
[그림 2-1] 세계 도시인구전망 및 메가시티의 자원소비비중 169
[그림 2-2] 에너지 전환 전개과정 170
[그림 2-3] 2050 건물에너지 소비 전망 171
[그림 2-4] 전 세계 도시 및 농촌 인구 현황 및 전망 172
[그림 2-5] 전 세계 도시화율 및 인구 전망 172
[그림 2-6] +CityxChange 프로젝트 개요도 및 목표 174
[그림 2-7] 건물 일체형 신재생에너지시스템의 세계 시장규모 및 전망 180
[그림 2-8] 플러스에너지커뮤니티 개요 183
[그림 2-9] 신재생에너지 융복합 시스템 개요 184
[그림 2-10] 플러스에너지커뮤니티 내 건물 모델 어린이집 185
[그림 2-11] 건물별 연간 및 월별 전력사용 분포 188
[그림 2-12] 각 건물 및 커뮤니티의 일평균 전력 소비량 profile 188
[그림 2-13] 커뮤니티 건물별 PV 생산량 189
[그림 2-14] Case 5의 태양열집열기 및 TESS를 활용한 열에너지 생산량 결과 190
[그림 2-15] 열별 에너지 생산 및 소비량 of Case 1 191
[그림 2-16] 시뮬레이션 Case 2 결과 192
[그림 2-17] 시뮬레이션 Case 3 결과 192
[그림 2-18] 시뮬레이션 Case 4 결과 193
[그림 2-19] 시뮬레이션 Case 5 결과 194
[그림 2-20] ESS의 용량에 따른 OEFe 및 OEMe에 미치는 영향 195
[그림 2-21] 플러스에너지커뮤니티의 비즈니스모델 캔버스 195
[그림 2-22] 플러스에너지빌딩의 비즈니스 모델 197
[그림 2-23] S2 설계 최종(안) 205
[그림 2-24] S3 설계 최종(안) 205
[그림 2-25] S4 설계 최종(안) 206
[그림 2-26] S5 설계 최종(안) 206
[그림 2-27] 플러스에너지 커뮤니티 설계 최종(안) 207
[그림 2-28] 플러스에너지 커뮤니티 열·배관 최종(안) 207
[그림 2-29] 주택 시뮬레이션 부하 219
[그림 2-30] 오피스 시뮬레이션 부하 219
[그림 2-31] HomerPro 시뮬레이션 구성도 220
[그림 2-32] Case 1의 기존 시스템 대비 현금흐름 221
[그림 2-33] Case 2의 기존 시스템 대비 현금흐름 222
[그림 2-34] 건축정보 분석 프로세스 224
[그림 2-35] 세종시 친환경에너지(PV) 설치가능 용량 226
[그림 2-36] 세종시 친환경에너지 생산량 226
[그림 2-37] 세종시 권역별 친환경에너지 생산 가능성 분석 227
[그림 2-38] 세종시 권역 및 건물 종별 친환경에너지 생산 가능성 분석 227
[그림 2-39] 세종시 전체 에너지 자립율 분석 229
[그림 2-40] 세종시 생활권별 에너지 자립율 분석 230
[그림 2-41] 1-5 생활권 건물 종별 용적률 비율 230
[그림 2-42] 1-3 생활권 건물 종별 용적률 비율 231
[그림 2-43] 세종 스마트시티 경제성 분석 231
[그림 2-44] Homer Pro 시스템 구성도 232
[그림 2-45] Base 시스템 (발전소)의 Cash Flow 233
[그림 2-46] 최적 시스템 (발전소+PV+ESS)의 Cash Flow 233
[그림 2-47] 기존 시스템과 최적 시스템의 누적 비용 흐름도 비교 234