폐자원에너지시설 지원 방법론에 관한 연구

이유민(Youmin Lee),박세인(Sein Park),문회성(Heesung Moon),손준익(Junik Son),강준구(Jungu Kang),전태완(Taewan Jeon) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1

에너지 생산 및 사용에 따른 환경문제로 인해 신재생에너지의 중요성이 대두되고 있다. 이에 따라 신재생에너지에 대한 지원제도 등에 의하여 여러 신재생에너지가 지원받고 있다. 하지만 「신에너지 및 재생에너지 개발 · 이용 · 보급 촉진법」이 개정됨에 따라서 폐자원에너지에 대한 지원이 축소되었으며 비재생폐기물은 신재생에너지에서 제외되었다. 이에 따라 폐기물의 재활용이 필수적인 상황에서 폐자원에너지 관련 분야의 경쟁력 감소가 우려되고 있다. 이에 본 연구는 관련 시설의 활성화 및 촉진을 위해서 폐자원에너지시설에 대한 지원을 위한 방법론을 제시하고자 하였다. 폐자원에너지는 고체, 액체, 기체 둥 종류가 다양하며 그에 따른 시설의 공정이 다르기 때문에 시설을 비교 · 평가하기 위한 공통적인 인자가 필요하다. 따라서 폐자원에너지시설의 환경성 및 경제성을 인자를 설정하여 환경성 및 경제성을 지표로 하였다. 환경성지표는 시설의 주민수용성, 환경정의, 주민환경권, 지역사회 기여도와 같은 환경성을 기준으로 하였고 경제성지표는 폐자원에너지시설의 에너지생산량을 조사하여 생산된 에너지에 대한 판매수익 및 폐기물처리비용을 적용하여 산정하였다. 산정된 결과값은 수치를 간소화하여 상대적으로 비교할 수 있게 하고자 정규화를 진행하였고 점수화하여 각 지표의 점수를 산정하였다. 또한, 환경성 및 경제성지표의 점수를 반영비율에 따라 시설의 종합평가점수를 산정하였다.

열기반의 복합에너지 저장 및 활용시스템 기술 개발

김상준(Sang-Jun Kim) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.2

국제 사회는 에너지 소비 및 온실가스 배출이 집중된 도시 공간의 탄소 중립 실현에 적극 동참하고 있다. 도시 는 산업, 수송, 에너지 등 탄소 배출원의 집합으로 재생 에너지 공급 및 에너지 효율 제고 부문의 공간 단위의 복합적 연계가 요구된다. 도시 에재생에너지를 공급하기 위해선 대용량 에너지저장시스템 (ESS)이 필수적이다. 재생에너지 특성상 기후 조건에 따라 안정적 전력 공급이 어렵기 때문이다. 기존 ESS 기술로는 양수발전, 압축공기저장, 리듐이온배터리, 공기액화저장 등이 있다. 그러나 지형적 제약, 폭발 가능성 둥으로 도시 내 설치가 불가능하며 , 일부는 개발 초기로 경제성 확보가 어렵다. 열에너지 저장은 도시 내에서 안전하고 경제적으로 도시 최종에너지의 대부분을 차지하는 열과 전기 공급이 모두 가능하다. 구글(Malta Project), 지멘스(Gamesa)등 해외 주요 기업들은 MW 규모의 재생에너지 연계 열에너지 복합 플랜트를 개발·운영 중이다. 열에너지를 활용한 발전 방식으로는 일반적으로 스팀터빈과 ORC 발전이 있다. 그러나 설치 면적, 로드타임, 설치운영비 부분에서 도시 적용에 제한적이다. 열전발전은 온도 차이를 활용하여 전기를 생산하는 기술로 좁은 면적에 경제적으로 운용 가능하며, 축각적인 전기 생산이 가능하다. 열기반의 복합 에너지 저장 및 활용시스템은 열에너지 저장 방식과 열전발전을 결합해 미활용 열변동 재생 전원을 중고온의 열과 전기의 형태로 공급하여 고품질화 한다. 축열 매체로는 기술성숙도와 충방전 효율 및 밀도 동이 우수한 용융염을 활용한다. 공간집약성, 안전성, 경제성을 확보한 상용급 기술 개발을 통해 국내 인구의 92%가 생활하는 도시의 탄소 중립 실현에 기여한다.

탄소중립도시 전환을 위한 미활용 자원 및 에너지 지능형 순환 시스템 기술개발 기획사업

박영수,성호진,박성호,안성율,유영돈 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.2

인간이 생활을 영위하거나 산업체의 생산활동을 위해 사용한 에너지 및 자원 중 경제적 가치 , 이용 방법의 한계 등의 이유로 더 이상 사용하지 못하고 자연계로 최종 배출되는 미활용 에너지 및 자원의 활용은 2050 탄소중립을 위해 재생에너지 사용 확대, 화석에너지 사용축소, 에너지 효율 향상, 에너 지 수요 공급의 관리와 더불어 필수적인 요소이다. 우리나라는 1차 에너지 중 97%를 수입에 의존하고 있고, 1차 에너지 활용에 있어 전환 손실 둥을 고려 시 1차 에너지의 30~40%만 실제 활용되고 나머지는 활용되지 못하고 버려지고 있다. 도시는 전 세계 지표 면적의 2%에 불과하지만 에너지 사용량의 66%, 온실가스 배출량의 75%를 차지하지만, 지리적 · 사회적 여건으로 풍력발전, 태양광발전, 연료전지 발전 동 신재생에너지 적용에 한계를 가진다. 본 기획사업은 국토교통부에서 추진하는 탄소중립도시 전환을 위한 미활용 자원 및 에너지 지능형 순환 시스템 기술개발 기획사업으로, 2050 탄소중립 정책에 대응하여 도시 단위에서의 미활용 자원 및 에너지 대상 저탄소 · 고효율 순환 시스템 기술개발 및 실중을 목적으로 한다. 본 기획을 통해서 미활용 에너지 및 자원 활용을 위한 총 4개의 중점분야가 도출 되었다. ① 지하 미활용에너지의 복합 활용을 위한 저장 및 이송 인프라 간설 기술 개발 ②자원순환형 스마트그린산업단지 인프라 건설 및 운영 기술개발 ③ 탄소중립도시 도로발전 인프라 건설 기술개발 ④ 탄소중립도시 내 공간 활용 건물 온실가스 저감 기술개발

식품가공공장 FEMS 적용을 위한 데이터 스케일링 방법에 따른 에너지 소비 예측 모델의 성능 비교 연구

김동주(Dongju Kim),이형아(Hyungah Lee),여채은(Chae Eun Yeo),임채영(Chae Young Lim),구재회(Jae-Hoi Gu) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1

2050년 탄소중립 목표 달성을 위한 우리 정부의 기후기술 혁신에 대한 지원과 투자가 적극적으로 이루어지고 있으며, 이로 인해 에너지 절약 및 효율 향상의 필요성에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 대한 대안으로 공장 에너지 관리시스템 (FEMS)를 도임함으로서 일부 부분적인 시스템 개선만으로 에너지 절감을 달성할 수 있는 다양한 솔루션이 제안되어지고 있다. 전 세계적인 인구의 급격한 증가로 야기된 식품 소비의 중대로 인해 식품산업의 에너지 소비 규모가 급격하게 증가되고 있는 추세로 식품산업에서의 에너지 절감에 대한 이슈가 부각되었으나, FEMS를 적용한 에너지 절감 실증 사례는 전무하며, 심지어 일부 소규모 공장의 경우는 실제 생산에 소비되는 에너지의 양 조차 파악이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 데이터마이닝 도구인 ECminer를 사용하여 식품공정의 FEMS에 적용할 수 있는 에너지 수요 예측모델을 개발하였으며, 데이터의 전처리 과정에서의 정규화 방법에 따른 모델의 성능을 비교하였다. 수요 예측 모델을 생성하는 과정에서 데이터의 스케일링하는 과정은 모델의 학습에 큰 영향을 미치게 된다. 이러한 스케일링 방법에는 최대-최소 정규화방법, z-score 변환 둥이 있으며, 이들 방법론을 적용한 수요 예측 모델의 예측 성능을 비교하였다.

폐기물소각시설의 에너지회수효율 및 유효이용에너지 분포 분석

배지수(Jisu Bae),김규연(Kyuyeon Kim),이수영(Suyoung Lee),문희성(Heesung Moon),이영진(Youngjin Lee),강준구(Jungu Kang),전테완(Taewan Jeon) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1

에너지 에너지회수효율 산정방법(환경부고시 제 2015-200호)은 폐기물 소각 시 발생되는 열원 즉, 생산된 에너지를 기준으로 회수효율을 산정하여 4R 정책(발생 억 제 (Reduce), 재이용(Reuse), 재 활용(Recycle), 회 수(Recovery)) 흐름에 부합하는 기준을 따라왔다. 그러나 2017년 「에너지회수효율 측정 • 산정방법 및 절차 등에 관한 고시」 를 제정하며, 열원으로 국한되었던 소각열에너지를 증기, 전기, 온수등으로 확대하고 에너지의 회수 · 이용에 초점을 맞추어 다양한 형태의 소각열에너지로 활용될 수 있는 정책적 기반을 마련하였다. 본 연구는 정책 시행 이후, 생활 및 사업장폐기물 소각시설의 에너지회수효율 산정결과를 비교하고, 소각열 회수 · 이용 분포를 분석하였다. 폐기물처분부담금 기준, 에너지회수효율 50% 이상인 시설(처분부담금 감면 대상) 비율은 정책 반영 이후로 83.8% 에서 86.5%로 연도별 증가하는 경향을 보였다. 소각열에너지의 유효이용에너지 분포의 경우, 생활폐기물 소각시설은 외부 판매에 주력된 경향을 보였으며, 그 중 증기 41.8%, 온수 42.7% 의 공급 비율을 보였다. 사업장폐기물 소각시설은 생활폐기물 소각시설과는 달리 증기의 내부 활용이 91.8%로, 부지 내 제조공정 둥으로 대부분의 소각열을 자체 소모하고 있는 것으로 분석되었다.

식품가공공장 에너지관리시스템 개발에 관한 연구

구재희(Jae-Hoi Gu),김동주(Dong-ju Kim),임채영(Chae-Young Lim),여채은(Chae-Eun Yeo),이형아(Hyung-Ah Lee),조우진(Woo-Jin Cho) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2

국내 에너지소비량 중 산업부문이 137,444천toe(2019) 61 .9%로 대부분을 차지하고 있으며 제조업 이 127,431천 toe(2019)로 산업부문의 92 . 7%가 소비하고 있다. 제조업종 중 음식류 제조업이 1,929 천toe(2019)로 전체 제조업종의 1. 5%를 소비하고 있다. 제조업의 설비별 에너지 사용은 보일러용 에너지 소비량이 29.5%와 열사용/열이송 설비가 19 . 4%로 48.9%를 사용하고 있다. 제조업의 열 에너지 사용량 절감이 보일러용 및 열사용에 대한 에너지 관리물 통해 에너지 철감 및 온실가스 감축이 필요하다. 에너지 다소비 업종 중 매우 다양한 제품을 생산하는 식품가공업종의 공통적인 에너지 사용패턴 분석과 관리물 통해 공통적 인 에너지 절감 요소를 도출하여 업종 맞춤형 에너지 관리시스템의 개발이 필요하다. 이러한 식품가공업종의 열에너지의 소비패턴을 분석하여 에너지 절감을 위해 식품공장 맞춤형 에너지 소비 분석, 예측 및 절감 기술개발이 필요하다. 본 연구에서는 식품공장의 열에너지 생산/공급 공정인 보일러와 열에너지 사용공정인 식품가공공정의 에너지 소비구조 및 소비패턴 분석, 에너지 소비량 예측, 생산량 연계한 필수 인프라 선정. 에너지 소비 베이스라인 산정방법 개발 및 데이터분석을 통한 에너지 소비 공정제어 기술을 포함한 식품공장 맞춤형 에너지관리시스템 개발을 수행하고 있으며 이에 대한 연구내용을 정리하였다. 식품공장 맞춤형 에너지관리시스템은 유사한 식품공장 또는 유사한 에너지 소비패턴의 제조업에 확대보급이 가능한 기술을 개발·보급하여 제조업의 에너지 소비량 절감과 이에 따른 온실가스몰 감축하여 탄소중립 목표 달성에 기여하고자 한다.

국내 석유화학기업의 통합환경허가제도 이행을 위한 지속가능채권 발행 사례

차명진(Myung-Jin Cha) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1

「환경오염시설의통합관리에관한법률」 (이하 '통합법 ' ) 하에 통합환경관리제도가 2017년부터 업종별로 연차적으로 적용되고 있다, 2021년 통합허가 대상인 석유화학 6개 기업(LG화학, 롯데케미칼, SK종합화학, 한화토탈, 여천NCC, 대한유화)은 2020년 5월 환경부와 자발적 협약을 체결했다. 협 약의 주요 내용은 4년간(2020년~2023년) 약 6,000 억 원을 투자하여 환경오염 저감시설 확충, 공정개선 등 환경관리체계의 고도회를· 추진하는 것이다. 협약 기업들은 투자계획을 반영한 통합환경관리계획서를 제출했으며, 이들 기업 중 LG화학의 경우 2021년 2월 지속가능채권(8,200 억 원) 발행을 통해 프로젝트 투입 자금을 조달하였다. 지속가능채권을 포함한 ESG채권은 특수목적채권으로 발행 시 자금사용용도와 달성목적 (KPD를 지정하여 외부기관의 적합성 검증을 받는다. 그러나 채권 발행 이후 자금시용계획이 변동된 경우 재검증에 대한 의무는 강제되지 않아 그린워싱 (Green-Wahsing)의 우려가 있다. 실제로 조달 자금이 환경 개선을 위한 목적으로 사용되고 있는지 환경정보공개제도(환경정보공개시스템)를 이용해 대상 기업의 환경영향 저감 투자 및 기술도입 현황, 오염물질의 배출 감소 등의 활동이 실제 이행되고 있음을 확인하였다. 환경정보에 대한 자발적 공시가 확대되고 있으나 명확한 공개항목 및 검증 기준이 마련되지 않아 객관성과 정확도가 낮다는 문제가 있으며 현행 환경정보공개제도는 기업이 자발적 공시를 위해 사용하는 방법론과 차이가 있어 활용도가 낮은 실정이다. 환경정보 공개제도는 기업의 정보 등록 이후 서류 검증 및 현장 검증을 통해 정보의 신뢰성을 확보하고 있어 녹색금융상품의 실효성을 높일 수 있는 방안이 될 수 있을 것이다. 이에 환경정보공개 방법론을 비교하고 개선방안을 제안하여 녹색금융상품의 질적 성장을 도모하고자 한다.

식품가공공장 에너지관리시스템 개발에 관한 연구

구재희(Jae-Hoi Gut),김동주(Dong-ju Kim),임채영(Chae-Young Lim),여채은(Chae-Eun Yeo),이형아(Hyung-Ah Lee),조우진(Woo-Jin Cho) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2

국내 에너지소비량 중 산업부문이 137,444천toe(2019) 61 .9%로 대부분을 차지하고 있으며 제조업 이 127,431천 toe(2019)로 산업부문의 92 . 7%가 소비하고 있다. 제조업종 중 음식류 제조업이 1,929 천toe(2019)로 전체 제조업종의 1. 5%를 소비하고 있다. 제조업의 설비별 에너 지 사용은 보일러용 에너지 소비량이 29.5%와 열사용/열이송 설비가 19 . 4%로 48.9%를 사용하고 있다. 제조업의 열 에너 지 사용량 절감이 보일러용 및 열사용에 대한 에너지 관리물 통해 에너지 철감 및 온실가스 감축이 필요하다. 에너지 다소비 업종 중 매우 다양한 제품을 생산하는 식품가공업종의 공통적인 에너지 사용패턴 분석과 관리물 통해 공통적 인 에너지 절감 요소를 도출하여 업종 맞춤형 에너지 관리시스템의 개발이 필요하다. 이러한 식품가공업종의 열에너지의 소비패턴을 분석하여 에너지 절감을 위해 식품공장 맞춤형 에너지 소비 분석, 예측 및 절감 기술개발이 필요하다. 본 연구에서는 식품공장의 열에너지 생산/공급 공정인 보일러와 열에너지 사용공정인 식품가공공정의 에너지 소비구조 및 소비패턴 분석, 에너지 소비량 예측, 생산량 연계한 필수 인프라 선정. 에 너지 소비 베이스라인 산정방법 개발 및 데이터분석을 통한 에너지 소비 공정제어 기술을 포함한 식품공장 맞춤형 에너지관리시스템 개발을 수행하고 있으며 이에 대한 연구내 용을 정리하였다. 식품공장 맞춤형 에너지관리시스템은 유사한 식품공장 또는 유사한 에너지 소비패턴의 제조업에 확대보급이 가능한 기술을 개발·보급하여 제조업의 에너지 소비량 절감과 이에 따른 온실가스몰 감축하여 탄소중립 목표 달성에 기여하고자 한다.

FEMS 적용을 위한 에너지다소비 식품공정의 에너지 소비 예측 MLP 모델 성능 평가

김동주(Dongju Kim),이형아(Hyungah Lee),구재희(Jae-Hoi Gu) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2

근래 급중한 식품 소비의 중가로 인해 식품산업의 에너지 소비 규모가 급격하게 증가하고 있는 추세이다. 그러나 식품산업 전반에서의 소비 에너지 절감을 도모하기 위한 FEMS를 적용한 에너지 절감 실종 사례는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 식품공정의 FEMS 실중을 위한 대상 식품공정에서 수집된 데이터를 기반으로 에너지 소비예측 모델링을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 에너지 소비예측 모델링을 위해 인공신경망 머신러닝 알고리즘인 MLP 모델을 적용하였으며 , 모델에 입력 가능한 초매개변수의 변화에 따른 에너지 소비 예측모델의 성능을 비교하였다. 성능비교를 위해 조절한 MLP 모델의 초매개변수는 최적화방법, 1차 온닉충 활성함수, 2차 은닉충 활성함수이 며 , 각 조건에 따라 5 번 의 모델링을 통해 수집된 성능평가 값들의 평균을 기반으로 모델의 성능을 평가하였다. 에너지 소비 예 측 모델의 성능 평가 결과 최적화 방법은 Gradient Descent 방법 의 R-square 값이 0.51 수준으로 가장 높은 성능을 나타내었으며, Conjugate Gradient 방법의 MAPE 값이 16.39 수준으로 좋은 성능을 보여 주는 것을 확인하였다. 또한, 1차 온닉 층 활성함수는 TanSig 함수를 사용한 모델의 경우가 가장 좋은 성능을 나타내는 것으로 확인되었으며, 2차 은닉충 활성함수는 Linear 함수가 좋은 성능을 보여주었다. 추가로 온닉충의 수가 2개인 모델보다 1개의 온닉층을 가진 모델의 성능이 보다 우수한 것으로 확인 하였다.

FEMS 적용을 위한 에너지다소비 식품공정의 에너지 소비 예측 MLP 모델 성능 평가

김동주(Dongju Kim),이형아(Hyungah Lee),구재희(Jae-Hoi Gu) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2

근래 급중한 식품 소비의 증가로 인해 식품산업의 에너지 소비 규모가 급격하게 증가하고 있는 추세이다. 그러나 식품산업 전반에서의 소비 에너지 절감을 도모하기 위한 FEMS를 적용한 에너지 절감 실종 사례는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 식품공정의 FEMS 실증을 위한 대상 식품공정 에서 수집된 데이터를 기반으로 에너지 소비예측 모델링을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 에너지 소비예측 모델링을 위해 인공신경망 머신러닝 알고리즘인 MLP 모델을 적용하였으며 , 모델에 입력 가능한 초매개변수의 변화에 따른 에너지 소비 예측모델의 성능을 비교하였다. 성능비교를 위해 조절한 MLP 모델의 초매개변수는 최적화방법, 1차 온닉충 활성함수, 2차 은닉충 활성함수이며 , 각 조건에 따라 5 번 의 모델링을 통해 수집된 성능평가 값들의 평균을 기반으로 모델의 성능을 평가하였다. 에너지 소비 예측 모델의 성능 평가 결과 최적화 방법은 Gradient Descent 방법 의 R-square 값이 0.51 수준으로 가장 높은 성능을 나타내었으며, Conjugate Gradient 방법의 MAPE 값이 16.39 수준으로 좋은 성능을 보여 주는 것을 확인하였다. 또한, 1차 온닉 층 활성함수는 TanSig 함수를 사용한 모델의 경우가 가장 좋은 성능을 나타내는 것으로 확인되었으며, 2차 은닉층 활성함수는 Linear 함수가 좋은 성능을 보여주었다. 추가로 온닉충의 수가 2개인 모델보다 1개의 온닉충을 가진 모델의 성능이 보다 우수한 것으로 확인 하였다.