건물유형별 에너지소비 예측성능 향상을 위한 변수중요도 및 기계학습모델 평가

정진화(Jeong, Jin-Hwa),채영태(Chae, Young-Tae) 한국건축친환경설비학회 2017 한국건축친환경설비학회 논문집 Vol.11 No.6

The optimal machine learning model depends on building types was selected by comparing and analyzing short term load forecasting (STLF) performance of primary school and commercial reference building based on 4 machine learning models such as ANN, SVM, CHAID, and, RF. The research consists of data collection-storage, data analysis, meteorological variables extraction, energy consumption forecasting and analysis on typical primary school and commercial building energy model. TMY (Typical Meteorological Year) of Incheon, Korea was applied and based on weather forecasting data provided by the KMA (Korea Meteorological Agency). In case of building energy consumption data, primary school and medium commercial reference building energy consumption data by on EIA’s Commercial Buildings Energy Consumption Survey (CBECS) were used. Key weather variables were extracted for each machine learning model between the input variables and the output which is building energy consumption in 15 minutes interval. Finally, forecasting of energy consumption on different building types conducted a comparative analysis of the forecasting performance of building energy consumption based on 4 machine learning models using optimal input variables. The results shows ANN model outperforms other models with 5.44% of CV (RMSE) for 7 days school building energy forecasting trained 8 weeks prior data. Whereas, RF model performs better than the others with 10.96% of CV (RMSE). It may be concluded that the priority of variables which have impacts on energy consumption is important and the most suitable model for energy forecasting is different by the building types.

한국의 에너지소비 변동성 변화 분석

신동현 ( Dong Hyun Shin ),조하현 ( Ha Hyun Jo ),김재혁 ( Jae Hyeok Kim ) 한국경제학회 2015 經濟學硏究 Vol.63 No.3

본 논문은 1997년 외환위기 이후 한국의 최종 에너지소비 변동성 변화를 분석하였다. 내생적 구조변화 분석방법을 활용하여 실증분석한 결과, 한국의 최종 에너지소비의 변동성은 2002년 1월 이후로 이전보다 약 50% 감소한 것으로 나타났다. 부문별로는 수송, 상업·가정, 공공 부문의 에너지소비 변동성이 감소하였고, 에너지원별로는 석유의 소비 변동성이 감소하였다. 반면, 석탄과 신재생에너지소비의 변동성은 증가한 것을 확인할 수 있었다. 에너지소비 변동성 감소의 원천을 파악하기 위해서 비중을 고려한 부문별·에너지원별 소비(growth contribution)의 변동성 변화를 분석한 결과 산업, 상업·가정 부문과 석유, 열에너지소비가 전체 에너지소비 변동성 감소의 원천임을 확인할 수 있었다. 장기균형 관계를 반영한 오차수정모형(error correction model)을 이용하여 최종 에너지소비 변동성 감소의 원인을 분석한 결과, 변동성 감소의 원인은 외부충격의 크기 감소가 아닌 충격의 지속성 감소인 것으로 확인되었다. 구체적으로 에너지소비에 대한 산업생산의 영향 하락과 에너지소비, 산업생산, 에너지가격 간 불균형오차의 조정속도 감소가 최종 에너지소비 변동성 축소의 주요 원인인 것을 확인할 수 있었다. 전자는 에너지효율 개선과 에너지 다소비 산업 비중 감소라는 산업구조 변화, 후자는 세 변수 간의 불균형오차 크기 감소 때문인 것으로 나타났다. 반면, 에너지소비에 있어 지속적인 난방수요의 확대는 최종 에너지소비의 변동성을 확대시킬 수 있는 잠재 요인임을 확인하였다. 이러한 실증결과들은 에너지효율을 높일 수 있는 기술 개발과 에너지 다소비 산업에서 저소비 산업으로 구조 전환의 가속화를 통해서 생산-에너지 원단위를 개선하고, 이상기온으로 인한 난방수요 확대에 대처하면 에너지소비의 안정화를 지속시킬 수 있다는 것을 시사한다. This paper investigates the volatility change of Korean energy consumption applying endogenous structural break analysis methods. Empirical results show that the energy consumption volatility in Korea has reduced by 50% after January, 2002. In the aspects of sector and energy source, the volatility of transportation, commerce?household, public energy consumption and petroleum has decreased. On the other hand, the volatility of coal and renewable energy has increased. The analysis indicates that industry, commerce?household, petroleum and heat energy consumption are the main sources of the volatility reduction. The weakened relationship between industry production and energy consumption is also found to reduce the volatility. Another important reason for the volatility reduction is the decrease of adjustment speed among energy consumption, industry production and energy price caused by the reduced size of disequilibrium error. These empirical results imply that improvement of energy efficiency and structural transition from energy intensive industry to energy efficient industry should be accelerated in order to maintain the stability of Korean energy consumption.

SARIMAX 모델을 이용한 하절기 공동주택 에너지 소비 예측모델

최성환,이건원,김경학 대한건축학회지회연합회 2023 대한건축학회연합논문집 Vol.25 No.6

본 연구는 아파트 건물의 에너지 소비량을 예측하기 위한 적절한 통계 모델을 제안하는 것을 목적으로, 점점 열쾌적성이 낮아지며, 지속기간이 늘어나고 있는 여름 시즌에 중점을 두고 있다. 이를 위해 2023년 6월부터 10월까지 의정부 아파트단지에서 BEMS(Building Energy Management Systems)로 측정한 시간별 에너지 소비량 데이터를 활용하여 시계열 모델을 개발하였다. 본 연구에서는 ARIMA(AutoRegressive Integrated Moving Average Model), SARIMA(Seasonal ARIMA), SARIMAX(Seasonal ARIMA with eXogenous Factors) 모델을 검토하였으며, SARIMA(1,1,7) × (1,1,2) 24 모델이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 본 모델은 이전 연구와는 다소 다른 계절주기를 보여주었으며, 아파트 건물의 온도와 에너지 소비 간의 관계도 약간 상이한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 연구를 기반으로 한 대규모 데이터 세트를 사용한 추가 연구가 필요함을 시사한다. 또한, 하절기 실시간 에너지 소비와 신재생에너지 생산 간의 균형을 연구하는 기초 연구에 기여할 것으로 기대된다. This study aims to propose an appropriate statistical model for predicting the energy consumption of apartment buildings, focusing on the summer season, which has recently been experiencing increasingly poor thermal comfort and prolonged duration. To achieve this, we utilized hourly energy consumption data measured by BEMS(Building Energy Management Systems) from June to October 2023 in an apartment complex in Uijeongbu to develop a time series model. In this study, ARIMA(AutoRegressive Integrated Moving Average Model), SARIMA(Seasonal ARIMA), and SARIMAX(Seasonal ARIMA with eXogenous factors) models were examined, and the SARIMA(1,1,7) × (1,1,2)24 model was found to be the most effective. This model displayed a seasonal cycle somewhat different from previous studies and also showed a slightly different relationship between temperature and energy consumption in apartment buildings. These findings suggest the need for further research using a large dataset based on this study. The results of this research are expected to contribute as a foundational study in researching the balance between real-time energy consumption and renewable energy production during the summer season.

시스템다이내믹스를 활용한 도시공간구조에 따른 에너지 소비모형 구축에 관한 연구

구형수,이희연 국토연구원 2009 국토연구 Vol.61 No.-

In recent years there has been a growing concern about climate change and Korea will be under the compulsory reduction duty of greenhouse gas after 2013. Accordingly, more efforts to reduce energy consumption are required than ever before. In particular, it is necessary to implement energy saving urban spatial structure strategies. The purpose of this study is to develop a model which can simulate dynamic changes of energy consumption according to changes of the urban spatial structure. This study attempts to construct the conceptual model which shows the complex interaction among four sectors such as population‧economics, land use, transportation and energy consumption sector. To develop the energy consumption model, system dynamics approach was used. The model was applied to Seoul city to testify the operational validity and to compare the energy saving effects according to 3 different scenarios. The result of computer simulation shows that total energy consumption changes dynamically until 2020 according to the changes in land use and traffic volume which are caused by changes from the population and employment. Simulation result of three scenarios shows that high density development in the commercial zone and mixed use development in the residential zone can reduce energy consumption. In addition, the current regulations on greenbelt should be maintained to maximize energy saving effects of high density and mixed use development. 최근 기후변화문제에 대한 관심이 고조되고 있으며, 우리나라도 2013년 이후에는 온실가스 감축의무국으로 분류될 것으로 전망되고 있다. 이에 따라 그 어느 때보다 에너지 소비절감에 대한 노력이 요구되며, 특히 에너지 소비를 절감하기 위한 도시공간구조 전략 수립이 시급하다. 본 연구는 도시공간구조에 따른 에너지 소비변화를 분석하기 위해 인구․경제, 토지이용, 교통, 에너지 소비부문 간의 상호작용과 각 하위부문을 구성하고 있는 요소들 간의 인과관계를 보여주는 개념적 모형을 구축한 후, 이 모형을 시뮬레이션할 수 있도록 시스템다이내믹스 접근방법을 활용하였다. 본 연구에서는 구축한 모형의 작동성을 검토하고 세 가지 시나리오에 따른 에너지 절감효과를 비교하기 위하여 서울시를 대상으로 하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 2020년까지 인구와 고용 변화에 따른 토지이용과 교통부문에서의 변화로 인해 에너지 소비가 동태적으로 변화하는 것으로 나타났다. 시나리오에 따른 에너지 절감효과를 보면 상업지역의 고밀개발과 주거지역의 혼합적 이용은 에너지를 절감시키는 것으로 나타났으며, 이러한 에너지 절감효과를 높이기 위해서는 현재의 개발제한구역 규제를 그대로 유지하는 것이 필요하다고 볼 수 있다.

중국 에너지소비와 경제발전간의 관계에 대한 연구

학원원,조홍종 아시아.유럽미래학회 2019 유라시아연구 Vol.16 No.4

Energy resources are an important for social and economic development and reflect the standard of living of the people. Energy and economic development are closely related, interdependent and mutually reinforcing. So Energy plays an important role in the development of human society. With the development of human civilization, the demand and dependence of energy will keep increasing. Especially in the industrial era, large-scale industrial production requires a lot of energy to provide power support. Energy has become more essential for national economic sustainability, and stable development. Therefore, there is a very close and important relationship between energy and economic growth. Energy provides the necessary power to economic growth, and the growth of economy can enhance energy efficiency and optimize the energy consumption structure. Since Chinese economic reform in 1988, the consumption of energy has been growing rapidly. The number of energy consumption is 958.1 million tons of standard coal in 1988, while in 2018, this number increased to 3.77 billion tons which is 3.93 times of 1988. The average annual growth rate of energy consumption from 1988 to 2018 is 4.6%. China has become the world’s second largest energy consumption country in 2018. In the point of that the average annual growth rate of GDP from 1988 to 2018 is 9.63%, both of energy sector and economy in China are growing massively and simultaneously. However, After 30 years of Chinese economic reform, energy sector has not yet reached the status of sustainable development in spite of a substantial increase of energy efficiency. Recently, China’s energy development faces many serious problems. These are caused by resource-intensive, energy-intensive, capital-intensive and pollution-intensive structure in China’s industrial development model. Therefore, in order to build a harmonious society, it has great significant meaning to study the relationship between energy consumption and an economic growth. The theme of this paper is the relationship between energy consumption and economic growth. The purpose of this paper is analyzing how to achieve the coordinated development of energy sector and the economy. So based on vector autoregressive (VAR) model, Empirical analysis of the relationship between time series variables. In the time series from 1988 to 2018, establish relevant VAR model through China’s total energy consumption, energy industry capital investment, secondary industry labor input, secondary industry’s contribution to GDP, and time data such as GDP, analyzed empirically, cointegration test, impulse response function, variance decomposition and Granger causality test.

제조업 분야 에너지절약시설 투자에 대한 에너지 절감효과 분석

김형건(Hyung-Gun Kim),홍인기(Inkee Hong),백인걸(Ingul Baek) 한국자료분석학회 2021 Journal of the Korean Data Analysis Society Vol.23 No.2

본 연구는 2013~2016년 한국신용평가원의 기업자료와 한국에너지관리공단의 에너지 사용량 자료를 사용하여 제조업에서 에너지절약시설에 대한 투자가 에너지 절감량에 미치는 영향을 분위수 회귀모형을 통해 추정하였다. 에너지절약시설에 대한 투자가 에너지 절감에 긍정적으로 작용하리라는 예상에는 큰 이견이 없을 것이나, 이미 일정 수준의 에너지 절감을 달성한 기업의 경우에는 추가적인 시설 투자를 하더라도 에너지 절약 효과가 체감할 수 있다는 점은 아직 국내에서 실증적으로 확인된 바가 없다. 그러므로 본 연구는 절약시설 투자의 수확체감효과를 실증적으로 분석하여 관련 주제를 분야의 학문적 빈틈을 메우자고 한다. 경제학적 결론에 도달하기 위해 조건부 평균을 추정하는 전통적인 회귀모형에서 벗어나, 분위수 회귀모형을 사용하여 에너지 절감량 분위수에 따른 에너지절약시설 투자효과를 차별적으로 추정한다. 추정 결과, 우리나라 제조업 기업들의 에너지 절감량은 기업의 특성이 유사하다면 절감량이 높은 기업군일수록 에너지 절약시설 투자에 대한 영향이 적었으나, 에너지 절감량이 낮은 기업군일수록 투자의 영향이 큰 것으로 나타났다. 따라서 에너지 절감량에 따라 기업에게 차등적인 지원기준을 제시하여 에너지 절약의 노력이 계속될 수 있도록 정책적 에너지절감량 달성목표를 기업별로 설정하는 것이 요구된다. We apply a quantile regression model to shed light on the effect of energy-saving facilities investment on the amount of energy savings in the Korean manufacturing industry based on the 2013~2016 Corporation dataset from KisValue of NICE Investors Service and Energy Consumption Survey Data from Korea Energy Agency. There is little doubt on the role of the investment in efficiently reducing the amount of energy consumption without loss in production. However, to the best of our knowledge, there is no literature of empirical studies about diminishing return on the marginal investment for energy saving in the manufacturing industry. The present study fills the gap by documenting the law of diminishing returns in the field of manufacturing for the investment in energy saving facilities. To achieve the economic purpose, we the effect of the investment by differentiating the group in terms of a quantile of energy savings, instead of resorting to linear models. We find that firms with high energy saving have lower marginal returns of the investment on the facilities, whereas firms with low energy saving tend to show higher marginal returns on those investments. Therefore, it is required to provide a reasonable political system to save energy for the firms in the manufacturing industry by differentiating the level of goals considering the level of energy savings and other variables.

에너지소비와 경제성장의 동태적 인과관계

모수원,김창범 한국환경경제학회 한국자원경제학회 2003 자원·환경경제연구 Vol.12 No.2

본고는 에너지소비와 경제성장장의 관계를 밝히는 데 목적을 둔다. 먼저 에너지 소비, 물가, 실질소득으로 구성된 모형이 안정적임을 확인한 후, 오차수정모형을 이용하여 단기에 있어서 에너지 소비와 소득이 상호 영향을 미쳐 쌍방적 인과관계가 존재함을 보인다. 이와 더불어 예측오차의 분산분해와 충격반응함수를 도입하여 경제성장이 에너지소비를 증가시키나, 에너지소비증가가 경제성장에 미치는 효과는 단기적일 뿐 아니라 물가에 비교적 오랫동안 영향을 미친다는 것을 밝힌다. 이러한 사실은 우리나라의 경우 경제성장으로 에너지 소비가 증가하나, 증가한 에너지 소비가 인플레등을 통해 경제성장의 장애요인으로 작용할 수 있음을 의미한다. Unlike previous studies on the causal relationship between energy-consumption and economic growth, this paper analyses the dynamic causal relationship between these variables using the dynamic vector using Johansen's multiple cointegration procedure, dynamic vector error-correction model and impulse response function. The empirical results show that while the energy consumption to a shock in income responds positively, the income responds positively to the shocks in energy consumption in the first place and then the responses become negative. We also find that the impact of energy consumption shock on the income is short-lived and causes higher inflationary pressure.

수출이 에너지 소비 증가에 미친 영향 분석: 에너지 혼합 산업연관모형을 이용하여

최한주 ( Han Joo Choi ),이기훈 ( Ki Hoon Lee ) 서강대학교 경제연구소 2010 시장경제연구 Vol.39 No.2

수출 증가에 크게 기여하고 있는 산업들 가운데 자동차, 조선, 철강 등 에너지 다소비 산업이 많다. 따라서 1990- 2000년 기간 중 우리나라의 수출이 에너지 소비 증가에 어느 정도 영향을 미치는 지 분석하였다. 이때 일반적인 산업연관모형 대신 에너지 혼합 산업연관모형을 만들어 사용하였다. 나아가 기존 구조분해기법을 개선하여 수출로 인한 에너지 소비 증가의 요인을 찾고, 요인별 기여도를 평가하였다. 분석 결과 수출구조가 에너지 집약적인 산업의 비중이 높아지는 방향으로 변화하고 있는 것으로 나타났다. 이런 분석은 에너지 수급 정책이나 산업구조 조정 정책 수립시 유용한 정보가 될 것이다. Korea`s export depends heavily on energy intensive industries including automobile, shipbuilding and steel manufacturing. We analyze the role of export in increase of energy consumption in Korea during 1990-2000 using energy hybrid input-output model. We identify factors that contribute energy consumption of export industries and then estimate the influence of each factor on the increase of energy consumption in export sector using input-output decomposition analysis. Major finding is that contribution of export from energy intensive industries has increased. The study implies that relevant policy regarding energy, environment, export, and industry should take into account of these changes.

확률경계모형(SFA)을 이용한 국내 주택용 난방에너지 소비효율 비교 분석

신동현(Donghyun Shin),임형우(Hyungwoo Lim),조하현(Hahyun Jo) 한국경제연구학회 2019 한국경제연구 Vol.37 No.2

본 연구는 2015년 국내 2,325가구를 대상으로 에너지 소비 실태를 조사한 ‘가구에너지 상설표본조사’ 자료를 바탕으로 연료원별 난방용 에너지의 효율성을 비교 분석하였다. 전체 에너지 소비량 중 난방용 에너지 소비량 자료를 추출하여 확률경계모형(Stochastic Frontier Analysis)을 이용해 분석한 결과, 자료 처리 과정에서 문제가 존재했던 연탄 및 프로판을 제외하면 열에너지의 효율성이 가장 높았으며, 중질중유, 도시가스, 등유 순서로 효율성이 감소하였다. 이러한 효율성의 격차는 연료원별 차이뿐 아니라 주택 종류, 건축 연도, 주택 면적, 주택 소유 형태, 도시 규모, 소득 수준, 가구원 수 및 가구주 연령 등 다양한 요인에 영향을 받는 것으로 나타났다. 평균적으로는 중질중유, 열에너지, 도시가스의 난방에너지 효율이 높았으며, 이는 향후 국가 에너지시스템의 공급효율 개선과 에너지 소비효율 향상 측면에서 열에너지 및 도시가스 보급을 확대할 필요성이 있음을 시사한다. This study investigates the energy efficiency of heating demand by energy sources based on the “Household Energy Sustainable Sampling Survey” data of 2,325 domestic households in 2015. As an analysis result for efficiency of heating demand using stochastic frontier model, the consumption efficiency of heat energy is the highest when excluding briquette and propane, which had problems in data processing. The efficiency gap of energy consumption for heating demand is affected by various factors such as the type of housing, the year of construction, the size of the house, the size of the city, the income level, the number of households. On average, the heating efficiency of heavy oil, heat energy and urban gas was high, suggesting the need to expand the supply of heat energy and urban gas in the future in terms of improving the supply efficiency of the national energy system and improving the energy consumption efficiency.

가구 부문의 에너지 소비 및 이산화탄소 배출구조 분석을 통한 온실가스 감축 방안에 관한 연구

노승철 국토연구원 2014 국토연구 Vol.81 No.-

The purpose of this study is to determine various factors that affect energy consumption per capita and analyze CO2 emissions structure in household sector. This Study empirically examines the effects of 6 different factors on household energy consumption(oil and city-gas, electricity, and private cars) and CO2 emissions in 81 cities using PLS-SEM: household characteristics, housing characteristics, transport infrastructure, private cars, urban characteristics and urban compactness. The results show that each energy consumption depends on different factors. While oil and city-gas consumptions are affected by housing performance more than household characteristics, electricity and private car-use depend on household consumption behavior. Also, All the factors affect residential and transportation energy consumption and energy source both directly and indirectly. So it is necessary to take a integrated and structural approach that can explore and interpret relationships between factors. 본 논문은 가구 부문의 에너지 소비에 영향을 미치는 요인들을 도출하고, 에너지 소비요인들이 가구의 이산화탄소 배출량에 영향을 미치는 이산화탄소 배출구조를 분석하는 데 목적을 두었다. 국내 81개 도시 가구 부문의 에너지원별(석유˙도시가스, 전력, 자가용) 소비량 자료를 구축하고 PLS-구조방정식모형을 통해 이산화탄소 배출구조를 실증분석한 결과, 선정된 6개 에너지 소비요인들은(가구, 주택, 교통기반시설, 자가용 이용, 도시 유형, 도시 특성) 가구 부문의 이산화탄소 배출에 유의한 직˙간접적인 영향을 미치고 있으며 에너지원에 따라 에너지 소비요인이 다르다. 가구의 석유˙도시가스 소비는 주택 유형 및 노후도와 같은 물리적 특성에 영향을 받지만 전력 소비는 소득, 연령, 가구 규모 등 가구의 사회˙경제적 특성에 더 많은 영향을 받는다. 한편 자가용에너지는 가구의 자가용 이용 특성과 도로, 대중교통 등 기반시설에 따라 소비량에 차이가 있다. 또한 하나의 에너지 소비 요인이 각 에너지원에 상충된 효과를 나타내고 있다. 고령인구의 증가는 석유˙도시가스 소비량은 증가시키지만 전력과 자가용 에너지 소비량은 줄인다. 반면, 소득의 증가는 반대의 효과를 나타냈다. 이와 같이 가구의 사회˙경제적 특성, 주택, 도시기반시설 등은 가구의 에너지원별 소비량과 이산화탄소 배출량에 직˙간접적인 영향을 미치고 있기 때문에 도시의 이산화탄소 배출량 감축 정책은 도시 구성요소들의 구조적 변화를 고려한 통합정책으로 수립되어야 한다.