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다목적 최적화 기법을 이용한 신재생에너지 기반 자립 에너지공급 시스템 설계 및 평가
이도현 ( Dohyun Lee ),한슬기 ( Seulki Han ),김지용 ( Jiyong Kim ) 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.3
본 연구에서는 다목적 최적화 기법을 이용하여 다양한 신재생에너지 자원 기반 통합 에너지 공급 시스템을 설계 및 평가 한다. 본 연구에서는 에너지 공급 시스템의 주요 구성요소로써 태양광 모듈, 풍력터빈 및 화석연료 기반 발전장치 등 에너지 생산 기술을 비롯하여 배터리와 인버터 등의 전력 에너지 저장 및 변환 장치 등도 포함한다. 특히, 6개의 한국 대표 지역을 선별하여 각 지역의 에너지 요구량 및 실제 신재생 에너지 자원 데이터를 기반으로 최적의 독립 통합 에너지 공급 시스템을 설계하였으며, 총 소요비용, 단위에너지비용 및 생애주기 이산화탄소 배출 분석 등, 다양한 지표를 이용하여 시스템의 경제성 및 환경성을 분석한다. 특히 다목적최적화 기법을 이용하여 최소 비용과 최소 이산화탄소 배출 등 두 목적함수를 동시에 만족하는 파레토 솔루션을 규명함으로써 신재생 자원 기반 독립 에너지 공급 시스템 설계의 가능성 및 효과를 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, 신재생에너지 자원이 좋은 지역일수록 시스템 구축 비용 증가에 따른 이산화탄소 절감 효과가 높은 것으로 나타났다. 또한, 신재생에너지 자원 기반 에너지 공급 시스템의 전력 단가는 현재 기존 단가보다 평균 0.35~0.46 $/kWh높게 나타났으며, 이산화탄소 배출량의 경우 기존 배출량보다 470~490 gCO<sub>2</sub>/kWh정도의 저감효과를 보임을 분석하였다. This study aims to propose a new optimization-based approach for design and analysis of the stand-alone hybrid energy supply system using renewable energy sources (RES). In the energy supply system, we include multiple energy production technologies such as Photovoltaics (PV), Wind turbine, and fossil-fuel-based AC generator along with different types of energy storage and conversion technologies such as battery and inverter. We then select six different regions of Korea to represent various characteristics of different RES potentials and demand profiles. We finally designed and analyzed the optimal RES stand-alone energy supply system in the selected regions using multiobjective optimization (MOOP) technique, which includes two objective functions: the minimum cost and the minimum CO<sub>2</sub> emission. In addition, we discussed the feasibility and expecting benefits of the systems by comparing to conventional systems of Korea. As a result, the region of the highest RES potential showed the possibility to remarkably reduce CO<sub>2</sub> emissions compared to the conventional system. Besides, the levelized cost of electricity (LCOE) of the RES-based energy system is identified to be slightly higher than conventional energy system: 0.35 and 0.46 $/kWh, respectively. However, the total life-cycle emission of CO<sub>2</sub> (LCE<sub>CO2</sub>) can be reduced up to 470 gCO<sub>2</sub>/kWh from 490 gCO<sub>2</sub>/kWh of the conventional systems.
사회적 교류의 장으로서 학교와 노인복지관의 복합화 공간계획
이도현 ( Lee Dohyun ),곽동화 ( Kwack Dongwha ) 한국공간디자인학회 2020 한국공간디자인학회논문집 Vol.15 No.7
(연구배경 및 목적) 우리나라의 인구는 급격히 고령화되고 있으며 원도심을 중심으로 공공공간이 효율적으로 활용되지 못하는 경향을 보인다. 반면 국민의 삶의 질은 향상하여 정부에서 추진 중인 생활SOC의 확충이 필요하다. 이에‘생활SOC와 연계한 학교복합시설’이 정책 시행 중에 있으며 학교의 경우 지역과 연계하는 경험 중심의 교육이 중요해졌고 기존의 공간은 변화의 필요성이 높아졌다. 또한 2000년대 초반부터 추진된 학교복합화사업은 사업성에만 기인하여 지역의 실질적 수요를 고려하지 않고 대부분 동일한 프로그램이 적용된 경향을 보인다. 이에 노인복지관과 초등학교의 복합화 설계 제안을 통해 새로운 공간 계획에 관한 가능성을 보여주고자 한다. (연구방법) 연구의 방법으로 문헌연구 및 사례분석을 하였다. 인구의 급격한 고령화 경향에 따른 문제점을 분석하였고 현 상황을 먼저 겪은 일본의 사례분석을 통해 공간계획의 방향성을 도출하였다. 이는 선행연구에서 분석된 일본사례들의 시사점과 현재 일본이 추진하는 공공시설 집약화 사업을 분석하여 종합하였다. 이를 통해 도출된 계획의 방향성을 설계안에 적용하였다. (결과) 이에 따라 1)안전성, 2)교류공간, 3)접근성, 4)지역환경이 도출되었다. 또한 현재 추진 중인 사업 분석을 통해 ᄀ)외부공간의 적극적 확보와 활용, ᄂ)출입 및 동선의 분리에 관하여 분석하여 적용하였다. 대상지로는 ‘접근성’을 고려하여 근린주구단위 범위 내 초등학교를 중심으로, 빈교실 비율, 시설의 노후도 및 인근 고령인구 분포밀도를 비교하였으며‘인천인수초등학교’를 선정하였다. 첫 번째 디자인개념은‘함께 또는 따로’로, 연령별 인구 분포를 통해 접근성을 분석하여 출입을 분리하였다. 또한 기존의 정형화된 학교 공간에서 탈피하여 저층 매스들의 분산 배치를 통해 다양한 외부 공간에서 학생들의 다양한 야외 집단활동이 존중될 수 있도록 하였다. 그리고 온실의 공간을 통해 각 시설을 분리하여 안전성을 확보하고 동시에 온실의 프로그램이 노인과 학생 간의 교류공간이 될 수 있도록 하였다. 두 번째 디자인개념은‘모임 그리고 흩어짐’으로, 확장된 인공대지의 지하공간은 각 이용자 집단의 교류공간으로서 모이는 공간이며 지상공간은 각 이용자마다의 일정에 따라 흩어져 수업 및 교육의 프로그램에 참여하는 공간으로 구성하였다. (결론) 본 연구는 초등학교와 노인복지관의 복합화 공간계획을 실제 대상지에 적용하였으며 다가오는 인구절벽 시대에 대응하기 위해 노인의 사회적 고립을 예방하고 아이들의 다양성을 존중할 수 있는 새로운 공간을 제안하였다. 제안된 계획안은 관련 집단의 이해관계를 원활히 하고 각 지역마다 공간수요가 다른 이유로 일률적용에는 어려움이 있을 수 있다. 하지만 제안된 공간의 계획 방향성 및 그에 대응하는 공간 요소들은 추후 사회적 교류의 장으로서의 학교복합시설에 적용되기에 충분한 가능성이 있다는 의의와 가치가 있다. (Background and purpose) Korea’s population is rapidly aging, and there is a lack of facilities, especially in old downtown areas. On the other hand, the quality of life quality has improved and needs of living SOC has increased. In case of schools, experience-oriented education linked to the region has become important, and there is an increased need to change typical spaces. The school complex project was conducted only due to its business feasibility, and similar programs have been applied without considering the regionality. This study aims to demonstrate the possibility of new space planning for a complexation of a welfare center for the aged and an elementary school. (Method) A literature review and case analysis was conducted. Problems caused by the rapid aging of the population and the example of Japan were analyzed to derive the direction of the design. The findings were summed and analyzed, revealing the characteristics of cases analyzed in prior research and current projects for the complexation of public facilities promoted in Japan. The direction of the planning derived as a result of the analysis was applied to the design. (Results) 1) Safety, 2) Exchange Space, 3) Accessibility, and 4) Local Environment were derived accordingly. In addition, a) active retaining and using of outer space, b) separation of moving flow and entrance were applied through the analysis of projects currently underway. The site is Incheon Insu Elementary School, selected by comparing the ratio of empty classrooms, the aging of facilities, and the distribution density of the elderly population around the site, focusing on elementary schools within the neighborhood district unit in consideration of “accessibility.” The first design concept was “Together or Separately,” and access was separated by analyzing each user’s accessibility. In addition, by breaking away from the existing formalized school space and positioning low-rise mass distributed, various outdoor group activities could be respected. The space of the greenhouse could promote social exchanges between the elderly and students while separating the facilities. The second design concept was “gathering and dispersing,” where an underground space is assigned to each user group as a gathering and exchanging space, and on the ground level, each user can carry out their schedules. (Conclusion) This study applied the public facility complex of elementary schools and senior welfare centers to actual sites and proposed a new space to prevent social isolation among the elderly and respect the diversity of children to cope with the upcoming era of a demographic cliff. The proposed plan may be difficult to uniformly implement because it facilitates the interests of the relevant groups and space needs vary as per the region. However, the design direction and corresponding space elements are meaningful and valuable to be applied to school complexes as places for social interaction in the future.