LCC, CO2 배출량 평가를 통한 도로의 에너지절감 시설물 적용성 평가

국문 초록 (Abstract)

21세기는 지구 온난화로 인한 지구환경문제가 국제적으로 이슈가 되고 있으며, 각 나라들이 문제를 해결하기 위해 활발히 노력하고 있다. IPPC에 따르면 지구온난화로 인해 지구표면온도는 지난 100년 동안(1906~2005) 0.74±0.18℃ 상승하였다. 이러한 기온 상승은 우리나라가 속해 있는 북반구 고위도로 갈수로 더 크게 나타나고 있으며, 해양보다 육지가 더 빠른온도 상승을 나타내고 있다. 그결과 지구평균온도 상승, 남극/북극의 빙하 감소, 해수면 높이 상승, 해수 온도 상승으로 인한 어류종 변화, 하절기 게릴라성 폭우, 가뭄등의 결과가 나타나고 있다. 기상청에 따르면 이러한 온실가스 원인으로는 화석원료의 사용으로 인한 CO2 발생량이 88.6%로 압도적인 우위를 차지하고 있으며, 우리나라 또한 지식경제부 발표에 의하면 1990년부터 2006년까지 해마다 평균 4.3%의 배출량의 증가를 보이고 있다. 또한 2018년으로 예상되었던 온실가스 감축 의무가 2013년경으로 앞당겨질 전망이어서, OECD 국가중 이산화탄소 발생량 세계 10위권인 우리나라도 급증하는 온실가스 저감을 위한, 대체에너지원 개발 및 에너지 절감 대책이 시급하다. 그러나 건설산업에서는 신재생 에너지 및 에너지절감시설물의 낮은 경제성등을 이유로 적용을 기피하고 있다. 따라서 본 연구에서는 도로의 생애기간중 에너지절감시설물의 경제적 타당성 연구로써, 도로시설물에 적용가능한 에너지절감 시설물의 Life Cycle Cost 항목선정 및 분석, 민감도분석 및 에너지원별 사용에 따른 CO2량을 분석하여, 경제적 및 환경적 측면에서의 도로시설물에 활용 및 적용가능성의 정량적인 평가를 수행하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Environmental problem such as global warming had been an international issue during the 21st century and all the countries around the world are trying to solve this problem. The temperature of the surface of the earth has been increasing 0.74±0.18℃ due to global warming. Such a temperature rise in the northern hemisphere and high latitudes could be observed more easily, including the Korean peninsula and more severe and faster temperature rise in the land has happened than in the sea. Consequently, many kinds of climate changes and natural disasters like the rise of average temperature on the earth, the reduction of glaciers in the Antarctic and Artic pole, the rise of the sea level, the change of fish species, the torrential rain and the drought are happening. Many studies show that green-houses gases, which result in these phenomenons and accelerate more, should be controlled accordingly. Especially, among green-houses gases, CO2 is one of the most serve gases contributing to green-house effects and its emission is occupied with the huge and absolute amount, 88.6%. There also have been the increases of CO2 emissions, the annual average 4.3%, in Korea, from 1990 to 2006. Even worse, in 2013, some duties and regulations on the reduction of green-houses gases could be executed earlier than in 2018 scheduled. Therefore, although the invention of the alternative energy resources and the development of various methods and systems for energy-saving should be considered more eagerly in Korea, various attempts for saving energy such as the developments of renewable and energy-saving facilities are being avoided in construction field because of the low economic aspect.
Accordingly, on this study, as the economic and logistic estimation on energy-saving facilities such as tunnel lamps and street lights during life cycle, the analysis of Life Cycle Cost concerning energy-saving facilities applicable on road facilities and sensitiveness, the analysis of the amount of CO2 emissions along with the uses of each energy resource, and the numerical estimation on the use and the application of road facilities in economic and environment aspects would be suggested properly.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 내용 및 범위 2
• 제2장 LCC 및 CO2 배출량 평가의 이론적 고찰 5
• 2.1 LCC 평가의 정의 및 수행방안 5
• 2.2 LCC 분석의 평가방법 및 할인율 10
• 2.3 도로 시설물의 LCC 비용구성항목 12
• 2.4 에너지사용에 따른 CO2량 분석 17
• 제3장 연구대상의 개요 21
• 3.1 연구대상 선정 21
• 3.2 터널 LED 조명 23
• 3.3 Wind-Solar Hybrid 가로등 24
• 3.4 터널 자연채광 25
• 제4장 LCC 및 CO2배출량 평가 27
• 4.1 LCC 분석을 위한 기본가정 27
• 4.2 도로 에너지절감시설물의 LCC 구성항목의 도출 30
• 4.3 환경비용 평가 37
• 4.4 LED램프의 LCC 및 CO2 배출량 평가 38
• 4.5 Wind Solar 하이브리드 가로들의 LCC 및 CO2 배출량 평가 49
• 4.6 자연채광 57
• 제5장 결론 66
• 참 고 문 헌 69
• <표 2-1> 교량의 LCC 구성항목 (차강석, 2000) 13
• <표 2-2> 교량 LCC 비용구성항목(안장원, 2001) 15
• <표 2-3> 교량 LCC 비용구성항목(한국도로공사, 2004) 16
• <표 2-4> 에너지열량 환산기준표(에너지기본법 제5조제1항 관련) 18
• <표 2-5> IPCC 탄소배출계수(CARBON EMISSION FACTOR: CEF) 20
• <표 3-1> 고압나트륨등과 LED등의 재원 및 특징비교 23
• <표 4-1> 여러 국가들의 실질할인율 27
• <표 4-2> 국내할인율 사례 27
• <표 4-3> 한국도로공사의 적용 실질할인율 28
• <표 4-4> 이자율, 물가상승융에 따른 연도별 실질할인율 29
• <표 4-5> 에너지 절감시설물의 초기투자비용 구성항목 30
• <표 4-6> 건설부문의 업무별 요율 31
• <표 4-7> 에너지절감 시설물의 재료비 구성 32
• <표 4-8> 교량의 유지관리비용 구성항목(안장원, 2001) 33
• <표 4-9> 에너지절감 시설물의 유지보수비용 항목 35
• <표 4-10> 에너지절감 시설물의 생애주기비용 평가를 위한 유지관리비용 항목 36
• <표 4-11> EUA 가격동향 및 환율동향 37
• <표4-12> 터널의 조명설계를 위한 기본 설계조건 38
• <표 4-13> 적용램프별 설계결과 및 전력소모량 39
• <표 4-14> 터널램프별 초기투자비용 산정 40
• <표 4-15> 터널램프 교체 및 보수비용 산정 기준 41
• <표 4-16> 터널램프 전력요금 산정기준(한국전력, 2010) 42
• <표 4-17> 터널램프별 전기요금 산정 42
• <표 4-18> 터널램프별 유지관리비용 산정 43
• <표 4-19> 터널램프의 CO2 배출량 평가 45
• <표 4-20> 터널램프의 생애주기비용 평가 46
• <표 4-21> 터널램프의 할인율에 따른 민감도 분석 47
• <표 4-22> LED램프의 비용 변동에 따른 생애주기비용 48
• <표 4-23> 가로등 형식별 직접공사비 항목 및 비용분석 50
• <표 4-24> 가로등별 초기투자비용 분석 51
• <표 4-25> 터널램프 전력요금 산정기준(한국전력, 2010) 52
• <표 4-26> 기존 일반 가로등의 연간 전력소모량 산정 52
• <표 4-27> 가로등 보수원가 (한국도로공사, 2005) 52
• <표 4-28> Wind Solar 하이브리드의 Battery교환 주기 및 단가 53
• <표 4-29> 가로등별 유지관리비용 평가 53
• <표 4-30> Wind Solar 하이브리드 가로등의 CO2 절감량 평가 54
• <표 4-31> 가로등별 생애주기비용 평가 54
• <표 4-32> 가로등별 할인율에 따른 민감도 분석 55
• <표 4-33> 국내 7대 도시의 2002~2008년간 맑은날 일수(행정안전부, 2008) 58
• <표 4-34> 자연채광 초기투자비 적용항목 및 자재규격 59
• <표 4-35> 일반터널 초기투자비 적용항목 및 자재규격 59
• <표 4-36> 자연채광 터널과 일반터널의 초기투자비용 평가 60
• <표 4-37> 자연채광과 일반터널의 유지관리비용 산정 기본자료 61
• <표 4-38> 자연채광과 일반터널의 유지관리비용 산정 결과 61
• <표 4-39> 자연채광터널의 CO2 절감량 평가 62
• <표 4-40> 자연채광 및 일반터널의 생애주기비용 평가 63
• <그림 1-1> 연구의 흐름 4
• <그림 2-1> LCC 분석기법의 종류 8
• <그림 2-2> 토목시설물의 LCC 분석단계(Ehlen,M.A&Marshall,H.E(1996)) 9
• <그림 3-1> Wind Solar 하이브리드 가로등 설계도면 24
• <그림 4-1> 터널램프의 항목별 초기투자비용 평가 40
• <그림 4-2> 터널램프별 유지관리비용 평가결과 43
• <그림 4-3> 터널램프 경과년수에 따른 유지관리비용 발생추이 44
• <그림 4-4> 터널램프의 LCC 단계별 생애주기비용 평가 46
• <그림 4-5> 터널램프의 할인율의 민감도 분석에 따른 비용변동추이 47
• <그림 4-6> 평창휴계소 설치 전경 49
• <그림 4-7> 폐황간터널 설치 전경 49
• <그림 4-7> 일반가로등과 Wind Solar 하이브리드 가로등 개요 49
• <그림 4-8> 가로등별 경과년수에 따른 유지관리비용 발생추이 53
• <그림 4-9> 가로등의 할인율 민감도 분석에 따른 비용변동추이 55
• <그림 4-10> 가로등의 초기투자비용 변동에 따른 생애주기비용 변화 56
• <그림 4-11> 자연채광의 채광성능 시험결과 57
• <그림 4-12> 자연채광과 일반터널의 항목별 유지관리비용 62
• <그림 4-13> 자연채광 및 일반터널의 LCC단계별 생애주기비용 평가 63
• <그림 4-14> 자연채광 및 일반터널의 민감도 분석에 따른 비용변동추이 64
• <그림 4-15> 자연채광터널의 초기투자비용 변동에 따른 생애주기비용 평가 65