Journal of Environmental Science International pissn: 1225-4517 eissn: 2287-3503 23(9); 1643~1654; September 2014 http://dx.doi.org/10.5322/jesi.2014.23.9.1643 ORIGINAL ARTICLE 대학내에너지소비에따른온실가스 - 대기오염통합인벤토리및대체에너지사용시나리오분석 정재형권오열 1) * 서울과학기술대학교에너지환경공학과, 1) 서울과학기술대학교환경공학과 A Study of GHG-AP Integrated Inventories and Alternative Energy Use Scenario of Energy Consumption in the University Jae-Hyung Jung, O-Yul Kwon 1)* Department of Environmental Energy Engineering, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 139-743, Korea1 1) Department of Environmental Engineering, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 139-743, Korea Abstract The university is one of the main energy consumption facilities and thereby releases a large amount of greenhouse gas (GHG). Accordingly, efforts for reducing energy consumption and GHG have been established in many local as well as international universities. However, it has been limited to energy consumption and GHG, and has not included air pollution (AP). Therefore, we estimated GHG and AP integrated emissions from the energy consumed by Seoul National University of Science and Technology during the years between 2010 and 2012. In addition, the effect of alternative energy use scenario was analysed. We estimated GHG using IPCC guideline and Guidelines for Local Government Greenhouse Inventories, and AP using APEMEP/EEA Emission Inventory Guidebook 2013 and Air Pollutants Calculation Manual. The estimated annual average GHG emission was 11,420 tonco 2eq, of which 27% was direct emissions from fuel combustion sectors, including stationary and mobile source, and the remaining 73% was indirect emissions from purchased electricity and purchased water supply. The estimated annual average AP emission was 7,757 kgap, of which the total amount was from direct emissions only. The annual GHG emissions from city gas and purchased electricity usage per unit area (m 2 ) of the university buildings were estimated as 15.4 kgco 2eq/m 2 and 42.4 tonco 2eq/m 2 and those per person enrolled in the university were 210 kgco 2eq/capita and 577 kgco 2eq/capita. Alternative energy use scenarios revealed that the use of all alternative energy sources including solar energy, electric car and rain water reuse applicable to the university could reduce as much as 9.4% of the annual GHG and 34% of AP integrated emissions, saving approximately 400 million won per year, corresponding to 14% of the university energy budget. Key words : University, Energy consumption, GHG (Greenhouse Gas), AP (Air Pollution), Energy use scenario 1) Received 28 July, 2014; Revised 12 September, 2014; Accepted 16 September, 2014 * Corresponding author : O-Yul Kwon, Department of Environmental Engineering, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 139-743, Korea Phone: +82-2-970-6616 E-mail: oykwon@seoultech.ac.kr c The Korean Environmental Sciences Society. All rights reserved. This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http:// creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
정재형권오열 1. 서론 18세기산업혁명이후 100여년간대기중온도는 0.74 상승하였고, 1900년중반이후해수면은매년 1.8 mm씩증가하였다 (IPCC, 2007). 온실가스및대기오염물질의증가는지구온난화뿐아니라생태계파괴, 경제산업, 보건등의문제들도나타나고있다. 이에따라국제적으로지구환경의위기에대응하기위하여 1992년 6월브라질리우환경회의에서기후변화협약이체결된후, 1997년에교토의정서가채택되었다. 우리나라는 2002월 11월 8월교토의정서를비준하였지만비부속서 (annex- ) 국가로분류되어의무대상국가에는포함되지않았지만, 2010년기준우리나라는세계 10위에해당하는많은에너지를소비하고있다 (IEA, 2012). 정부는 2009년 11월국무회의에서 2020년까지 2005년대비 4%, 2020년까지 BAU(Business As Usual) 대비 30% 를감축하는온실가스감축목표를확정하였다. 이를목표로하여정부에서는온실가스다배출및에너지다소비사업장에대하여온실가스감축및에너지절약목표를설정, 관리하는온실가스에너지목표관리제를제정하고, 약 600 여개의사업장을대상으로전체사업장배출량의 90% 이상을체계적으로관리하는목표를설정하였다 (Ministry of Environment, 2011b). 온실가스목표관리제를시범적으로운영하기위해정부는공공기관목표관리제를추진하였는데, 이중에너지다소비건물로국 공립대학이포함되어공공기관목표관리제에포함되었다 (Ministry of Environment, 2011c). 2012년에너지관리공단통계연보에의하면 2006부터 2011년까지우리나라전체에너지사용량은 18.5% 가증가한반면대학의건물에너지사용량은 29% 가증가하였다 (Korea Energy Management Corporation, 2012). 이에대학은에너지사용량을체계적으로관리및에너지사용량에따른배출량인벤토리구축이이루어져야한다. 최근국제적으로그린캠퍼스 (green campus) 라는지속가능한캠퍼스를만들고자노력하고있으며, 이를행하기위해서는대학내활동에의한신뢰성있는배출량인벤토리구축이중요하다. 미국은 2007년 152개대학총장들이미국대학총장기후변화위원회 (American College and University President Climate Commitment) 를구성하여대학캠퍼스내에서배출하는온실가스를저감하 는프로그램을진행하고있다 (ACUPCC, 2007). 국내대학도한국그린캠퍼스협의회를중심으로인벤토리구축을하고있으며 (Korea Association for Green Campus Initiative, 2012), 그린캠퍼스는대학의온실가스배출량감축과더불어주변지역사회로의교육및경제적파급효과를기대하고있다. 국내대학의온실가스인벤토리선행연구사례를들어보면, 서울대학교의경우국내대학중가장많은에너지를소비하고있으며, 서울대학교병원등과같은별도의거대건물은제외하고 2005 2009년까지의순수한캠퍼스를대상으로온실가스인벤토리를구축하였다 (Ministry of Environment, 2011a). 강원대학교도 2005 2009년까지 3년간온실가스인벤토리를구축하였으며, 인벤토리구축결과를이용하여대학내부문별온실가스감축잠재량을평가하였다 (Park 등, 2012). 또한서울시립대학교는 2009년 1년간대학에서소비되는에너지의소비패턴을이용하여, 에너지사용별및용도별로분리하여온실가스인벤토리를구축하였다 (Kim 등, 2012). 국외대학의경우, 루이빌대학교는 2006년을기준으로 2008년까지 3년간의온실가스인벤토리를구축하였으며, 보고된배출량을기준으로캠퍼스내온실가스감축대응대책등의노력을하였다 (University of Louisville, 2009). 버클리대학도 2006년부터 2008년까지대학내온실가스를구축하였으며, 이를바탕으로 2014년까지 1990년수준으로온실가스를줄이는것을목표로인벤토리를구축하였다 (University of California, 2008). 마이애미대학교는 1998년부터 2008년까지온실가스인벤토리를구축하였으며, 단과대학별로배출량을산정후단과대학별배출량감축을위한방법을강구하였다 (University of Miami, 2008). 이처럼국 내외대학에서는인벤토리구축연구가활발히진행중에있으며, 이를토대로대학내온실가스감축잠재량을도출하고있다 (Song 등, 2011). 하지만인벤토리구축연구는온실가스부문연구에집중되어있으며, 대학내대기오염물질산정은거의이루어지지않고있는실정이다. 또한대학내에너지연소에따른배출목록을일원화하여온실가스와대기오염물질의배출원관리를위한통합환경관리구축을구현하여배출량조절및제어하는배출관리시스템구축이필요하다. 따라서본연구는서울과학기술대학교를대상으로
대학내에너지소비에따른온실가스 - 대기오염통합인벤토리및대체에너지사용시나리오분석 대학내소비되는에너지사용량을파악하고, 이에따른온실가스-대기오염통합인벤토리를구축하였다. 또한에너지원단위분석과대체에너지사용량패턴시나리오를작성하여, 시나리오별온실가스-대기오염통합시나리오분석및대체에너지비용분석을하였다. 2. 연구방법 2.1 연구의범위본연구의공간적배경은서울시노원구공릉동에위치한서울과학기술대학교로선정하였으며, 시간적배경은 2010 2012년 (3년) 을대상으로하였다. 2012년기준서울과학기술대학교의교지면적은 508,690 m 2, 건축면적은 55,883 m 2 이다. 그리고 6개의단과대학과 23개의학과 10개의계약학과로구성되어있으며, 대학원은 2개의특수대학원과 4개의전문대학원그리고 1 개의일반대학원으로구성되어있다. 대학구성원은재학생 13,172명, 교원 474명, 직원 230명으로총 13,876 명이다 (Seoul National University of Science and Technology, 2010 2012). Table 1은연구대상지역의특성을보여주고있으며, Fig. 1은연구의흐름도이다. Table 1. Overview of the target university in 2012 Location Seoul, Gongreung dong Year 2012 Total school area (m 2 ) 508,690 Playgrounds (m 2 ) 37,447.0 Area of school site (m 2 ) 471,243 Building area (m 2 ) 55,883.0 Total building area (m 2 ) 193,845 People (person) 13,876.0 2.2 운영경계설정및활동도자료본연구에서온실가스배출항목설정은 IPCC(2006) 가이드라인에서제시하는항목을근거로 3가지항목 (CO 2, CH 4, N 2O) 그리고대기오염물질은 EEA(2013) 및 NIER(2010) 을근거로하여 7가지항목 (CO, NOx, SOx, TSP, PM 10, VOCs, NH 3) 을대상으로인벤토리를구축하였다. 에너지활동도 (activity) 자료는에너지사용원을조사하여자료를수집, 구축하는상향식접근법 (Bottom-Up Approach, BAU) 을적용하였으며, 2010 2012년대학의에너지사용량을바탕으로자료를구축하였다. 운영경계설정 (organizational boundaries) 은 WRI /WBCSD GHG protocol 를기반으로하였으며 (WRI, Data collection/construction Energy consumption Emission source Target university Scope 1 and 2 Estimation of GHG-AP integrated emissions GHG-AP integrated emissions per area (m 2 ) and per capita Alternative energy use scenario Limitation and conclusions Fig. 1. Flow chart of this study.
정재형권오열 Table 2. GHG and AP inventory boundary at the target campus Contents Specific sources Subject Seoul National University of Science & Technology Year 2010 2012 (yr) Carbon Dioxide (CO 2) GHG Methane (CH 4) (Greenhouse Gas) Nitrous Oxide (N 2O) Carbon Monoxide (CO) Nitrogen Oxide (NOx) Sulfur Oxide (SOx) AP Total Suspended Particulate (TSP) (Air Pollution) Particulate Matter (PM 10) Volatile Organic Compounds (VOCs) Ammonia (NH 3) Natural gas Stationary combustion Kerosene Scope 1 (Direct Source) Scope Gasoline Mobile combustion Transportation (Emission Source) Diesel Electricity Scope 2 (Indirect Source) Water supply 2001), 운영경계설정시 scope 1(direct source, 직접발생원 ) 은고정연소 (LNG, kerosene) 와이동연소 (gasoline, diesel) 로구분하였으며, scope 2(indirect source, 간접발생원 ) 는구매전력 (purchased electricity) 과구매상수도 (purchased water supply) 사용량으로조직경계를설정하였다 (IPCC, 2006). 하지만폐기물처리등과같은 scope 3(others, 기타배출원 ) 는민간업체에서전량처리하고있으며, 자료에대한획득이어려워본연구에서는제외하였다. 본연구에서이용한운영경계설정현황은 Table 2에제시하였다. 2.3 배출량산정방법본연구에서온실가스배출량산정방법은 IPCC(2006) 가이드라인과 2012년도한국환경공단에서발행한지자체온실가스배출량산정지침을바탕으로산정하였으며, 대기오염물질배출량산정방법은 EEA에서발행한 EMEP/EEA emission inventory guidebook 2013과 2010년국립환경과학원에서발행한대기오염물질산정방법편람및선행연구를참고로하였다 (EEA, 2013; GRI, 2010; Korea Environment Corporation, 2012; Ministry of Environment, 2011d; NIER, 2010). 온실가스배출계수는공공기관의배출계수를사용하여인벤토리를구축하였으며, 대기오염물질배출계수는대기환경보건법시행규칙, 국립환경과학원의연구결과중에서검토를통해선정하여구축하였다 (Kim 등, 2011; Kim 등, 2012b; Korea Power Exchange, 2012; Lee 등, 2012). 본연구에이용된배출계수를 Table 3에나타내었다. 온실가스와대기오염물질배출량산정의일관성및호환성을유지하기위하여배출계수를 tier 1, 2, 3로구분하고있다. 즉, tier 1 방법은해당연료의부문별연료사용량과기본배출계수 (default value) 를곱하는방식으로산정하며, tier 2는해당연료의사용량과국가배출계수 (domestic value) 를곱하는방식이다. 그리고 tier 3는기술등이적용된세부배출계수 (specific value) 로, 사용된연료연소의종류와연소기술, 공정기술, 품질유지, 연료연소장비등이적용된배출계수이다. 본연구에서는구매전력및구매상수도부문과연료연소부문의 CO 2 는 tier 2, 이외는 tier 1으로산정하였다.
대학내에너지소비에따른온실가스 - 대기오염통합인벤토리및대체에너지사용시나리오분석 Table 3. Emission Factors used for fuel types Contents Unit CO 2 CH 4 N 2O Natural gas Kg/TJ 56,467 5 0.1 Indoor kerosene Kg/TJ 71,500 10 0.6 Car 9 10 Gasoline Light truck Kg/TJ 72,233 7 10 Heavy truck/bus 5 43 Car 1 2 Diesel Light truck Kg/TJ 72,600 2 5 Heavy truck/bus 3 2 Electricity tonco 2eq/KWh 0.0004714 5.4 10-9 2.6 10-9 Water supply gco 2eq/m 3 332 - - 3. 결과및고찰 3.1 서울과학기술대학교온실가스-대기오염통합배출량 Table 4는 2010 2012년서울과학기술대학교에서사용한에너지를나타낸것이며, 대학내대부분의에너지사용비중은도시가스와구매전력이다. 특히, 서울과학기술대학교는구매전력의사용비율이 70% 이상으로나타났다. 에너지사용량에따른 2010 2012년서울과학기술대학교에서배출된온실가스및대기오염물질은 Fig. 2와같으며, 3년간배출된온실가스평균은 11,420 tonco 2eq 이었으며, 대기오염물질은 7,755 kgap 이었다. 본연구에서산정한온실가스배출량은 2005 2009년 5년평균강원대학교온실가스배출량인 20,345 tonco 2eq 대비적은배출량을보였으며 (Park 등, 2012), 2009년서울시립대온실가스연간총량인 10,452 tonco 2 와는유사한수준에서산정되었다 (Kim 등, 2012a). 온실가스와대기오염배출량은 2010년에각각 11,773 tonco 2eq, 8,217 kgap로서기간중가장많은배출량을보였으며, 2012년에는 2010년대비온실가스는약 4.5% 저감되었으며, 대기오염물질은약 9.7% 저감되었다. 온실가스와대기오염물질의감소는도시가스의사용량감소에의한것으로, 2010년에너지사용량이 1,503 toe로가장많은에너지를사용하였으며, 2011, 2012년은각각 1,377 toe와 1,303 toe로사용량이저감되는것으로나타났다. 이는대학내적정실내온도를유지하기위하여겨울철난방시간을고정하는고정난방시간과중앙에서보일러를제어하는중앙제어시스템그리고화장실등의개별적온수보일러이용에의한것으로사료된다. 반면대학에너지사용량의 70% 이상을차지하는구매전력은 2010년에 3,800 toe 이었으며, 2012년에 4,113 toe로증가하는추세를보였다. 2010 2012년대학내총에너지사용량은각각 5,341 toe, 5,184 toe, 5,455 toe으로점차적으로에너지사용량이증가하는추세를보였지만, 온실가스와대기오염물질 Table 4. Annual energy activities at specific sources in the university Energy consumption Scope Specific source Unit 2010 2011 2012 Stationary Natural gas m 3 1,424,464.0 1,305,105.0 1,249,476.0 combustion Kerosene L 2,550.0000 9,360.0000 8,320.0000 Scope 1 Gasoline L 4,065.0000 3,899.0000 4,393.0000 Mobile combustion Diesel L 35,923.000 32,896.000 30,516.000 Scope 2 Electricity kwh 17,673,820 17,514,092 17,883,809 Water supply m 3 275,672.00 310,025.00 280,494.00
정재형권오열 배출량은감소되는경향성을보였다. 이는도시가스사용량저감량이따른온실가스와대기오염물질저감율이구매전력사용량증가에따른온실가스배출량대비도시가스에의해저감되는오염물질의양이상대적으로크기때문에전체적으로저감되는특성을보였다. Yearly GHG emissions(ton) 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 2010 2011 2012 Time(yr) GHG AP 10000 Fig. 2. Yearly GHG and AP integrated emissions in the university from 2010 to 2012. 3.2 배출원별온실가스-대기오염통합배출량 Table 5는배출원별온실가스및대기오염물질배출량으로서, 3년간연평균 scope 1에서배출된온실가스및대기오염물질은각각 3,101 tonco 2eq, 7,757 kgap 8000 6000 4000 2000 0 Yearly AP emissions(kg) 그리고 scope 2에서배출된온실가스는 8,319 tonco 2eq 으로나타났다. Scope 2인구매전력과구매상수도는 scope 1과달리온실가스-대기오염통합산정이불가능하며, 이는외부로부터공급되는간접배출계수 (Indirect Emission Factor, IEF) 를이용하여온실가스부문에대해서만산정이가능하기때문이다. 온실가스는도시가스와전력이 98.2% 의비율을차지하고있으며, 구매전력은도시가스에비하여약 2.7배높은배출량을보였다. 대기오염물질은도시가스에서전체배출량의 91% 를차지하고있으며, NOx가전체발생량의 68.55% 를차지하고있는것으로나타났으며, 다음으로 CO가 25.32% 로차지하고있어서, 대학내발생하는대기오염물질은 NOx와 CO가 93.87% 의높은비율을차지하고있는것으로나타났다. 배출원별통합배출량을구체적으로살펴보면, scope 1 중에서도시가스는대학에서가장많은에너지를사용하는연료로써도시가스에서 3년평균배출된온실가스및대기오염물질은각각 2,988 tonco 2eq, 7,089 kgap로산정되었다. 서울과학기술대학교는 2010년도에도시가스에서가장많은 3,225 tonco 2eq 의온실가스와 7,613 kgap의대기오염물질이발생되었으며, 이후대학의에너지정책과도시가스사용감축정책을실행한결과온실가스는연간 3,000 tonco 2eq 대기오염물질 Table 5. Average GHG and AP integrated emissions by energy activities from 2010 to 2012 Scope 1 Scope 2 Contents Total Stationary Source Mobile Source Purchased City gas Kerosene Gasoline Diesel Electricity Water supply tonco 2eq 11,420.75 2,988.87 16.6300 9.57000 86.0200 8,223.80 95.8600 GHG tonco 2 11,294.86 2,981.69 16.5400 9.15000 85.0200 8,202.46 tonch 4 0.360000 0.26000 0.00233 0.00114 0.00224 0.09300 - tonn 2O 0.070000 0.01000 0.00014 0.00127 0.00300 0.06300 kgap 7,755.64 7,089.33 25.5800 16.7600 625.46 kgco 1,964.22 1,782.61 4.05000 11.5000 166.06 kgnox 5,317.09 4,907.49 16.1800 1.48000 391.94 AP kgsox 17.2400 13.2600 1.15000 0.01000 2.8200 kgtsp 41.4100 39.7900 1.62000 - - - - kgpm 10 52.3900 39.7900 1.48000-12.6000 kgvocs 291.650 238.7400 0.45000 0.55000 51.9000 kgnh 3 71.6400 67.6400 0.65000 3.21000 0.14000
대학내에너지소비에따른온실가스 - 대기오염통합인벤토리및대체에너지사용시나리오분석 은연간 7,000 kgap 이하로배출량이감소되었다. Fig. 3a는월별도시가스에서발생하는온실가스와대기오염물질을나타낸것이며, 그림에서보는바와같이도시가스사용량에따른월별온실가스발생량이 1월과 12 월이가장많았으며 6월달이가장적은달로나타났다. 이는겨울철에난방에의해도시가스사용량이증가했으며, 여름철에는취사와급탕용으로사용되어지며난방은하지않기때문이라고사료된다. 등유에서발생된온실가스및대기오염물질은 3년평균 16.63 tonco 2eq, 25.58 kgap로산정되었다. 본연구에서 2010년도등유사용에의한온실가스및대기오염물질발생량이가장적게나타났는데, 이는등유활동도수집및자료구축시 2009년도등유사용량에포함되어 2010년초등유 사용량의자료는구축이이루어지지않았기때문이다. 또한등유의사용은겨울철난방용으로전량이용되어 11월부터다음연도 2월까지만사용되어지는것으로나타났다. 이동연소인휘발유와경유는여름철에다소증가하는경향성이있지만평균적으로휘발유는 9.57 tonco 2eq, 경유는 86.02 tonco 2eq 의온실가스가산정되었으며, 대기오염물질은휘발유와경유가각각 17 kgap, 625 kgap로산정되었다. 대학내공공차량은공공의목적으로이용되므로, 월별다소간의차이는존재하지만계절별큰차이를보이지않는것으로보인다. 향후, 이동연소에의한보다신뢰성있는온실가스-대기오염통합배출량을산정하기위해서는공공차량뿐아니라개인소유차량에의한통합배출량산정연구가 700 1600 1000 Avg. GHG Emissions from city gas (ton) 600 500 400 300 200 100 GHG AP 1400 1200 1000 800 600 400 200 Avg. AP Emissions from citi gas(kg) Avg. GHG Emissions from Electricity(ton) 800 600 400 200 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 0 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Time(Month) Time(Month) (a) (b) Avg. GHG Emissions from water supply(ton) 20 15 10 5 0 Jan Mar May Jul Sep Nov Time(Month) (c) Fig. 3. Monthly averaged GHG and AP integrated emissions from (a) city gas, (b) electricity and (c) water supply in the university from 2010 to 2012.
정재형권오열 필요한것으로보인다. Scope 2인구매전력과구매상수도사용량에의해발생되는온실가스배출량은각각 8,223.80 tonco 2eq, 95.86 tonco 2eq 로산정되었다. 이는전체온실가스발생량의각각 72%, 0.84% 를차지하는수치이며, 이는대학내에서구매전력사용량에의한온실가스배출량이다른항목에비해상대적으로큰비중을차지하는것을의미한다. Fig. 3b는월별구매전력에의한온실가스배출량을나타내고있으며, 구매전력은 5월과 10월에사용량이가장적게나타났으며, 동절기인겨울철에가장많이사용하는것으로나타났다. 이는도시가스와유사한결과로구매전력의경우겨울철온풍기와같은난방기기를작동하기때문이라고사료된다. Fig. 3c는월별구매상수도에의한온실가스배출량을나타내고있다. 구매상수도사용량은 1월부터 12월까지격월로사용량에따라고지서가발행되기때문에 2개월단위로구매상수도사용량에관해서온실가스배출량을산정하였으며, 구매상수도는하절기인여름철과동절기인겨울철에상대적으로사용량이많은것으로나타났다. 이는하절기인여름철더위로인한수도사용량의증가와겨울철난방등과같은보일러가동으로인한온수사용량이증가하기때문이라고사료된다. 3.3 에너지원단위온실가스 -대기오염배출량에너지원단위온실가스-대기오염배출량은건물단위면적및인원 ( 학생, 교직원, 교원 ) 별로배출량을구분 하여 scope 1인도시가스와 scope 2인구매전력에한해서산정하였다. 도시가스와구매전력에의한건물단위면적및인원별배출량을산정하기위해서대학내건물을도시가스와구매전력간의건물배출목록을총 30개로재분류하였다. Table 6은도시가스와구매전력에의한대학건물단위면적당및인원별온실가스배출량을나타낸것이며, 건물단위면적당도시가스와구매전력에서발생한온실가스는각각 15.4 kgco 2eq/m 2, 42.4 kgco 2eq 로나타났으며, 이는선행연구에서산정한 14.61 kgco 2/m 2, 51.3 kgco 2/m 2 와유사한결과를보였다 (Kim 등, 2012a). 또한 1인당발생량은각각 210 kgco 2/capita, 577 kgco 2/capita로나타났으며, 선행연구에서산정한 241 kgco 2/capita, 981.86 kgco 2/capita 보다작은수치를보였다 (Kim 등, 2012a). 3.4 대체에너지사용시나리오분석본연구의시나리오구성및분석결과는 Table 7에나타내었으며, 2012년도를기준년도 (base year) 및기준시나리오 (base scenario) 로하여, 연료별대체에너지방안시나리오로하였다. 감축계획의수립시나리오는포캐스팅 (forecasting) 과백캐스팅 (backcasting) 방법으로구분할수있으며, 본연구에서는각각의연료에대한대체방안시나리오로개별적감축량을산정후이들값의합산이총감축량이되기때문에포캐스팅방법을이용하였다. 본연구의총시나리오는 4개로구성하였으며, 시나리오는다음과같다. 시나리오은도시가 Table 6. GHG and AP integrated emissions per area (m 2 ) and per capita from 2010 to 2012 Per area (m 2 ) Per capita Contents Categories Scope Scope Categories Scope 1 Scope 2 Scope 1 Scope 2 Unit Total City gas Electricity Unit Total City gas Electricity GHG CO 2eq ton/m 2 0.0578 0.0154 0.0424 ton/capita 0.786 0.210 0.577 AP 0.0366 0.0366 0.497 0.497 CO 0.0092 0.0092 0.125 0.125 NOx 0.0253 0.0253 0.344 0.344 AP SOx 0.0001 0.0001 0.001 0.001 kg/m 2 - kg/capita TSP 0.0002 0.0002 0.003 0.003 - PM 10 0.0002 0.0002 0.003 0.003 VOCs 0.0012 0.0012 0.017 0.017 NH 3 0.0003 0.0003 0.005 0.005
대학내에너지소비에따른온실가스 - 대기오염통합인벤토리및대체에너지사용시나리오분석 스를투입에너지로하는보일러운전을태양열 (solar thermal) 을설치하여대학내열에너지를공급할경우의시나리오이며, 시나리오는대학내공공차량인이동연소를전기자동차 (Electric Vehicle, EV) 와같은클린카 (clean car) 로대체했을경우의시나리오, 시나리오는전력을대체할수있는태양광 (photovoltaic) 을건물옥상에설치하여사용할경우이며, 시나리오는수도사용량을빗물재이용시스템 (rainwater harvesting system) 을이용하여빗물을공급할경우의시나리오이다. 본연구의공통된가정조건은고정비용과운영비용등은적용하지않았으며, 대체에너지효과에한정하여오염물질감축량및경제비용을산정하였다. 시나리오는대학내건물옥상의 10% 를태양열시설설치에따라감축되는도시가스대비온실가스-대기오염통합오염물질의양과이때발생하는대체에너지경제비용을분석하였다. 태양열시설의설치면적은 2012년기준대학내건물옥상면적의 10% 는 5,588.3 m 2 이며, 태양열의환산계수는 2012년신재생통계연보에서제공하는 0.064 toe/m 2 yr 를적용하였으며, 이에따른연간열생산량은 358 toe/yr로나타났다. 이는 2012년연간도시가스사용량인 1,303 toe의 27% 를대체할수있으며, 도시가스대비대체에너지비용은연간약 3억의절감효과가있는것으로나타났다. 시나리오는대학내운영되는휘발유차량과디젤차량중디젤차량을전기자동차로모두변환할경우감축되는온실가스-대기오염통합오염물질량과이때발생하는대체에너지경제비용을분석하였다. 전기자동차는엔진이없으며전기를충전하여전기모터만을이용하여달리를자동차이며, 본연구에서는전기자동차에충전에의한전력사용량은없는것으로가정하였다. 이에따른오염물질배출량은없는것으로나타났으며, 디젤차량에대한에너지대체비용은연간약 5천 6백만원의절감효과가있는것으로조사되었다. 시나리오는전기생산이가능한신재생에너지부문중에서태양광을대학내건물옥상의 35% 를태양광시설을설치할경우전력대비감축되는온실가스의양과이때발생되는대체에너지경제비용을분석하였다. 2012년기준대학내건물옥상면적의 35% 는 19,559 m 2 으로이용률은 2012년신재생에너지통계연보에서제공하는 15.5%( 자가용기준 ) 로하였으며, 전기 생산량은태양광의설치단위면적당 160 kwh/m 2 로가정하였다 (Kim, 2013). 배출계수는전력거래소에서제공하는발전단전력간접배출계수 0.0004428 tonco 2eq/ kwh를이용하여산정하였다. 이에따른연간전력생산량은 485,063.2 kwh/yr이며, 온실가스감축량은 214 tonco 2 로산정되었다. 이는 2012년전력사용량에따른온실가스배출량 (8,247 tonco 2eq) 의 2.6% 를대체할수있는것으로나타났으며, 이에따른전력대비에너지대체비용은약 4천 4백만원의절감효과가있는것으로조사되었다. 시나리오는대학내건물옥상의 35% 를빗물재이용시스템을설치하며, 빗물이용률은 40% 로가정하였다. 강우량은 2012년서울시기준 1,646.3 mm로할경우수도사용량대비감축되는온실가스의양과이때발생되는대체에너지비용을분석하였다. 본연구에서이용한빗물의온실가스감축량원단위는 0.332 tonco 2eq/m 3 를이용하였으며 (Ministry of Environment, 2011e), 2012년건물옥상면적의 35% 에해당하는연간집수되는빗물이용량은 12,880 ton/yr으로, 2012년수도사용량 280,494 ton의약 4.6% 대체할수있는것으로나타났다. 이에따른수도사용량대비에너지대체비용은약 2만원의절감효과가있는것으로나타났다. 앞서분석한대체에너지시나리오를동시에시행하게되면온실가스는연간 1,050 tonco 2eq(9.4%), 대기오염물질은 2,499 kgap(34%) 의감축효과가있으며, 에너지대체비용은연간약 4억원 (14%) 의절감효과가있는것으로조사되었다. 이는대체에너지시나리오에따른총감축량은온실가스가가장많은양을차지하고있지만, 도시가스와디젤과같은연료연소에서발생되는대기오염물질이상대적으로큰비중을차지하는것을의미하며, 이는대학의에너지정책을계획하고실행하는과정에서온실가스-대기오염통합배출량감축및경제적측면에서도매우중요하다는것을보여준다. 3.5 연구의한계점대학내에너지사용량에의한온실가스-대기오염통합산정을위해서는온실가스와대기오염물질배출량에관한배출목록이우선적으로작성되어한다. 이는연료별사용량에따른배출원인온실가스와대기오염물질이상호일치성과활동도를수집및구축함에있어가
정재형권오열 Table 7. Comparative results of 4 scenarios referenced by base year of 2012 Fuels Base year Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4 GHG AP Cost GHG AP Cost GHG AP Cost GHG Cost GHG Cost Unit ton kg 10 3 won ton kg 10 3 won ton kg 10 3 won ton 10 3 won ton 10 3 won Total 11,206 7,374 2,972,069 10,454 5,571 2,651,082 11,127 6,678 2,915,503 10,992 2,927,186 11,202 2,972,050 City gas 2,787.0 6,678 1,188,839 2,035.0 4,879 867,852.0 2,787.0 6,678 1,188,839 2,787 1,188,839 2,787.0 1,188,839 Diesel 79.000 696.0 56,566.0 79.000 696.0 56,566.0 0 0 0 79.00 56,566.00 79.000 56,566.00 Electricity 8,247.0-1,726,251 8,247.0-1,726,251 8,247.0-1,726,251 8,024 1,681,368 8,247.0 1,726,251 Water supply 93.000-413.000 93.000-413.0000 93.000-413.0000 93.00 413.0000 89.000 394.0000 Emission and cost reductions -752.0-1,803-320,987-79.00-696 -56,566.0-214.0-44,883.0-4.0000-19.0000
대학내에너지소비에따른온실가스 - 대기오염통합인벤토리및대체에너지사용시나리오분석 장중요한요소가된다. 즉, 활동도정보를구축함에있어정확성과산정결과의신뢰성과관련이있기때문이다. 그리고온실가스와대기오염물질통합배출량을산정하기위해서는에너지원별산정목록의일치성이요구된다 (Shin 등, 2012). 하지만배출원별 scope 1과 scope 2에따른온실가스-대기오염통합산정에있어, scope 1의경우는에너지연소부문으로고정연소와이동연소로구성되어있어, 온실가스-대기오염동시산정이가능하지만, 외부에너지를이용하는 scope 2의경우에는온실가스에한에서간접배출계수가존재하여산정이가능하지만, 대기오염물질에관해서는산정목록이부재한실정이다. 이에활동도를수집하는과정에서중복산정이되지않도록해야한다. 향후대학내에너지사용량에따른온실가스-대기오염통합산정뿐만아니라식생, 토양등에의한온실가스및대기오염물질의흡수또는배출량산정에관한산정과기타대학의활동에의해배출되는온실가스-대기오염에관한온실가스-대기오염통합인벤토리가구축되어야할것으로보인다. 4. 결론본연구는서울과학기술대학교를대상으로에너지사용량에따른온실가스-대기오염통합배출량에관한통합인벤토리구축및대체에너지사용시나리오분석을통하여대학내에너지소비구조와에너지배출원별특성을분석하였다. 서울과학기술대학교내에너지사용량에따른온실가스-대기오염통합산정및시나리오분석결과는다음과같다. 1) 대학내에너지사용비중은구매전력이약 73% 로가장컸으며, 다음으로도시가스가약 26% 로나타났다. 2010 2012년연간배출된평균온실가스양은 11,420 tonco 2eq 이었으며, 대기오염물질은 7,755 kgap 으로산정되었다. 통합배출량산정결과 2010년대비 2012년에는온실가스및대기오염물질발생량이각각약 4.5%, 9.7% 저감되었다. 2) 대학내 scope 1에서배출된온실가스및대기오염물질은각각 3,101 tonco 2eq, 7,757 kgap으로산정되었으며, scope 2에서배출된온실가스는연간 8,319 tonco 2eq 으로나타났다. 3) 도시가스와구매전력에서배출된온실가스가전체의 98.2% 의비율을차지하고있으며, 구매전력은도시가스에비하여약 2.7배높은배출량을보였다. 그리고대기오염물질은도시가스에서전체배출량의 91% 를차지하고있으며, 이중 NOx가전체발생량의 68.55%, 다음으로 CO가 25.32% 로차지하는것으로나타났다. 4) 건물에너지사용에따른단위면적당도시가스와구매전력에서발생한온실가스는각각 15.4 kgco 2eq /m 2, 42.4 kgco 2eq 로나타났으며, 1인당발생량은각각 210 kgco 2/capita, 577 kgco 2/capita로분석되었다. 5) 대체에너지시나리오분석결과연간온실가스와대기오염물질감축량은각각 1,050 tonco 2eq(9.4%), 2,499 kgap(34%) 로나타났으며, 절감비용은약 4억원 (14%) 으로분석되었다. 6) 본연구의한계점은온실가스-대기오염의동일한배출목록작성과정확한활동도자료수집의어려움이다. 이에따라배출량동시산정시신뢰성과정확도에관한체계적인정도관리 (QA/QC) 가수행되어야한다. 본연구를바탕으로향후대학내에너지사용량뿐만아니라토지이용, 출장및출 퇴근등과같은부문까지확대해서적용한다면보다정확한온실가스-대기오염통합배출량산정이이루어질것이다. 감사의글 이연구는서울과학기술대학교교내학술연구비의지원으로수행되었습니다 ( 과제번호 : 2014-1458). 참고문헌 ACUPCC (American College and University Presidents Climate Commitment), 2007, http://presidentsclimate commitment.org/. EEA (European Environment Agency), 2013, EMEP/EEA emission inventory guidebook 2013, EU. GRI (Gyeonngi Research Institute), 2010, Development of green campus practice manual and campus GHG inventory model. IEA (International Energy Agency), 2012, 2012 Key world energy statistics, IEA. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), 2006,
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