- 1 -

제 출 문

한국에너지기술평가원 귀하

본 보고서를 “건물부문 에너지효율향상 평가를 위한 국제기술평가 TOOL 개발”

(개발기간：2013. 12. 01 ~ 2015. 11. 30)과제의 최종보고서 10부를 제출합니다.

2015. 11. 30.

주관기관명 ː 아주대학교 산학협력단 (대표자) 최 경 희 (직인생략)

참여기관명 ːJoint Global Change Research Institute (대표자) Antony Janetos(직인생략)

총괄책임자 : 김 수 덕

참여기관책임자 : Sonhui Kim

산업기술혁신사업 공통 운영요령 제37조에 따라 보고서 열람에 동의합니다.

- 2 -

개발결과 요약

키워드

Ÿ 건물부문(building sector), 에너지효율(energy efficiency), 기술평

가(technology evaluation), 통합평가모형(integrated assessment

model), 정책분석(policy analysis)

핵심기술

Ÿ 한국 건물부문의 상세 에너지소비 구조를 반영한 GCAM 모형설정

과 이를 통한 건물부문의 다양한 기술변화의 효과를 평가할 수 있

는 전지구적 모형 개발

최종목표

Ÿ 경제성장, 정책변화, 에너지가격, 건물 부문 에너지 효율향상 기술

등의 변화에 따른 감축 잠재량 산정 및 정책 효과 산정을 위해 국

제 비교가 가능한 모형개발

개발내용 및

결과

Ÿ 개발기술, 제품에 대한 기술적인 원리, 연구내용 등 설명

ü 모형개발 측면에서, 국내 건물부문 뿐 아니라 여타 서비스부문

(산업, 수송)의 모형 상세화를 통한 RES (Reference Energy

System) 구축

ü 소프트웨어 측면에서, 객체지향 프로그래밍(OOP), C++, C#언어

등, IDE(통합개발환경)프로그램에 대한 종합적인 이해가 필요.

특히 C#으로의 프로그래밍 언어 변경과 GUI 개발에 이해 필요.

기술개발 배경

Ÿ IPCC 4차보고서에서 온실가스 배출저감 잠재력이 가장 큰 부문으로 지

적되고 있는 건물부문의 에너지효율개선과 이에 따른 효과분석 및 신기

후체제 하의 국가정책수립을 위한 도구개발의 필요성 대두

핵심개발 기술의

의의

Ÿ 상세 기술의 특성을 반영, 각 기술의 시장 경쟁력을 다양한 각도에

서 평가함으로써 기술개발의 우선순위 등에 대한 정보제공 (국내

외 시장잠재량 평가

ü 에너지저감잠재량, 에너지비용저감, 온실가스저가감 잠재량 등)

ü 전지구적 틀속에서 세분화된 국내모형의 개발을 통해 주변국가

와의 공동연구 등 추진가능 (AIIB 프로젝트 등)

적용 분야

Ÿ 국내 건물에너지 관리 제도(공공기관 에너지이용합리화, 건축물 온

실가스·에너지목표관리제, 건축물의 에너지절약 설계기준, 건축물에

너지효율등급 인증 제도)의 시행대상인 건물의 각종 에너지 절약

시책을 적용 에너지 절약을 목적으로 기존 건물을 개조한 경우 혹

은 강화된 건물에너지효율등급을 적용하여 신축한 건물을 대상으로

건물과 관련된 외생적 세부기술변화(기존 기술향상, 신기술 도입)의

효과를 분석

ü 건물부문 에너지 절약을 위해 International Energy Agency

(IEA, 2011)에서는 신축 건물에너지절약설계기준 수립, 패시브

하우스·제로 에너지빌딩 보급, 기존 건물 효율향상, 건물 인증제

도 운영, 기기∙설비(Appliances)의 에너지 효율향상을 위한 에너

지소비효율등급표시제도, 고효율에너지기자재인증제도, 대기전력

저감 프로그램 등을 운영할 것을 권고.

- 3 -

기술 및 경제적 성과

기술적 성과

Ÿ 개발대상기술의 특성관련

ü LP 모형과의 비교 (P 26-28)

ü 요구되는 모형의 특성 (P 29-30)

ü 상세화된 건물부문의 에너지시스템 (P 30-38)

ü 기타 부문의 에너지시스템 상세화 내역 (P 38-43)

Ÿ 연구성과 관련 별책부록 GCAM-EML 기술보고서, software 매뉴

얼, 상세연구실적 모음 참조

경제적 성과

Ÿ 해당 모형을 소스코드 기반에서 확인함으로써 기본적인 기술취득

및 관련 역량제고, 해외에서 수십년간 연구를 통해 확보하는 기술

역량을 단기에 완료함으로써 수백억의 기술투자비용 절감

5. 파급 효과 및 기대 효과

파급 효과

[기술적 측면]

Ÿ 개발하고자하는 한국 건물부문 모형은 장기 기술평가 모형임에

도 불구하고, 최종에너지소비자 단계에서 선택대상이 되는 기술

을 명시적으로 고려할 수 있어서, 세부기술의 주어진 범위내의

효율평가 뿐 아니라, 거시적 관점에서 다양한 파급효과(가격, 에

너지소비변화 및 믹스, 온실가스배출 등)의 평가가 가능함.

Ÿ 신기술도입에 따른 에너지고효율개선의 효과를 명시적으로 평가

하고, 다양한 시나리오를 통한 민감도 평가가 가능.

Ÿ 개발대상이 되는 빌딩부문 에너지효율개선 평가도구는 이미 국

제적으로 인정(예, IPCC의 에너지시스템분석 사례 등)되고 있어,

국제적 경쟁력을 확보.

Ÿ 특히 본 연구를 통해 국내 모형을 구체화하고, 이를

stand-alone 형태의 모형으로 구축함에 따라 국내 고유의 에너

지효율개선 평가도구로 활용.

[경제적․산업적 측면]

Ÿ 건물(가정․상업)부문의 온실가스배출량은 전환부문을 포함, 총 배

출량의 22.6%를 차지하여 건물부문의 에너지효율개선 및 평가의

중요성이 부각되고 있음.

Ÿ 경제성장과 생활수준 향상에 따라 점차 증가하는 건물부문의 에

너지 수요, 효율개선효과에 대한 국내, 국제비교가 가능한 종합

적인 평가도구 필요함.

ü 새로운 가전기기, 신기술도입이 갖는 건물부문 효율향상 평가 필요

함.

ü 에너지정책 및 국제 에너지가격변화에 의한 상대가격체계의 변화가

- 4 -

건물부문 에너지 수요변화에 미치는 영향을 분석하는 도구가 필요함.

Ÿ 또한 수요측면의 에너지저감은 필요 에너지의 공급도 감소시킬 수

있음. 에너지효율 개선 등을 통한 에너지서비스 수요의 감소는 필요

에너지 에너지공급량을 저감시킴에 따라, 에너지수입의존도가 높은

우리나라에 해외에서 발생하는 다양한 에너지 수급 리스크를 완화하

게 됨.

Ÿ 이는 에너지수급 관련 분야에 집중된 국내재원을 타 산업분야로 재

할당하여 에너지 확보를 위한 자원배분 감소, 타 산업분야에 대한

자원의 재분배와 투자를 유도함.

[사회적 측면]

Ÿ 국내 고유의 에너지효율개선 평가도구 확보를 통해 효율부문의

명시적 분석이 가능해져, 효율개선의 중요성과 파급효과에 대해

다양한 부문에 그 중요성을 인지시킬 수 있는 기초자료 제공

Ÿ 해당 분석도구개발의 결과는 비단 건물부문 뿐만 아니라, 수송,

산업부문에 걸친 다양한 평가가 가능하므로 에너지부문의 국가

경쟁력 강화에 도움을 줄 것으로 예상

Ÿ 성공적인 도구개발을 통해 모형연구의 중요성에 대한 인식을 제

고함으로써 공공, 민간부문의 관련 분야에 대한 R&D 투자 확대

예상

Ÿ 또한 서울이 UN에서 선정한 세계 3대 인구밀집도시로 선정된

만큼 건물부문의 효율개선과 평가 모형 개발은 에너지절약에 대

한 국민적 의식을 고양할 수 있음.

기대 효과

Ÿ 건물부문 에너지효율향상 평가를 위한 국제기술평가 tool 개발을

통해 건물부문에서 에너지비용 절감, 오염감소, 에너지 안보 강

화 등의 직·간접적 효과를 평가하는 것이 주요 편익임.

Ÿ 하지만 이들 중 에너지안보와 관련된 효과와 같이 정성적인 파

급효과를 구하는 것은 쉽지 않으나. 에너지소비저감, 비용 저감

및 온실가스 저감잠재량 등의 산정은 국내, 해외 시장의 잠재력

을 정량적으로 평가할 수 있다는 점에서 특정기술의 시장잠재력

을 평가하는데 매우 유용함을 알 수 있음.

Ÿ 건물부문은 climate policy로부터 초래되는 전력과 화석연료 가

격 상승 영향 등을 통한 에너지의 상대가격변화효과가 갖게 되

는 기술선택의 변화를 평가할 수 있으며, 탄소세, cap-and-trade

system 등 시장에 기반한 기후정책에서 예상되는 기술별 온실가

스 저감효과를 평가함으로써, 건물부문에서 취할 수 있는 공격적

인 기후정책입안에도 기초자료를 제공할 수 있음.

- 5 -

해당 기술, 제품의 시장 현황

국내 시장

Ÿ 국내 KEEI-LED 모형과 에너지효율평가

Ÿ MARKAL 모형과 에너지효율평가

Ÿ MESSAGE (Model of Energy Supply Systems and General

Environmental Impacts) 모형과 에너지효율평가

해외 시장

모델명 모델 유형

AIM** Multi-Sector General Equilibrium

AMIGA* Multi-Sector General Equilibrium

GTEM* Multi-Sector General Equilibrium

GEMINI-E3/GEMWTrap* Multi-Sector General Equilibrium

PACE* Multi-Sector General Equilibrium

EDGE* Multi-Sector General Equilibrium

EPPA* Multi-Sector General Equilibrium

IPAC* Multi-Sector General Equilibrium

SGM* Multi-Sector General Equilibrium

WIAGEM* Multi-Sector General Equilibrium

COMBAT Aggregate General Equilibrium

FUND Aggregate General Equilibrium

GRAPE Aggregate General Equilibrium

MERGE** Aggregate General Equilibrium

IMAGE** Market Equilibrium

MESSAGE** Market Equilibrium

MiniCAM* Market Equilibrium

POLES-GEGS Market Equilibrium

ENV-Linkage* Aggregate General Equilibrium

[그림 1] 기후-환경 글로벌 모델링 프로그램 가계도 (2012)

- 6 -

제품 사진 (기술개발 제품 관련 사진, 그림, 도면 등)

- 7 -

- 8 -

- 9 -

- 10 -

<기술개발사업 주요 연구성과>

사업명 에너지국제공동연구사업

과제명(과제번호) 건물부문 에너지효율향상 평가를 위한 국제기술평가 Tool 개발(2012T100100600)

주관기관명 아주대학교 산학협력단 설립일 2004년 5월 25일

주소 경기도 수원시 영통구 월드컵로 206

대표자(기관장) 최경희 연락처 031-219-1754

총괄책임자 김수덕 FAX

총수행기간 2012. 12 . 01 ~ 2015 . 11 . 30 ( 36 개월)

총사업비(백만원) 1,227,613 정부출연금 850,000 민간부담금 377,613

참여기관(책임자) Sonhui Kim

성과지표 세부지표 성 과 비 고

사업화

성과

매출액

개발제품개발후 현재까지 억원

향후 3년간 매출 억원

관련제품개발후 현재까지 억원

향후 3년간 매출 억원

시장

점유율

개발제품

개발후 현재까지 국내 : % 국외 : %

향후 3년간 매출 국내 : % 국외 : %

관련제품

개발후 현재까지 국내 : % 국외 : %

향후 3년간 매출 국내 : % 국외 : %

세계시장

경쟁력

순위

현재 제품 세계시장 경쟁력 순위 위

3년 후 제품 세계 시장경쟁력 순위 위

기술적

성과

특허

국내출원 건

등록 건

국외출원 건

등록 건

논문발표

국내 3(1)건 1건 forthcoming

국외 15 건참여연구진, 해외저서

포함(목표 대비 150%)

파급효과

고용효과

개발 전 0명

개발 후 1명Full-time 연구교수 1명

고용

선진국 대비 기술수준 %

국산화율 100%

기타 표준 제개정, 기술이전 및 수상실적 등 2 (수상) 논문공모전

- 11 -

번호

구분(논문

게재or학

회발표)

논문명 저자명 저널명 일시 구분SCI등

재여부

발생

차수

1 학회발표

“A Study on

Nuclear and

Gas

Scenarios of

China using

GCAM”

YurnaidiZu

lfikar,Minh

oBaek,Sud

ukKim

36thAnnual

IAEEIntern

ationalConf

erence,Con

currentSes

sionTA,

2013-06

-18,

EXCO

321A,

Daegu,

Korea

국외 비등재1차

년도

2 학회발표

“Astudyonnucl

earscenariosof

KoreausingGC

AM”,

MinhoBae

k,Yurnaidi

Zulfikar,S

HKim,Sud

ukKim

36thAnnual

IAEEIntern

ationalConf

erence,Con

currentSes

sionTB,

2013-06

-18,EXC

O322B,D

aegu,Kor

ea

국외 비등재1차

년도

3 학회발표

Structure of

Renewable

Energy

Input-Output

Table in

Korea and its

implication

YoonKyun

gKim

,36thIAEEi

nternationa

lconferenc

e,

2013.6.1

8,

Daegu,

Korea

국외 비등재1차

년도

4 학회발표

Applicability

of Hybrid

Energy

Environmental

IO Table in

GHG and

YoonKyun

gKim,Sang

YeolShim,

SudukKim

Pan Pacific

Associatio

n of

Input-Outp

ut

Studies(PA

,2012.11

.04, 국외 비등재

1차

년도

□ 구체적인 연구 성과

1. 지식재산권

(국내․외 특허, 실용신안, 프로그램 등록, 기타 등으로 종류 구분)

번 호 종 류 명 칭 출원일 등록일 국 명 등록번호 발생차수

차년도

차년도

차년도

차년도

2. 논문 게재/발표 실적

- 12 -

Energy Target

Management

Program in

Korea

PAIOS)

23rd

conference

, Osaka,

Japan

5 학회발표

RPS, New

Renewable

Energy

Promotion

Policy in

Korea

YoonKyun

gKim

Offshore

Renewable

Energy

Conference

2012,

Singapore

2012.10,

24국외 비등재

1차

년도

6 학회발표

ImpactsofClim

ateChangeonG

lobalBuildings:

WhoGainsand

WhoLoses?,

J. Eom, L.

Clarke, A.

Bergman,

H. Elke,

M. Bryan

6thAnnualI

AMCMeeti

ng,Tsukub

a,Japan

2013 국외 비등재1차

년도

7 저서

EnergyandEnv

ironmentPolicy

inKorea,Chapt

er30oftheRoutl

edgeHandbook

ofEnvironment

alEconomicsin

Asia,Editedby

ShunsukeMana

gi,

Kim,

Suduk,

Yungsan

Kim

Routledge,

Taylor&Fr

ancisGroup

,

2015 국외 SCI급1차

년도

8 저서

World Energy

Scenarios to

2050:

Managing the

Energy

Transition,

WEC Scenario

Study Group

Contributor

(Kim,

Suduk,

as a

contributin

g author)

World

Energy

Council

2013 국외 SCI급1차

년도

9 저서

TheEvolutiono

ftheKoreanEle

ctricityMarket,

EvolutionofGlo

balElectricity

Markets:Newp

aradigms,newc

hallenges,new

Kim,Suduk

,YungsanK

imandJeon

gShikShin

AcademicP

ress, 41464 국외 SCI급

1차

년도

- 13 -

approaches,ed.

byFereidoonSi

oshansi,Chapt

er22,

10 논문게재

Energyuseinbu

ildingsinalong-

termperspecti

ve,

DianaUrge

-Vorsatz,

KseniaPet

richenko,

MajaStanie

candJiyon

gEom

Current

Opinion in

Environme

ntal

Sustainabili

ty ,

5:141–151

2013 국외 등재1차

년도

11 학회발표

“AnalysisofHe

atingandCoolin

gTechnologyin

KoreanBuildin

gSectorandItsI

nteractionwith

ClimateChange

UsingGCAM”,

MinhoBae

k,Yurnaidi

Zulfikar,Su

dukKim

SpringCon

ventionofK

oreaSociet

yforNew&

Renewable

Energy,

May. 30,

2013국내 비등재

1차

년도

12 학회발표

“Segmentation

ofApplianceSu

b-sectorandIm

pactAnalysisof

ItsEfficiencyIm

provementinG

CAM'sBuilding

SectorforKore

a”,

YurnaidiZu

lfikar,Minh

oBaek,Sud

ukKim

SpringCon

ventionofK

oreaSociet

yforNew&

Renewable

Energy,

May. 30,

2013국내 비등재

1차

년도

13 학회발표

"신재생에너지

원(바이오디젤,

연료전지)의투

입-산출구조조

사추정연구",

김윤경,

홍선경

2013

경제학공동

학술대회

2013.2.2

2, 국내 비등재

1차

년도

14 논문게재

"추가안전대책

비용,사고위험

대응비용의외부

비용을반영한원

전비용추정연구

"

김윤경,조

성진

자원환경경

제연구,

22(2),

pp.367-39

1

2013 국내 비등재1차

년도

15 논문게재

"해외석유?가스

개발사업에대한

성공불융자의지

원효과분석연구

김윤경,김

지효

,에너지경제

연구,12(2),

pp.119-14

5

2013 국내 비등재1차

년도

- 14 -

"

16 학회발표

“Analysis of

Energy Use

and CO2

Emissions of

Korean

Industry

Sector under

Carbon

Policies”

Zulfikar

Yurnaidi,

Minho

Baek,

Suduk

Kim

ICUE2014,

PattayaCit

y,Thailand,

19-21

March

2014

국외

등재

(IEEE

Confer

ence

Public

ation)

2차

년도

17 논문게재

"Implicationsof

SmallModularR

eactorsforClim

ateChangeMiti

gation."

IyerGC,NH

ultman,SF

etter,andS

HKim

Energy

Economics

45:144-15

4

2014 국외 등재2차

년도

18 논문게재

"NuclearEnerg

yResponseinth

eEMF27Study.

"

SHKim,K

Wada,AKu

rosawa,an

dMRoberts

Climatic

Change

123(3-4):4

43-460

2014 국외 등재2차

년도

19 논문게재

"AGeneralEqui

libriumModelfo

rEnergyPolicy

EvaluationUsin

gGtap-EforVie

tnam."

DodinhLon

g,SudukKi

m

Economics

World2014 국외 비등재

2차

년도

20 저서

FifthAssessme

ntReport(AR5),

LeadAuthorof

Chapter7,Work

ingGroupIII,

SudukKim, IPCC 2014, 국외 SCI급2차

년도

21 저서

EnergyandEnv

ironmentPolicy

inKorea,Chapt

er30oftheHand

bookofEnviron

mentalEconom

icsinAsia,Edite

dbyShunsuke

Managi,

SudukKim,

andYunsan

Kim

Taylor&Fr

ancisBooks

,

2014 국외 SCI급2차

년도

22 저서

Benefit&CostA

nalysisAndToo

lkits,

Suduk

Kim 외

ISGAN(Inte

rnationalS

martGridAc

tionNetwor

41699 국외 SCI급2차

년도

- 15 -

k)Annex3,

V.2,

23 학회발표

Estimatingthe

TOUPriceElast

icityofPowerD

emandinKorea

nIndustries,

JayeolKu,

ZulfikarYu

rnaidi,Son

gnianChen

andSuduk

Kim

Kyoto-Ajo

uSymposiu

m

25th of

February

, 2014,

Kyoto

Universi

ty

국외 비등재2차

년도

24 학회발표

EvaluationofN

orthKoreanEn

ergySystemUs

ingGCAM-EM

L,

BaekMinh

o,Zulfikar

Yurnaidi,Ja

eickOh,Su

dukKim

The2015Jo

intWorksho

pofTaiwan

Associatio

nofEnviron

mentaland

ResourceE

conomists(

TAERE)an

dKoreaRes

ourceEcon

omicsAsso

ciation(KR

EA)

15:50~1

7:20

Decemb

er 12,

2015.

국외 비등재3차

년도

25 학회발표

Modeling and

Analysis of

Rooftop

Photovoltaic

Application in

Korean

Building

Sector

ZulfikarYu

rnaidi,Bae

kMinho,Ja

eickOh,Su

dukKim

TheInterna

tionalSolar

EnergySoci

ety(ISES)S

olarWorldC

ongress20

15

08:30~0

9:45,

Novemb

er

9(Mon),

2015.

국외 비등재3차

년도

26 학회발표

A

FEASIBILITY

STUDY OF

HYBRID

ELECTRIC

POWER

SYSTEM ON

REMOTE

ISLAND

UNDER

CAPACITY

PAYMENT

BaekMinh

oandSuduk

Kim

TheInterna

tionalSolar

EnergySoci

ety(ISES)S

olarWorldC

ongress20

15

08:30~0

9:45,

Novemb

er

12(Thu),

2015.

국외 비등재3차

년도

- 16 -

CONTRACT

27 학회발표

Evaluatingcou

ntry'scondition

stoimplements

martgrid,using

EAPI,

SeunghoJe

on

TheInterna

tionalSolar

EnergySoci

ety(ISES)S

olarWorldC

ongress20

15

08:30~0

9:45,

Novemb

er

12(Thu),

2015.

국외 비등재3차

년도

28 학회발표

A Study of

Indonesian

Energy and

Environmental

Sustainability

Utilizing

Global

Integrated

Assessment

Model

Framework

ZulfikarYu

rnaidi,Bae

kMinho,Ja

eickOh,Su

dukKim

2015Intern

ationalConf

erenceonA

SEANSTU

DIES,

3:30 –

5:00

PM, 01

October

2015

국외 비등재3차

년도

29 학회발표

Energy,

Economic,

Environmental

Benefit of

Building

Energy Code

in Korea

BaekMinh

o,Zulfikar

Yurnaidi,Ja

eickOh,Su

dukKim

2015Intern

ationalConf

erenceonA

SEANSTU

DIES

3:30 –

5:00

PM, 01

October

2015

국외 비등재3차

년도

30 학회발표

Evaluating

country's

smart-grid

conditions,

using AHP

Jeon,Seun

gho

2015Intern

ationalConf

erenceonA

SEANSTU

DIES

3:30 –

5:00

PM, 01

October

2015

국외 비등재3차

년도

31 학회발표

A SVAR

analysis of

Renewable

energy,

Economic

growth, oil

price and CO2

emissions in

Korea Case

Roh,Minyo

ung,

2015Intern

ationalConf

erenceonA

SEANSTU

DIES

8:00 –

10:00

AM, 02

October

2015

국외 비등재3차

년도

32 학회발표

GCAM-EML을

이용한건물에너

지효율등급인증

백민호,Zulf

ikarYurnai

di,오재익,

2015한국자

원경제학회

정책토론회

2015.8.2

1.16:50~

17:50대

국내 비등재3차

년도

- 17 -

제도의장기영향

분석, 김수덕 및학술대회,

한상공회

의소중회

의실A

33 학회발표

건물부문적정실

내온도준수효과

분석,

백민호,Zulf

ikarYurnai

di,오재익,

김수덕

2015경제학

공동학술대

회,

자원경제학

회

제1분과회

의 B

(2.24

09:20~1

0:50,

연세대학

교,

대우관

별관

B103호)

국내 비등재3차

년도

34 학회발표

국내자동차시장

의연비과장논란

에대한실증분석

,

노민영

2015경제학

공동학술대

회,

자원경제학

회

제3분과회

의 B

(2.24

15:00~1

6:30,

연세대학

교,

대우관

별관

B103호)

국내 비등재3차

년도

35 학회발표

국가별스마트그

리드도입여건평

가,

전승호

2015경제학

공동학술대

회,

자원경제학

회

제3분과회

의 B

(2.24

15:00~1

6:30,

연세대학

교,

대우관

별관

B103호)

국내 비등재3차

년도

36 학회발표

AnalysisofBuil

ding'sLighting

Technological

ChangeandItsI

mpactontheEn

ergySystem",

ZulfikarYu

rnaidi,백민

호,오재익,

김수덕

2015경제학

공동학술대

회,

자원경제학

회

제3분과회

의 B

(2.24

15:00~1

6:30,

연세대학

교,

대우관

별관

B103호)

국내 비등재3차

년도

37 학회발표

GCAM을이용한

건물부문실내온

도규제의효과분

석,

백민호,Zulf

ikarYurnai

di,오재익,

김수덕,

자원공학회

지 제 53권

1호 2016

(Forthcomi

ng)

국내 비등재3차

년도

38 논문게재

GCAM-EML을

이용한대형상업

용건물에너지효

백민호,Zulf

ikarYurnai

di,오재익,

에너지경제

연구

제14권

2015 국내 비등재3차

년도

- 18 -

율변화의장기영

향분석,김수덕

제3호 pp.

229~264

39 논문게재

"Longtermener

gyandemission

implicationsofa

globalshifttoel

ectricity-base

dpublicrailtran

sportationsyst

em."

Chaturvedi

V,andSHKi

m

EnergyPoli

cy81:176-

185.

doi:10.101

6/j.enpol.2

014.11.013

2015 국외 등재3차

년도

40 논문게재

"Theintegrated

EarthSystemM

odelVersion1:f

ormulationandf

unctionality."

Collins

WD, AP

Craig, JE

Truesdale,

A Di

Vittorio,

AD Jones,

B

Bond-Lam

berty, KV

Calvin, JA

Edmonds,

SH Kim,

AM

Thomson,

PL Patel,

Y Zhou, J

Mao, X

Shi, PE

Thornton,

LM Chini,

and GC

Hurtt.

Biogeoscie

nces

8:2203-22

19.

2015 국외 등재3차

년도

41 논문게재

"China'stransp

ortationenergy

consumptionan

dCO2emission

sfromaglobalp

erspective."

YinX,WCh

en,JEom,L

EClarke,S

HKim,PLP

atel,SYu,a

ndGPKyle

Energy

Policy

82:233-24

8.

2015 국외 등재3차

년도

42 논문게재

LONG-TERM

GLOBALWAT

ERUSEPROJE

HejaziMI,J

AEdmonds

,LEClarke,

Technologi

calForecas

tingandSoc

2014 국외 등재2차

년도

- 19 -

CTIONSUSING

SIXSOCIOECO

NOMICSCENA

RIOSINANINT

EGRATEDASS

ESSMENTMO

DELINGFRAM

EWORK

GPKyle,E

Davies,VC

haturvedi,

MAWise,P

LPatel,JEo

m,KVCalvi

n,RHMoss,

andSHKim

ialChange8

1:205-226.

43 논문게재

"Evaluatingsub

-nationalbuildi

ng-energyeffi

ciencypolicyop

tionsunderunc

ertainty:Efficie

ntsensitivityte

stingofalternat

iveclimate,tec

hnolgical,ands

ocioeconomicf

uturesinaregio

nalintergrated

-assessmentm

odel.."

ScottMJ,D

SDaly,YZh

ou,JSRice,

PLPatel,H

CMcJeon,

GPKyle,S

HKim,JEo

m,andLECl

arke.

Energy

Economics

43(2014):2

2-33.

2014 국외 등재2차

년도

3. 기술이전 실적

번호 기술이전 내역 대상국명 대상기관명 이전일시 수입금액(백만원) 발생차수

차년도

차년도

차년도

차년도

4. 인증/포상 실적 등 (국내 및 국외)

번호 구분 명칭 일시 국명 수여기관명 발생차수제9783호 우수상 제9회 학생논문공모전 2013.12.13 대한민국 자원경제학회 1차년도

제20141212-3호 장려상 제10회 학생논문공모전 2014.12.12 대한민국 자원경제학회 2차년도 차년도

- 20 -

5. 사업화 계획 및 매출 실적

항 목 세부 항목 성 과

사업화 계획

사업화 소요기간(년) 5

소요예산(백만원) 1,500

예상 매출규모(억원)

현재까지 3년후 5년후

시장점유율

단위(%) 현재까지 3년후 5년후

국내 0 2 3

국외 5 5 5

향후 관련기술, 제품을 응용한 타 모델, 제품

개발계획

Ÿ 국내 산업, 수송부문의 세분화작업Ÿ 북한을 독립된 지역으로 구분하여 사회경제 및 정책

변화에 따른 시나리오 구성하여 남북 에너지 협력의 기반 마련

Ÿ 건물부문 뿐만 아닌 에너지 기술별 온실가스 감축 잠재량, 한계비용 산정이 가능한 템플렛 구성

무역 수지개선 효과

(단위 : 억원) 현재 3년후 5년후

수입대체(내수)

수 출

6. 고용 창출

항목 세부 항목 성 과

고용 효과

개발 전연구인력 8 명

생산인력 0 명

개발 후연구인력 10 명

생산인력 1 명

7. 기타 성과

8. 변경 이력 (있을 경우 기재)

상기 5, 6항목은 협약체결 사업화 관련 기준 해당없음

- 21 -

목 차

제 1 장 서 론 ·················································································································· 23

제 1 절 과제의 개요 ································································································ 23

제 2 절 개발기술․제품의 특성 및 상세 내용 ····················································· 29

제 3 절 건물부문 외의 모형 상세화 ······································································ 38

제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ··································· 44

제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ·········································································· 44

제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ·········································································· 44

제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ···························································· 45

제 4 절 수행 결과의 보안등급 ·············································································· 46

제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ··········· 46

제 3 장 결과 및 사업화 계획 ························································································ 47

제 1 절 연구개발 최종 결과 ················································································ 47

제 2 절 연구개발 추진 체계 ·················································································· 48

제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ······································································ 49

제 4 절 고용 창출 효과 ·························································································· 49

제 5 절 자체보안관리진단표 ·················································································· 50

부 록 : 별 책 본

- 22 -

제 1 장 서 론

제 1 절 과제의 개요

1. 개발대상 기술․제품의 개요

에너지정책 설정, 시나리오 분석, 포트폴리오 분석 등의 절차를 통해 연구개발 우선순

위 선정과 예산배분을 결정하는 목표노력을 경주하고 있다. 이 과정에서 온실가스 감축

효과, 에너지 절감량 등 경제적 효과를 산출하기 위한 합당한 분석틀이 필요하게 된다.

특히 우리나라와 같이 경제규모는 상대적으로 크지 않으나, 에너지기술개발관련 R&D

투자 규모가 큰 나라의 경우, 관련 R&D투자의 성과가 국내에 미치는 효과만을 평가하지

않고 전지구적인 시장에서 그 잠재력을 평가해야 한다는 점을 유념하여, 관련 모형의 선

정 및 연구개발에 관심을 가질 필요가 있다.

본 연구 “건물부문 에너지효율향상 평가를 위한 국제기술평가 Tool 개발”은 건물부문

에너지효율향상과 관련된 다양한 측면의 평가가 가능하도록 구성된 틀을 국내 부문에 특

히 세분화하고, 이를 전 지구적 틀 내에서 평가할 수 있도록 모형화함으로써 에너지절약

및 효율향상과 관련된 이슈들을 정량적으로 평가할 수 있는 기반을 제공하는데 그 목적

이 있다. 건물부문 에너지효율향상과 관련된 다양한 측면으로는

1. 에너지효율향상의 목적으로 신축되거나 기존 건물을 개조한 경우, 이러한 건축물의 보

급이 전체 국내경제 및 세계시장에 미치는 효과의 평가

2. 건물부문 에너지효율향상을 제고하기 위한 다양한 정책 (건축물 에너지효율등급 인증

제, 실내 냉방온도 규제 등)이 국내경제 및 세계시장에 미치는 효과의 평가

3. 건물부문에너지서비스 유형별로 이루어지는 기술개발 및 보급이 에너지절약, 에너지비

용 및 온실가스 저감에 미치는 효과를 국내외 시장잠재력으로 정량화하여 평가함으로

써 기술평가가 가능하게 하는 등

의 여러 분야가 있으며, 본 연구에서 제시하는 모형은 관련 상세 자료가 확보됨에 따

라, 기본적으로 이러한 부문의 연구를 통한 정량적 효과분석 및 조건변화에 따른 민감도

분석이 가능하게 한다. 이러한 과정은 단순한 경제성평가 등의 범주를 벗어나,

Reference Energy System을 구성하는 다양한 부문의 기술적 특성을 반영하여야 하며,

경제학적 평가방법 뿐 아니라 공학적 특성이 모두 반영될 수 있는 매우 신축적인 모형이

다

2. 개발대상 기술․제품의 국내외 동향

상기와 같은 목적을 위해 동원되는 분석 도구로 전세계적에는 아래와 같은 다양한 통

합평가모형 (IAM, Integrated Assessment Model)들이 있다.

1. 선형계획모형 (LP, Linear Programming Model)을 기반으로 한 모형으로 IEA의

ETSAP(Energy Technology System Analysis Program)에서 개발된 프로그램으로

MARKAL (MARKet ALlocation) 모형이 있고, IAEA에서 개발된 MESSAGE (Model

for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental

- 23 -

Impact) 등의 유형으로 통상 상향식 (Bottom-Up)모형이라고 불림

2. 연산가능일반균형모형 (CGE, Computable General Equilibrium Model)으로 투입산출

표와 경제의 주요 institution들을 미시적 측면에서 모형화하되, 이를 거시적인 영향평

가에 동원하고자 하는 모형으로 통상 하향식 (Top-Down)모형이라고 불림

3. 상향식 (Bottom-Up)모형과 하향식 (Top-Down)모형을 통합하되, 에너지부문을 세분

화하여 기술평가를 시도하는 소위 Hybrid 유형의 통합평가모형의 Rutherford 교수

등의 연구모형과, Phoenix라는 프로젝트로 Penn. State Univ.의 Karen, Ian Sue

Wing 등의 연구진행 내용이 있다.

해외에서 논의되고 있는 이러한 다양한 통합평가모형들은 Reference Energy System

(RES)를 구성하되, 이를 1차에너지의 생산 공급에서 최종에너지수요와 이를 통한 에너지

서비스를 제공할 수 있는 세부 기술 특성을 반영하되, 수요와 공급이 일치하는 균형을

찾아내고자 하는 모형으로 TIMES (The Integrated MARKAL-EFOM Energy Flow

Optimization Model System), JGCRI/PNNL의 GCAM (Global Change Assessment

Model) 등이 있다. 그 외에도 전 지구적 규모에서 모든 인간활동에 의한 온실가스 배출

과 기후시스템에 대한 모델을 공통적으로 포함. 공간해상도, 가스물질의 종류, 에너지시

스템의 상세함, 농업과 토지이용의 표현, 경제에 대한 가정, 전망, 기후모델 구성의 복잡

성에 따라 매우 다양한 구성을 갖는 모형 형태들이 지속적으로 연구되고 있다.1)

국내에서는 관련하여 다음과 같은 연구가 진행되고 있다. IAEA의 MESSAGE를 활용한

연구를 경성대학교 팀에서 운용 중이며 이를 온실가스종합정보센터에서 활용하고자 하고

있고, 에너지기술연구원 및 에너지기술평가연구원에서는 MARKAL모형을 이용한 연구에

관심을 갖고 있다. 에너지환경 분야에 적용하는 CGE모형은 한국경제연구원, 에너지경제

연구원, 환경정책평가연구원 등에서 각각 몇몇 연구자에 의해 연구가 진행되어 오고 있

고, 다양한 학계의 연구자들의 연구가 있으나, 세부기술을 평가하기에는 아직 모형의 상

세화연구가 상당히 오랜 기간 추가진행되어야 할 것으로 예상된다.

3. GCAM(Global Change Assessment Model) 모형

GCAM은 세계를 대상으로 하는 Integrated Assessment Model로 경제, 에너지, 농업

과 토지사용, 기후변화 등에 미치는 영향을 한 번에 평가할 수 있는 모형으로 다음과 같

은 특징이 있다.

1. 일반적인 장기 통합평가모형이 최종 에너지 사용단에서 에너지효율 기술의 세부적인

분석을 포함하지 않는데 반해, GCAM 모형은 최종 에너지 사용단의 에너지수요를 달

성하기 위해 경쟁기술의 효율성을 비교하여 에너지 공급을 결정짓는 기술과 그 share

weight를 결정함.

2. GCAM 모형은 이미 미국 내 복수의 정부기관, 산업계 등에서 전 세계 평가활동에

사용되고 있으며 특히 IPCC의 AR5에 RCP(Representative Concentration

1) 상기 6. 해당 기술, 제품의 시장 현황에서 지적한 관련 내용 참조

- 24 -

Pathways)를 개발하는데 사용하는 모델임.

3. 가장 최근 버전인 GCAM v.4.0은 전세계를 32개 영역으로 구분하고 있으며, 한국도

개별지역으로 구분됨. 다만 한국지역에 대한 update가 전혀 이루어지지 않고 있어, 제

대로 활용되지 못하고 있는 상태이며, GCAM을 기반으로 한 효율평가도구개발을 통

해 향후 건물부문 효율향상 평가, 에너지정책 시나리오 분석, 국제 에너지 상대가격체

계의 변화의 건물부문 에너지 수요변화에 미치는 영향 분석을 위해서는 건물부문의

정보를 상세화하는 연구뿐 아니라 수송, 산업부문도 함께 상세화함으로써 국내 에너지

시스템의 RES를 제대로 제시할 수 있음.

아래는 GCAM모형의 구조를 도식화한 그림이다. Economy, Energy, Agriculture &

Land Use 그리고 기후모형인 MAGIC이 통합된 형태로 되어 있음을 알 수 있다.

[그림 1] GCAM의 구조

출처 : Kyle and Luckow(2010)

아래는 그 중에서도 GCAM의 에너지시스템 부문의 구조를 도식화한 내용으로 좌측은

전체적 측면에서 수요와 공급의 균형을 어떻게 산정하는지를 도식화한 것이며, 우측은

RES측면에서 1차에너지의 생산과 공급, 전환부문, 그리고 최종에너지와 건물, 산업, 수송

부문의 에너지서비스부문의 연결고리를 단순도식화한 것이다.

- 25 -

[그림 2] GCAM의 에너지시스템 부문의 구조출처 : Kyle and Luckow(2010)

4. 여타 기술평가모형과 GCAM과의 비교

상기에서 지적한 통합평가모형들 중 현재 국내에서 운용되고 있는 MARKAL이나

MESSAGE와 같은 LP모형은 특정기술이 갖는 기술선택과정을 모형 내에서 제대로 구현

하지 못하는 단점이 여전지 존재하며 이를 해소하지 못하고 있다는 점이 계속 지적되고

있다. Keepin외 (1984)2)에 따르면, 다면체 형태의 제약조건 (C: constraints)가 주어진

경우 총비용함수의 평면 (P: Total Cost Plane)의 기울기가 조금만 달라져도 최소비용을

찾는 목적함수의 해 (S: solution)가 좌측코너에서 우측코너로 소위 coner solution으로

나타나는 현상을 제시하면서, 다음과 같이 지적하고 있음을 알 수 있다.

Despite the appearance of analytical rigour, IIASA's widely acclaimed

global energy projections are highly unstable and based on informal

guesswork. This results from inadequate peer review and quality control,

raising questions about political bias in scientific analysis.

[그림 3] LP모형의 문제점 관련 도식

출처: Keepin 외 (1984)

이러한 문제는 Loulou 외 (2004)에서도 인지하여, Penny-Switching 또는 knife-edge

effect로 승자가 모두를 취하는 결과 (Winner-takes-all)를 갖게 됨을 인정하고 있다.

2) BILL KEEPIN & BRIAN WYNNE, Technical analysis of IIASA energy scenarios: Commentary, Nature 312, 691 - 695 (20 December 1984)

- 26 -

Without such a mechanism, it would be possible for the model to select a single

technology to invest in, in a given time period (e.g. the standard gas furnace might

capture all new residential space heating demand in period 5, in the US region).

This might happen even if the cost of the winner technology were only slightly

lower than the cost of competing technologies. This winner-takes-all phenomenon, also

called penny-switching or knife-edge effect, results from the linearity of the surplus

expression in MARKAL and other LP based models. (Loulou et al. 2004)

따라서 이를 해결하기 위한 방편으로 그는 다음과 같은 방안을 제시하고 있다.

<표 1> 승자독식의 기술선택을 배제하기 위한 사용자제약 방법

하지만 2015년 현재 MARKAL의 홈 페이지 (http://www.etsap.org/MrklDoc-III_SAGE.pdf)

에서도 이러한 문제가 여전히 해결되고 있지 않음은 다음에서 확인할 수 있다.

- 27 -

이러한 현상은 실제사례에서도 보여줄 수 있다. 예를 들어, 아래의 그림은 에너지비용

과 설치비용등을 모두 감안한 경우, LCOE (levelized cost of energy)가 형광등의 경우

에는 3.33원/kWh, 백열전구의 경우 9.72원/kWh로 약 세배에 달함에도 불구하고, 무려

12년이 걸린 이후인 2010년에도 여전히 백열전구를 완전히 대체하고 있지 못하는 사례

를 보여주고 있다.3)

[그림 4] 형광등의 시장침투 사례

출처: MKE/KEMCO(2011)

[그림 5] LP모형(좌)과 GCAM의 평가결과비교

주: 좌측은 MARKAL의 기본 dataset UTOPIA를 기준으로 OSeMOSYS에 적용하여 평가한 결과이며, 우측은 GCAM의 조건부 로짓 모형과 선형최적화 모형을 바탕으로 좌측의 보급실적을 모사한 것임.

3) Zulfikar Yurnaidi, 백민호, 오재익, 김수덕, Analysis of Building's Lighting Technological Change and Its Impact on the Energy System", 2015 경제학 공동학술대회, 제1분과회의 B(24일 09:20~10:50, 연세대학교, 대우관 별관 B103호)

- 28 -

1. RES (Reference Energy System)이 세분화되고, 경제학적으로 의미 있는 구성이어야 한다. 또한 각

평가시점의 세부 Energy Balance 표가 생성되어야 한다.

ü RES는 해당 국가의 에너지흐름을 보여주는 것으로, 1차에너지생산, 공급, 전환부문의 특성,

최종에너지소비와 해당 부문별 (건물, 산업, 수송부문 등) 최종소비자 기술선택까지의 전 과정이

합당한 흐름으로 구성되어야 한다는 점이며,

ü 특정 정책이나 외부 충격에 따른 변화의 결과 RES의 구체적 내용이 어떻게 바뀌게 되는지는

Energy Balance표를 통해 확인가능하여야 한다는 점이다.

2. 시장의 수요와 공급을 명시적으로 고려하는 균형모형이어야 한다.

ü 에너지의 상대가격체계의 변화는 생산과 소비의 균형을 변화시키게 되며, 이 과정에서 선택되는

에너지기술의 조합을 달리하게 되어, 특정 기술의 시장잠재력이 달라지게 되므로, 이를 명시적으로

고려할 수 있어야 한다는 점이다.

3. 모형의 틀을 사용자가 목적에 따라 수정, 보완할 수 있어야 한다.

ü 훌륭한 모형이라도 새로운 시장변화를 고려하기 위해서는 기본적인 모형의 틀을 바꾸어야 하는

경우가 발생한다. 단순히 주어진 틀에 필요한 data만을 update함으로써 모형을 운용하는 경우에는

이러한 시장변화를 제대로 평가할 수 없다는 점을 유의하여야 한다.

ü 모형을 소스코드 수준에서 이해하고, 이를 수정할 수 있어야만 시용자가 원하는 분석이 가능해진다.

4. 세부기술 개발의 시장잠재력 평가가 가능해야 하며, 기술선택 또한 모형 내에서 합리적으로

결정되어야 한다.

ü 분석할 수 있는 기술의 종류가 명백히 제한되거나, 주어진 조건으로는 기준년도를 제대로 복원

(Calibration)해 내어야 한다. 특정 LP모형은 모형의 제약으로 인해 이러한 것이 불가한 경우가

있다.

ü 여러 개의 기술이 시장에서 선택되는 과정이 모형 내에서 결정될 수 있도록 하지 않고, 모형

운용자가 제약을 가함으로써 원하는 결과를 얻거나 해서는 안된다.

5. 전지구적 모형이어야 한다.

ü 국내 에너지시장만을 대상으로 하는 모형으로는 에너지기술 R&D투자의 잠재적 시장규모를 제대로

평가할 수 없으며, 전저구적 기후변화에 대응하기 위한 적절한 평가가 불가능하다.

파리 COP21 이후 예상되는 소위 신기후체제와 이에 대한 대응책을 마련하고, 국내기

술개발을 위한 R&D의 국내외 시장잠재력을 평가할 수 있기 위해서는 개발대상 기술이

갖추어야 할 조건들을 명시하는 것이 필요하다. 본 연구를 통해 제시되는 연구방법론은

다양한 기술의 특성을 정량적으로 평가할 수 있게 함으로써 주어진 연구목표를 달성할

수 있는 틀을 제시하고 있음을 보여주고자 한다.

제 2 절 개발기술․제품의 특성 및 상세 내용

1. 개발기술․제품의 특성요약

본 연구는 “건물부문 에너지효율향상 평가를 위한 국제기술평가 Tool 개발”을 주제로

건물부문 에너지효율향상과 관련된 다양한 측면의 평가가 가능하도록 구성된 틀을 국내

부문에 특히 세분화하고, 이를 전 지구적 틀 내에서 평가할 수 있도록 모형화함으로써

에너지절약 및 효율향상과 관련된 이슈들을 정량적으로 평가할 수 있는 기반을 제공할

수 있도록 구성하기 위해 다음과 같은 특성을 확보할 수 있도록 노력하였음을 밝힌다.

- 29 -

ü 물론 전세계의 모든 국가의 세부내용을 모형화하기는 쉽지 않으나, 전 지구적 기후변화에 대응하기

위한 합당한 정책적 의미를 제시하기 위해서는 최소한 이들 국가의 에너지생산, 소비 패턴의

기본적인 내용을 반영하여 모형을 구성하여야 한다는 것이다.

6. 에너지와 관련된 여타 부문, 즉 biomass는 농업, 토지사용, 산림 등과 관련되어 있으므로 관련

Agro-Ecological 특성을 반영할 수 있어야 함.

ü NCAR (National Center for Atmospheric Research)의 Climate모형과 같은 방대한 모형은

아니더라도 기후모형이 통합 연계된 모형 등이 필요

7. 기타 온실가스 감축관련 평가모형을 내생적으로 갖추되 그 정합성이 확인되어야 한다.

ü Carbon Tax, Carbon Cap 정책이 제시되는 경우, 두 개의 서로다른 정책으로 나타나는 기술선택

결과가 정확히 일치함을 보여줄 수 있어야 한다.

ü 한계저감비용곡선 (MACC, Marginal Abatement Cost Curve)은 맥킨지 등이 제시하는 것처럼

고정되어 있지 않고, 상대가격체계, 탄소세 또는 Carbon Cap의 크기에 따라 달라지게 됨을 보여줄

수 있어야 한다.

ü 부문별 MACC의 합당한 평가를 통해 신기후체제를 대비한 기술개발 R&D투자의 방향에 대한

정보를 얻을 수 있어야 한다.

2. 개발기술․제품의 상세 내용

가. GCAM-EML(Energy Modeling Lab.)

본 연구에서는 JGCRI (Joint Global Change Research Institute)/ PNNL (Pacific

Northwest National Lab.)의 GCAM모형을 국내 에너지시스템을 세분화함으로써, 국내

모형화한 것을 GCAM-EML이라고 명명한다. GCAM과 GCAM-EML의 모형 세분화 내

용이 어떻게 차이가 나는지는 아래 표를 통해 간략히 정리하였다.

구분

GCAM GCAM-EML

세부부문 에너지서비스 세부부문 에너지서비스에너지서비스 공급기술

(Generic Technology)

건물

부문

주거용

건물난방, 냉방, 기타

단독주택, 아파트, 연립주택, 다세대주택

난방, 냉방, 조명, 조리, 가전 및 기타

보일러 (가스, 석유, 전기), 에어컨, 조명 (형광등, 백열등, LED), 조리 (가스, 석유, 전기)

가전(냉장고, 컴퓨터, 전기밥솥, TV, 세탁기, 기타)

상업공공

건물난방, 냉방, 기타

상업중소형 및

공공건물

난방, 냉방, 동력, 조명, 조리 및 기타

보일러 (가스, 석유, 전기), 에어컨, 조명 (형광등, 백열등,

LED), 조리 (가스, 석유, 전기), 동력 (전기) 등

대형건물

난방, 냉방, 급탕, 설비, 조명, 기기

및 기타

산업

부문산업

질소비료, 시멘트. 산업용

에너지 소비, 산업용원료, 시멘트 열공정

좌동

수송

부문

항공수송에너지, 수송인원,

수송량 등

화물여객해운

<표 2> GCAM과 GCAM-EML의 모형 세분화

- 30 -

본 연구 “건물부문 에너지효율향상 평가를 위한 국제기술평가 Tool 개발”와 관련하

여, 건물부문을 세분화하였으며, 주요 특징은 GCAM과 마찬가지로 거시경제와 에너지시

스템-토지사용-기후시스템4)을 모듈화하여 연결한 프로그램으로 정책변화가 각 시스템에

미치는 영향을 연결하여 통합평가한다. 에너지시스템은 지역별 에너지자원의 생산특성을

고려한 공급과 수요가 균형을 이루는 각 단계별 가격체계의 해를 구함으로써 각 시장의

균형수요를 찾아내는 형태로 구성되어 있다. 에너지 전환부문은 천연가스와 정유 및 가

공, 바이오에너지 정제, 전력생산, 수소생산 등을 반영하고 있다. 기술변화는 외생적으로

결정되고, 최종 에너지사용부문은 건물, 수송, 산업 등으로 구분된다.5)

최종소비단계의 개별 기술선택과정은 조건부 로짓형태의 확률적 선택과정으로 모사

(Clarke and Edmonds, 1993) 되어, 소위 ‘winner-takes all’ 등의 문제가 나타나는

linear programming 모형의 단점을 개선하고 있다. 또 각 부문별 최종에너지수요를 산

정하기에 앞서 최종단계에서 필요로 하는 에너지서비스 수요를 명시적으로 산정함으로

써, 각 기기별 에너지효율을 명시적으로 고려하고 있다는 특징이 있다. GCAM의 건물 에

너지시스템 모형은 우리나라 에너지시스템을 가정용, 상업용 건물로 구분하고 최종에너

지 사용현황을 포괄적인 수준에 제시하고 있는데 반해, 본 연구에서는 에너지총조사 보

고서 및 관련 raw data, 그리고 건물부문 관련 선행연구 및 여타 DB6)를 이용하여 우리

나라 건물부문을 5개 유형의 가정용건물, 2000TOE 이상 에너지를 소비하는 대형상업용

건물과 그외 중소상업용건물로 나누어 2010년 기준으로 모형을 구성하였다. 아래에서는

건물부문의 상세 세분화 내용을 도식화하였다.

나. 건물부문 상세모형

GCAM에서 건물부문의 총 에너지서비스 수요()는 단위면적당 에너지서비스수요

()에 총 건물면적()의 곱으로 표시된다(JGCRI/PNNL, 2014). 우선, 단위면적당 에너

지서비스 수요 ()는 다음과 같이 열부하 수요( )와 에너지서비스 밀도()의 곱으

로 구성된다.

× × (1)

: 단위면적당 에너지서비스 수요 []

: 기준년도 data로부터 calibration되어 얻어지는 상수

: 열부하 수요 (난방 또는 난방) []

: 에너지서비스 밀도 []

: 에너지서비스의 용도(냉방, 난방)

: 연도

4) GCAM의 기후시스템 MAGICC(Model for the Assessment of Greenhouse-Gas Induced Climate Change) 은 Mini-Climate Assessment Model을 개선한 프로그램으로 각 모형에 대한 자세한 정보는 각각 https://wiki.umd.edu/gcam/index.php/Main_Page와 Brenkert et al., 2003에서 참고할 수 있다.

5) 수송, 산업부문의 세부 내용은 다음 장에서 설명한다.

6) 관련 내용은 본문에서 해당부문 모형 설명시 추가설명을 확인할 수 있다.

- 31 -

열부하 수요( )와 에너지서비스 밀도()를 차례로 설명하면 다음과 같다. 열부하

수요( )는 외기조건과 건물의 단열기술을 반영할 수 있도록 아래와 같이 구성되어 있

다.

× × × (2)

: 난방도일(

) 또는 냉방도일( ) []

: 건물외피 효율강화율 (열관류율, U-value) []7)

: 건물바닥 대비 외피비율

: 실내발열 상수

: 단위면적당 실내발열량 []

단, 실내발열 상수( )값에 대한 정보가 별도로 주어지지 않아, 현재로는 0으로 처리

하였음을 밝힌다. 위의 식에서 건물외피 강화비율( )은 외부기온과 실내온도의 차이에

의해 건물외벽에서 발생하는 열전달을 나타내는 상수이다. 특정지역의 난방도일을

이라고 표시하는 경우, GCAM의 기본모형은 해당지역의 열류관율()을 다음과 같은 방

법으로 제시하고 있다.

(3)

: 건물외피 효율강화율의 HDD탄력성 (default 값은 –2.0%)

: 건물외피 효율강화율의 GDP탄력성 default 값은 –10.0%)

: 효율개선효과 (default 값은 0.45%)8)

7) “열관류율”이란 표면적이 1제곱미터인 물체를 사이에 두고 온도차가 섭씨 1도일 때 물체를 통한 열류량을 와트(W)로 측정한 값을 말한다.

8) 우리나라는 1970년대 말부터 건물단열기준을 법제화하여, 3개 지역(중부, 남부, 제주) 및 건축물 부위별(거실외벽, 최상층 거실의 반자 또는 지붕, 최하층 거실바닥, 공동주택 측벽, 공동주택 층간바닥, 창 및 문) 단열기준을 제시하고 있다. 중부지역을 기준으로 2002년~2013년 사이 건축물 부위별로 총 23~60%까지 효율 개선이 이루어졌으며 부위별로 평균 4%의 효율이 개선되었다(국가법령정보센터). Scott et al, (2014)에서는 에너지사용과 관련한 건물외피효율에 대하여 노후도, 회전율, 건물유형에 따른 건물 stock의 분포 등과 같은 다양한 변수를 포함하는 함수와 같다고 설명하고 있다. 예를 들어 주거용 건물은 가족형태, 노후도, 크기에 따라 구분할 수 있으며, 그에 따라 벽체, 지붕, 창문, 문과 바닥 등의 열저항 차이, 신규건물과 기존 건물에 적용되는 신규 code와 도입률 등의 차이로 불확실성이 있다. 이 불확실성은 신규건물의 외피개선 기준율을 설정하여 해소할 수 있고, 평균 건물외피 효율향상률은 당해기에 존재하는 건물의 vintage-weighted 효율 변화로 계산할 수 있다고 밝히고 있다. Scott et al. (2014)의 연구 중 Building technology scenarios의 Slowest case에서는 2021~2050년 사이 매 10년 동안 4%의 효율향상, 2051~2095년 사이 2.5%의 효율 향상을 가정하였으며, Fastest case에서는 동기간 5%와 2.5%를 가정하였다. 본 연구의 효율개선효과는 기본모형을 자료를 바탕으로 하되, 우리나라의 건물외피효율 개선률은 우리나라의 건물외피 효율강화율 기준에 의한 개선비율과 Scott et al. (2014)의 연구를 고려하여 설정하였음을 밝힌다.

- 32 -

[그림 6] 상세화된 건물부문 에너지시스템 구성도

- 33 -

건물바닥-외피 비율( )는 외부온도에 노출된 건물 외벽의 규모를 나타내는 건물외피

/건물바닥의 비율이며 GCAM ver.4.0은 해당값을 전세계적으로 5.5라는 default값으로

적용하고 있다.9) 단위면적당 실내발열량()10)은 냉난방외 에너지서비스의 수요량에 비

례한다. 따라서 열부하 수요( )는 안락한 실내온도와 외부기온의 차이에 의해 발생하

는 연간 냉난방요구수준, 건물외벽의 면적, 건물외벽에 의한 열손실, 실내발열 등을 반영

한 포화수요이다.

에너지서비스 밀도()는 단위면적당 에너지서비스 수요를 나타내는 식으로 아래와

같다. 기본적으로 에너지서비스에 대한 포화수요가 주어지는 경우, 소득이 증가하면, 또

가격이 하락하면 에너지서비스 밀도가 증가하도록 구성되었다.

×

ln×

(4)

: 에너지서비스의 포화수요 []

: 에너지서비스의 최소수요 []

: 에너지서비스의 포화 임피던스(Saturation Impedance)11)

: 에너지서비스가격(기준년도대비 비교년도 상대가격으로 표시)

: 1인당 소득12)

최종적으로, 총 건물면적()은 다음과 같이 구성된다.

× (5)

: 시점의 1인당 건물면적수요

: 시점의 인구

특히 여기에서, 시점의 1인당 건물면적수요()는 상기 식 (3)의 형태로 구성되어 있

다. 식 (4)로부터, 값은 포화수요 이 어떻게 주어지느냐에 따라 기준년도 값을

calibration하게 된다. 결국, 건물부문 에너지서비스 수요를 결정함에 있어, 포화수요를

어떻게 결정하는가는 매우 어려운 문제 중 하나이다. Eom 외 (2012)에서는 각국의 1인

당 건물면적의 추이를 1인당 GDP 단위로 제시하고 있지만, 중국의 1인당 건물면적에 대

한 포화수요는 해외 사례와 견주어 주관적으로 범위를 정해 제시하고 있음을 확인할 수

있다.13) 아래는 e-나라지표의 건축물현황 중 ‘지역별/면적별 건축물 현황’의 시계열자

9) 관련 정보는 국내 조사된 값을 찾지 못하였으나, 최종 calibration 단계에서 식 (1)의 값을 통해 기준년도 값이

보정됨을 알 수 있다.

10) 실내발열량은 internal heat gain으로 지칭되며, 건물에서 사용하는 냉난방 목적 외의 기기가 발생시키는 열을 의미한다. 난방기기 외 기타 기기가 발생시키는 열은 난방수요를 줄이는 반면, 냉방수요는 증가시키는 효과가 있다.

11) 에너지서비스 수요의 포만 임피던스 ()는 에너지서비스에 대한 포화수요와 기준년도 자료가 주어지면, 주어진 소

득수준 및 균형값을 맞추는 각 시장의 가격이 결정되면 내부적으로 calibration되어 계산된다.

12) 1인당 소득은 외생적으로 결정되는 인구(), 노동참여율(), 노동생산성 증가율()이다.

· ···을 인구로 나눈 값이다.

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료14)와 통계청의 총인구 및 노동참여인구 추계를 사용하여 그 추이를 US 달러로 표시한

1인당 실질 GDP에 대비시켜 살펴본 그림이다. 인구의 최댓값이 2030년으로 추계된 반

면, 노동참여인구는 2016년 최대가 되고 이후 점차 감소하는 것으로 통계청은 전망하고

있다. 총 건물면적의 수요는 총 인구에 직접적으로 영향을 받겠지만, 소득을 창출하는 노

동참여인구에 의한 수요에도 영향을 받을 것임을 감안하여 최대가 되는 시점을 대략

2026년 정도로 하고, 포화면적을 기준년도인 2010년 대비 1.2배가 되도록 전제하였음을

밝힌다.15)

[그림 7] 포화수요를 계산하기 위한 총 건물면적, 인구, 노동참여인구의 추이

다. 건물부문 데이터 및 Update 방법

본 연구에서 기준년도의 최종에너지 데이터 입력값 구축을 위해서 2011년 보고된 에

너지총조사의 건물부문 데이터 및 에너지 용도별 에너지사용량 구분에 대한 선행연구,

GCAM의 최종에너지원별 데이터를 이용하였다. 에너지총조사(에너지경제연구원, 2011,

2008, 2005)의 건물부문 데이터16)는 건물부문을 주거용(단독주택, 아파트, 연립주택, 다

세대주택, 상가주택), 상업공공, 대형으로 구분하고 있다. 주거용 건물의 에너지 소비량

데이터는 주택형태-에너지원별로 구분되어 있는 반면 상업공공, 대형건물은 건물유형-에

너지원-에너지서비스별17)로 최종에너지 소비량 데이터를 제공하고 있다. 주거용 건물의

에너지서비스별 데이터 구분을 위해 관련 연구 (이성근 2010; 최문선, 2012)를 참고하였

13) Eom 외(2012)의 Figure 7, 8 (pp.14. 15)참조

14) http://www.index.go.kr/potal/main/EachDtlPageDetail.do?idx_cd=1226, 그림에서 Labor force* 는 편의상 기준년도의 총인구와 비교가능하도록 그 차이를 더해 주어 제시한 그림이다.

15) 국내 건축물 유형별 총면적 전수의 추이에 관한 자료는 국토부 건축물대장으로부터 확인할 수 있을 것으로 보이지만, 현재 raw data나 정리된 관련자료가 없어 확인이 불가능하다.

16) 각 년도별 총조사보고서는 전년도의 실적에 대한 조사결과이므로, 이하 본 연구에서 표기할 때는 각각 2010, 2007, 2004년도로 실적년도 기준으로 표기함을 밝힌다.

17) 상업공공 건물은 난방·온수, 냉방, 동력, 조명, 취사·기타, 대형건물은 냉방, 난방, 급탕, 일반동력, 조명, 사무기기 및 기타 등으로 에너지서비스를 구분하고 있다.

- 35 -

다.18) 또 기준년도 건물면적에 대한 정보는 단위면적당 에너지사용량을 산정하는 기준이

되는 것으로 본 연구에서는 아래 표에 제시된 국토교통부의 자료를 이용하였다.19)

건물유형 기준년도 건물면적 [billion m2]

주거용

단독주택 0.425아파트 0.952연립주택 0.036다가구주택 0.092비주거용 0.336

대형상업용 0.111중소형상업용 1.342

<표 3> 기준년도 건물면적(2010년)

주: 국토교통부 (2013)

가정부문의 주택형태-에너지원-에너지서비스별 데이터는 에너지원-에너지서비스별 소

비비율과 에너지총조사 가정부문의 주거형태-에너지원별 소비량을 곱하여 구한다.20) 이

분류에 따라 건물부문의 에너지원별 최종에너지 사용량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(6)

: 건물유형 (주거용, 상업공공, 대형)

: 에너지서비스 유형 (난방, 온수, 냉방, 취사, 조명, 가전 및 기타)

: 최종에너지원별 유형 (연탄, 석유, 도시가스, 전력, 기타)

여기에서 각 건물유형별-에너지원-에너지서비스별 최종에너지 사용량의 가중치()를

다음과 같이 구할 수 있다.

(7)

위의 가중치를 바탕으로 분석에 기준년도 건물유형-에너지원-에너지서비스별 최종에너

지 사용량 ()은 다음과 같다.

×

(8)

단, 여기서 는 전 세계의 에너지밸런스표를 보고하고 있는 IEA의 자료를 기반으로

하는 GCAM 기준년도 건물부문21)의 최종에너지 사용량이다.

18) 이성근(2010)의 연구는 2008년까지의 에너지원-에너지서비스별 결과만을 제시하고 있어 기준년도인 2010년과 시점상 차이가 있으나, 에너지서비스별 최종에너지 사용량에 대해 상세정보를 제공하고 있어, 2008년의 비율을 적용하였다.

19) 에너지총조사의 건물유형별 면적자료는 표본조사의 결과이므로 총량에 관한 정보로는 부적합하다.

20) 2011년 에너지총조사 보고서는 주택형태별로 에너지원-에너지서비스별 소비비율에 대해 보고하고 있지 않아 관련 정보가 확인되지 않는다는 문제점이 있다 (해당 보고서 P.589-591 참조).

21) GCAM의 기준년도 최종에너지 에너지사용량은 순발열량 기준으로 작성된 IEA 에너지밸런스표를 기준으로 작성되었

- 36 -

3. 개발기술․제품을 이용한 분석사례

별책부록에는 관련 모형을 이용하여 발표하거나 게재한 다양한 연구실적들이 여럿 있

으나, 그 중 아래 두 가지 연구의 결과만을 간략히 소개한다.

1. 백민호, Zulfikar Yurnaidi, 오재익, 김수덕, GCAM-EML을 이용한 대형상업용 건물에너지 효

율변화의 장기영향 분석, 에너지경제연구 제14권 제3호 pp. 229~264

2. 백민호, Zulfikar Yurnaidi, 오재익, 김수덕, GCAM을 이용한 건물부문 실내온도 규제의 효과

분석, 자원공학회지 Vol.53 No.1, 2016 (forthcoming)

상기 1번 연구에서는 외피비율과 조명 등 두 가지 요인의 효율개선관련 시나리오 분석

을 통해 수많은 건물부문의 요인들 중 이들 두 가지의 요인들이, 대형상업용 건물의 에

너지소비 등에 얼마나 큰 효과를 거둘 수 있는지를 보여주었다.

LAdv LRef LLow

URef외피효율 0.5%,

조명효율개선 2% LED비용하락 3%

외피효율 0.5%, 조명효율개선 1%LED비용하락 2%

외피효율 0.5%, 조명효율개선 0.5%LED비용하락 1%

UAdv외피효율 0.75%, 조명효율개선 2% LED비용하락 3%

외피효율 0.75%, 조명효율개선 1%LED비용하락 2%

외피효율 0.75%, 조명효율개선 0.5%LED비용하락 1%

ULow외피효율 0.25%, 조명효율개선 2%LED비용하락 3%

외피효율 0.25%, 조명효율개선 1%LED비용하락 2%

외피효율 0.25%, 조명효율개선 0.5%LED비용하락 1%

<표 4> 대형 상업용 건물에 적용하는 9개 시나리오의 내용

[그림 8] 단위면적당 1차 에너지

소비량 변화(2015~2055)

[그림 9] 기준안 대비 년도별 건물

총에너지 절감량 및 누적량(단위: Bil. KWh, MTOE)

다. 작성과정에서 64개 에너지상품(product)과 94개 흐름(flow)이 에너지상품별, 에너지흐름별로 합산되어 전환, 최종에너지 사용부문 등으로 Mapping된 값이다(Kyle, 2010).

- 37 -

두 개의 에너지효율개선 관련 요인을 근거로, 시나리오 분석을 진행한 결과 기준안 대

비 효율개선은 2030년에 최대 4.1%, 2055년에 8.5%로 나타났다. 이를 누적 에너지저감

량으로 환산하면, 2030년 최대 2.36MTOE에 달하여 이는 2010년 대형건물의 총 에너지

소비량의 1.16배에 해당하는 크기의 에너지절감효과가 예상되는 것으로 나타났다.

1번 연구에서는 공공기관 냉방온도 준수의무를 전체 건물부문에 적용하였을 경우 예상

되는 효과를 분석하였다. 실내온도규제의 기준은 기준안 18℃, 비교안으로 각각 26℃,

28℃ 기준의 연간 냉방도일을 산정, GCAM에 적용, 시뮬레이션 하였다. 그 결과, 2015

년부터 2030년까지 시나리오별 최대 누적 1차 에너지수입량 및 비용, 온실가스배출 저

감량은 각각 173.2MTOE, USD64.4Bil., 360.5MTCO2이며, 상업용건물의 절감효과가

가장 큰 것을 확인하였다. 최대 누적비용 절감액이 2013년 에너지수입 총액의 64.6%에

달하는 규모로 나타났으며, 이러한 결과는 에너지절감과 국제수지개선, 온실가스 저감을

위해 인센티브 구조를 제공함으로써 여름철 상업용 건물부문의 실내온도 규제정책을 에

너지이용합리화의 한 방안으로 고려해 봄직하다는 결론에 이르게 하였다.

제 3 절 건물부문 외의 모형 상세화

1. 수송부문

수송부문은 서비스의 수요(인-km, 톤-km)는 수송관련 에너지소비와 온실가스 배출과

밀접한 관련이 있다. 여객수송에 관한 지역(), 시간()별 수요( )의 경우, 기준년도 대

비 상대소득, 상대비용, 인구 변화와 소득, 가격 탄력성에 의해 결정되는 모형으로 다음

과 같이 표현된다.

여기서,

: 기준년도 (2005년) 연산 파라미터

: 기준년도 (2005년) 대비 기의 1인당 GDP로 표기한 상대소득 (구매력 기준)

: 기준년도 (2005년) 대비 기의 수송서비스의 사용자 비용으로 표기한 상대가격22)

: 인구

: 1인당 여객수요의 소득 탄력성

: 1인당 여객수요의 가격 탄력성

화물수송 서비스도 위와 같은 모형으로 기준년도 대비 총 GDP 수준(), 화물수송

서비스의 상대가격() 및 관련 탄력도(′, ′)에 의해 다음과 같이 표현된다.

′ ′

22) 여기서의 비용은 전체 여객수송 모드별 규모와 시간가치비용 (time value cost)의 가중평균비용으로 자세한 내용은 Mishra, Gouri Shankar, Page Kyle, Jacob Teter, Geoffrey M. Morrison, Son Kim, Sonia Yeh, Transportation Module of Global Change Assessment Model (GCAM): Model Documentation, Research Report – UCD-ITS-RR-13-05, June 2013을 참고.

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기본 모형은 다양한 수송부문의 기술을 mode별로 반영하고 있다는 장점이 있으나. 수

송부문은 여행목적에 따라 사용하는 수송수단에 차이가 있어 수송수단 사이의 경쟁구조

는 여행목적에 따라 구분할 수 있다. 아래 그림은 GCAM 내에서 구성된 미국의 여객수

송 부문의 구조를 나타낸다.

[그림 10] GCAM 내 미국 수송부문의 구조

출처: Mishra 외 (2013)

국내 관련자료를 이용하여 수송부문을 세분화 하는 작업은 KEEI의 에너지밸런스 표의 수송부

문 에너지소비량(철도운수, 육상운수, 수상운수, 항공운수)을 기준으로, 에너지 총 조사 보고서의

더욱 세분화된 에너지소비량의 비율로 나누어 수송모드별 또는 수송목적별로 구분되어 있는 데이

터를 종합하여 아래 그림과 같은 자료를 만드는데 있다.

국내 수송부문의 에너지서비스에 관한 조사는 여행목적, 수송수단별로 이루어지고 있다는 점에

서 각종 자료를 사용하여 국내 수송부문 모형의 기준년도 데이터 작성은 기본적으로 에너지밸런

스표와 에너지총조사의 수송부문 자료를 바탕으로 수송부문별로는 다음과 같은 기본 전제를 바탕

을 이루어졌다.

자가용(에너지총조사 보고서), 수송업 (O/D 별 수송실적통계), 철도운송업(철도운송업 에너지소비

량 비율), 지하철(지하철 O/D별 수송인원 데이터), 항공부문(공공데이터 포털 항공수송실적 데이

터, 수상운송업의 항만운송 (내항화물 내항화물의 소비량으로 구분), 수상운송업의 기타내륙(내항

화물과 내륙여객의 에너지소비량 비율) 등의 자료를 이용하여 에너지원-에너지서비스별로 구분하

였다.

- 39 -

[그림 11] 상세화된 수송부문 에너지시스템 구성도

- 40 -

2. 산업부문

산업부문은 각 산업별로 사용하는 포괄적 (generic) 에너지소비와 feedstock의 소비자

로 표현되어 있다. 연료별로 비용에 기반한 경쟁이 일어난다. 산업부문은 에너지소비 (전

력, 최종에너지, CHP 기술) 등으로 구성되고 feedstock은 서간, 천연가스, 석유류 등이

투입되는 구조이다. 특히 시멘트 산업은 에너지와 CO2 배출계상을 위해 별도로 구분되

어 있다.

[그림 12] 기준모형의 구성도

출처: Wiki GCAM, https://wiki.umd.edu/gcam/index.php/Industry

산업의 에너지수요와 관련한 모형은 상대소득, 에너지서비스의 상대가격, 인구비율, 소득과 가

격의 탄력성으로 구성된다.

여기서,

: 기 대비 기의 1인당 GDP로 표기한 상대소득 (구매력 기준)

: 기준년도 대비 기의 산업부문 에너지서비스의 상대가격

: 기 대비 기의 인구비율

: 산업부문 에너지서비스의 소득탄력성

: 산업부문 에너지서비스의 가격탄력성

Yurnaidi 외 (2014)에서는 미국, 중국의 산업부문의 선행연구를 바탕으로 IEA 에너지

밸런스의 산업분류와 유사하게 알루미늄 및 비금속, 철강, 화학, 기타제조, 식품가공, 기

타비금속, 펄프 및 제지, 농업, 건설, 광업, feedstock 등 11개로 산업을 분류하고 산업

부문의 탄소세 부과, 에너지효율 향상 등의 시나리오를 구성하여 산업부문 에너지소비에

미치는 영향을 분석하였다.

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[그림 13] 탄소세의 효과 [그림 14] 탄소세, 효율향상 시나리오

[그림 15] 산업부문 연료별 소비량[그림 16] 서비스-에너지원별 소비량

출처: Yurnaidi 외 (2014)

새로운 모형에서는 상세한 국내 산업부문의 에너지소비구조를 반영하기 위해 KEEI

의 에너지밸런스 표의 산업부문 에너지소비량을 기준으로, 에너지 총 조사 보고서의 더

욱 세분화 된 에너지소비량의 비율로 나누고, 에너지밸런스표의 제조업구분과 에너지 총

조사의 제조업구분이 달라, Feedstock을 산업구분의 한 산업으로 구분하여 산업을 41개

로 세분화하였다.

한국의 산업부문은 41개 산업을 바탕으로 에너지총조사의 에너지서비스 구조, GCAM

의 최종에너지 구조를 반영하여 간접가열, 직접가열, 전기화학, 조명, 난방 및 기타 등의

서비스에 대해 석탄, 석유, 가스, 바이오매스와 전력 등 5개의 최종에너지가 소비되는 구

조로 구성하였다. 모형에서 열에너지와 관련된 부분을 반영하지 않고 있어, 열에너지는

에너지총조사에서 보고하는 에너지원 중 열에너지는 나머지 에너지원의 소비량의 비율에

따라 열에너지 사용량을 나누어 나머지 에너지원에 각각 더 해주었다.

- 42 -

[그림 17] 상세화된 산업부문 에너지시스템 구성도

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제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법)

제 1 절 최종 목표 및 평가 방법

○ 본 연구의 최종목표는 새로운 가전기기, 신기술도입 등을 통한 건물부문 에너지효율향

상 효과평가와, 이에 따른 에너지원별 수요변화, 균형 에너지 상대가격체계 등에 미치는

영향을 종합적으로 평가할 수 있는 전지구적 (global) 기술평가 Tool의 개발로 정량적

목표항목의 평가방법은 아래와 같음

평가 항목 평가방법

각 건물유형별 에너지수요 평가가정용, 상업용 및 공공용, 그리고 대형건물의 현황조사결과 확인되는

에너지원별 수요의 calibration결과

End-Use Technology 평가 냉난방, 그리고 building appliances 별 신기술도입에 따른 시장share 평가

Stand alone program 최종년도 건물부문효율평가 도구개발여부

에너지효율개선관련 정책효과평가전지구적모형 내 국내 빌딩부분의 calibration이 완성된 이후, 빌딩부문

에너지효율개선관련 정책도입의 민감도 분석

연구관련 논문 국내논문, SCI, 해외학술발표

제 2 절 단계 목표 및 평가 방법

○ 주관기관 : 아주대학교

－ 한국의 건물부문에 대한 기초자료 수집

－ 전지구적 모형의 상세모형구조 확인 및 개선을 위한 국제공동 기초연구협력 (연구진파

견 등)

－ 관련 파라메터 update작업

－ 전체 에너지시스템 구성을 위한 추가연구

－ 개발된 Tool 적용을 통한 결과물 산출

－ 국내 건물부문 에너지효율향상 평가가 가능한 전지구적 (global) 기술평가 Tool의 개발

및 보급

○ 해외참여기관: 해외참여기관: JGCRI/PNNL

－ 모형개선을 위한 국제공동 기초연구협력 (연구진협의 등)

－ 기존의 한국부분의 데이터 및 모형 구조 설명

－ 국내 모형 세분화를 위한 기본 개념 및 아이디어 제공

－ 모형개선을 위한 국제공동 기초연구협력 (연구진협의 등)

－ 각 데이터와 파라미터 등 DB 구축 및 모형 구성 등을 종합적으로 검토

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평가 항목 평가방법

입력전제의 평가 도시, 농촌의 인구증가 및 경제활동비율에 대한 추정 노동생산성추정

각 건물유형별 공급면적 추정

및 관련 기술평가건물유형별 건물면적 공급의 가격탄력성, 관련 calibration 파라메터 산정

주거용 건물에너지서비스수요냉난방 에너지서비스의 포화수요, 소득, 가격탄력성 및 관련 calibration

파라메터 기타 주거용건물에 사용되는 appliance 관련 기술평가

상업용 건물에너지서비스수요상업용건물의 냉난방 에너지서비스의 포화수요, 소득, 가격탄력성 및 관련

calibration 파라메터, 기타 상업용건물에 사용되는 appliance 관련 기술평가

공공용 건물에너지서비스수요공공용건물의 냉난방 에너지서비스의 포화수요, 소득, 가격탄력성 및 관련

calibration 파라메터, 기타 공공용건물에 사용되는 appliance 관련 기술평가

대형건물의 서비스에너지수요대형건물의 냉난방 에너지서비스의 포화수요, 소득, 가격탄력성 및 관련

calibration 파라메터, 기타 대형건물에 사용되는 appliance 관련 기술평가

기타항목평가 O&M, 비에너지비용 등 평가

제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위

1. 1차년도

○ 주관기관 : 아주대학교

－ 한국의 건물부문에 대한 기초자료 수집

ü 에너지총조사, 광공업 통계데이터의 비교 및 이용가능한 데이터 수집

－ 기존의 전지구적 기술평가 도구의 이해를 위한 교류

ü 전지구적 모형의 상세모형구조 확인 및 개선을 위한 국제공동 기초연구협력

(연구진파견 등)

－ 관련 파라메터 update작업

ü 건물부문에 대한 세부모형확인과 국내 특성에 맞도록 관련자료 update 및 필

요한 파라메터추정

○ 해외참여기관: 해외참여기관: JGCRI/PNNL

－ 기존의 한국부분의 데이터 및 모형 구조 설명

－ 국내 모형 세분화를 위한 기본 개념 및 아이디어 제공

－ 모형개선을 위한 국제공동 기초연구협력 (연구진협의 등)

2. 2차년도

○ 주관기관 : 아주대학교

－ 전체 에너지시스템 구성을 위한 추가연구

ü 건물부문은 전체 에너지시스템의 한 부문임을 감안, 여타 부문(수송, 산업 등)

도 국제공동연구를 통한 update필요

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ü 각 부문별 데이터와 파라미터 수집 및 적용

－ 개발한 모형의 통한 결과물 산출

ü 개발된 모형의 calibration을 통한 타당성 평가 및 사례분석

ü 예를 들어 건물부문 동북아 3국에 적용, 비교분석 등

○ 해외참여기관: 해외참여기관: JGCRI/PNNL

－ 개발된 모형의 calibration을 통한 타당성 평가 및 사례분석결과 검토

3. 3차년도

○ 주관기관 : 아주대학교

－ 국내 건물부문 에너지효율향상 평가가 가능한 전지구적(global) 기술평가 Tool의 개발

및 보급

ü 각 데이터와 파라미터 등 DB 구축

ü 한국고유의 평가 Tool 개발을 위한 국제공동협력 및 개발된 Tool을 일반용

Stand-alone 형태의 독자 프로그램화하여 공공에 보급함

ü 국내 건물부문 신기술 도입사례 (K-MEG 등)에 적용, 세계시장 경쟁력 평가

등의 결과 제시

ü 국내 건물부문 에너지효율향상 평가 툴 보급방안

○ 해외참여기관: JGCRI/PNNL

－ 각 데이터와 파라미터 등 DB 구축을 종합적으로 검토

－ 한국고유의 평가 Tool 개발을 위한 국제공동협력

제 4 절 수행 결과의 보안등급

보안등급 분류 보안과제 ( ), 일반과제 ( √ )

결정 사유 국가 R&D개발사업 일환으로 연구결과의 이용 확대를 위한 목적

제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황

구입 기관연구시설/연구장비명

규격

(모델명)수량 구입 연월일

구입 가격

(천원)구입처

(전화번호)비고

(설치 장소)

아주대학교

산학협력단노트북 1

2013년

01월 08일1,508,600 롯데닷컴 이화여자대학교

아주대학교

산학협력단노트북 삼성 ATIV 1

2013년

4월 11일1,740,000 리빙프라자

에너지센터

202아주대학교

산학협력단노트북 LG 15N53 2

2104년

8월 14일3,984,000

이지스(주) 두리칸

에너지센터

202

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개발내용 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 기간(주)

1차년도

1 계획수립 및 자료조사 4

2 모형내 한국부문의 세부 구성 확인

16

3 에너지흐름과 평가 방법 확인 12

5 주요 평가방법에 따른 기본 모형범위 결정

12

4 기초 파라메터 수집 16

6 모형내 건물부문 구성 12

7 시뮬레이션 결과 검토 및 주요 쟁점사항 확인

8

8 국내 특성을 반영한 모형 구성안 6

2차년도

1 각 부문별 데이터와 파라미터입력 48

2 Calibration을 통한 타당성 평가 48

3 건물에너지 효율관련 정책 확인 16

5 국내 건물 에너지 기술현황 조사 16

4 적용가능한 세계 신기술수준, 개선방안 20

6 기후변화 정책 등 적용하여 결과도출 12

7 건물부문 사례분석 (Ex: 동북아 3국에 적용) 20

8 결과 검토 및 평가 Tool 개발 계획 구성 6

제 3 장 결과 및 사업화 계획

제 1 절 연구개발 최종 결과

- 연구개발 추진 일정

3차년도

1국내 건물부문 신기술

도입사례 (K-MEG 등) 확인 및 적용방안

32

3 각 데이터와 파라미터 등 DB 구축

20

2 GUI 프로그램 개발을 위한 시스템 구성 28

4 Stand-alone 프로그램 개발 32

6 프로그램의 결과 검토 및 수정 20

7 국내 건물부문 에너지효율향상 평가 툴 보급방안 10

8 활용 방안 및 향후 계획 6

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- 연구개발 추진 실적

○ 건물부문 에너지효율향상 효과평가와 에너지원별 수요변화, 균형 에너지 상대가격체계

등에 미치는 영향을 종합적으로 평가할 수 있는 전지구적 기술평가 Tool 개발

[그림 18] 시작화면 [그림 19] 입력 데이터 편집기능

[그림 20] Database Output View [그림 21] 프로그램 배포

- 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재

○ 본 보고서 7~10쪽 프로그램 개발 현황. 11~20쪽 논문 실적, 29~43쪽 연구 내용 참조

○ 별책부록 GCAM-EML 기술보고서, software 매뉴얼, 상세연구실적 모음 참조

제 2 절 연구개발 추진 체계

- 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역

1차년도

(2013년도)

주관기관: 아주대학교 산학협력단

사업비: 233,000 천원(현물 : 125,871원)

계획수립 및 자료조사

모형내 한국부문의 세부 구성 확인

참여기관: PNNL/JGCRI

사업비: 67,000 천원

에너지흐름과 주요 평가방법에 따른 기본 모형범위 결정

기초 파라메터 수집

모형내 건물부문 구성

시뮬레이션 결과 검토 및 주요 쟁점사항 확인

국내 특성을 반영한 모형 구성 방안

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2차년도

(2014년도)

주관기관: 아주대학교 산학협력단

사업비: 233,000 천원(현물 : 125,871원)

각 부문별 데이터와 파라미터입력 및 Calibration을 통한 타당성 평가참여기관:

PNNL/JGCRI사업비: 67,000 천원

건물에너지 효율관련 정책 확인과 기술현황 조사

적용가능한 세계 신기술수준, 개선방안 및 기후변화 정책 등의 적용

건물부문 사례분석 (Ex: 동북아 3국에 적용)

결과 검토 및 평가 Tool 개발 계획

3차년도

(2015년도)

주관기관: 아주대학교 산학협력단

사업비: 233,000 천원(현물 : 125,871원)

국내 건물부문 신기술 도입사례 (K-MEG 등) 확인 및 적용방안

참여기관: PNNL/JGCRI

사업비: 67,000 천원

각 데이터와 파라미터 등 DB 구축

GUI 프로그램 개발을 위한 시스템 구성과

Stand-alone 프로그램 개발

국내 건물부문 에너지효율향상 평가 툴 보급방안

활용 방안 및 향후 계획

제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망(당초 기술개발 시작 시점의 조사와 변화된

것 위주로 기술)

○ PNNL의 기개발된 도구는 이미 공공의 목적을 위해서는 사용이 허락되어 있는 상태임.

－ GCAM is available for public use under the ECL (Educational Community License)

open source license version 2.0. 참조: http://www.opensource.org/licenses/ecl2.php)

○ 신기후체제는 신재생에너지, 고효율에너지 시대가 예상됨

○ 개발된 Tool을 일반용 Stand-alone 형태의 독자 프로그램화하여 공공에 보급

－ 따라서 통상의 사업화와는 별도로 국가 에너지기술평가를 통해 에너지수요 및 가격변

화, 온실가스 감축잠재량 산정 등의 공공의 목적에 사용될 것임

제 4 절 고용 창출 효과

○ PNNL의 기개발된 도구는 이미 공공의 목적을 위해서는 사용이 허락되어 있는 상태임.

○ CGAM 개발로 박사과정 2명 학위 예정, GCAM의 Economy 모듈과 관련한 모형연구

박사과정 1명 학위 예정

○ 소프트웨어를 개발 능력을 갖춘 통합과정생 1인, 경제학 학사의 석사과정생 1인 연구중

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제 5 절 자체보안관리진단표

구분 체크항목 결과 체크(√표)

(실시 근거)아주대보안규정해당근거

보안관리

체계

o 기관내보안관리규정을제정/적용하고있다 O(√), X( )

o 보안관리조직이있으며, 자체보안점검실시등잘운영되고있다 O(√), X( )<3-1-3. 보안업무규칙> 제3,

4조, <3-1-32. 정보보안업무

규칙> 제7, 9조참조

o 보안교육을정기적(1회이상/연)으로실시하고있다 O(√), X( )<3-1-3. 보안업무규칙> 제41,

42조, <3-1-32. 정보보안업

무규칙> 제10, 11조 참조

o 보안사고에대한방지대책및비상시대응계획이준비되어있다 O(√), X( )<3-1-3. 보안업무규칙> 제40

조, <3-1-32. 정보보안업무규

칙> 제4, 8, 22, 26조 참조

참여연구원

관리

o 참여연구원에대하여보안서약서를받았다 O(√), X( )

<3-1-32. 정보보안업무규칙>

제18조, 별지제2호서식, <아

주대학교 국가연구개발사업

보안관리지침> 제7조참조

o 참여연구원에게보안관리의중요성등을인식시키고있다 O(√), X( )<3-1-3. 보안업무규칙> 제41,

42조, <3-1-32. 정보보안업

무규칙> 제10, 11조 참조

연구개발

내용/결과

관리

o 주요연구자료및성과물의무단유출방지대책을수립하고있다 O(√), X( )<3-1-32. 정보보안업무규칙>

제18, 26조참조

o 보안성검토방법및절차를이행하고있다 O(√), X( )<3-1-32. 정보보안업무규칙>

제13조 참조

o 기술이전관련내부규정및절차를준수하고있다 O(√), X( )

<아주대학교 국가연구개발사

업 보안관리지침> 제4조,

<3-1-31. 아주대학교 지식재

산권 관리규정 시행규칙> 제

10, 11조, 부칙③ 참조

연구시설

관리

o 연구시설보안관련내부규정또는지침을이행하고있다 O(√), X( )<아주대학교 국가연구개발사

업보안관리지침> 참조

o 주요시설에는보안장비가설치되어있다 O(√), X( )<3-1-32. 정보보안업무규칙>

제14, 25조참조

o 보호구역이지정되어있다 O(√), X( )<3-1-3. 보안업무규칙> 제35,

36, 37조 참조

정보통신망

관리

o 정보통신망보안관련내부규정또는지침이구비되어있다 O(√), X( )<3-1-3. 보안업무규칙> 제39

조, <3-1-32. 정보보안업무규

칙> 제14조참조

o 보안관리책임자의승인항목이구분되어있다 O(√), X( )<3-1-32. 정보보안업무규칙>

참조

o 주요데이터에대해백업을실시하고있다 O(√), X( )<3-1-32. 정보보안업무규칙>

제22조 참조

o 개인용정보통신장비(노트북, USB메모리)에대하여인가/관리중이다 O(√), X( )<3-1-32. 정보보안업무규칙>

제26조 참조

o 전산망보호를위한 HW 및 SW 등을도입하여적용하고있다 O(√), X( )<3-1-32. 정보보안업무규칙>

제14, 25조참조

o 직책, 임무별열람권한을차등화하여부여하고있다 O(√), X( )<3-1-3. 보안업무규칙> 제30

조참조

주 의

1. 이 보고서는 산업통상자원부에서 시행한 산업기술혁신사업 기술개발 보고서

이다.

2. 이 기술개발내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시 산업통상자원부에

서 시행한 산업기술혁신사업의 기술개발결과임을 밝혀야 한다.