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[미국] 태양열 온수난방 파이롯트 프로그램 최종평가 보고서
조회수3,141 다운로드수0 등록일2012-10-22
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글로벌리포트 정보 - 리포트 구분, 콘텐츠 구분, 출처, 원문 제목, 언어, 국가, 등록일, 발행일, 과학기술 분류, 저자, 전문가칼럼, 키워드, 첨부파일
리포트구분 기술리포트 콘텐츠구분 도로교통
출처 미국 California Center for Sustainable Energy
원문제목 Solar Water Heating Pilot Program Final Evaluation Report
언어 영어 국가 미국
등록일 2012-10-22 발행일 2011-03-00
첨부파일 등록된 첨부파일이 없습니다.

서론

본 기술자료는 2007년~2010년 미국 샌디애고 지역에서 캘리포니아 태양열 온수난방 파이롯트 프로그램(SWHPP)의 평가결과에 관한 내용이다. 이 프로그램은 화석연료 사용을 줄이고, 태양열 적용기술을 촉진하기위해서 2007년 California Public Utilities Commission(CPUC)에서 수행하였다. 태양열온수난방 파이롯프 프로그램(SWHPP)에서는 이 자료는 실제사용량과 예측량을 비교하고, 사용대상에 따라 시스템의 성능을 비교하였으며, 태양열 시스템의 적용에 따른 비용저감분석, 태양열이용율을 함께 분석하였다. 첫 파이롯트 프로그램은 18개월로 예정되었지만, 30개월로 확장되었으며, 342개 태양열 온수난방 시스템으로 총 22,699 ft2 집열면적이 설치되었다.

 

프로그램 결과

342개 태양열 온수난방 시스템으로 총 22,699 ft2 집열면적이 설치되었고, 예상보다는 다소 작았지만, 전체 프로그램에 대한 적용율을 높이기 위해 인센티브가 $12.82/1,000 kcal 로 상승했다. 단독주택에 적용된 시스템은 평균적으로 설치면적48.5 ft2 열량기준으로 3.2 kWth 이었다. 이 면적은 태양광발전 면적 3개에 해당하는 면적으로 전기생산능력으로 0.5~0.7 kWAC 에 해당하지만, 태양열 온수난방시스템과 비교하면 상당히 작은 에너지를 생산하는 수준이다. 열에너지시스템용 연간 에너지 저감량은 123,000 kcal 이며 전기에너지용 연간에너지 저감량은 2,820 kWh 이다.

 

 

[표-] 프로그램에 의해 설치된 시스템 수량 및 면적

 

 

[그림 1] 시스템별 설치 점유량

 

[그림 2] 주택유형별, 시스템별 연간에너지 저감수준

 

태양열 온수난방 비용은 연도별로 크게 증가하지 않았는데, 이 결과는 프로그램 규모가 상대적으로 작았던 점을 비추어볼 때, 놀랄만한 것은 아니다. 인센티브가 비용증가의 원인이라는 염려가 일부 있었지만 시간경과에 따른 비용증가는 발생하지 않았다. 캘리포니아지역에서 인센티브를 받지 않은 시스템 비용의 신뢰도, 정확성, 종합적인 데이터는 적용하지 않았다. 검사와 보증과 같은 프로그램의 요구사항이 시스템비용에 거품을 불러일으킬 수 있다고 시스템 시공업체들이 의견을 제시하였다. 그러나 검사와 보증비용의 영향이 중요한지 여부는 명쾌하게 확인되지 않았다. 그럼에도 불구하고, 비용측면에서 위와 같은 요구조건의 영향을 최소화하는 것을 고려해야한다.

집열기 단위면적당 설치비용과 에너지 저감비용 측면에서 공동주택/상업용 건물 시스템은 단독주택 시스템보다 값이 싸다. 그 이유는 경제적인 규모 때문이다. 공동주택 및 상업용 시스템은 단독주택 시스템에 비해 재료비용 이외 항목에서 전체비용 점유율이 낮은 것으로 나타났다.

 

시스템 성능

 

대부분의 시스템 계측데이타에 따르면 에너지 저감율은 비슷하게 보인다. 공동주택 시스템은, 1개의 침실로 구성된 모든 복층아파트세대에서 예상되는 에너지 저감량보다 낮은 계측데이터를 보였으며, 몇몇 성인 독신거주 세대에서 급탕수요량이 너무 낮게 측정되었다. 그 이유는 미국 ASHRAE 가이드라인에서는 단일세대당 일일 급탕량을 35~42 갤런으로 규정하고 일일 급탕량사용인원은 5개의 침실구성 세대 기준이지만, 독신거주 세대는 실질적으로 일일 표준 급탕소비량이 낮기 때문이다.

 

간헐적인 계측한 데이타는 각 5분 간격, 각 15분 간격, 또는 각 1시간 간격으로 열과 유량을 측정했는데, 이 시스템은 기대한 것보다 성능이 좋지 못했다. 또한, 데이터 취득 데이터(각 5분 간격, 각 1시간)보다 각 15분 간격 취득 데이터가 상당히 낮게 계측되어 열량의 차이가 보였다. 간헐적인 데이터계측에서는 많은 연구주제와 토론의 여지를 보였다.

 

에너지사용 요금 분석

단독주택 세대 지역에서는 예상되는 에너지저감의 99%를 전기온수난방으로 대체하여서, 월평균 전기에너지요금 저감 41.08$를 기록했다. 또한, 가스를 사용하는 난방방식에 비해, 예상에너지저감은 91%를 기록하였고, 매월 전기요금저감량은 11.29$를 기록했다. 이와 관련된 표와 그래프는 다음과 같다.

[그림 ] 가스난방방식 난방열량대비 태양열 기여도

 

[표] 단독주택 시스템 월간 태양열 에너지 저감량 및 비용 

 

시장 연구 및 결과

참가자 대부분은 태양열온수 프로그램이라는 말을 듣기 이전부터 이미 태양열 온수 난방시스템 설치를 고려하고 있었다. 이 사실은 태양열 온수난방프로그램이 이미 ‘early adopter' 가 되었다는 점을 시사한다.

 

단독주택 거주자와 주택 소유자들은 환경적인 염려때문에 태양열온수난방시스템을 더욱 추진하는 것으로 나타났다. 공동주택/상업용 건물 거주자들과 소유자들은 재정적인 흥미때문에 태양열온수시스템 적용을 추진한다. 추가로, 태양열온수난방을추구하는 공동주택 및 상업용건물 거주자들은 온수난방기술에 더욱 많은 경험이 있으며, 단독주택 지역과 달리 태양열온수난방 프로그램에 의해 영향을 많이 받는다.

많은 태양열온수난방시스템 설치업체와 소유자들이 태양광발전을 위한 태양전지를 설치하고 있다. 이 점은 태양전지시장을 확대하여 투자를 유치하고, 비용을 낮추기 위해, 설치, 인가, 검사, 시장을 통합함으로써 잠재적인 시너지 효과를 가져온다. 수 많은 설치업체와 California Public Utilities Commission(CPUC) 관리자들 입장에서는 인가, 설치비용과 지연에 대한 부분이 태양열온수난방 시장 성장을 저해하는 중요한 요인이라고 언급해왔다. 하지만, 위와같은 요인들이 태양열온수난방산업계에서 더욱 비난을 받아왔다. 그 이유는 주거용 태양광발전시스템 비용이 3만~4만 달러인데, 태양열온수난방시스템의 비용은 주거용으로 7천 달러로 비교가 되기 때문이다. 태양열온수난방 시스템의 비용을 낮추는 것은 제작, 설치에 관련된 업체에게 이익이 줄어드는 결과이며, 이러한 이익구조가 작아지는 행위 때문에 인가비용 등과 같은 행위에 더욱 악영향을 미치는 악순환고리를 형성한다.

 

관찰 및 제안사항

태양열난방시스템은 종종 태양광발전분야와 기타 다른 에너지효율화 수단과 경쟁기술로써 비춰졌다. 소비자들에게 전기, 천연가스 소비, 온실가스배출 감축을 위한 여러 방안을 제공함으로써 태양열사업과 태양광사업부문시장 진출을 확대하고 인센티브를 결합하는 기회가 있을 것으로 확신한다. 이 기술 등은 몇가지 장벽에 직면해있으며, 하나의 보완 방법으로 사용될 수도 있다. 캘리포니아에서는 태양전지, 에너지효율화와 태양열온수난방을 제로에너지 주택이나 제로에너지 빌딩을 개발하는 지름길로써 고무적으로 북돋우고 있다.

- 태양열온수난방 프로그램에 참여했던 많은 태양열온수난방 설치업체가 태양전지 시스템을 설치하고 있다.

- 또한, 태양열온수난방시스템 소유자들도 태양전지 시스템을 설치하고 있어서, 2가지 기술형태를 설치하는 소비자들은 자연적으로 시너지효과를 갖는다. 공동주택과 상업용 건물 거주자들의 75%가 이미 이 프로그램에 시행이전에 태양열온수난방 설치를 계획하거나, 고려하고 있었다. 공동주택과 상업용건물 거주자들이 채택했던 태양열온수난방시스템에 대해 37%가, 단독주택 거주자들의 61%가 문제없었다고 보고되었다. 단독주택 거주자의 39%가 계약자 문제, 인허가문제등에서 어려움을 겪었으며, 공동주택 거주자 63%중 25%가 기술적인 문제가 가장 중요한 요인인 것으로 나타났다.

- 0.7 kW급 생산 태양전지를 위한 지붕설치면적과 동일한 면적에 123,000 Kcal급 에너지저감예상되는 태양열시스템과 4 kW급 생산 태양전지로 대체가 가능하였다. 개략적으로 0.70.7 kW급 생산 태양전지와 태양열 시스템을 비교한 결과는 다음 표와 같다. 태양열온수 난방시스템은 대략 연간기준으로 동일면적의 태양전지와 비교해서 3배의 많은 에너지를 저감할 수 있는 것으로 나타났다.

 

[표- 대형 태양전지 시스템과 태양열 시스템 비교]

 

상기 표에서 자본비용이 매우 유사한 경우, 주택 소유자는 약간 태양전지 시스템 규모를 줄일 수 있으며, 온수난방부하의 많은 부분을 줄일 수 있음을 확인하였다. 천연가스를 줄이는 태양열 온수난방은 온실가스저감이라는 부가적인 혜택을 제공한다. 태양열 온수난방과 태양광발전을 융합하면 제로에너지주택을 목표로 한 온수난방을 더욱 효과적으로 감소할 수 있다.

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