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[KICTERVIEW] 시즌 2 4편 - 전기요금 많이 나오는 건물, 데이터는 알고 있다!

기후 위기 대응을 위한 탄소 중립은 이제 피할 수 없는 전 지구적 과제가 되었습니다. 특히 우리 삶의 터전인 건물 부문은 국가 전체 탄소 배출량의 약 25%를 차지할 정도로 비중이 큽니다. 이에 따라 정부는 2050년까지 건물 에너지 제로화를 목표로 하는 탄소 중립 로드맵을 수립하여 추진하고 있습니다. 건물의 에너지 효율을 높이기 위해서는 우선 각 건물이 실제로 얼마나 많은 에너지를 사용하는지 정확히 파악하는 과정이 선행되어야 합니다. 전기, 가스, 열에너지와 같은 고지서 정보를 체계적으로 관리하는 것이 탄소 중립 실현의 핵심적인 출발점이라고 할 수 있습니다. 전국에 흩어져 있는 약 730만 동의 건물을 일일이 조사하여 에너지 효율을 점검하기란 현실적으로 불가능에 가깝습니다. 더욱 큰 문제는 건물의 에너지 사용량 데이터와 건물 자체의 행정 정보가 여러 기관에 분산되어 있다는 점입니다. 에너지 다소비 건축물이나 성능이 떨어지는 건물을 효과적으로 파악하기 위해서는 이러한 파편화된 데이터를 건물 단위로 연결하는 기술적 기반이 절실합니다. 데이터를 한눈에 분석할 수 있는 체계가 마련되어야만 에너지 낭비가 심한 건물을 우선적으로 가려내고 이에 적합한 개선 대책을 세우는 것이 가능해지기 때문입니다. 새롭게 개발된 건물 에너지 사용량 데이터 통합 관리 기술은 건축물대장을 중심에 놓고 분산된 에너지 정보를 하나로 잇습니다. 주소 정제와 대장 매칭 기술을 활용하여 복잡하게 얽힌 행정 데이터와 에너지 사용량 데이터를 정교하게 연결하는 것이 핵심입니다. 이를 통해 마치 성적표처럼 개별 건물의 에너지 성능 수준을 등급이나 백분위로 확인할 수 있습니다. 단순히 총사용량만 보여주는 것이 아니라 하절기, 동절기, 환절기 등 계절별로 사용량을 세분화하여 분석합니다. 이러한 상세 데이터는 노후 건물의 그린 리모델링이나 맞춤형 에너지 개선 캠페인을 추진하기 위한 객관적 근거가 됩니다. ‘딥뷰(DEEP VIEW)’ 시스템은 이러한 기술력을 바탕으로 건물의 에너지 성능을 엑스레이처럼 투명하게 보여줍니다. 특정 건물을 선택하면 기초 정보와 함께 단위 면적당 에너지 사용량이 직관적으로 표출됩니다. 특히 건물의 음영 지표를 분석하여 태양광 발전 설치 잠재력을 파악하거나, 에너지 다소비 건축물 리더보드를 통해 개선이 시급한 시설을 우선적으로 선별할 수 있습니다. 예를 들어 목욕 시설처럼 에너지를 많이 쓰는 곳을 선별하여 맞춤형 지원 정책을 수립하는 데 활용됩니다. 이러한 데이터 시각화는 정책 결정자들이 현장의 에너지 소비 현황을 빠르게 이해하도록 돕습니다. 통합 관리 기술의 활용 범위는 정책 수립부터 실제 사업 이행까지 매우 넓습니다. 중앙 정부는 탄소 중립 로드맵의 기초 자료로 활용하고, 지자체는 그린 리모델링 지원 대상의 우선순위를 결정하는 데 도움을 받습니다. 현재 13종의 데이터를 연결한 상태이며, 향후 17종까지 대상을 확대하고 데이터 매칭의 정확도를 더욱 고도화할 계획입니다. 정밀한 데이터 기반의 의사결정 체계가 완성되면 건물 부문의 에너지 절감은 물론 국가적 탄소 중립 목표 달성에도 크게 기여할 것입니다. 기술의 발전이 지속 가능한 환경을 만드는 든든한 버팀목이 되기를 기대합니다.

한국건설기술연구원KICTERVIEW(킥터뷰)

지구환경과학
융합
공학·기술

[EOST2023] 탄소중립을 위한 신재생에너지 시스템 디지털 전환 연구

탄소중립 실현을 위해서는 태양광과 풍력 같은 신재생에너지 발전 비중을 획기적으로 높여야 합니다. 하지만 신재생에너지는 날씨에 따른 간헐성이 크기 때문에 전력 공급의 예측과 제어가 매우 어렵다는 특징이 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 에너지의 생산, 전환, 소비 전 과정에서 발생하는 데이터를 통합 관리하는 디지털 전환이 필수적으로 요구됩니다. 데이터 중심의 에너지 관리는 공급과 수요의 유연성을 확보하고, 신재생에너지의 불안정성을 극복하여 전체 시스템의 효율성을 극대화하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 건물 분야에서는 제로에너지 건축물의 확산에 따라 태양광 발전 설비의 설치가 의무화되고 있습니다. 그러나 태양광 발전량이 급격히 늘어나면서 전력이 남을 때 강제로 발전을 중단시키는 출력 제어 이슈가 심각한 사회적 갈등 요소로 부상하고 있습니다. 이를 해결하기 위해 잉여 전력을 열이나 수소로 변환하여 저장하거나 전기차 충전에 활용하는 P2X 기술 연구가 활발히 진행 중입니다. 이러한 유연성 자원을 효과적으로 운영하기 위해서는 1분 단위의 세밀한 데이터 수집을 통해 시스템의 안전성과 경제성을 사전에 검증하는 과정이 반드시 필요합니다. 에너지 데이터의 신뢰성을 확보하기 위해 수집된 데이터는 3단계의 마스킹 과정을 거치게 됩니다. 1차적으로 계측 단계에서 물리적 범위를 벗어난 노이즈를 필터링하고, 2차와 3차 과정에서는 도메인 지식을 바탕으로 통신 오류나 이상치를 제거합니다. 이렇게 정제된 데이터는 인플럭스DB와 같은 시계열 데이터베이스에 저장되며, 카프카를 활용한 백업 시스템을 통해 데이터의 연속성을 보장합니다. 고품질의 데이터 파이프라인은 단순히 설비를 모니터링하는 수준을 넘어, 미래의 에너지 흐름을 정확히 예측하기 위한 토대가 됩니다. 신재생에너지 시스템의 효율적 운영을 위해 인공지능을 활용한 미래 발전량 및 수요 예측 기술이 주목받고 있습니다. 기존의 수학적 모델링은 복잡한 기상 조건과 사용자의 행동 패턴을 반영하는 데 한계가 있지만, 데이터 기반의 딥러닝 모델은 이러한 변수들을 효과적으로 학습할 수 있습니다. 특히 트랜스포머를 활용한 멀티스텝 예측 기술은 과거의 이력 데이터와 미래의 수치 예보 모델(NWP)을 통합하여 48시간 이상의 미래를 15분 단위로 정밀하게 예측합니다. 이를 통해 전력 계통의 변동성에 선제적으로 대응하고 안정적인 에너지 운영 계획을 수립할 수 있습니다. 정교한 예측 데이터는 가상 발전소 운영이나 기업 간의 직접 전력 구매 계약(PPA)과 같은 새로운 에너지 서비스 창출로 이어집니다. 예를 들어, 봄과 가을철에 발생하는 잉여 전력을 예측하여 RE100 기업과 사전에 거래함으로써 경제적 수익과 탄소 저감 효과를 동시에 거둘 수 있습니다. 이러한 모든 혁신은 기상청 API, 파이토치 등 다양한 오픈소스 생태계와의 협력을 통해 가속화되고 있습니다. 디지털 기술과 에너지 산업의 융합은 탄소중립 사회로 나아가는 과정에서 발생하는 진통을 줄이고, 지속 가능한 미래 에너지 시스템을 실현하는 원동력이 될 것입니다.

한국전자통신연구원오픈소스 테크데이

지구환경과학
융합
공학·기술

[에듀KIMM] 넷제로! 탄소중립 실천하기🌍 온실가스 배출량은?│한국기계연구원 이보연 선임연구원

탄소중립이란 배출되는 탄소량을 최대한 줄이고, 배출된 탄소마저 제거하거나 흡수하여 실질적인 배출량을 '0'으로 만드는 상태를 의미합니다. 우리가 흔히 말하는 온실가스는 태양의 복사열을 흡수하여 지표면 온도를 유지하는 긍정적인 역할을 수행하지만, 그 농도가 급격히 짙어지면 지구온난화를 유발하게 됩니다. 특히 온실가스의 약 88.6%가 이산화탄소로 이루어져 있어, 오늘날에는 온실가스 감축이 곧 탄소중립과 동일한 의미로 통용되고 있습니다. 적정 농도의 유지 실패는 지구 생태계의 균형을 깨뜨리는 결정적인 원인이 됩니다. 실제로 지난 100여 년간 지구의 평균 기온은 약 1.5도 상승했으며, 이러한 온난화 경향은 산업혁명 시기와 맞물려 가속화되었습니다. 온실가스 배출의 가장 큰 원인은 제조업과 냉난방, 이동 수단 등에 쓰이는 에너지 소비입니다. 그다음으로는 가축의 분뇨를 포함한 농축산업, 고온 공정이 필수적인 시멘트 제조, 그리고 폐기물 매립 과정에서도 상당량의 탄소가 배출됩니다. 특히 우리나라는 화력 발전과 철강, 반도체 산업에 대한 의존도가 높아 주요 선진국들에 비해 탄소 배출량이 매우 높은 편에 속하며, 이에 대한 적극적인 관리와 대책이 요구되는 상황입니다. 탄소중립을 향한 국제적 발걸음은 1997년 교토 의정서를 거쳐 2015년 파리 협정으로 구체화되었습니다. 파리 협정은 각 국가가 자국의 역량을 고려해 자발적인 감축 목표를 설정하도록 독려하며 탄소중립의 실효성을 높였습니다. 한국은 2020년에 탄소중립을 선언하고 이듬해 이를 법제화하며 세계에서 14번째로 법적 근거를 마련한 국가가 되었습니다. 현재 우리나라는 1인당 이산화탄소 배출량이 세계 4위에 이를 정도로 책임이 막중한 상황이지만, 재생에너지 사용 비중은 여전히 OECD 평균에 미치지 못하고 있어 에너지 구조의 전환이 시급한 과제로 떠오르고 있습니다. 이를 해결하기 위해 정부와 기업은 10대 핵심 기술을 바탕으로 혁신적인 전략을 펼치고 있습니다. 화력 발전을 대체할 재생에너지와 원자력, 수소 에너지의 조화로운 활용이 추진되고 있으며, 포스코와 삼성전자 같은 주요 기업들도 2050년 탄소중립을 목표로 공정 개선과 재활용 소재 적용에 박차를 가하고 있습니다. 특히 탄소를 직접 포집해 저장하거나 자원으로 활용하는 탄소 포집·저장·활용(CCUS) 기술, 전력 효율을 극대화한 친환경 모빌리티, 그리고 건물 스스로 에너지를 수급하는 제로 에너지 건축물 기술은 탄소 배출을 획기적으로 줄여줄 미래의 핵심 열쇠로 주목받고 있습니다. 기술적 발전만큼이나 중요한 것은 시민 개개인의 일상 속 실천입니다. 고효율 LED 조명 사용과 미사용 가전제품 전원 차단처럼 사소한 에너지 절약부터, 다회용 컵 사용과 올바른 분리배출에 이르기까지 우리가 할 수 있는 일은 매우 다양합니다. 저탄소 공법으로 제조된 제품이나 중고 거래 플랫폼을 이용하는 소비 습관 역시 탄소 배출량을 줄이는 데 직접적인 기여를 합니다. '나 하나 바뀐다고 무엇이 달라질까'라는 의구심보다는 나부터 시작하는 작은 행동들이 모여 거대한 선순환을 만들어낼 때, 비로소 인류와 지구가 공존하는 지속 가능한 미래를 맞이할 수 있을 것입니다.

한국기계연구원[에듀KIMM]

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탄소중립 10대 핵심기술, 세상을 어떻게 바꿀까?

오늘날 우리는 기후 위기라는 전지구적 도전 과제에 직면해 있습니다. 2050 탄소중립은 인류가 배출하는 이산화탄소의 양을 흡수량과 균형을 맞추어 실질적인 배출량을 '0'으로 만들겠다는 야심 찬 선언입니다. 탄소는 생명체의 구성 요소이자 실생활에 유용한 원소지만, 산소와 결합해 과도하게 발생한 이산화탄소는 지구 온난화의 주범이 됩니다. 지구의 평균 온도가 단 1도만 상승해도 폭염이나 산사태와 같은 재해는 감당할 수 없을 정도로 심각해지며, 동물의 서식지와 인류의 생존 공간마저 위협받게 됩니다. 따라서 사계절의 보존과 인류의 안전을 위해 탄소 배출을 억제하는 것은 선택이 아닌 생존을 위한 필수 과제가 되었습니다. 현실적으로 현재의 생활 방식을 유지하면서 탄소중립을 이루기 위해서는 혁신적인 기술 개발이 뒷받침되어야 합니다. 가장 먼저 주목받는 분야는 에너지 전환을 위한 태양광 및 풍력발전 기술입니다. 한정된 국토 면적을 효율적으로 활용하기 위해 기술 고도화를 통해 더 좁은 부지에서도 더 많은 에너지를 생산하는 것이 핵심입니다. 특히 육지보다 설치 조건이 까다로운 해상풍력은 침식과 부식에 강한 고도화된 기술력이 요구되지만, 넓은 공간과 강한 바람을 활용할 수 있다는 점에서 큰 잠재력을 가집니다. 이러한 재생에너지 기술은 단순히 시설을 늘리는 것에 그치지 않고, 동일한 자원으로 최고의 효율을 끌어내는 방향으로 나아가고 있습니다. 새로운 에너지원으로서 수소는 탄소중립의 강력한 게임 체인저로 떠오르고 있습니다. 수소는 산소와의 화학 반응으로 열과 전기를 생산하며, 부산물로 오직 수분을 배출하는 무공해 에너지입니다. 도심 속의 공기 정화 장치로 불리는 수소차는 주행 중 미세먼지를 정화하는 역할까지 수행하며 환경 개선에 기여합니다. 이와 더불어 하수나 폐수 같은 유기물을 재사용하는 바이오에너지 기술도 중요합니다. 미생물을 이용해 이를 가스나 디젤로 변환하면 기존 화석 연료 대비 오염 물질 배출을 획기적으로 줄일 수 있습니다. 이러한 차세대 연료들은 운송 수단의 한계를 넘어 다양한 분야로 적용 범위를 넓혀가고 있습니다. 우리의 일상생활이 이루어지는 건물과 산업 현장에서도 탄소 배출을 줄이기 위한 노력이 계속되고 있습니다. 제로에너지 건축물은 건물 자체에서 에너지를 자급자족하고 남은 에너지를 저장하여 스스로 순환시키는 자립형 시스템을 지향합니다. 이는 외부 전력이 끊겨도 안정적인 에너지 공급을 가능하게 합니다. 또한, 철강이나 시멘트처럼 탄소 배출량이 많은 제조업 분야에서는 공정 자체를 저탄소 공법으로 전환하거나 원료를 친환경 연료로 대체하는 공정 고도화가 진행 중입니다. 산업 전반에 걸쳐 효율성을 극대화함으로써 경제 활동을 지속하면서도 환경에 미치는 영향을 최소화하는 정교한 설계가 적용되고 있는 것입니다. 마지막으로 이미 발생한 이산화탄소를 포집하여 자원화하는 CCUS 기술과 디지털 기술의 융합은 탄소중립의 완성도를 높여줍니다. CCUS는 공장이나 발전 시설에서 나오는 이산화탄소를 모아 벽돌이나 탄소 섬유를 만드는 데 활용하는 핵심 기술입니다. 여기에 인공지능과 빅데이터 같은 디지털 기술이 결합하면 에너지 소비를 지능적으로 제어할 수 있습니다. 예를 들어 필요할 때만 가동되는 조명이나 효율적으로 운용되는 엘리베이터 시스템처럼 미세한 전력 낭비까지 차단하게 됩니다. 2050 탄소중립은 단순히 에너지원을 바꾸는 일을 넘어, 우리 사회 전 영역의 체질을 개선하여 더 나은 미래와 편리한 생활을 동시에 보장하기 위한 거대한 여정입니다.

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