‘탄소 없는 섬, 제주’ 의 비전과 현실화 방안
서울, 환경재단 레이첼카슨룸 2016.8.16.(화요일) 이상훈 소장 (사)녹색에너지전략연구소
• 에너지부문 온실가스 배출량 증가 • 비-OECD 국가들이 늘어나는 온실가스의 대부분을 배출함 • 2035년 비-OECD국가의 1인당 배출량은 OECD의 절반에 불과
IEA, World Energy Outlook 2013
• 파리협정 체결과 온실가스 감축 •
2015년 12월 12일, 파리협정이 타결되면서 세계는 과거보다 진일보한 기후변화대응 체제를 구축하고 온실가스 감축 행동을 본격화할 것으로 예상
• “100%, 재생에너지 전환” • •
파리총회 , “100% 재생에너지 전환은 이미 시작되었고 문제는 속도이다” EC, IRENA, REN21 등이 주최한 포럼에 에너지전문가, 기업인, 도시 리더, NGO 대표 등 600여명이 참석하여 성황을 이룸
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파리총회 (LPAA) 에너지의 날 행사(12.7.) – 재생에너지와 에너지 효율
감축 행동은 진행 중 – 협상 기간 중 감축 행동의 모범을 공유하고 확산하고 활성화하는 LPAA는 글로벌 리더들이 주도하는 가운데 성황을 이룸 LPAA 에너지의 날 행사에 수십 여명의 장관급 인사와 국제기구 리더들이 참석하여 재생에너지 확대의 양과 속도를 강화하기 위한 정책 변화와 금융 개선을 논의하고 분야별, 지역별 재생에너지 협력체계를 강화함
• 100% 재생에너지를 향한 움직임 • -
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2015년에 나타난 여건 변화 G7의 기후변화에 대한 선언 : 2050년까지 에너지부문의 대전환과 개도국(특히 아프리카)의 재생에너지 접근성 촉진 G20 에너지장관 회의에서 재생에너지 보급 확대 의제가 다루어지고 G20 정상회의에서 채택됨 UN이 ‘지속가능발전목표(SDG)’를 채택하면서 ‘모두를 위한 지속가능한 에너지(SE4ALL : Sustainable Energy for All)’이 더욱 탄력을 받게 됨(2030년까지 재생에너지 비중을 두배(36%)로 증가하면서 에너지 빈곤 해소) 가톨릭, 불교, 이슬람, 개신교 등 주요 종교 그룹에서 에너지 전환 촉구 입장 발표 파리총회에서 나타난 100% 재생에너지 움직임 아프리카재생에너지계획(African RE Initiative) 발표 : 2030년까지 재생에너지 용량 300GW 달성 마닐라-파리선언 : 30여개 리더(중진국, 최빈국, 도서국가)이 1.5℃ 장기목표 달성을 위해 2050년까지 100% 재생에너지 전환을 추구하는 선언 발표 파리시청선언 : 1천여개 도시가 2050년까지 재생에너지 100%, 온실가스 감축 80%를 서약함. 지역경제개발, 일자리 창출, 기후변화 완화, 주민 발전소 등 강조 기업 참여 : 2천여 세계적 기업들이 재생에너지 사용과 에너지 효율을 통한 온실가스 감축을 공개적으로 서명. 이들 중 미국 154개 기업은 1100만명을 고용하고 있으며 100% 재생에너지 구매를 약속. 세계 일류기업 50여개가 100% 재생에너지 이용(RE100)에 동참 투자 확대 : 알리안츠, ABP 같은 기관투자자들의 투자 확대. 저탄소기술협력체(LCTPI)는 ‘야심찬 기후행동은 사업을 위한 가장 큰 기회’
• 2℃ 목표 달성을 위한 에너지 기술별 온실가스 감축 기여도 • •
생산 및 소비단계의 에너지 효율 기술 및 연료 전환, 저탄소 에너지 기술(재생에너지, 원자력, CCS)이 에너지 부문 온실가스 감축의 핵심 수단임 저탄소 기술 중 재생에너지가 온실가스 감축에서 가장 큰 기여를 할 것으로 평가됨
IEA, ETP2016, 2016
• 부문별, 기술별 에너지 분야 온실가스 배출량 감축
•
에너지 효율은 산업과 수송, 건물 분야에서, 저탄소 기술은 발전부문에서 온실가스 감축의 기여도가 큰 것으로 나타남
IEA, ETP 2016, 2016
• 전력 부문의 기술 별 온실가스 감축 기여도 • •
최종 소비 부문 전력 절감은 전력부문 배출량을 안정화하는데 기여할 것으로 보임 재생에너지를 중심으로 저탄소 발전 기술의 포트폴리오는 2℃ 목표를 위해 전력부문을 충분하게 탈탄소화하는데 필요함
IEA, ETP 2016, 2016
• 지속가능한 수송 시스템 : 서비스를 공급하는 더 저렴한 방법 • •
2DS에서 2050년까지 10억대의 전기자동차가 보급될 것으로 전망 대중교통 활동은 두 배 이상 증가할 전망
IEA, ETP 2016, 2016
• 에너지부문 한국의 온실가스 배출 현황 • 국제사회에서 한국의 위치 8,251
온실가스 배출량(2012년 기준)
5,074
*IEA 2014(연료연소에 의한 CO2)
1,954
1,659
1,223 775
중국
미국
인도
러시아
경제규모
GDP 세계 13위
단위 : 백만톤CO2
일본
독일
587 한국
약 100년간(1900~2011) 누적배출 세계 16위
기후변화 관련 국제기구
수출 7위
GGGI(Global Green Growh Institute) 설립(’10년)
‘기후변화 세계은행’ GCF (Green Climate Fund) 유치(’12년)
• OECD 회원국에서 재생에너지 발전량 비중 비교 •
한국은 OECD 34개 회원국 중에서 재생에너지 발전량 비중이 가장 낮으며 이미 대부분의 국 가들이 한국의 2035년 재생에너지 발전 목표(신에너지를 제외하면 10% 내외)를 초과하는 수준에 이르렀음
•
한국의 낮은 재생에너지 비중은 한국의 NDC 이행에서 부담이자 동시에 기회임
•
특히 발전부문 재생에너지 비중 제고는 국내 온실가스 감축뿐만 아니라 재생에너지 산업 육성 측면에서도 매우 중요함
IEA, 2015
• 한국의 INDC와 국가 온실가스 감축 시나리오 •
한국은 2030년 배출전망치(851 백만tCO2) 대비 37%를 감축하는 국가
•
감축 목표를 유엔기후변화협약에 제출함 이것은 지자체 에너지계획에서도 기본적인 가이드라인으로 작용함
Unit : Million tCO2
△14.7%
△19.2%
△25.7%
△31.3%
배출전망 대비
688 △37.0%
560
①
2005
2012
BAU
•
②
③
감축 시나리오
2030
④ 최종 목표
• 국내 지자체 에너지 계획 수립 관련 동향 • -
• • -
지자체 기후변화 대응 계획 수립 저탄소 녹색성장기본법에 의거하여 대부분의 지자체에서 기후변화대응 종합계획, 기후변화 적응 계획 등이 수립되었거나 진행 중임 지자체 기후변화대응계획에서는 온실가스 인벤토리 구축 및 에너지부문 온실가스 배출량 산정이 핵심적인 과정에 포함됨 지자체 특히 기초지자체 온실가스 배출량 산정에서 경계의 모호함, 기초지자체 수준의 통계자료의 부족 등이 에너지 수요 파악 및 예측의 정확성을 높이는데 한계로 작용함 지방자치의 수준과 에너지 공급 시스템 상 지자체가 에너지 수요관리나 에너지 공급 등 온실가스 감축과 관련한 정책에서 주도적인 역할을 하는데 한계가 있음 서울시, 경기도, 제주도, 충남도 등 광역시도 차원에서 실질적인 지역에너지 계획을 수립하려는 움직임이 확산되고 있음 서울시 원전하나줄이기 : 2020년까지 에너지 자립도 20% 경기도 에너지 자립 선언 : 2030년까지 재생에너지 전력 비중을 20%로 향상 충청남도 지역에너지계획 :2020년까지 500MW급 화력3기 발전량을 재생에너지로 대체 제주도 2030년 탄소없는 섬 프로젝트 : 2030년까지 온실가스 90% 감축, 해상풍력 등 재생에너지와 전기자동차 보급 확대 서울시, 경기도, 충남도, 제주도는 ‘지역에너지 전환’ 공동 선언 추진(11월 24일) 에너지 자립섬 계획 추진 중 2020년까지 울릉도를 지열 및 연료전지, 재생에너지 하이브리드 시스템으로 에너지 공급 디젤발전에 의존하는 주요 도서를 에너지 자립섬으로 탈바꿈하는 계획 추진 중
• ‘탄소 없는 섬(carbon free island), 제주’ 비전 • -
• -
‘탄소 없는 섬, 제주’는 대표적인 재생에너지 전환 비전임 제주도는 인구 64만명, 면적 1,848km2 연 1,300만명이 방문하는 세계적 관광지임 제주도와 정부는 행정의 자율성, 풍부한 풍력자원, 스마트그리드와 전기차 등 전환 기술에 대한 높은 접근성을 보유한 제주를 저탄소 녹색경제의 세계적 모범으로 육성하고자 함 100% 재생에너지 전환과 수송분야 전기차 전환을 두 축으로 2030년 제주도 탄소 중립 달성 ‘탄소 없는 섬, 제주’의 목표 2030년까지 스마트그리드 구축, 재생에너지 기반 전력체계 달성, 수송수단의 전기자동차화를 통해 실질적으로 이산화탄소 배출을 제로화하겠다는 목표 2020년 배출전망(BAU) 대비 41% 감축, 2030년 90% 이상 감축 에너지 생산 : 재생에너지로 에너지 수요를 100% 충족하여 에너지부문에서 인위적 탄소 배출을 하지 않겠다는 계획 에너지 소비 : 스마트 수용가 도입으로 에너지 소비 효율성을 극대화하고 수송분야 전기차 전환으로 탄소 배출량을 최소화하겠다는 계획 정부와 제주도는 이러한 탄소 제로화 과정을 ‘혁신적인 기술과 창조적인 융합’을 통해 달성함으로써 성장동력을 발굴하고 글로벌 비즈니스 플랫폼의 모범을 제시하고자 함
• 제주 지역에너지 현황 • 제주 지역에너지 현황 (2014년 기준) -
제주 면적 1,849㎢, 전국의 1.85%
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제주 인구 60만4천명, 전국의 1.2%
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1차 에너지공급 1,366(천toe), 전국의 0.48%
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최종에너지소비 : 1,197(천toe), 전국의 0.56%
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전력생산량 3,081(GWh), 전국의 0.59% / 전력소비량 4,220(GWh), 전국의 0.88%
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전력설비용량 893MW, 전국의 0.96%
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최대 수요 715MW, 평균 523MW(제주도 발표자료, 2016)
• 제주신∙재생에너지 생산 현황(2014년 기준) : 220(천toe), 전국의 1.91% -
제주 태양광생산 48GWh, 전국의 1.88% (2016년 현재 풍력은 전국의 25~30%)
-
제주 지열 1,358(toe), 전국의 1.25%
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제주 목재펠릿 235 Tcal, 전국의 2.95%
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제주는 바이오중유 192,029kl, 바이오디젤 7,179kl 등 바이오연료 이용 비중이 높음 (※ 바이오연료는 대부분 수입에 의존함) 산업통상자원부, 지역에너지통계 2015
제주도 전력설비 현황 (2014년 말 기준) •
제주도 총 전력공급용량 1,190MW(육지연계용량 350MW 포함), 신에너지 및 재생에너지 설비 비중 21% 구 분
용량(kW)
제주기력 #2, 3
150,000
제주G/T #3
55,000
제주내연 #1, 2
80,000
남제주기력 #1, 2
200,000
한림복합
105,000
일반발전력 합계
590,000
중부 발전 남부 발전 한국 전력
해저연계선 #1
150,000
해저연계선 #2
200,000
기타
신·재생에너지
250,305
발전설비 합계
600,305
신・재생 250,305 (21.03%)
한국전력 350,000 (29.40%)
중부발전 285,000 (23.94%)
1,190,305 (100%)
남부발전 305,000 (25.62%)
• 제주도 전력계통 이미지
•
제주 신에너지 및 재생에너지 설비 현황
• 신에너지 및 재생에너지 발전설비의 대부분은 풍력과 태양광이 차지함 • 2016년 3월 기준, 풍력 216MW, 태양광 74MW, 기타 9MW 보급 - 2014년 말 기준, 매립가스 2.2MW, 바이오에너지 총 3.5MW, 기타 1.7MW의 설비가
보급되었지만 매립가스와 바이오는 대부분 열생산용임 - 2005년부터 제주하수처리장에 바이오가스 열병합발전시설(375kW)이 가동 - 삼양 제주화력발전소의 온배수 등 폐열을 시설하우스(최대 5.6ha) 난방용 에너지로 활용하는 사업 진행 중 - 연료전지 보급은 2015년 신규로 계획되었고 제주 LNG 공급과 연계하여 진행될 예정 - 애월항 LNG 인수기지는 2019년 하순에 완공될 것으로 전망됨에 따라 연료전지 보급은 2020년 이후에 가능할 것으로 보임
‘탄소 없는 섬(carbon free island), 제주’ 의 재생에너지 확대
‘탄소 없는 섬(carbon free island), 제주’ 의 전기차 확대
‘탄소 없는 섬(carbon free island), 제주’ 비전 실현 방안 • 풍력 발전 • -
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• -
현황과 문제점 해상풍력 확대는 SMP 변동에 따른 불확실한 투자보상체계와 입지 갈등 등으로 지연되고 있음 주민 참여형 풍력발전은 활성화되지 못한 상태에서 외지 기업의 투자에 폐쇄적인 분위기가 겹쳐 풍력 자원 개발이 위축됨 해상 및 육상풍력발전 확대를 위한 인프라(배후항만, 송전망, 역송전 계통연계) 구축이 필요함 제도 개선 방안 ‘SMP+REC’ 고정형 기준가격 제도 도입 검토 풍력 확대를 위한 인프라 구축에 한전의 선도적인 역할이 필요함. 인프라 구축 비용은 총괄적인 요금에 반영하도록 제도화 주민 참여형 풍력발전 활성화를 위한 금융 및 행정 지원 풍력발전의 환경논란을 해소하기 위한 규제 개선 및 주민 참여형 인허가 절차 마련 풍력사업자와 지역사회가 공존하는 이익공유 모델의 창출
• 태양광과 기타 재생에너지
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현황과 문제점 태양광 발전 투자의 보상체계가 SMP 변동에 따라 불확실해짐 태양광 계통연계에 필요한 변전용량 및 선로용량이 부족함 제주는 지가가 높은 경관 및 생태보전지구가 많아서 태양광 시설 설치 지역이 제한적임 풍력과 태양광 외 다른 재생에너지 자원 활용에 대한 고려가 부족함
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제도 개선 방안 중소 규모 지붕형 태양광 보급 촉진을 위한 “SMP+REC” 기준가격 보장제도 병행 분산형 재생에너지 계통연계를 위한 변전용량 및 선로용량 확보 재생에너지 원별 상세한 자원지도 작성 및 정보의 투명한 공개 연료전지 수요 창출 및 장기적으로 재생에너지 수소 활용 인프라 구축 제주 주민 참여형 태양광 사업 지원체계 구축 전기차 충전인프라에 재생에너지 시설 설치 재생에너지 설비 보급과 제주 생태 및 경관 보호를 위한 통합 계획 수립 폐기물 처리 정책과 통합하여 가축분뇨 및 폐기물을 에너지로 전환하는 사업 지원
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• 전기차 • -
현황과 문제점 수송분야 전기차 전환에 대한 제주 도민들의 공감대 부족 전기차 보급을 위한 정부 지원의 지속성 보장 불확실함 제주 전기차 보급을 통한 제주도 및 국가적 편익이 충분히 공유되지 못함
• -
제도 개선 방안 국가 전기차 산업 생태계 조성 및 제주특별자치도 전기차 특구 조성 전기차 구매 및 운영에 대한 혜택과 비용에 대한 객관적 정보 제공 전기차 보급 촉진 및 관련 제도 정비, 법령 제안 충전시설 운영/관리의 통합, 민간의 충전설치 편의성 증대 인센티브와 규제를 통한 렌터카와 대중교통에 대한 전기차 보급 확대 공공기관과 사업용 시설 등에 충전시설 의무 설치
• 스마트 그리드 • • -
현황과 문제점 제주도는 변동하는 재생에너지 확대를 위한 백업전원 확보가 곤란하고 비용이 많이 듦 변동하는 재생에너지 확대를 고려하여 제3의 계통 연계선(#3 HVDC 연계선) 확보가 필요함 풍력과 태양광 발전 확대를 고려하여 역송전 용량을 설계해야 함 스마트 그리드와 에너지관리시스템 구축에 장기적이고 상당한 투자가 필요함 제도 개선 방안 한전이 ‘탄소 없는 섬, 제주’를 위한 전력망 인프라와 스마트 전력망을 구축하고 이를 위한 투자 회수를 제도적으로 보장해야 함 재생에너지 발전 역송을 위한 추가 HVDC 건설 및 변전소 확장 EMS 고도화 : 풍력, 태양광 등 재생에너지 예측, HVDC 협조 운영 전력설비, 송전망 건설 및 확장, 변전소 확장 등을 위한 사회적 수용성 확보 풍력과 태양광 발전량 변화를 예측하고 대비하는 시스템 구축이 필요함
• ‘탄소 없는 섬, 제주’ 비전과 재생에너지 전환 시나리오 • ‘탄소 없는 섬, 제주’ 비전은 에너지 전환 시나리오로 구체화될 필요가 있음 • 제주 지역 에너지수요 전망 시나리오 수립 -
2030년 제주 인구 전망 및 산업활동 전망
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제주 에너지수요 전망 : 전력, 열에너지(난방 및 취사), 수송에너지
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건물 및 에너지제품 효율 향상에 따른 소비 감소를 고려해야 함
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특히 전기차 전환으로 인한 수송에너지의 전력화 전망이 중요함
• 제주 신에너지 및 재생에너지 공급 시나리오 수립 -
제주 풍력 보급 목표 달성시 2.35GW 설비에서 연 5,147GWh의 전력생산 가능
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제주 태양광 보급 목표 달성시 1.4GW 설비에서 연 1,839GWh의 전력생산 가능
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바이오매스, 폐기물에너지, 해양에너지 등 기타 재생에너지 생산량 전망
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열생산 및 전력 저장용으로 지열 및 수열 히트펌프 활용 고려
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재생에너지 변동성을 고려한 전력저장(수소 및 ESS) 및 수요통합, 역송전을 고려한 스마트 전력망 및 에너지시스템 구축
• 풍력 발전의 변동성에 대한 고려
•
제주도 풍력발전 용량이 2.35GW까지 증가할 경우 풍력발전량이 시간별로 2GWh를 넘는 시기가 발생하는데 이는 현재 최대 부하의 3배에 달하는 수준임 인구 증가 및 수송용 전력부하의 증가로 전력수요와 최대 부하가 증가하더라도 수급 안정성을 제고하기 위해 저장 및 변환, 역송전 계통과 스마트 전력시스템이 필수적임 2500
시간별 제주 풍력발전량의 변화 추정 (2.35GW 기준)
2000
1500 MWh
•
1000
500
0 1
501
1001
1501
2001
2501
3001
3501
4001
4501
5001
5501
6001
6501
7001
7501
8001
8501
시간
자료 : 녹색에너지전략연구소, 2016
• (VRE)변동하는 재생에너지(풍력, 태양광 등)의 월별 발전량 변화 사례
•
1월
2월
3월
•
1월
제주 월별 풍력발전량의 변화 추정
2월
4월
5월
6월
7월
8월
9월
10월
11월
12월
10월
11월
12월
제주 월별 태양광 발전량의 변화 추정
3월
4월
5월
6월
7월
8월
9월
• (VRE)변동하는 재생에너지(풍력, 태양광 등)의 발전량 변화 사례
1월의 경우 풍력의 설비이용률은 높아지고 태양광의 설비이용률은 낮아짐 야간에 풍속이 낮을 경우 풍력과 태양과의 발전량은 급격히 낮아질 수 있음 ( 2015년 제주지역 풍력 156MW, 태양광 49MW 가동을 가정) 1월 둘째 주 풍력과 태양광의 시간대별 발전 패턴 140,000 120,000
풍력
태양광
100,000 80,000
kWh 60,000 40,000 20,000 0 73 77 81 85 89 93 97 101 105 109 113 117 121 125 129 133 137 141 145 149 153 157 161 165 169 173 177 181 185 189 193 197 201 205 209 213 217 221 225 229 233 237
• •
자료 : 녹색에너지전략연구소, 2016
여름철(8월)의 경우 풍력의 설비이용률은 떨어지고 태양광의 설비이용률은 다소 높아짐 • 여름철에는 바람이 잦을 때가 많아 풍력의 발전량이 급격히 낮아질 수 있음 ( 2015년 제주지역 풍력 156MW, 태양광 49MW 가동을 가정) •
8월 둘째 주 풍력과 태양광의 시간대별 발전 패턴 140,000 120,000
풍력
태양광
100,000
kWh
80,000 60,000 40,000 20,000
5113 5117 5121 5125 5129 5133 5137 5141 5145 5149 5153 5157 5161 5165 5169 5173 5177 5181 5185 5189 5193 5197 5201 5205 5209 5213 5217 5221 5225 5229 5233 5237 5241 5245 5249 5253 5257 5261 5265 5269 5273 5277
0
자료 : 녹색에너지전략연구소, 2016
• 재생에너지 위주 전력시스템의 유연성 제고
• 변동하는 재생에너지 통합을 위한 유연성 조치들 • •
IEA(2014)에 따르면 VRE 20%까지는 기존 전력시스템과 통합이 용이하며 VRE 비중이 더 커질수록 전력시스템의 유연성을 제고하는 조치가 필요함 비용을 최소화하면서 시스템의 효율을 높이기 위한 대책 필요 분류
통합조치(integration measure)
- 가스복합, 양수력 등 백업전원 공급예비력을 현실을 고려해서 (Additional reserves) 확충 수요관리 및 전환 (Demand-side management + energy conversion)
유연성비용(Flexibility Costs) - 추가적인 공급예비력 구축 및 운전 비용
- 수요관리와 DR(Demand Respond) - 부하관리와 DR 비용은 외삽 - 히트펌프(보일러 연계), V2G와 - 히트펌프, V2G 관련 비용 연계한 수요관리
저장 (Energy storage option)
- 양수발전(PHES) - 압축공기저장(CAES) - CHP+열보일러
- 설비 구축 및 운전비용
전력망 연결 (interconnection)
- 인접국가와 전력망 연결을 가정
- 전력망 연계 비용 - 전력거래 비용
IEA, Power of Transformation, 2014
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재생에너지 확대에 따른 지능형 에너지시스템 구축 필요
변동하는 재생에너지 비중 증가에 따라 에너지저장, 에너지변환, 스마트에너지관리 등이 통합된 스마트 전력시스템이 요구됨 재생에너지 이용의 효율성과 안정성 제고를 위해 에너지저장장치, 빌딩 및 주택에너지관리시스템,전기 자동차(V2G), 스마트그리드 등 재생에너지와 에너지신산업의 연계를 통한 새로운 비즈니스 모델 필요 에너지자립섬 등 신∙재생에너지에 기반한 분산형 에너지공급시스템 비즈니스 모델 개발 IEA, ETP 2014, 2014
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모델링을 통해 지능형 에너지시스템 시나리오 도출 ‘탄소 없는 섬, 제주’ 비전에는 EnergyPLAN 같은 재생에너지 시스템 모델링을 통해 변동성을 고려한 재생에너지시스템 시나리오 구축이 필요함