A Study on Urban Energy Planning Process and Planning Support System for a Energy Saving Green City

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-친환경 도시에너지계획 프로세스 및 계획지원기술에

관한 연구

여인애*,윤성환**

*부산대학교 건축공학과([email protected]),**부산대학교 건축학과([email protected])

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Yeo,In-Ae*,Yoon,Seong-Hwan**

*Dept.ofArchitectureEng,PusanNationalUniversity([email protected]), **SchoolofArchitecture,PusanNationalUniversity([email protected])

Abstract

Thisstudy suggested 'EnvironmentalFriendly City Model'and'Energy Planning Process'according tothe increasing necessity of‘Energy Saving GreenCity and3technologieslike①UrbanSpatialModeling,②Urban EnergyConsumption,③UrbanEnergySupplyPlanningtechnologiesweresuggestedwhichareabletosupport sustainableurbanenergyplanning’.Theresultsareasfollows.①E-GIS modelingsystem wassuggestedasa 'Planning Supporting System'. ②Urban Energy Consumption Algorithm was systemized with planning informationofE-GIS DB.③UrbanEnergySystem Locationwasdeducedbyintegrating E-GIS DB andANN algorithm.

Keywords :친환경(Environment-Friendly),도시계획(Urban Planning),에너지(Energy),수요예측(Consumption Estimation),E-GIS DB(Environment-GeographicInformationSystem),공급계획(SupplyPlanning)

1.서 론

친환경 도시계획은 자발적 경향에서 점차 의무화되는 추세이다.온실가스감축 의무이 행국인 유럽연합(EuropeUnion,이하 EU)과 차기 감축 의무를 부담하게 될 미국,호주, 대한민국에 이르기까지 각국은 2000년대 후 반부터 기후변화 및 녹색성장 법제화1)_{를 통} 해 건물에너지효율향상과 도시계획 규제를 통한 성장형 친환경 도시 구축을 꾀하고 있 다.우리나라는 2009년 “저탄소 녹색도시 조 성을 위한 도시계획 수립지침2)_”_{을 제정하여} 1)주요 국가의 녹색성장 법제에 관한 비교법적 연구-종합보고서,박찬호, 한국법제연구원,2010.01. 2)저탄소 녹색도시 조성을 위한 도시계획 수립지침,국토해양부-28, 2009.07.15.

한국태양에너지학회

VOL. 32, NO.1, 2012.3.29~30 대구EXCO

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-그림 1.친환경 도시모델 개념 그림 2.친환경 도시 통합관리 기술개념 광역도시계획에서 도시관리계획에 이르는 에너지절약과 환경부하저감 동시해결을 당 면과제로 삼게 되었다.그러나 도시계획을 통해 도시의 지속가능한 발전을 위한 토지이 용정책을 유도함에도 불구하고 구체적인 도 시에너지 및 탄소저감대책은 미흡한 측면이 크다.따라서 본 연구는 친환경 도시계획에 적용할 수 있는 도시 에너지계획 프로세스를 제안하고 각 프로세스별 계획지원 기술을 제 시하였다. 2.에너지저감형 친환경 도시계획 2.1친환경 도시모델 제시 친환경 도시계획은 도시계획단계에서부터 컴팩트한 수요예측을 통해 불필요한 잉여 에 너지생산을 줄이고 보다 청정한 에너지원을 이용할 수 있는 에너지저감구조를 구축할 수 있어야 한다.또한 도시 운영단계에서는 에 너지소비 절감 및 효율향상 관리에 이르는 전천후 통합관리를 통해 친환경 도시의 완성 도를 높일 수 있어야 한다.이러한 개념을 바 탕으로 본 연구에서 지향하는 친환경 도시의 모델 개념은 그림 1과 같다.도시계획단계에 서는 도시에너지계획을 통해 도시에너지를 정밀하게 예측하고 경제성,탄소배출 저감, 신재생에너지활용,에너지자급도 측면을 두 루 만족시킬 수 있는 에너지공급계획을 지향 한다.에너지공급시나리오를 설정하고 도시 의 에너지시스템 입지포텐셜에 따라 신재생· 미활용 에너지를 이용하여 에너지를 생산·공 급하는 에너지플랜트를 도시 내에 구축할 수 있다.도시운영단계에서 에너지사용량을 에 너지통합관리센터로 전송하여 도시 에너지 의 효율적인 생산 및 수요예측 및 공급관리 를 최적화하며 도시에너지통합가시화를 통 해 도시공간의 에너지수요예측 데이터 및 에 너지소비 현황과 관련된 부가정보를 도시민 들이 활용할 수 있도록 3차원 공간정보 서비 스형태로 제공할 수 있어야 한다. 2.2친환경 도시 통합관리 기술개념 친환경 도시모델을 구현하기 위해서는 도 시에너지 및 탄소저감대책이 보강된 도시계 획 프로세스의 각 단계별로 계획지원기술이 적용될 필요가 있다.본 연구에서 제시하는 친환경 도시 통합관리 기술의 개념을 그림 2 에 나타내었다.친환경 도시 통합관리는 도 시계획단계에서 도시공간 모델링 기술,도시 공간계획 정보를 바탕으로 하는 도시에너지 수요예측 기술,도시에너지 수요예측치를 바 탕으로 하는 공급계획 기술,도시의 탄소저 감 및 친환경 달성도를 평가하는 기술이 도 시계획 프로세스에 접목되어야 한다.또한 도시운영단계에서는 에너지수급상황을 실시

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-그림 3.친환경 도시 에너지계획 프로세스 제안 간으로 모니터링하고 관리하며 에너지이용 실태를 시민에게 가시화 서비스하는 통합 관 리운영 및 모니터링 기술이 필요하다.이상 의 5가지 기술이 도시계획∼운영단계에 걸쳐 지원될 때 친환경 도시 모델이 실현될 수 있 을 것이다. 본 연구는 에너지저감형 도시구조 창출을 목표로 하므로 도시계획단계의 친환경 도시 에너지계획에 중점을 둔다.따라서 연구대상 기술은 도시계획단계의 에너지계획에 해당 하는 기술[1]∼기술[3]이다. 3.친환경 도시계획 프로세스 및 기술 제시 3장에서는 친환경 도시 모델의 실현을 위 해 토지이용계획 단계 전후에서 에너지계획 을 보강한 도시계획 프로세스를 제시하고 도 시공간 정보와 함께 도시에너지 계획을 지원 하는 기술을 개발하였다. 3.1친환경 도시계획 프로세스 제시 그림 3은 본 연구에서 제시하는 친환경 도 시 에너지계획 프로세스를 나타낸 것이다. 그림 3좌측의 기존 도시계획 프로세스는 현 행 도시레벨의 에너지계획 프로세스를 의미 한다.대한민국 에너지이용 합리화법 시행령 20조에 따라 도시관리계획 레벨인 시·군·구 이하를 대상으로 도시개발 사업주관자가 에 너지수요예측 및 공급계획을 실시하고,에너 지소비가 CO2배출에 미치는 영향분석,에너 지이용 효율 향상방안,에너지이용 합리화를 통한 탄소배출감소 방안을 포함하는 에너지 사용계획을 수립하여 지식경제부장관에게 제출한다.도시계획 승인이 이루어지면 개별 건축물에 대해 에너지절약계획서를 제출하 여 도시에너지절감 및 CO2배출저감을 관리 하는 절차이다. 본 연구에서는 에너지저감과 친환경이라는 이슈를 동시에 해결하기 위해 도시계획을 환 경·에너지계획정보(Environment& Energy GeographicInformation,E-GIS)와 함께 제 어하는 것이 중요하다는 관점에서 출발한다. 도시개발 이후 도시의 물리적 구조가 형성됨 에 따라 도시기후는 개발 이전의 특성과 달 리 전형적인 도시의 기후특성을 띠게 되고 도시가 실제 운영되면서 에너지수요가 발생 하게 된다.이 때 E-GIS 정보와 도시 원단 위,도시에너지 수요예측 알고리즘을 통합하 여 에너지수요예측의 고도화를 꾀할 수 있 다.보다 정밀한 에너지수요예측치가 제시되 면 기존의 도시에너지 공급계획에 대한 대안 으로 경제성(LCC),탄소배출(LCCO2)저감, 신재생에너지활용,에너지자급도 확보를 두 루 만족시키기 위한 대안 시나리오를 설정한 다.에너지공급 시나리오의 정량적 평가와 함께 도시의 에너지시스템의 입지 포텐셜에 따라 최적입지 선정이 완료되면 도시계획가 및 정책입안자들의 의사결정을 지원하여 최 적의 설계방안을 도출할 수 있다. 3.2친환경 도시계획지원 기술 제시 본 연구에서 제시하는 친환경 도시계획 프 로세스는 ①도시공간 모델링 기술,②도시에 너지 수요예측 기술,③도시에너지 공급계획 기술로 실현된다.이 기술의 하부에는 도시 공간정보,E-GIS,도시에너지 수요예측 및 공급평가,EMS,SCADA 정보들이 DB화 되 어 각 기술을 뒷받침한다.그림 4에 친환경 도시 통합지원기술 DB를 구체적으로 명시하 였으며 상세사양은 다음과 같다.

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-그림 4.본 연구의 친환경 도시계획 지원기술의 구성 ① 도시공간 모델링 기술:도시계획단계에 서 3D 도시정보 모델 및 E-GIS DB를 작성 하는 기술 -2D 건물 데이터 생성 기술 -3D GIS 데이터 구축 기술 ②도시에너지 수요예측 기술:도시에너지 시뮬레이션을 위한 mesh GIS DB 작성 및 도시에너지소비량,미기후,쾌적성 예측기술 -E-GIS DB 및 도시에너지시뮬레이션 입 력조건 생성 자동화 -도시에너지수요공급량 산정 자동화 기술 ③도시에너지 공급계획 기술:도시에너지 공급시나리오 설정 및 도시에너지공급시스 템의 입지방안을 제시하는 기술 -경제성,탄소저감형,공급의 안정성,에너 지자립도 우선에 따른 시나리오 구축 기술 -도시에너지 공급시나리오별 최적 입지선 정 기술 4.결 론 본 연구는 친환경 도시 창출을 위한 도시계 획의 필요성 증대에 따라 친환경 도시계획 프로세스를 제안하고 각 프로세스를 지원하 는 계획지원 기술로 ① 도시공간 모델링 기 술,②도시에너지 수요예측 기술,③도시에너 지 공급계획 기술을 제시하였다.본 연구의 성과는 다음과 같다. (1)에너지절약형 친환경 도시계획을 지원하 는 공간 모델링에 있어 도시계획정보와 환경·에너지정보를 통합한 E-GIS DB가 구축되었다. (2)mesh단위 시설물 정보를 제시하는 E-GIS DB를 활용하여 단위공간별 도시에너지 수요예측 및 제어시스템이 구축되었다. (3)에너지시스템 입지에 영향을 미치는 변수 들이 통합된 E-GISDB와 인공신경망 알 고리즘을 활용하여 에너지시스템 입지선 정시스템이 구축되었다. 후 기 (빈줄) 본 연구는 국토해양부 첨단도시개발사업 의 연구비지원으로 수행되었음(과제번호 : 07첨단도시A01) 참 고 문 헌 1.국토해양부,저탄소 녹색도시 조성을 위 한 도시계획 수립지침,2009. 2.한국법제연구원, 주요 국가의 녹색성장 법제에 관한 비교법적 연구-종합보고서, 2010. 3.양옥진, 인공신경망의 알고리즘에 의한 토지적합성분석,조선대학교 토목공학과 박사논문,2001. 4.여인애,윤성환,「저탄소 녹색도시계획 을 위한 환경·에너지계획정보 DB 구축방 안」,대한건축학회논문집(계획계),27(10), 2011,pp.277∼285. 5.오동훈,허재완,이재순,「신도시건설의 관 제와 바람직한 개발방향에 관한 소고」, 대한국토․도시계획학회논문집,43(4),2008.08.