현재 대부분의 사람들은 영구 건축물의 탄소 배출량 감축에 주목하고 있습니다. 건설 현장의 임시 건축물에 대한 탄소 배출량 감축 대책에 관한 연구는 많지 않습니다. 건설 현장의 프로젝트 부서에서는 일반적으로 사용 수명이 5년 미만인 재사용 가능한 모듈형 주택을 사용하는데, 이는 건축 자재 폐기물을 줄이고 탄소 배출량을 감소시키는 효과가 있습니다.
탄소 배출량을 더욱 줄이기 위해, 본 연구에서는 회전식 모듈형 주택 프로젝트를 위한 회전형 모듈형 태양광 시스템을 개발하여 운영 중에도 청정 에너지를 공급합니다. 이 회전형 태양광 시스템은 건설 현장의 프로젝트 부서 임시 건물에 설치되며, 표준화된 태양광 지지대와 태양광 시스템 설계는 모듈식으로 구현됩니다. 또한, 특정 규격의 단위 모듈을 사용하여 통합 설계를 진행함으로써, 탈부착 및 회전이 가능한 일체형 모듈식 기술 제품을 완성합니다. 이 제품은 "태양열 에너지 직접 저장 유연 기술"을 통해 프로젝트 부서의 에너지 소비 효율을 향상시키고, 건설 현장 임시 건물의 운영 중 탄소 배출량을 감소시켜, 탄소 중립 건물 목표 달성에 필요한 기술적 기반을 제공합니다.
분산형 에너지는 사용자 측에서 에너지 생산과 소비를 통합적으로 배치하는 에너지 공급 방식으로, 에너지 전송 과정에서의 손실을 줄입니다. 에너지 소비의 주요 주체인 건물은 옥상 태양광 발전의 유휴 에너지를 활용하여 자가 소비를 실현할 수 있으며, 이는 분산형 에너지 저장 기술 발전을 촉진하고 국가의 이중 탄소 목표 및 제14차 5개년 계획의 목표 달성에 기여할 수 있습니다. 건물의 에너지 자가 소비는 국가의 이중 탄소 목표 달성에 있어 건설 산업의 역할을 강화할 수 있습니다.
본 논문은 건설 현장의 임시 건물 태양광 발전의 자급 효과를 연구하고, 모듈형 태양광 기술의 탄소 저감 효과를 탐구합니다. 특히 건설 현장의 모듈형 주택 설계 부서를 중점적으로 다룹니다. 건설 현장은 임시 건물이기 때문에 설계 과정에서 간과하기 쉽지만, 임시 건물의 단위 면적당 에너지 소비량은 일반적으로 높습니다. 설계 최적화를 통해 탄소 배출량을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 또한, 임시 건물과 모듈형 태양광 설비는 재활용이 가능합니다. 태양광 발전을 통한 탄소 배출량 감축뿐만 아니라 건축 자재 재사용을 통해 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.
"태양열 에너지 저장 및 직접적인 유연성" 기술은 건물의 탄소 중립을 달성하는 데 중요한 기술적 수단이자 효과적인 방법입니다.
현재 중국은 에너지 구조를 적극적으로 조정하고 저탄소 발전을 추진하고 있습니다. 2020년 9월, 시진핑 주석은 제75차 유엔 총회에서 이중 탄소 목표를 제시했습니다. 중국은 2030년까지 이산화탄소 배출량 정점을 찍고 2060년까지 탄소 중립을 달성하겠다는 것입니다. "중국 공산당 중앙위원회의 제14차 5개년 국가경제사회발전계획 및 2035년 장기목표 수립에 대한 제안"에서는 에너지 혁명을 추진하고 신에너지 소비 및 저장 능력을 향상시키며, 저탄소 발전을 가속화하고 친환경 건축물을 개발하며 탄소 배출 집약도를 낮춰야 한다고 지적했습니다. 탄소 중립이라는 이중 탄소 목표와 제14차 5개년 계획의 권고 사항에 초점을 맞춰 각국 정부 부처와 위원회는 구체적인 추진 정책을 잇달아 도입했으며, 그중 분산형 에너지와 분산형 에너지 저장이 핵심 발전 방향입니다.
통계에 따르면 건물 운영으로 인한 탄소 배출량은 국가 전체 탄소 배출량의 22%를 차지합니다. 최근 도시 지역에 대규모 및 대규모 중앙 집중식 시스템 건물이 신축되면서 공공 건물의 단위 면적당 에너지 소비량이 증가했습니다. 따라서 건물의 탄소 중립은 국가 탄소 중립 목표 달성에 중요한 부분입니다. 국가 탄소 중립 전략에 대응하는 건설 산업의 핵심 방향 중 하나는 건설 산업의 에너지 소비 전면적 전력화 상황에서 "태양광 + 양방향 충전 + DC + 유연 제어"(태양열 에너지 저장 직접 유연 제어)라는 새로운 전기 시스템을 구축하는 것입니다. "태양열 에너지 저장 직접 유연 제어" 기술은 건물 운영에서 발생하는 탄소 배출량을 약 25%까지 줄일 수 있을 것으로 추정됩니다. 따라서 이 기술은 건물 분야에서 전력망 변동을 안정화하고, 재생 에너지 비중을 높이며, 미래 건물의 전기 효율을 향상시키는 핵심 기술입니다. 이는 건물의 탄소 중립을 달성하는 중요한 기술적 수단이자 효과적인 방법입니다.
모듈형 태양광 시스템
건설 현장의 임시 건물은 대부분 재사용 가능한 모듈형 주택을 사용하므로, 이러한 모듈형 주택에 맞춰 회전 가능한 모듈형 태양광 모듈 시스템을 설계했습니다. 이 탄소 배출 제로 현장 태양광 임시 건축물은 모듈화 방식을 통해 표준화된 태양광 지지대와 태양광 시스템을 설계했습니다. 먼저, 표준 주택(6×3×3)과 보행로형 주택(6×2×3)의 두 가지 규격을 기반으로, 모듈형 주택 상단에 타일 형태로 태양광 패널을 배치하고, 각 표준 컨테이너 위에 단결정 실리콘 태양광 패널을 설치합니다. 패널은 아래쪽 태양광 지지대 위에 설치되어 일체형 모듈형 태양광 구성 요소를 형성하며, 운반 및 회전이 용이하도록 전체를 한 번에 들어 올릴 수 있습니다.
태양광 발전 시스템은 주로 태양광 모듈, 인버터 제어 통합 장치 및 배터리 팩으로 구성됩니다. 제품군은 표준 주택 2채와 통로형 주택 1채로 이루어진 유닛 블록이며, 6개의 유닛 블록을 조합하여 다양한 프로젝트 부서의 공간 단위로 구성함으로써 프로젝트 부서의 공간 배치에 맞춰 탄소 중립 조립식 프로젝트 계획을 구현할 수 있습니다. 모듈형 제품은 특정 프로젝트 및 현장에 맞게 다양하게 변형 및 자유롭게 적용할 수 있으며, 건물 일체형 태양광(BIPV) 기술을 활용하여 프로젝트 부서의 전체 건물 에너지 시스템의 탄소 배출량을 더욱 줄여 다양한 지역 및 기후 조건의 공공 건물이 탄소 중립 목표를 달성할 수 있도록 지원합니다. 본 기술 로드맵은 참고용으로 제공됩니다.
1. 모듈형 디자인
모듈식 통합 설계는 6m×3m 및 6m×2m 크기의 모듈 단위로 이루어져 있어 편리한 회전 및 운송이 가능합니다. 이를 통해 신속한 제품 입고, 안정적인 운영, 낮은 운영 비용, 그리고 현장 시공 시간 단축을 보장합니다. 모듈식 설계는 조립식 공장의 사전 제작, 전체 적재 및 운송, 인양 및 연결 작업을 가능하게 하여 효율성을 높이고 시공 과정을 간소화하며, 시공 기간을 단축하고 건설 현장에 미치는 영향을 최소화합니다.
주요 모듈형 기술:
(1) 모듈형 주택과 일치하는 코너 부속품은 모듈형 태양광 지지대를 아래쪽 모듈형 주택과 연결하기에 편리합니다.
(2) 태양광 패널 배치는 코너 부속품 위의 공간을 피하여 태양광 패널 브래킷을 운송을 위해 함께 쌓을 수 있도록 합니다.
(3) 태양광 케이블의 표준화된 배치에 편리한 모듈형 브리지 프레임.
(4) 2A+B 모듈 조합은 표준화된 생산을 촉진하고 맞춤형 구성 요소를 줄입니다.
(5) 6개의 2A+B 모듈이 소형 인버터를 갖춘 소형 유닛으로 결합되고, 2개의 소형 유닛이 대형 인버터를 갖춘 대형 유닛으로 결합됩니다.
2. 저탄소 설계
본 연구는 무탄소 기술을 기반으로, 건설 현장 운영 중 탄소 배출이 전혀 없는 무탄소 태양광 임시 건축물 제품을 설계하고, 모듈식 설계, 표준화된 생산, 통합형 태양광 시스템, 그리고 태양광 모듈, 인버터 모듈, 배터리 모듈 등을 포함하는 모듈식 변환 및 에너지 저장 장비를 제안합니다. 이러한 태양광 시스템은 건설 현장 프로젝트 부서에서 운영되는 동안 탄소 배출이 전혀 발생하지 않습니다. 태양광 모듈, 인버터 모듈, 배터리 모듈은 분해, 조립, 재배치가 가능하여 박스형 주택과 함께 프로젝트를 편리하게 전환할 수 있습니다. 모듈식 제품은 수량 변경을 통해 다양한 규모의 요구에 맞춰 조정할 수 있습니다. 이러한 분리, 조립 및 단위 모듈 설계 아이디어는 생산 효율을 향상시키고 탄소 배출을 줄이며 탄소 중립 목표 달성에 기여할 수 있습니다.
3. 태양광 발전 시스템 설계
태양광 발전 시스템은 주로 태양광 모듈, 인버터 제어 통합 장치 및 배터리 팩으로 구성됩니다. 모듈형 주택의 태양광 패널은 지붕에 타일 형태로 설치됩니다. 각 표준 컨테이너에는 1924×1038×35mm 크기의 단결정 실리콘 태양광 패널이 8개씩, 각 통로형 컨테이너에는 1924×1038×35mm 크기의 단결정 실리콘 태양광 패널이 5개씩 설치됩니다.
낮에는 태양광 모듈이 전기를 생산하고, 제어기와 인버터는 직류를 교류로 변환하여 부하에 공급합니다. 시스템은 부하에 전력을 우선적으로 공급합니다. 태양광 발전으로 생산된 전력이 부하의 전력보다 많을 경우, 초과 전력은 충방전 제어기를 통해 배터리 팩을 충전합니다. 일조량이 약하거나 밤에는 태양광 모듈이 전기를 생산하지 않으므로, 배터리 팩에 저장된 전력은 인버터 제어 장치를 거쳐 교류로 변환되어 부하에 공급됩니다.
요약
선전 핑산 신에너지 자동차 산업단지 4~6동 건설 현장의 프로젝트 부서 사무실 및 주거 공간에 모듈형 태양광 기술이 적용되었습니다. 총 49개 그룹이 2A+B 그룹(그림 5 참조)으로 배치되었으며, 각 그룹에는 8개의 인버터가 설치되었습니다. 총 설치 용량은 421.89kW이며, 연평균 발전량은 427,000kWh, 탄소 배출량은 0.3748kgCO₂/kWh입니다. 이를 통해 프로젝트 부서의 연간 탄소 배출량 감축량은 160tCO₂에 달합니다.
모듈형 태양광 기술은 건설 현장의 탄소 배출량을 효과적으로 줄여, 건물 초기 건설 단계에서 소홀히 했던 탄소 배출량 감축을 보완할 수 있습니다. 모듈화, 표준화, 통합 및 재활용을 통해 건축 자재 낭비를 크게 줄이고, 사용 효율을 높이며, 탄소 배출량을 감소시킬 수 있습니다. 신에너지 프로젝트 부서에 모듈형 태양광 기술을 적용하면 건물 내 분산형 청정에너지 소비율을 90% 이상, 서비스 이용자 만족도를 90% 이상 달성하고, 프로젝트 부서의 탄소 배출량을 매년 20% 이상 감축할 수 있습니다. 건물일체형 태양광(BIPV)은 프로젝트 부서의 전체 건물 에너지 시스템의 탄소 배출량을 줄이는 것 외에도, 다양한 지역과 기후 조건의 공공 건물들이 탄소 중립 목표를 달성할 수 있도록 참고할 만한 기술적 로드맵을 제공합니다. 이 분야에 대한 관련 연구를 시의적절하게 수행하고 이러한 드문 기회를 포착한다면, 우리나라는 이러한 혁명적인 변화를 선도할 수 있을 것입니다.
게시 시간: 2023년 7월 17일