A Study on the Methodology for Estimating Greenhouse Gas Reduction in Apartment Complexes Using Solar Power,  ESS and Heat Pumps

Sung-Dae Cho; Dong-Hun Lee

doi:10.7836/kses.2026.46.2.065

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Research Article

Journal of the Korean Solar Energy Society. 20 April 2026. 65-82
https://doi.org/10.7836/kses.2026.46.2.065

A Study on the Methodology for Estimating Greenhouse Gas Reduction in Apartment Complexes Using Solar Power, ESS and Heat Pumps

태양광, ESS 및 히트펌프를 활용한 공동주택 온실가스 감축량 산정방법론 연구

Sung-Dae Cho¹

Dong-Hun Lee²^*

조 성대¹

이 동헌²^*

¹Ph.D. Candidate, Graduate School of Convergence Technology and Energy, Tech University of Korea/Director, International Development Business Center, KTC

²Professor, Graduate School of Convergence Technology and Energy, Tech University of Korea

¹한국공학대학교 융합기술에너지대학원, 박사수료/한국기계전기전자시험연구원 국제개발사업센터, 센터장

²한국공학대학교 융합기술에너지대학원, 교수

^{*Corresponding Author}

License (open-access, http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/):

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ABSTRACT

As the Republic of Korea strives toward its “2050 Carbon Neutrality” goal, the building sector—particularly apartment complexes—faces an urgent need for innovative greenhouse gas (GHG) reduction strategies. This paper proposes a comprehensive methodology for estimating GHG reduction by implementing a synergistic system that integrates photovoltaic (PV) power, Energy Storage Systems (ESS), and Heat Pump technology. This study first analyzes the limitations of traditional heating methods. It develops an integrated model in which PV-generated electricity, managed via an ESS, powers high-efficiency heat pumps for space heating and domestic hot water. The primary focus of this thesis is to establish a standardized estimation methodology compatible with the Korea Emissions Trading Scheme (K-ETS) and the External Project framework. Key technical contributions include defining the project boundary, calculating baseline emissions from conventional grid and gas boiler use, and determining project emissions using the integrated system’s operational data. Furthermore, the study details a robust monitoring methodology that identifies critical parameters such as PV output, ESS efficiency, and heat pump COP. The proposed framework provides a technical basis for certifying carbon credits in the residential sector and offers a practical tool for policymakers to incentivize sustainable energy transitions in urban environments.

Keywords

GHG Reduction

Apartment Complexes

Photovoltaics

ESS

Heat Pump

Methodology

K-ETS

키워드

온실가스 감축

공동주택

태양광 발전

에너지저장장치

히트펌프

방법론

배출권 거래제

MAIN

1. 서 론
2. 선행연구 고찰
2.1 선행연구 동향
2.2 유사 외부사업 감축 방법론 분석
3. 실증 대상지 개요 및 통합 시스템 구성
3.1 실증 대상지 개요
3.2 통합시스템 구성
4. 온실가스 감축량 산정방법론 개발
4.1 방법론 사업경계 설정
4.2 베이스라인 배출량 산정
4.3 사업 배출량 산정
4.4 온실가스 감축량 산정식
4.5 감축량 시뮬레이션
5. 결 론
5.1 요 약
5.2 실증 검증 및 확장 연구 계획

기호 및 약어 설명

GHG : Greenhouse Gases

PV : Photovoltaics

ESS : Energy Storage System

EN : European Norm

LCA : Life Cycle Assessment

ATW : Air to Water Heat Pump

COP : Coefficient of Performance

RT : Ton of Refrigeration

GWP : Global Warming Potential

KOC : Korea Offset Credit

K-ETS : Korea Emissions Trading System

1. 서 론

기후변화 대응을 위한 탄소중립 실현은 21세기 인류의 핵심 과제다. 우리나라는 2020년 ‘2050 탄소중립’을 선언하였으며, 건물부문은 국내 에너지 소비의 약 20%¹⁾, 온실가스 배출량의 약 24.7%²⁾를 차지하여 감축 잠재력이 큰 분야로 평가된다. 특히 공동주택은 전체 주거용 건축물의 70% 이상³⁾을 차지하며, 난방과 급탕을 위한 화석연료 소비가 집중되는 특성을 보인다. 2022년 기준 국내 건물 부문의 온실가스 배출량은 약 5,000만 톤에 육박하며, 이 중 공동주택을 포함한 주거용 건물이 절반 이상의 비중을 차지하고 있다²⁾. 특히 대다수의 공동주택은 도시가스 기반 보일러를 사용하고 있어, 난방·급탕용 에너지의 절반 이상을 화석연료에 의존하고 있는 실정이다¹⁾. 탄소중립 실현을 위해서는 재생에너지 기반 청정 냉난방 시스템으로의 전환이 필수적이다. 태양광 발전, 에너지저장시스템(ESS), 히트펌프는 공동주택 에너지 전환을 실현할 핵심 기술 조합으로 주목받고 있다. 태양광은 청정 전력을 생산하고, ESS는 발전의 간헐성을 보완하며 자가소비율을 극대화하고, 히트펌프는 고효율로 난방·급탕을 제공한다. 이들을 통합한 시스템은 화석연료 의존도를 최소화하고 온실가스 배출을 근본적으로 저감할 수 있다. 그러나 이러한 감축 사업의 효과를 정량적으로 평가하고 배출권거래제를 통해 경제적 가치를 인정받기 위해서는 체계적인 감축량 산정방법론이 필수적이다. 국내에는 다양한 분야의 외부사업 방법론이 존재하나, 공동주택에 태양광-ESS-히트펌프를 복합 적용하여 난방·급탕·전력 부문을 종합적으로 감축하는 사업에 특화된 방법론은 부재한 상황이다. 본 연구는 실제 공동주택을 대상으로 태양광-ESS-히트펌프 복합 시스템을 적용하여 환경부 공인 외부사업 온실가스 감축량 산정방법론을 개발하고, 향후 감축 효과와 경제성을 실증 분석하고자 한다. 이를 통해 공동주택 부문 에너지 전환과 탄소중립 실현에 기여하고, 향후 유사 사업 확산을 위한 표준화된 방법론적 기반을 제공하고자 한다.

2. 선행연구 고찰

2.1 선행연구 동향

공동주택 온실가스 감축 연구는 2000년대 후반부터 본격화되었으며, 크게 네 가지 흐름으로 전개되었다. 첫째, 건설 단계 자재 기반 배출량 평가 연구다. 주요 건축자재를 대상으로 공동주택 신축단계 온실가스 배출량의 정량화⁴⁾ 및 표준 배출량 산정 방법론이 제시되었으며⁵⁾, 시공단계 자재 투입량 기반 CO₂ 배출량 산출 모델이 개발되었다⁶⁾. 둘째, 패시브 공법 및 에너지 효율화 연구다. 패시브 공동주택과 일반 공동주택의 배출량이 비교 분석되었고⁷⁾, 신축 공동주택의 감축 잠재량⁸⁾과 2030년 예측 시나리오가 제시되었다⁹⁾. 셋째, 전과정평가(LCA) 및 통합 시스템 연구다. EN 15978 모듈을 활용한 생애주기 단계별 배출 영향 분석¹⁰⁾ 및 표준건물 모델의 배출총량 산정 방법론이 제시되었다¹¹⁾. 넷째, 정책 및 제도 연구다. 에너지효율등급인증제도의 감축 효과가 평가되었고¹²⁾, 배출권거래제 도입에 따른 감축 목표 달성률이 분석되었으며¹³⁾, 공동주택 공용부분 온실가스 저감을 위한 표준 체크리스트가 개발되었다¹⁴⁾.

기존 연구들은 공동주택 온실가스 배출량 정량화와 감축 잠재량 제시를 통해 학술적 기반을 마련했지만, 환경부 외부사업 방법론 개발 및 배출권 사업 사례는 전무하다. 대부분 이론적 산정이나 시뮬레이션에 그쳤으며, 추가성 입증과 검증 가능한 모니터링 체계 등 실무적 요건을 충족하지 못했다. 특히 태양광-ESS-히트펌프 복합 적용 시 열·전기 통합 감축량 산정 로직이 부재하여 실제 배출권(KOC) 전환이 어려웠다. 본 연구는 환경부 외부사업 지침을 완전히 준수하는 감축량 산정 방법론을 구축하여, 학술 연구와 탄소중립 이행을 연결하는 실천적 모델을 제시한다.

2.2 유사 외부사업 감축 방법론 분석

외부사업 제도에서 태양광, ESS, 히트펌프 관련 승인 방법론들은 본 연구의 직접적인 방법론적 토대를 제공한다. 환경부와 온실가스종합정보센터는 2015년 배출권거래제 시행 이후 재생에너지 및 에너지 효율 개선 기술에 대한 체계적 방법론 승인 체계를 구축하였으며, 2026년 4월 현재 322개의 승인 방법론이 운영되고 있다¹⁵⁾.

(1) 외부사업 온실가스 감축 방법론 개요

외부사업 온실가스 감축 방법론은 환경부 배출권거래제 하에서 사업의 감축 효과를 정량적으로 인정받기 위한 체계적 산정 절차를 의미한다. 방법론은 크게 다섯 가지 핵심 구성 인자로 이루어진다. 첫째, 사업경계(Project Boundary) 설정은 감축 활동의 물리적·기술적 범위를 명확히 정의하는 단계다. 둘째, 베이스라인 배출량(Baseline Emissions) 산정은 사업이 없었을 경우 발생했을 배출량을 추정하는 과정이다. 셋째, 사업 배출량(Project Emissions) 산정은 사업 시행 시 실제 발생하는 배출량을 측정한다. 넷째, 감축량(Emission Reductions)은 베이스라인 배출량에서 사업 배출량을 차감하여 산출되며, 배출권(KOC) 인정의 직접적 근거가 된다. 마지막으로 모니터링 방법론(Monitoring Methodology)은 핵심 파라미터의 계측 및 기록 절차를 규정하여 감축량의 검증 가능성과 투명성을 확보한다.

(2) 태양광 및 재생에너지 관련 방법론

국내 재생에너지 외부사업 방법론은 태양광·풍력·수력·조력을 포괄하는 세 가지 승인 방법론으로 운영된다. 01B-001 (계통 연계 전용)¹⁶⁾, 01B-011 (자가소비 및/또는 계통연계)¹⁷⁾, 01B-008 (독립 소규모 계통)¹⁸⁾이 그것이다. 모든 방법론은 베이스라인 배출량을 재생에너지 순 발전량에 전력 배출계수를 곱하여 산정한다. 각 방법론에서는 연간 감축량 60,000 tCO₂-eq 초과 시 경제적 추가성을 요구한다. 모니터링은 전력량계를 통한 연속·누적 측정이 핵심이다. 그러나 기존 방법론은 단일 재생에너지 발전설비 중심으로 설계되어, 공동주택 특화 요소(ESS 저장, 히트펌프 열원 전환, 자가소비-계통연계 복합 운영)를 포괄하지 못한다. 특히 태양광-ESS-히트펌프가 결합된 융합 시스템의 상호작용 효과나 열·전기 통합 감축량 산정 로직이 부재하여, 실제 공동주택 감축 사업에 직접 적용하기 어렵다는 구조적 한계가 있다.

(3) ESS 관련 방법론

ESS 관련 방법론은 최근 승인 사례가 나타나고 있다. 2022년 환경부는 “재생에너지 및 ESS를 활용한 해상운송수단 전력공급 사업의 방법론(07A-010-Ver01)”¹⁹⁾을 승인하였으며, 이는 항만에서 태양광·풍력 발전 전력을 ESS에 저장한 후 선박에 공급하는 사업을 대상으로 한다. 해당 방법론은 베이스라인 배출량을 ESS에서 선박으로 공급된 전력량에 전력배출계수를 곱하여 산정하고, 사업 배출량은 계통에서 ESS로 공급된 전력량에 배출계수를 곱하여 산정하는 구조다. 모니터링은 ESS 전·후단의 전력량 계측에 한정된다. 그러나 07A-010 방법론은 항만-선박이라는 해상운송 특수 목적에 한정되어 있으며, 공동주택의 난방·급탕·전력 복합 수요, 히트펌프 통합 운영 등 주거용 건물 고유의 특성을 반영하지 못한다.

(4) 히트펌프 관련 방법론

히트펌프 관련 방법론은 건물 냉난방 부문에서 화석연료 기반 보일러를 고효율 전기 히트펌프로 대체하는 사업을 대상으로 한다. 한국 외부사업 제도에서 승인된 방법론은 대표적으로 03A-015 (농촌지역 히트펌프 감축)²⁰⁾, 03A-013 (심야 전기보일러 교체)²¹⁾, 03A-020 (건물 히트펌프 전력·화석연료 절감)²²⁾ 세 가지가 있다. 03A-015는 과거 연료 소비 데이터가 없는 원예시설에서 최저난방부하 계산법으로 베이스라인을 추정하며, 농촌지역 주택과 농업생산기반시설에 적용된다. 03A-013은 심야전력 시간대 축열 후 주간 사용 방식을 다루며, 주거용 시설의 심야 전기보일러를 축열식 히트펌프로 교체하는 사업에 특화되어 있다. 03A-020은 지열·공기열·수열 등 재생 가능 열원을 활용한 시스템에 적용되며, 신축 건물까지 포괄한다. 특히, 에너지원이 화석연료(LNG/LPG)인 경우 베이스라인 배출량을 히트펌프를 통해서 생산된 열량과 기존 보일러 효율을 반영하여 역산하여 산출한다. 이 부분은 세대별 열량계가 설치되는 본 사업에서도 사업 전 후의 환경 설정을 동일시하기 위해 활용 가능한 로직이다. 다만 주로 단일 건물주가 관리하는 상업용 건물이나 대규모 시설에 적합하며, 공동주택처럼 개별 세대와 공용부로 배출원이 분리되어 있고, 에너지 공급(태양광/ESS) 주체와 소비 주체가 복잡하게 얽힌 경우, 방법론에서 정의하는 ‘사업 경계(Project Boundary)’ 설정이 명확하지 않다.

3. 실증 대상지 개요 및 통합 시스템 구성

3.1 실증 대상지 개요

본 연구는 광주광역시의 아파트(2018년 준공, 117세대, 개별난방)를 대상으로 수행된다. Fig. 1은 실증 대상지의 조감도이다. 대상 단지를 선정한 이유는 다음과 같다. 첫째, 개별난방 방식을 채택하고 있어 태양광-ESS-히트펌프 통합 시스템으로 전환할 경우 화석연료 감축 효과를 직접적으로 측정할 수 있다. 둘째, 100세대 이상 규모로 국내 평균 공동주택의 대표성을 지니고 있어 연구 결과의 일반화 가능성이 높다. 셋째, 관리주체의 적극적인 협조를 통해 상세한 에너지 소비 데이터를 확보할 수 있으며 실증 설비 설치가 가능하다. 넷째, 옥상 면적이 충분하고 건물이 남향으로 배치되어 있어 태양광 발전 효율을 최적화할 수 있다. 마지막으로 ESS 설치를 위한 물리적 공간 확보가 가능하여 통합 시스템 구축에 적합하다. 단지는 지상 5층 6개동(연면적 18,000 m²)으로 구성되며, 세대 평형은 79 m² (90%), 87 m² (10%)이다. 난방·급탕은 세대별 LNG 가스보일러를 사용하고 있다.

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Fig. 1

Perspective view of the Demonstration Apartment

3.2 통합시스템 구성

통합 시스템은 태양광 발전, ESS, 공기열 히트펌프(ATW)를 유기적으로 결합한 공동주택 에너지 통합 솔루션이다. Fig. 2는 실증 대상지에 설치될 통합 시스템의 구성도를 보여준다. 옥상에 설치된 240 kW 규모의 태양광 패널이 주간 전력을 생산하며, 공용부 부하와 히트펌프 운전에 우선 공급하고 잉여 전력은 ESS에 저장한다. 350 kW 용량의 리튬이온 배터리(LFP) ESS는 지상 휴게공간에 설치되며, 주간 태양광 잉여 전력만으로 충전된다. 심야 전력은 화석연료 기반 발전을 포함하므로 충전원에서 제외하며, 이를 통해 순수 재생에너지 기반 자가소비 시스템을 구현한다. ESS는 야간·흐린 날·피크 시간대(18 - 23시)에 방전하여 자가소비율을 극대화하고 계통 전력 구매를 최소화한다. 히트펌프 시스템은 공기열(ATW) 20RT 3대, 40RT 7대로 구성되며, 난방용·급탕용 축열조를 통해 각 세대에 열을 공급한다. 난방용 축열조와 급탕용 축열조는 ON/OFF 밸브 제어를 통해 분리 운영되며, 급탕용 축열조 수위 감지 및 피크 시 보조 축열조 밸브 제어가 가능하다. 전력원은 태양광 발전과 ESS 저장 전력을 우선 사용하여 가스보일러 대비 1차 에너지 소비량을 절감하고 온실가스 배출량을 감축한다. 통합 시스템의 중추적 역할을 담당하는 EMS (에너지관리시스템)는 태양광 발전량, ESS 충·방전 상태, 히트펌프 운전 현황, 축열조 상태, 공용부·세대 전력 소비량을 실시간으로 추적하여 에너지 흐름을 최적화하고, 각 구성요소 간 효율적인 연계 운영을 지원한다.

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Fig. 2

Conceptual Diagram of Integrated System for Demonstration Apartment

4. 온실가스 감축량 산정방법론 개발

본 방법론은 사업경계 설정, 베이스라인 배출량 산정, 사업 배출량 산정, 감축량 계산의 네 단계로 구성되며, 각 단계는 순차적으로 진행된다. 사업경계 설정에서는 감축 활동의 물리적·배출원적 범위를 정의하고, 베이스라인 산정에서는 사업 미실시 시 예상 배출량을 추정한다. 사업 배출량 산정에서는 통합 시스템 가동 후 실제 배출량을 측정하며, 최종적으로 양자의 차이를 통해 순 감축량을 도출한다. 각 단계의 구체적인 산정 로직은 다음과 같다.

4.1 방법론 사업경계 설정

방법론 사업경계는 온실가스 감축량 산정의 공간적·배출원적 범위를 정의하는 과정으로, 물리적 경계와 배출원 경계로 구분된다. 물리적 경계는 공동주택 단지 부지 내 전체(6개 동 건물, 옥상 태양광, 세대 히트펌프, 공용부, 기계실 ESS·EMS 등)를 포함하며, 배출원 경계는 ISO 14064-2 기준에 따라 Scope 1 (화석연료 직접 연소), Scope 2 (계통 전력 간접 배출)를 포함하고 Scope 3는 제외한다. 베이스라인에서는 가스보일러 연소와 전체 계통전력 소비를, 사업 시나리오에서는 히트펌프 전력, ESS 충·방전 손실, EMS 운영 전력, 백업 보일러 연소, 냉매 누출을 포함한다. ESS는 주간 태양광 잉여 전력을 저장해 저녁 피크 시간대 방전하여 계통 전력 구매를 최소화하는 핵심 역할을 한다. 히트펌프 냉매(HFCs, PFCs)는 GWP가 높아 소량 누출도 온실가스 배출로 산정되며, 교통·소비재·조경 흡수는 제외한다. 경계 설정은 완전성, 보수성, 일관성, 투명성 원칙을 준수하며, 시간적 경계는 사업 개시일부터 크레딧 기간(10년 또는 5년 × 2회) 종료일까지로 설정한다.

4.2 베이스라인 배출량 산정

베이스라인 배출량은 사업 미실시 시 발생할 온실가스 배출량을 의미하며, 베이스라인 시나리오 설정은 방법론의 핵심이다. 과대 추정 시 감축량이 과장되고 과소 추정 시 사업자 노력이 과소평가되므로, 합리적이고 보수적인 접근이 필요하다. 본 방법론은 “기존 가스보일러 지속 사용, 태양광·ESS·히트펌프 등 재생에너지 통합 시스템 부재, 계통 전력만 소비”를 베이스라인으로 설정한다. 핵심 특징은 난방·급탕의 100% 도시가스 개별 보일러 의존(재생에너지 열원 부재), 전력의 전량 계통 구매(태양광 자가발전 부재로 재생에너지 자가소비율 0%), ESS 부재로 인한 시간대별 에너지 수급 불일치 해소 불가 및 주간 잉여 저장·야간 방전 불가다. 따라서 저녁 피크 시간대(18 - 22시)에는 전량 계통 전력에 의존하게 된다.

(1) 사업 전 실측값을 통한 베이스라인 배출량 산정 및 한계점

사업 전 실측값을 통한 베이스라인 배출량 산정 방법은 다음 두 가지 구성요소로 나뉜다. 첫째, 난방·급탕 부문 가스 연소 배출량 $B E_{y, g a s}$ 이다. 이는 세대별 가스보일러의 도시가스 소비량에 배출계수를 곱하여 산정하며 식(1)과 같다. 이때 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 1에 나타내었다.

(1)

B E_{y, g a s} = \sum_{i}^{n} (F C_{i, y} \times E F_{g a s})

Table 1

Definition of parameters for baseline emissions from natural gas consumption

Parameter	Definition	Unit
$B E_{y, g a s}$	Annual baseline emissions from natural gas consumption	tCO₂-eq/year
$F C_{i, y}$	Natural gas consumption of the i-th household in year y	Nm³
$E F_{g a s}$	Natural gas emission factor	kgCO₂-eq/Nm³

둘째, 전력 소비 배출량( $B E_{y, e l e c}$ )이다. 이는 세대 및 공용부의 계통 전력 소비량에 전력 배출계수를 곱하여 산정하며 식(2)와 같다. 이때 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 2에 나타내었다.

(2)

B E_{y, e l e c} = (E C_{h h, y} + E C_{c o m, y}) \times E F_{g r i d, y}

Table 2

Definition of parameters for baseline emissions from electricity consumption

Parameter	Definition	Unit
$B E_{y, e l e c}$	Annual baseline emissions from electricity consumption	tCO₂-eq/year
$E C_{h h, y}$	Household electricity consumption before project	MWh
$E C_{c o m, y}$	Common area electricity consumption before project	MWh
$E F_{g r i d, y}$	Grid emission factor for year	tCO₂-eq/MWh

다만, 사업 전 실측값을 통한 배출량 계산에는 몇 가지 한계가 존재한다. 공동주택의 경우 입주율 변동에 따라 실제 전력 사용량이 달라질 수 있어 동일한 설비라도 시점에 따라 배출량 산정 결과가 달라질 수 있다. 또한 거주민의 생활 패턴, 예를 들어 냉난방 사용 습관이나 가전제품 사용 시간대 등이 다양해 실측값만으로 대표성을 확보하기 어렵다. 더불어 기후 변화에 따른 냉난방 수요 증감도 실측값에 직접 반영되므로 특정 기간의 데이터가 장기적인 평균 배출량을 대변하기에는 한계가 있다. 따라서 실제 감축사업에서는 사업 후 실측값을 활용하여 동일 서비스 수준의 베이스라인 배출량을 산정하되, 검증 보고서에서는 이러한 변동 요인을 고려한 보정 또는 보완적 접근이 필요하다.

(2) 사업 후 실측값을 통한 베이스라인 배출량 산정

사업 후 실측값을 통한 베이스라인 배출량 산정 방법은 다음 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째, 난방·급탕 부문 가스 연소 배출량( $B E_{y, h e a t}$ )이다. 사업 후 개별세대 열량계로 측정된 히트펌프의 난방·온수 공급 열량을 기준으로, 사업 전에는 동일한 열량을 화석연료(도시가스) 보일러로 생산했다고 가정하여 식(3)과 같이 산정할 수 있다. 이때 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 3에 나타내었다.

(3)

B E_{y, h e a t} = E F_{B E, F F} \times \frac{H G_{P J, y}}{η_{h e a t, B E}}

Table 3

Definition of parameters for baseline emissions (Fossil fuel boiler)

Parameter	Definition	Unit
$B E_{y, h e a t}$	Baseline emissions from annual heat supply by heat pump system	tCO₂-eq/year
$E F_{B E, F F}$	CO₂ emission factor of baseline fossil fuel	tCO₂-eq/GJ
$H G_{P J, y}$	Heat production from heat pump system in project year y	GJ/year
$η_{h e a t, B E}$	Efficiency of heat production facility in baseline scenario	–

다음으로, 전력 소비 배출량( $B E_{y, e l e c}$ )이다. 이는 사업 후 실측된 총 전력 사용량 중 히트펌프 소비 전력을 제외한 세대 사용 전력(가전, 조명 등), 공용부 전력(엘리베이터 등)을 계통에서 공급되었다고 가정하여 계통 전력 배출계수를 곱해 산정하며 식(4)와 같다. 이때 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 4에 나타내었다.

(4)

B E_{y, e l e c} = (E C_{h h, y} + E C_{c o m, y}) \times E F_{g r i d, y}

Table 4

Definition of parameters for baseline emissions from electricity consumption

Parameter	Definition	Unit
$B E_{y, e l e c}$	Annual baseline emissions from electricity consumption	tCO₂-eq/year
$E C_{h h, y}$	Total electricity consumption of the household miscellaneous electricity consumption in project year y	MWh
$E C_{c o m, y}$	Total electricity consumption of the common area electricity consumption in project year y	MWh
$E F_{g r i d, y}$	Grid emission factor for year	tCO₂-eq/MWh

위 식(3), (4)를 종합하면 사업 후 실측값을 통한 베이스라인 배출량은 식(5)와 같다.

(5)

B E_{y} = B E_{y, h e a t} + B E_{y, e l e c}

4.3 사업 배출량 산정

사업 배출량(project emissions, $P E_{y}$ )은 외부사업 실시 후 실제 발생할 것으로 예상되는 온실가스 배출량으로, 태양광-ESS-히트펌프 통합 시스템 가동에 따른 모든 배출원을 포함한다. 사업 배출량은 크게 다섯 가지 구성요소로 나뉜다. 첫째, 히트펌프 운전 전력 소비 배출량( $P E_{y, H P}$ )이다. 히트펌프는 난방과 급탕을 위해 전력을 소비하며, 이는 계통 전력, 태양광 직접 자가소비 전력, 또는 ESS 방전 전력으로 공급된다. ESS 방전 전력은 이미 태양광 발전에서 유래했으므로(주간 잉여 저장), 배출량이 0이다. 따라서 계통 전력 소비분만 배출량으로 산정하며, 식(6)과 같다. 이때 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 5에 나타내었다.

(6)

P E_{y, H P} = (E C_{H P, y} - E C P V_{H P, y} - E C_{E S S, H P, y}) \times E F_{g r i d, y}

Table 5

Definition of parameters for project emissions (Heat Pump)

Parameter	Definition	Unit
$P E_{y, H P}$	CO₂ emission from heat pump operation in year y	tCO₂-eq/year
$E C_{H P, y}$	Total electricity consumption of the heat pump	MWh
$E C P V_{H P, y}$	Amount of solar power directly self-consumed by the heat pump during the day	MWh
$E C_{E S S, H P, y}$	Amount of electricity supplied to the heat pump from ESS discharge	MWh
$E F_{g r i d, y}$	Grid electricity emission factor in year y	tCO₂-eq/MWh

둘째, 백업 가스보일러 연소 배출량( $P E_{y, b a c k u p}$ )이다. 백업 가스보일러는 급탕에 한해 보일러 온도 센서 기준으로 온수 온도가 설정값보다 낮을 경우 자동으로 병행 가동되어 급탕을 보조하며, 식(7)과 같이 나타낼 수 있다. 이때 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 6에 나타내었다.

(7)

P E_{y, b a c k u p} = \sum_{i}^{n} (F C_{i, y, b a c k u p} \times E F_{g a s})

Table 6

Definition of parameters for project emissions (Backup gas boiler)

Parameter	Definition	Unit
$P E_{y, b a c k u p}$	CO₂ emission from backup gas boiler	tCO₂-eq/year
$F C_{i, y, b a c k}$	Annual fuel consumption of backup gas boiler of the i-th household in year y	Nm³
$E F_{g a s}$	Natural gas emission factor	kgCO₂-eq/Nm³

셋째, 세대 기타 전력 소비 배출량( $P E_{y, e l e c, h h}$ )이다. 히트펌프 외에 세대가 사용하는 조명, 가전 등의 전력 소비는 사업 전후 큰 변화가 없으나, 태양광 직접 자가소비와 ESS 방전 전력으로 인해 계통 구매 전력이 감소할 것으로 예상되며, 식(8)과 같다. 이때 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 7에 나타내었다.

(8)

P E_{y, e l e c, h h} = \sum_{i}^{n} (E C_{i, h h, y} - E C P V_{i, h h, y} - E C_{i, E S S, h h, y}) \times E F_{g r i d, y}

Table 7

Definition of parameters for project emissions (Household miscellaneous electricity use)

Parameter	Definition	Unit
$P E_{y, e l e c, h h}$	CO₂ emission from the total household miscellaneous electricity consumption	tCO₂-eq/year
$E C_{i, h h, y}$	Electricity consumption of the household miscellaneous electricity consumption of the i-th household in year y	MWh
$E C P V_{i, h h, y}$	Amount of solar power directly self-consumed by the household miscellaneous electricity consumption of the i-th household in year y	MWh
$E C_{i, E S S, h h, y}$	Amount of electricity supplied to the household miscellaneous electricity from ESS discharge of the i-th household in year y	MWh
$E F_{g r i d, y}$	Grid electricity emission factor in year y	tCO₂-eq/MWh

넷째, 공용부 전력 소비 배출량( $P E_{y, e l e c, c o m}$ )이다. 공용부는 태양광 및 ESS 자가소비의 주요 수혜자로, 주간 엘리베이터, 조명, 펌프 운전 시 태양광 전력을 우선 소비하고, 흐린 날이나 수요 초과 시 ESS 방전 전력을 활용하며 식(9)과 같다. 이때 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 8에 나타내었다.

(9)

P E_{y, e l e c, c o m} = (E C_{c o m, y} - E C P V_{c o m, y} - E C_{E S S, c o m, y}) \times E F_{g r i d, y}

Table 8

Definition of parameters for project emissions (Common Area electricity use)

Parameter	Definition	Unit
$P E_{y, e l e c, c o m}$	CO₂ emission from the common area electricity consumption	tCO₂-eq/year
$E C_{c o m, y}$	Total electricity consumption of the common area electricity consumption	MWh
$E C P V_{c o m, y}$	Amount of solar power directly self-consumed by the common area electricity consumption	MWh
$E C_{E S S, c o m, y}$	Amount of electricity supplied to the common area electricity from ESS discharge	MWh
$E F_{g r i d, y}$	Grid electricity emission factor in year y	tCO₂-eq/MWh

다섯째, 냉매 충진 배출량( $P E_{y, r e f}$ )이다. 히트펌프 외부사업 방법론(03A-020)과 같이 소규모 이하의 감축 사업의 경우, 사업 후 y년도 냉매 충진량( $Q_{r e f, y}$ )은 초기 냉매 충진량에 연간 냉매 누출률을 반영하여 산정한다. 히트펌프는 R-410A 또는 R-32 냉매를 사용하며, 이들은 GWP (지구온난화지수)가 매우 높은 온실가스다. R-410A의 GWP는 2,088이고, R-32의 GWP는 675다. 히트펌프를 포함한 주거용 및 상업용 에어컨의 최대 충진 용량은 0.5 ~ 100 kg이며, 연간 냉매 누출률은 5%로 설정한다²²⁾. 배출량 산정식은 식(10)과 같다. 이때 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 9에 나타내었다.

(10)

P E_{y, r e f} = Q_{r e f, y} \times G W P_{r e f}

Table 9

Definition of parameters for Refrigerant emissions during charging

Parameter	Definition	Unit
$P E_{y, r e f}$	Refrigerant emissions in year y after project	tCO₂-eq/year
$Q_{r e f, y}$	Refrigerant charging amount in year y after project	ton/year
$G W P_{r e f}$	Global Warming Potential of Refrigerant	tCO₂-eq/ton

위 식(6), (7), (8), (9), (10)을 종합하면 사업 후 배출량은 식(11)과 같이 나타낼 수 있다.

(11)

P E_{y} = P E_{y, H P} + P E_{y, b a c k u p} + P E_{y, e l e c, h h} + P E_{y, e l e c, c o m} + P E_{y, r e f}

4.4 온실가스 감축량 산정식

온실가스 감축량(emission reductions, $E R_{y}$ )은 베이스라인 배출량에서 사업 배출량과 누출량을 차감하여 산정될 것이며, 이는 외부사업으로 인한 순 감축 효과를 나타낸다. 최종 온실가스 감축량 산정식은 (12)와 같이 도출되었으며, 식에 사용된 주요 인자에 대한 설명은 Table 10에 나타내었다. 추가 파라미터인 누출량( $L E_{y}$ )은 프로젝트 경계 밖에서 간접적으로 발생하는 배출량으로, 상류 누출량(설비 제조·운송·설치 배출)과 하류 누출량(설비 이전으로 인한 간접 배출)으로 구분된다. 본 연구는 신규 제작 설비를 대상으로 하므로 하류 누출량은 발생하지 않으며, CDM 소규모 외부사업 방법론(AMS-II.D)²³⁾에 따라 재생에너지 기반 시스템의 상류 배출은 보수적 접근으로 누출량에서 제외 가능하므로 본 방법론에서는 $L E_{y}$ = 0으로 설정된다.

(12)

E R_{y} = B E_{y} - P E_{y} - L E_{y}

Table 10

Definition of parameters for Greenhouse Gas (GHG) Emission Reductions

Parameter	Definition	Unit
$E R_{y}$	Greenhouse Gas Emission Reductions in year y	tCO₂-eq/year
$B E_{y}$	Baseline Emissions in year y	tCO₂-eq/year
$P E_{y}$	Project Emissions in year y	tCO₂-eq/year
$L E_{y}$	Leakage Emissions in year y	tCO₂-eq/year

4.5 감축량 시뮬레이션

본 절에서는 광주광역시 실증 대상지의 실제 제원과 설계 파라미터를 4장에서 개발한 방법론에 대입하여 예상 온실가스 감축량을 시뮬레이션한다. 시뮬레이션은 베이스라인 배출량 산정, 사업 배출량 산정, 순 감축량 도출의 3단계로 진행되며, 모든 계산은 연간 기준으로 수행한다.

(1) 입력 파라미터 설정

실증 대상지는 117세대 규모의 개별난방 공동주택으로, 79 m² 세대 105호(90%)와 87 m² 세대 12호(10%)로 구성된다. 현재 사업 시행 이전 단계이므로, 먼저 실증 대상지의 2024 ~ 2025년 실측 데이터를 통해 현 대상지의 전력 및 난방 소비 패턴을 파악한다. 실측 결과 전 세대 연간 전력 소비량은 373,547 kWh (373.547 MWh), 공용부 전력 소비량(수도 펌프, 엘리베이터, 가로등 등)은 26,593.6 kWh (26.594 MWh)로 나타났다. 또한, 연간 도시가스 소비량은 59,496.5 Nm³이며, 이를 에너지법 시행규칙의 순발열량 기준(38.9 MJ/Nm³)으로 환산할 경우 연간 2.314 TJ의 열량 소비로 정의된다. 베이스라인 시나리오의 연간 에너지 소비량은 방법론 4.2절의 ‘(2) 사업 후 실측값을 통한 베이스라인 배출량 산정’ 방식에 근거하여 설정한다. 첫째, 난방·급탕 부문 가스 연소 배출량의 경우, 본 방법론에 따라 사업 후 개별세대 열량계로 실측된 히트펌프의 난방·온수 공급 열량을 기준으로 산정한다. 즉, 사업 전 동일한 열량을 기존 가스보일러로 생산했을 때 소요되었을 가스 소비량을 역산하여 베이스라인을 설정한다. 본 시뮬레이션에서는 히트펌프 또는 히트펌프와 백업보일러가 기존 도시가스 보일러 부하를 전량 대체하는 것으로 가정하므로, 베이스라인 가스 열량 소비량은 실측치에 근거한 2.314 TJ/년으로 설정한다. 둘째, 전력 소비 배출량의 경우, 사업 후 실측된 총 전력 소비량에서 히트펌프 소비 전력을 제외한 세대 기타 전력(가전, 조명 등)과 공용부 전력을 베이스라인 전력 소비로 설정한다. 본 시뮬레이션에서는 사업 전후 가전 및 조명기기의 사용 패턴이 유사하다고 가정하여, 사업 전 실측값인 세대 전력 373.547 MWh/년과 공용부 전력 26.594 MWh/년을 합산한 400.141 MWh/년을 베이스라인 총 전력 소비량으로 설정한다.

통합 시스템 제원은 다음과 같다. 태양광 발전 용량은 240 kW이며, 광주 지역 일사량 조건(연평균 일사량 3.8 kWh/m²/일)과 성능비(Performance Ratio, PR) 86.5%을 보수적으로 설정하면 연간 발전량은 약 288 MWh로 예상된다. ESS는 350 kW/700 kWh 용량의 리튬이온 배터리(LFP)이며, 충·방전 효율은 90%로 설정한다. ESS는 주간 태양광 잉여 전력만 충전하고 심야 전력은 충전하지 않으므로, 화석연료 기반 전력의 간접 배출을 차단한다. 히트펌프 시스템은 공기열(ATW) 340 RT (20 RT × 3대, 40 RT × 7대)로 구성되며, 난방·급탕 부하를 전담한다. 공기열 히트펌프의 성적계수(COP)는 한국산업표준(KS C 9306 등)의 난방 표준 정격 평가 조건(외기 건구온도 7℃)을 준용하여 3.2로 설정하였다.

태양광 발전 288 MWh는 주간에 직접 자가소비되는 부분과 ESS에 저장되었다가 야간·피크 시간대에 방전되는 부분으로 나뉜다. 태양광 직접 자가소비는 발전 시간대와 부하 운전 시간대가 중첩되는 주간(09:00 ~ 17:00)에 발생하며, 주간 히트펌프 운전 전력 수요의 약 40% (80.4 MWh), 주간 세대 기타 전력 수요의 약 30% (112.1 MWh), 주간 공용부 전력 수요의 약 60% (16.0 MWh)가 태양광으로 실시간 공급된다고 가정한다. 이들 합계는 208.5 MWh이며, 나머지 79.5 MWh는 잉여 전력으로 ESS에 저장된다. ESS 충·방전 효율 90%를 고려하면 최대 방전 가능량은 약 71.6 MWh이며, 이는 야간 및 저녁 피크 시간대(18:00 ~ 22:00)에 야간 히트펌프 운전 전력 수요에 30.7 MWh, 야간 세대 기타 전력 수요에 35.3 MWh, 야간 공용부 전력 수요에 5.6 MWh로 배분되어 계통 전력 구매를 최소화한다고 가정한다. 이러한 배분 비율은 실증 기간 중 EMS 모니터링 데이터를 통해 보정될 예정이다.

배출계수는 온실가스종합정보센터의 2024년 승인 국가 온실가스 배출계수 기준을 적용한다. 도시가스(LNG) 배출계수는 2.176 kgCO₂-eq/Nm³이며, 전력 배출계수(소비단)는 0.4541 tCO₂-eq/MWh를 적용한다. 실증 대상 히트펌프 시스템은 기기 사양에 따라 R-410A (GWP = 2,088) 적용 모델과 R-32 (GWP = 675) 적용 모델로 복합 구성되며(IPCC AR4 기준), 전체 설비의 초기 냉매 충진량은 히트펌프 외부사업 방법론(03A-020)과 2006 IPCC 국가 온실가스 인벤토리 가이드라인(Chapter 7, Volume 3, Table 7.9)에 따라 주거용 및 상업용 에어컨(히트펌프 포함)의 최대 충전 용량 범위(0.5 ~ 100 kg) 및 상업용 공기열 히트펌프의 단위 용량당 평균 충진량(약 2.3 ~ 2.4 kg/RT)을 고려하여 약 0.8 ton으로 산정하였다. 기기별 냉매 충진 중량비를 고려한 시스템 전체의 가중평균 GWP는 1,500으로 산정하며, 연간 냉매 누출률은 히트펌프 외부사업 방법론(03A-020)에 따라 5%를 적용한다.

(2) 베이스라인 배출량 산정

베이스라인 배출량은 식(5)를 적용하여 산정한다. 먼저 난방·급탕 부문 배출량( $B E_{y, h e a t}$ )은 연간 도시가스 소비량을 순발열량 기준의 열량 단위(TJ)로 환산한 후, 해당 에너지원의 탄소배출계수를 적용하여 계산한다. 연간 도시가스 소비량 59,496.5 Nm³를 TJ 단위로 환산하면 2.314 TJ이며, 이에 따른 배출량 산정식은 다음과 같다.

$B E_{y, h e a t} = 2.314 TJ / year \times 56.1 {tCO}_{2} - eq / TJ = 129.8 {tCO}_{2} - eq / year$

다음으로 전력 소비 배출량( $B E_{y, e l e c}$ )은 총 전력 소비량 400.141 MWh/년에 전력 배출계수 0.4541 tCO₂-eq/MWh를 곱하여 산정한다.

$B E_{y, e l e c} = 400.141 MWh / year \times 0.4541 {tCO}_{2} - eq / MWh = 181.7 {tCO}_{2} - eq / year$

따라서 베이스라인 총 배출량( $B E_{y}$ )은 129.8 + 181.7 = 311.5 tCO₂-eq/year이다.

(3) 사업 배출량 산정

사업 배출량은 다섯 가지 구성요소로 산정된다. 첫째, 히트펌프 운전 전력 소비 배출량( $P E_{y, H P}$ )이다. 히트펌프가 베이스라인 가스 소비량인 59,496.5 Nm³에 상당하는 열량인 2.314 TJ (순발열량 기준)을 공급한다고 가정한다. 이를 전력 단위로 환산하면 약 642.8 MWh의 열공급 에너지가 필요하며, 히트펌프의 성적계수(COP)를 3.2로 적용할 경우 연간 약 200.9 MWh의 전력이 소비되는 것으로 산정된다. 이 중 태양광 직접 자가소비는 주간 히트펌프 운전 시간대(09:00 ~ 17:00)에 발생하며, 주간 히트펌프 운전 전력 수요의 약 40% (80.4 MWh)가 태양광으로 직접 공급된다. ESS 방전 전력은 태양광 잉여 전력(79.5 MWh)에서 충·방전 효율 90%를 고려한 최대 방전 가능량(약 71.6 MWh) 중 30.7 MWh가 야간·피크 시간대에 히트펌프에 공급된다고 가정한다. 따라서 계통 전력 소비는 200.9 - 80.4 - 30.7 = 89.8 MWh이며, 배출량은 다음과 같다.

$P E_{y, H P} = 89.8 MWh / year \times 0.4541 {tCO}_{2} - eq / MWh = 40.8 {tCO}_{2} - eq / year$

둘째, 백업 가스보일러 배출량( $P E_{y, b a c k u p}$ )이다. 백업 보일러는 난방·급탕 부하의 약 5%를 보조하는 것으로 가정하여 연간 가스 소비량은 2,974.8 m³ (59,496.5 × 5%)로 추정한다. 다만, 실제 사업 시행 후에는 백업 보일러에 설치된 가스 계량기를 통해 월별 소비량을 실측하며, 해당 실측 데이터를 기반으로 사업 배출량을 정산한다.

$P E_{y, b a c k u p} = 2, 974.8 {Nm}^{3} / year \times 2.176 {kgCO}_{2} - eq / {Nm}^{3} = 6.5 {tCO}_{2} - eq / year$

셋째, 세대 기타 전력 소비 배출량( $P E_{y, e l e c, h h}$ )이다. 세대 전력 373.547 MWh 중 주간 세대 기타 전력 수요의 약 30% (112.1 MWh)가 태양광으로 직접 공급되고, ESS 방전 전력 중 35.3 MWh가 저녁 시간대 세대 전력 수요에 공급되므로 계통 전력은 226.1 MWh이다.

$P E_{y, e l e c, h h} = 226.1 MWh / year \times 0.4541 {tCO}_{2} - eq / MWh = 102.7 {tCO}_{2} - eq / year$

넷째, 공용부 전력 소비 배출량( $P E_{y, e l e c, c o m}$ )이다. 공용부 전력 26.594 MWh 중 주간 공용부 전력 수요의 약 60% (16.0 MWh)가 태양광으로 직접 공급되고, ESS 방전 전력 중 5.6 MWh가 공급되므로 계통 전력은 5.0 MWh이다.

$P E_{y, e l e c, c o m} = 5.0 MWh / year \times 0.4541 {tCO}_{2} - eq / MWh = 2.3 {tCO}_{2} - eq / year$

다섯째, 냉매 충진 배출량( $P E_{y, r e f}$ )이다. 초기 충진량 0.8 ton (800 kg), 가중평균 GWP 1,500을 적용하고, 히트펌프 외부사업 방법론(03A-020)에 따라 연간 냉매 누출률 5%를 반영한다.

$P E_{y, r e f} = 0.8 ton / year \times 5 % \times 1, 500 {tCO}_{2} - eq / ton = 60 {tCO}_{2} - eq / year$

따라서 사업 총 배출량( $P E_{y}$ )은 40.8 + 6.5 + 102.7 + 2.3 + 60 = 212.2 tCO₂-eq/year이다.

(4) 온실가스 감축량 도출

본 실증 사업은 대상 공동주택에 설치되어 있던 기존 화석연료 난방 설비를 타 지역 또는 타 사업장으로 이전하여 재사용하지 않으므로, CDM 방법론(AMS-II.E 등)의 기준에 따라 누출량( $L E_{y}$ )은 0으로 설정한다.

$E R_{y} = B E_{y} - P E_{y} - L E_{y} = 311.5 - 212.2 - 0 = 99.3 {tCO}_{2} - eq / year$

따라서 온실가스 감축량( $E R_{y}$ )은 99.3 tCO₂-eq/year 이다. 이는 베이스라인 대비 약 31.9%의 온실가스 감축률에 해당한다. 세대당 연간 감축량은 99.3 ÷ 117 = 0.85 tCO₂-eq/세대/년이며, 10년 크레딧 기간 동안 총 993 tCO₂-eq의 감축량이 예상된다. 감축 효과의 주요 기여 요인은 가스보일러의 히트펌프 전환을 통한 에너지원 대체 효과로 분석된다. 구체적으로 기존 가스보일러 배출량(129.8 tCO₂-eq/year) 대비 히트펌프 운전에 따른 계통전력 배출(40.8 tCO₂-eq/year)과 백업 가스보일러 배출(6.5 tCO₂-eq/year)을 차감한 순 감축량은 82.5 tCO₂-eq 으로 나타났다. 또한 태양광 발전의 직접 자가소비(208.5 MWh)와 ESS 저장·방전을 통한 야간 및 피크 시간대 공급(71.6 MWh)으로 총 280.1 MWh의 계통 전력을 대체하였다. 다만 냉매 누출 배출(60 tCO₂-eq/년)이 감축량의 일부를 상쇄하여, 최종 순 감축량은 99.3 tCO₂-eq/년이다. 저 GWP 냉매(R-32, R-290 등)로 대체 시 추가 감축 여지가 있다. 추후 실증 기간 중 계절별·시간대별 실측 데이터를 확보하여 COP 변동, ESS 충·방전 패턴, 백업 보일러 가동률 등을 보정하면 산정 정확도가 향상될 것으로 예상된다.

5. 결 론

5.1 요 약

본 연구는 공동주택의 태양광-ESS-히트펌프 통합 시스템을 대상으로 온실가스 감축량 산정 방법론을 개발하였다. 기존 외부사업 방법론은 단일 설비 중심으로 설계되어 있어, 재생에너지와 에너지저장장치가 결합된 복합 시스템의 시너지 효과를 정량화하기 어렵고, 공동주택의 세대별 다양한 에너지 사용 패턴과 공용부 전력 소비 구분 등 특수성을 반영하지 못한다는 한계가 있었다. 본 방법론은 이러한 문제를 해결하기 위해 EMS 기반 실시간 전력 흐름 추적 시스템을 활용하여, 태양광 직접 자가소비, ESS 방전 전력, 계통 구매 전력을 세대별·용도별로 구분하여 산정한다. 베이스라인은 가스보일러 난방·급탕과 계통 전력 100% 의존 시나리오로 설정하고, 사업 배출량은 히트펌프 운전, 백업 보일러, 세대 기타 전력, 공용부 전력, 냉매 충진으로 세분화하여 계상한다. 특히 ESS가 태양광 잉여 전력만 충전하도록 제어되므로, ESS 방전 전력은 배출량 0으로 처리하여 재생에너지 자가소비율 극대화 효과를 정확히 반영한다.

개발된 방법론을 광주광역시 117세대 규모 실증 대상지에 적용한 시뮬레이션 결과, 베이스라인 배출량은 311.5 tCO₂-eq/년, 사업 배출량은 212.2 tCO₂-eq/년으로 산정되어, 연간 99.3 tCO₂-eq (약 31.9%)의 온실가스 감축량이 도출되었다. 이는 세대당 연간 0.85 tCO₂-eq, 10년 크레딧 기간 동안 총 993 tCO₂-eq의 감축에 해당한다. 감축 효과의 주요 기여 요인은 가스보일러의 히트펌프 전환을 통한 1차 에너지 절감, 태양광 자가소비를 통한 계통 전력 대체, ESS 저장·방전을 통한 피크 시간대 계통 전력 대체로 분석되었다.

5.2 실증 검증 및 확장 연구 계획

향후 통합 시스템 구축이 완료되면 광주광역시 실증 단지에서 1년 이상 실시간 모니터링을 실시하여 본 방법론의 실효성을 검증하고 실측 데이터 기반 온실가스 감축량을 도출할 계획이다. 아울러 계절별·시간대별 감축량 변동성 분석, 전기요금 및 KOC 가격 시나리오 경제성 분석, 다양한 규모와 난방 방식을 가진 공동주택으로의 방법론 확장 가능성 검토를 수행할 예정이다. 특히 실증 데이터 확보 후에는 시간대별 COP 변화와 ESS 운전 패턴을 반영한 보정계수를 추가하여 통합 시스템의 시너지 효과를 정량화하고, 실증 기반의 동적 산정 로직을 보완할 계획이다. 또한 학술적 확장 연구 차원에서는 시간대별 한계배출계수(MEF, Marginal Emission Factor)를 활용한 정교한 분석을 병행하여, 피크 시간대 계통 전력 대체 효과를 보다 정밀하게 평가할 필요가 있다. 본 방법론은 2050 탄소중립 달성을 위한 건물 부문 감축 이행 수단 및 환경부 외부사업 제도를 통한 KOC 획득 경로로 활용 가능하며, 공동주택 그린 리모델링 정책 실효성 강화와 지자체 온실가스 감축 이행, 신재생에너지 보급 정책 효과성 제고에 기여할 것으로 기대된다.

Acknowledgements

본 연구는 기후에너지환경부(MCEE)와 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(No. RS-2025-02633213).

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Journal of the Korean Solar Energy Society ISSN:1598-6411(Print) 2508-3562(Online) 한국태양에너지학회 논문집

Preview

A Study on the Methodology for Estimating Greenhouse Gas Reduction in Apartment Complexes Using Solar Power, ESS and Heat Pumps

ABSTRACT

MAIN

Fig. 1

Perspective view of the Demonstration Apartment

Fig. 2

Conceptual Diagram of Integrated System for Demonstration Apartment

(1)

Table 1

Definition of parameters for baseline emissions from natural gas consumption

(2)

Table 2

Definition of parameters for baseline emissions from electricity consumption

(3)

Table 3

Definition of parameters for baseline emissions (Fossil fuel boiler)

(4)

Table 4

Definition of parameters for baseline emissions from electricity consumption

(5)

(6)

Table 5

Definition of parameters for project emissions (Heat Pump)

(7)

Table 6

Definition of parameters for project emissions (Backup gas boiler)

(8)

Table 7

Definition of parameters for project emissions (Household miscellaneous electricity use)

(9)

Table 8

Definition of parameters for project emissions (Common Area electricity use)

(10)

Table 9

Definition of parameters for Refrigerant emissions during charging

(11)

(12)

Table 10

Definition of parameters for Greenhouse Gas (GHG) Emission Reductions

Acknowledgements

References