서 론
연구의 배경 및 목적
가정부문 취사에너지 사용량 및 전력화 관련 연구 동향
연구 대상 및 방법
연구 대상
연구 방법
취사기기의 전력화
취사기기 전력화 세대 의 증가 추세
세대별 취사에너지 사용량
세대별 취사에너지 사용량
취사에너지 사용량에 대한 외부 여건의 영향
계절에 따른 취사에너지 사용량 변화
냉방도일에 따른 여름철 취사에너지 사용량 변화
난방도일에 따른 겨울철 취사에너지 사용량 변화
세대 구성에 따른 취사에너지 사용량
취사기기의 전력화 세대 변화
결 론
서 론
연구의 배경 및 목적
2030년 NDC 목표달성과 2050 탄소중립 달성을 위하여 대한민국 정부에서는 2021년 10월 2050 탄소중립 시나리오 안, 2030 국가 온실가스 감축목표(NDC) 상향안을 발표하고, 2023년 3월에는 국가 탄소중립 녹색성장 기본계획을 발표하는 등 전환, 산업, 건물, 수송 등 각 분야별로 온실가스 감축을 위한 다양한 수단을 제시하고 있다(Korean government, 2021a, 2021b). 건물부문은 기준년도인 2018년 총 179.2 백만톤 CO2eq의 온실가스를 배출하여 국가 총 배출량의 24.6%를 차지하였고, 이중 직접부문의 배출량은 52.1백만톤 CO2eq이었다. 2050년 시나리오를 살펴보면, 건물부문에서는 최종 배출량이 6.2백만톤 CO2eq으로 현재 사용되고 있는 화석연료의 대부분은 감축하거나 청정 전력에너지 및 신재생 에너지 등으로 전환되고, 2050년 가정부문 도시가스 최종소비량의 50%만이 계속 사용되는 것으로 계획되어 있다. 2021년 최종에너지 사용량 기준으로 건물부문에서는 총 46,129천 TOE의 에너지가 사용되었으며, 이중 석탄류, 석유류, 도시가스 등 화석연료는 20,052천 TOE를 차지하였다(MOTIE, 2022). 건물부문에서 사용된 화석연료 중 11,104천 TOE는 가정부문에서 사용된 도시가스로 화석연료의 사용 비중은 가정부문에서 사용되는 도시가스에 집중되어 있으며 이는 대부분 직접적인 열공급이 필요한 난방, 급탕, 취사에 사용되고 있는 것으로 판단된다. 건물의 에너지 성능이 향상됨에 따라 난방과 급탕에너지 사용량은 지속적으로 감소하고 있는 것으로 평가(Choi et al., 2017)되고 있는 반면 취사에너지의 현황 및 특성에 대한 연구 및 감축 정책 등은 다소 부족한 실정이다. 국가 목표는 가정부문의 경우 2050년까지 도시가스 사용량을 큰 폭으로 감축시키는 것으로 결정된 상황이며, 이에 따라 취사용으로 사용되는 도시가스의 많은 부분 다른 에너지원으로의 교체가 불가피 하다. 현재 제안되고 있는 대안은 청정에너지로 생산된 전기, 신재생 에너지 직접 사용, 수소 혼합 도시가스 등이 있다. 이중 가장 활발한 취사에너지원의 전환이 이루어지고 있는 것은 인덕션 등 전기레인지로 가정 부문의 취사에너지가 전기로 전환되는 비율이 가장 높다. 전기 취사기기는 환경친화성, 안전성, 편리성, 건강 등에서 가스 취사기기에 비하여 인식이 더 좋게 나타나(Lee, 2019) 향후 보급 확대가 예상된다. 그러나 현재 사용되고 있는 전기 취사기기는 그 사용 전기가 청정에너지에 의해 생산되지 않는 경우가 대부분이기 때문에 친환경적인 방법이거나 온실가스 저감에 기여한다고 단정하기는 힘든 실정이다. 또한 건물부문에서 사용되는 전기를 더욱 증가시키는 역할을 할 수 있어 전력 수급적인 관점에서의 접근도 필요하다. 이에 본 연구에서는 가정부문의 취사에너지 사용 특성을 분석하여 향후 취사에너지의 감축과 전기 및 신재생 에너지로의 전환을 위한 자료를 제공하고자 하였다.
가정부문 취사에너지 사용량 및 전력화 관련 연구 동향
미국에서는 가정부문의 취사에 약 63%가 전기를 이용하고 있어(Hager and Morawicki, 2013), 전기 생산에 대한 부담이 있으며, 공격적인 전기화는 일일 최대 전력 수요를 높여 결국 가구에서의 에너지 비용 지출을 증가시킬 수 있다고 분석되었다(Fournier et al., 2020).
국내 가정부문에서의 취사에너지 사용량을 개별난방 단지의 취사용 가스 사용량으로 분석한 연구에서는 취사에너지 사용량이 단지 전체 사용량의 약 3.9%를 차지하는 것으로 분석되었을 뿐 아니라(Kim and Song, 2014), 전기 취사 에너지 소비량과 가스 취사 에너지 소비량 데이터의 분석을 통해 평균적으로 가스취사 가구가 전기취사 가구 대비 약 6배 많은 취사용 열량을 소비하는 것으로 분석된 결과나(Im and Kim, 2020), 전기레인지의 자체 효율은 가스레인지에 비하여 높다는 연구 결과(Kim et al., 2021)등에 따라 취사에너지를 전력화할 경우 전력 공급에 큰 차질이 없을 것으로 판단할 수 있으나 가정부문의 전기 사용량을 지속적으로 증가하고 있으며(Lee et al., 2010), 건물 부문외에도 산업과 수송부문에서도 전기화가 이루어질 것으로 예상되므로(MOTIE, 2023) 전력 수급 취사에너지의 전력화를 위한 전략이 필요하다.
한편 국내 가정용 전기 요금 체계는 소비부문 에너지 절약과 저소득층 보호를 목적으로 누진제를 적용하고 있으며, 이에 따라 전기 요금은 3단계로 구분되고 최저와 최고간의 누진율은 2.7배이다. 또한 7월과 8월에 해당하는 하절기 요금과 그 외에 해당하는 기타계절로 나누어 계절적 영향을 반영하고 있다. 또한 부득이하게 전기 사용량이 많을 수 밖에 없는 대가족, 3자녀 이상 가구 등에 대해서는 할인 제도를 시행하고 있다. 기후환경요금, 연료비조정요금 등 기타 요금과 할인을 제외한 전기 요금은 Figure 1에 나타낸 바와 같이 200 kWh까지는 여름과 그 외 계절의 요금이 같으나 그 이상에서부터는 여름 요금이 저렴하다. 가정부문의 누진 전력요금 체계 , 계절별 요금 차별화, 대가족 등 요금 할인 정책은 가정부문에 대한 에너지 수요와 공급을 고려하여 만들어졌다. 향후 주거부문에서의 에너지가 전력화 되거나 탈탄소화 될 경우에도 전력과 마찬가지로 그 수요와 공급에 대한 예상이 필요하며, 이에 따라 화석연료의 비중이 높은 취사의 경우도 취사에너지의 수요에 영향을 미치는 특성에 대한 분석이 필요하다.
연구 대상 및 방법
연구 대상
공동주택의 취사에너지 사용량을 평가하기 위하여 중부지방의 공동주택 1개 단지를 대상으로 2015년~2021년의 월별 도시가스 사용량을 분석하였다.
대상 공동주택은 사용승인 년도가 2000년인 건물로 10~20층 높이의 13개 동으로 구성되어있으며, 전용면적은 85.0 m2, 84.9 m2, 84.7 m2의 3가지 타입으로, 구성 세대 간의 면적 차이는 거의 없었고, 총 세대 수는 1,000세대이다. 실거주 공동주택을 대상으로 분석을 진행하였기 때문에 분석 기간인 7년간 입주민의 전출입이 있었을 것으로 생각되나, 이를 확인하는 것은 어려웠다. 따라서 취사용 가스 사용량이 6개월 이상 없는 세대를 제외하고 분석을 진행하였으며, 그 수는 720세대였다.
연구 방법
대상 공동주택은 도시가스를 이용한 중앙난방방식으로 난방 및 급탕을 사용하고 있어 각 세대에서 사용하는 도시가스는 취사에너지에 사용하는 것으로 볼 수 있었다(Ji et al., 2017).
각 세대의 세대원에 따른 취사에너지 사용량 분석은 설문조사를 실시한 결과를 활용하였으며, 설문조사에 응답한 세대는 416개 세대였다. 설문조사는 2021년에 이루어졌으며, 이에따라 세대의 특성에 따른 분석은 2021년에 한정하여 진행하였다.
취사기기의 전력화
취사기기 전력화 세대 의 증가 추세
취사용 도시가스 사용량이 없는 기간이 6개월을 넘는 경우에는 취사기기를 전기기기로 교체한 것으로 판단하였으며, 전력화로 판단된 세대라 하더라도 이후에 다시 가스 사용량이 발생하는 경우 전출입에 의한 것으로 취급하여 전력화 세대에서 제외하여 취사기기를 전력화한 세대의 비율을 산출하였다. Figure 2에 나타낸 바와 같이 2015년 상반기에 3.9%였던 전력화 세대는 이후 지속적으로 증가하였으며, COVID-19가 시작된 2020년 초부터 전력화 비율이 기존에 비하여 더욱 증가하였다. 2021년 말 22.6%까지 증가하였음을 알 수 있었으며, 지난 7년간의 추세를 고려하면 향후 취사기기의 전력화는 지속될 것으로 판단된다.
세대별 취사에너지 사용량
세대별 취사에너지 사용량
세대별 취사에너지 사용량 분석을 분석하기 위하여 도시가스를 사용하는 720세대를 대상으로 세대별 에너지 사용량을 분석하였다. 취사에너지 사용량은 재실자의 행태에 따른 영향이 있으며, 이러한 행태는 사회의 변화에 따라 영향을 받을 것으로 생각되어 2015년부터 2021년까지를 대상으로 연도에 따라 취사에너지 사용량이 유의한 차이를 보이는지 확인하기 위하여 일원배치분산분석을 실시하였다. 분석 결과, 연도에 따라 취사에너지 사용량이 유의한 차이를 보이는 것으로 나타났다(F=27.170. p<.001). 취사에너지 사용량이 유의한 차이를 보임에 따라 Scheffe의 사후분석을 실시하였다. Table 1에 나타낸바와 같이 분석 결과, 2015년(M=81.264) 보다 2016년(M=77.313), 2017년(M=74.707), 2018년(M=71.312), 2019년(M=68.649), 2020년(M=73.631), 2021년(M=70.608)이 낮은 것으로 나타났다. 또한 2016년(M=77.313) 보다 2018년(M=71.312), 2019년(M=68.649), 2020년(M=73.631), 2021년(M=70.608)이 낮은 것으로 나타났다. 한편 2017년(M=74.707) 보다 2019년(M=68.649), 2021년(M=70.608)이 낮은 것으로 나타났으며, 2020년(M=73.631) 보다 2019년(M=68.649)이 낮은 것으로 나타났다.
Table 1.
Cooking Energy Consumption per Household by Year
Figure 3과 같이 취사에너지는 지속적으로 감소되어 2019년 취사에너지 사용량은 2015년에 비하여 5년 사이에 15.5%가 감소하여 연평균 3%이상 감소하였다. 2020년에는 다시 증가하였으나 이는 COVID-19에 따른 재실자의 생활패턴 변화에 따른 것으로 생각되며, 2021년 다시 감소한 것은 기존 패턴 변화에 의한 것인지 COVID-19 방역완화에 의한 것인지 파악하기는 어려웠다. 다만, COVID-19의 영향 이전까지의 사용량 변화를 살펴보면 기존 대비 취사에너지 사용량은 지속적으로 감소되고 있는 추세임은 확인 할 수 있었다. 2019년 기준 세대당 월간 취사에너지 사용량은 68.65 kWh로 도시가스 협회의 취사 기준 사용량 143.33 kWh (Korea City Gas Association, 2023)와 기존 연구 결과인(Kim and Song, 2014) 73.44 kWh (10.38 kWh/m2y)보다 적게 나타났다.
취사에너지 사용량에 대한 외부 여건의 영향
계절에 따른 취사에너지 사용량 변화
계절에 따라 취사에너지 사용량이 유의한 차이를 보이는지 확인하기 위하여 7개년의 계절별 평균 취사에너지 사용량으로 일원배치분산분석을 실시하였다. 분석 시 계절 구분에서는 가을은 봄과 유사한 것으로 판단되어 봄, 여름, 겨울 3계절로 정의하였다. 분석 결과, 계절에 따라 취사에너지 사용량이 유의한 차이를 보이는 것으로 나타났다(F=40.841. p<.001). 취사에너지 사용량이 유의한 차이를 보임에 따라 Scheffe의 사후분석을 실시하였다. 분석 결과, 봄(M=71.123), 여름(M=72.345) 보다 겨울(M=78.961)이 높은 것으로 나타났다. 계절에 따른 취사에너지 사용량 변화 분석 결과는 Table 2에 나타낸 바와 같다.
또한 연도별 사용량에서 보이듯이 COVID-19에 따른 재실자의 생활 패턴 변화가 2020년과 2021년의 취사에너지 사용량에 영향을 제외하기 위하여 2015년부터 2019년 까지의 계절에 따른 취사에너지 사용량 차이를 확인하였다. 분석 결과, 계절에 따라 취사
Table 2.
Differences in Cooking Energy Consumption by Season
에너지 사용량이 유의한 차이를 보이는 것으로 나타났다(F=36.975. p<.001). 취사에너지 사용량이 유의한 차이를 보임에 따라 Scheffe의 사후분석을 실시하였다. 분석 결과, 봄(M=71.098), 여름(M=72.857) 보다 겨울(M=80.400)이 높은 것으로 나타났으며, 그 차이는 COVID-19의 영향을 포함한 것보다 크게 나타났다. COVID-19의 영향과 관계 없이 겨울에는 봄과 여름보다 취사에너지 사용량이 증가하는 것으로 나타났으나 Figure 4에 나타낸 바와 같이 각 세대별 상황 파악이 계절 내에서의 편차가 크게 나타나는 것에 대한 해석은 어려웠다.
냉방도일에 따른 여름철 취사에너지 사용량 변화
취사에너지는 앞서 분석되었듯이 봄과 여름에 겨울보다 적게 사용됨을 확인하였으나, 해당 계절 중 외기온도에 따른 사용량 변화가 있는지에 대한 검토가 필요하다. 이에 먼저 냉방도일이 여름철 취사 에너지 사용량에 미치는 영향을 확인하기 위하여 2015-2021년을 대상으로 단순회귀분석을 실시하였다. 분석 결과, 회귀모형이 통계적으로 유의한 것으로 나타났으며(F=14.613, P<.001), 회귀모형의 설명력은 약 0.3%로 나타났다(R²=.003). 한편, Durbin-Watson 통계량은 2.039로 2에 근사한 값을 보여 잔차의 독립성 가정에 문제가 없는 것으로 나타났다. 회귀계수의 유의성 검정 결과, 냉방도일은 여름철 취사 에너지 사용량에 부(-)의 유의한 영향을 미치는 것으로 나타나(β=-0.054, p<.001), 냉방도일이 높을수록 여름철 취사 에너지 사용량이 낮은 것으로 나타났다.
COVID-19의 영향을 배제한 결과를 확인하기 위하여 2015-2019년을 분리하여 단순회기분석을 별도로 실시하였다. 분석결과 21년까지의 분석과 마찬가지로 회귀모형은 통계적으로 유의한 것으로 나타났으며(F=17.577, P<.001), 회귀모형의 설명력은 2020년과 2021년을 포함했을 때 보다 다소 높은 약 0.5%로 나타났다(R²=.005). Durbin-Watson 통계량은 2.026으로 잔차의 독립성 가정에 문제가 없었으며, 회귀계수의 유의성 검정 결과에서는 냉방도일이 여름철 취사 에너지 사용량에 미치는 영향이 미미하지만 더 크게 나타났다(β=-0.070, p<.001). 냉방도일에 따른 여름철 취사에너지 사용량 영향 분석은 Table 3과 같이 정리하였다.
여름철 취사에너지 사용량은 외기온도가 높을수록 감소하지만 그 설명력이 매우 낮은 것으로 나타났으며, 이에 따라 취사에너지 사용량이 계절에 따른 차이는 있으나 외기온도에 민감하게 반응하지는 않는 것으로 분석되었다.
Table 3.
Variation in Cooking Energy Consumption by Cooling Degree Days
난방도일에 따른 겨울철 취사에너지 사용량 변화
여름철 분석과 마찬가지로 난방도일이 겨울철 취사 에너지 사용량에 미치는 영향을 확인하기 위하여 단순회귀분석을 실시하였다. 분석 결과, 회귀모형이 통계적으로 유의한 것으로 나타났으며(F=4.384, P<.05), 회귀모형의 설명력은 약 0.1%로 나타났다(R²=.001). 한편, Durbin-Watson 통계량은 2.047로 2에 근사한 값을 보여 잔차의 독립성 가정에 문제가 없는 것으로 나타났다. 회귀계수의 유의성 검정 결과, 난방도일은 겨울철 취사 에너지 사용량에 정(+)의 유의한 영향을 미치는 것으로 나타나(β=.029, p<.05), 난방도일이 높을수록 겨울철 취사 에너지 사용량이 높은 것으로 나타났다. 냉방도일에 의한 영향 평가와 마찬가지로 난방도일에 의한 영향도 COVID-19의 영향을 배제하기 위하여 2015-2019년을 분리하여 단순회기분석을 별도로 실시하였다. 분석 결과, 회귀모형이 통계적으로 유의하지 않은 것으로 나타났으며(F=.353, P>.05), 회귀모형의 설명력은 약 0.0%로 나타났다(R²=.000). 겨울철 난방도일에 따른 취사에너지 사용량 분석결과는 Table 4에 나타낸 바와 같다. 겨울철 취사에너지 사용량은 외기온도가 낮을수록 증가하지만 그 설명력이 매우 낮은 것으로 나타나 겨울철의 취사에너지 사용량 역시 외기온도에 민감하게 반응하지는 않는 것으로 분석되었다.
Table 4.
Variation in Cooking Energy Consumption by Heating Degree Days
세대 구성에 따른 취사에너지 사용량
취사기기의 전력화 세대 변화
가구 내에서 사용되는 에너지는 가구원수에 따른 영향을 받을 수 있으므로 가구원수가 취사 에너지 사용량에 미치는 영향을 확인하기 위하여 단순회귀분석을 실시하였다. 분석 결과, 회귀모형이 통계적으로 유의한 것으로 나타났으며(F=11.946, P<.01), 회귀모형의 설명력은 약 0.9%로 나타났다(R²=.009). 한편, Durbin-Watson 통계량은 1.803으로 2에 근사한 값을 보여 잔차의 독립성 가정에 문제가 없는 것으로 나타났다. 회귀계수의 유의성 검정 결과, 가구원수는 취사 에너지 사용량에 부(-)의 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다(β=-.097, p<.01). 분석 결과는 Table 5 및 Figure 5와 같다.
Table 5.
Results of Analysis of the Impact of Household Vharacteristics (Number of Household Members) on Cooking Energy Consumption
| Independent variable | B | S.E. | β | t | p |
| (constant) | 72.925 | 3.946 | - | 18.480 | 0.000 |
| Number of occupants | -3.969 | 1.148 | -0.097 | -3.456 | 0.001 |
| F=11.946 (p=0.001), R²=0.009, Durbin-Watson=1.803 | |||||
가구원의 수에 따른 취사에너지 사용량에 대한 영향을 파악하기 힘들었으며, 이는 가구원 수보다 가구원의 생활 패턴에 따라 취사 패턴과 에너지 사용량이 결정되는 것으로 생각된다.
결 론
건물부문에서 사용되는 화석연료 중 가장 큰 비중을 차지하는 에너지원은 도시가스이며, 도시가스가 가장 많이 사용되는 건물은 공동주택이다. 공동주택에서 사용되는 화석연료는 주로 난방, 급탕, 취사의 용도로 사용되고 있으며, 이 중 난방과 급탕은 지속적인 규제 강화로 그 사용량이 감소하고 있는 반면 취사 에너지 사용에 대한 규제나 정책은 부족했다. 이에 본 연구에서는 향후 취사에 사용되는 에너지원의 친환경화 및 사용량 저감을 위하여 취사에너지 사용량을 분석하고 취사에 영향을 주는 인자를 파악하기 위하여 중부지방 1,000세대 단지를 선정하여 2015년부터 2021년까지의 에너지 사용량을 분석하였다.
(1)2015년 이후 전기를 이용한 취사기기 사용 세대는 지속적으로 증가하여 2021년 말에는 전체 세대 중 약 22.6%의 세대가 전기 취사기기를 사용한 것으로 파악되며, 이 증가세는 지속적으로 이어질 것으로 판단된다. 향후 전력화에 추세를 예측하기 위한 세대 내의 가구원 구성, 취사 기기 사용자의 특성 등의 분석 등이 필요할 것으로 사료된다.
(2)중부지방의 보급형 주택 규모의 세대에서는 월간 약 70 kWh의 취사에너지를 사용하는 것으로 분석되었으며, 그 양은 감소되는 추세로 2015년 대비 2019년 약 15%가 감소하였다. 이는 향후 취사에너지 공급에 대한 부담은 다소 줄어들고 있음을 의미한다.
(3)취사에너지 사용량은 계절적 영향을 받아 하절기에는 동절기에 비하여 약 9.5% 적게 나타났다. 다만 계절간의 차이는 분명하였으나 계절 중 외기온도에 따른 영향은 크지 않은 것으로 분석되었다.
(4)가구원 수는 취사에너지 사용량에 큰 영향을 주지 않는 것으로 분석되었다. 이는 가구원의 수보다는 재실자의 구성에 따라 재실 시간 및 식사 패턴의 차이에 따른 것으로 생각된다.
본 연구는 취사에너지에 영향을 주는 인자를 분석하여 향후 취사에 사용되는 에너지의 탈탄소화 시 활용할 수 있는 기초 데이터를 제공하였다. 화석연료 사용의 비중이 큰 취사에너지 사용량의 감소와 정부의 정책 없이도 증가하는 취사기기의 전력화는 건물부문에서의 탄소 발생을 감축시키는 요인으로 작용하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 가정용 취사기기의 전력화는 지속될 것으로 예상되며, 이에 따라 본 연구에서 제시한 취사에너지 사용량은 향후 건물부문에 추가적인 전력 및 신재생 에너지량을 파악하는데 사용할 수 있을 것으로 기대된다. 향후 중부지방 외의 지역에 대한 분석과 세대원 구성에 따른 추가 연구를 통하여 가정부문의 취사에너지 사용에 대한 더욱 폭 넓은 분석이 필요한 것으로 사료된다.
