오클라호마 대학의 연구에서는 기후 변화로 인해 도시 건물 에너지 소비가 크게 변화할 것으로 예측하고 있으며, 이는 강력한 완화 전략과 에너지 효율성 개선의 필요성을 강조하고 있습니다. 연구원들은 평균 기후 온난화의 각 단계마다 미국 도시의 건물을 냉각하는 데 필요한 에너지가 13.8% 증가할 가능성이 있다는 것을 발견했습니다.
최근 Nature Communications 저널에 게재된 오클라호마 대학교 조교수 Chenghao Wang이 주도한 연구는 기후 변화의 영향으로 도시 환경에서 도시 규모의 건물 에너지 소비가 어떻게 진화할 것인지에 대한 중요한 질문을 탐구합니다.
화석 연료는 미국 도시 중심부의 모든 건물 에너지 사용의 약 40%를 차지하며, 미국 에너지 정보청(U.S. Energy Information Administration)은 미국 도시의 주거용 및 상업용 건물이 주요 에너지 소비자(39%)와 온실가스 배출원(28%)에 속한다고 보고합니다. 도시의 미래 에너지 사용을 이해하는 것은 기후 변화 완화 전략을 개발하고, 에너지 효율성을 개선하고, 에너지 및 환경 규제, 정책 및 인센티브 프로그램을 개발 및 구현하고, 미래 기후와 극한 기후 조건에 대한 우리 사회의 회복력과 적응성을 높이는 데 중요합니다.
이전 연구 및 현재 연구 목표
"이전 연구는 국가 또는 주 차원의 에너지 사용이 미래 기후 변화에 어떻게 대응할 것인지 추정하는 데 큰 진전을 이루었습니다."라고 그는 말했습니다. "그러나 도시 규모에 대한 이해에는 여전히 큰 격차가 있습니다. 전 세계 도시가 야심찬 지속 가능성 목표를 향해 노력함에 따라 도시 규모의 에너지 사용에 대한 보다 세부적인 이해가 필수적입니다."
연구팀에는 국립재생에너지연구소의 Janet Reyna와 Henry Horsey, 홍콩대학교의 Song Jiyun, Shi Dachuan 및 Zhou Yu, 칠레 산티아고대학교의 Sarah Feron, 스탠포드대학교의 Ouyang Zutao와 Robert Jackson, 중국 삼협대학교의 Li Ying 등이 포함되어 있습니다.
그들은 모델 시뮬레이션과 결합 모델 상호 비교 프로젝트(CMIP6) 데이터 세트의 최신 미래 기후 예측을 사용하여 인접한 미국의 277개 도시를 연구했습니다. 그들은 다양한 기후 온난화 시나리오와 두 가지 전력 부문 시나리오를 포함하여 네 가지 가능한 기후 온난화 시나리오를 고려했습니다.
Wang Chenghao는 "전력 부문 시나리오 중 하나에서는 미래에 탄소 정책이 시행되지 않을 것이라고 가정하지만, 2023년 바이든 미국 대통령이 발표한 탄소 무공해 목표와 유사하게 전력 부문이 2050년까지 급속히 탈탄소화하고 순제로 탄소 배출을 달성한다고 가정하는 시나리오도 포함합니다"라고 말했습니다.
연구 결과 및 시사점
미래 기후 변화에 따른 도시 건물 에너지 사용의 변화를 연구하기 위해 Wang Chenghao 팀은 에너지 사용 강도(EUI)라는 측정 기준을 사용했습니다. EUI는 연간 평방피트당 에너지 소비량이며 건물이 소비하는 총 에너지를 총 바닥 면적으로 나누어 계산합니다.
"기후 변화로 인해 2050년대에는 도시 규모의 건물 EUI가 2010년대와 비교하여 고르지 않게 변할 것으로 예상됩니다. 전력 EUI의 가장 큰 증가는 주로 남부, 남서부, 서부 및 남동부에서 발생하며 최대 7.2% 증가합니다."
그들은 따뜻한 계절과 가장 더운 날 동안 전기 EUI의 증가가 특히 북서부 지역에서 연중 변화보다 훨씬 클 것임을 발견했습니다. 이러한 차이의 주된 이유는 따뜻한 미래에는 에어컨 채택과 공간 냉방을 위한 에너지 사용이 더 높아질 것이기 때문입니다. 온난화 정도에 따라 도시 수준의 평균 냉방 EUI는 13.8% 증가합니다.
Wang은 "도시의 여름철 최고 건물 전력 소비 EUI는 평균 10.1%에서 37.7%로 증가한 것으로 나타났습니다. 그러나 일부 도시의 증가는 110%를 초과할 것입니다. 이를 위해서는 더 높은 그리드 용량과 극심한 폭염 정전을 견딜 수 있는 더 강력한 능력이 필요합니다"라고 Wang은 말했습니다.
또한 팀은 발전, 송전 및 배전 중 에너지 손실을 고려하여 도시 건물에서 사용되는 에너지원의 잠재적인 변화를 평가했습니다.
Wang은 "전력 부문의 탈탄소화는 미래 도시 건물의 에너지원 소비를 억제하는 데 매우 효과적이지만, 핵심은 건물에서 화석 연료의 직접 연소를 더욱 줄이는 것"이라고 말했습니다. "간단히 말하면, 우리는 미래의 도시 건물을 신속하게 전기화해야 합니다."