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제목 : 미국에 설치된 유틸리티 규모 태양광 발전 시스템의 업데이트된 수명 주기 평가

                (An Updated Life Cycle Assessment of Utility-Scale Solar Photovoltaic Systems Installed in the United States)

본 보고서에서 평가된 6가지 주요 사례에 대한 LCA 결과

* (CED) PV 시스템을 제조, 설치 및 유지 관리하는데 필요한 에너지와 PV 시스템이 폐기될 때 PV 시스템 수명이 끝날 때 처리하는 데 필요한 에너지를 포함하여 PV 시스템의 전체 수명 주기 동안 소비된 총 에너지

* (GHG 배출 지표) 제조, 설치, 유지 관리 및 수명 종료 처리를 포함하여 PV 시스템의 수명 동안 배출되는 탄소(및 기타 온실 가스)

* (EPBT) PV 시스템이 전체 수명주기 동안 필요한 것과 동일한 양의 에너지를 생성하는데 필요한 시간(CED와 동일)

* (CPBT) PV 시스템이 설치된 그리드에서보다 탄소 집약적인 전력을 대체하여 수명 주기 동안 배출되는 탄소 및 GHG의 양을 상쇄하는 데 필요한 시간

목표 및 시스템 설명

미국의 탈탄소화 목표를 충족하기 위한 태양광 발전(PV)의 높은 배치 목표와 지구 온도 상승을 제한하기 위해 남아 있는 제한된 탄소 예산을 고려할 때 PV 시스템 수명 주기 에너지 사용 및 온실가스 배출에 대한 정확한 계산이 필요하다.

우리는 누적 에너지 수요(CED), 온실가스(GHG) 배출량, 에너지 회수 시간(EPBT), 탄소 회수 시간(CPBT) 등 4가지 주요 LCA 지표에 대한 결과를 분석하고 제시하였다.

시나리오 검토

이 LCA에서는 수입된 PV 모듈 공급망을 기반으로 하는 3가지(저탄소 수입, 고탄소 수입 및 평균 수입 비교), 잠재적인 국내 PV 모듈 공급망을 기반으로 하는 3가지의 6가지 주요 제조 옵션을 고려하였다. (표 참조)

6개 사례 모두에 대해 수명 종료(EOL) 처리에 대한 민감도 분석을 조사하여 현재 및 미래의 관리 옵션(매립, 부분 재활용 및 가상의 고회수 재활용)을 파악하였다.

결과

(CED 결과) CED는 0.1 이하의 MJoil-eq/MJUPV 비율을 보여 주며, 이는 1차 에너지 자원의 효율적인 사용(1:1 비율 미만)을 입증한다.

CED는 저탄소 수입 공급망에 비해 저탄소 미국 공급망의 경우 약간 더 높은데, 이는 1차 에너지 수요가 더 큰 미국의 원자력 의존도가 높기 때문이다.

반대로, 미국 공급망 전체의 온실가스 배출량은 수입 공급망의 온실가스 배출량보다 낮다.

(킬로와트시(kWh)당 GHG 배출량 결과) GHG per kWh는 10~36g의 이산화탄소 환산량(g CO2e) 범위에 있으며, 이는 NREL 및 국제 에너지 기구 태양광 발전 시스템 프로그램(International Energy Agency Photovoltaic Power Systems Program)에서 발표한 이전 결과와 일치하거나 그보다 낮다.

또한, 6가지 주요 사례 중 절반이 세계전자협의회(Global Electronics Council)에서 제정한 태양광 PV 모듈에 대한 저탄소 에코라벨 요건(kWdc당 630kg CO2e 미만)을 충족한다.

그러나 저탄소 미국(국내)만이 "초저탄소" 환경 라벨 기준(kWdc당 400kg CO2e 미만)을 충족한다.

해석

LCA 결과 해석을 통해 아래 그림에 표시된 EPBT에 대한 투자회수 시간 추정치가 산출되었다. EPBT는 공급망 및 설치 위치에 따라 미국에서 0.5~1.2년으로 다양하게 결정되었다.

CPBT는 공급망 및 설치 위치에 따라 미국에서 0.8년에서 거의 20년까지 다양한 것으로 나타났다.

기준이 되는 평균 수입, EOL시 부분 재활용 사례는 2.1년의 CPBT를 갖는 것으로 결정되었으며, 이는 최근 문헌의 추정치(일반적으로 >2년)의 최저치에 해당한다.

미국에 설치된 100MWdc UPV 시스템의 에너지 회수 시간

(A) 애리조나 주 피닉스에 설치된 저탄소 수입모듈

(B) 캔자스주 프레도니아에 설치된 가중평균 수입모듈

(C) 워싱턴 주 시애틀에 설치된 고탄소 수입모듈