연료전지

2012. 12. 7. 12:27 자료공유/신재생 에너지

 신 재생에저지는 재생에너지와 신에너지로 분류된다. 재생에너지는 8개로 태양열, 태양광, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 지열, 폐기물 에너지이다. 신 에너지는 3개로 수소에너지, 연료전지, 석탄액화가스이다. 재생에너지 중 몇 개는 신 재생에너지 카테고리에 포스팅 되어 있으니 참고하기 바란다.

 

 

 

 

 신 에너지 중 연료전지에 대해 소개하고자 한다. 연료전지의 최종생성물은 물이다. 가장 무공해적 재생에너지라 할 수 있다.

 

 

 

1. 기본원리

 

 

 연료전의 기본원리는 수소와 산소가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학반을 통하여 직접전기에너지로 변화시키는 고효율 무공해 발전장치다. 연료전지는 연료극과 공기극으로 나뉘어진다. 나중에 그림을 통해 자세히 설명하겠다. 연료극(anode)에 수소, 공기극(cathode)에 산소가 공급되고 물의 전기분해 역반응을 통해 산소이온과 수소이온이 결합하여 전기, 물, 빛을 생성한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  연료전지 반응과정에 대해 좀 더 자세히 알아보면,

 

 

 

 

 

 

 

1. 연료극에 공급된 수소가 수소이온과 전자로 분리된다. 연료전지는 산화반응을 통해 전자를 내어놓고, 환원반응을 통해 전자를 받아들이는 전기화학적 기초를 바탕으로 진행된다.

 

 

 

 

2. 수소이온은 전해질을 통해 공기극으로 이동하고, 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동한다.

 

3. 공기극에서 수소이온과 산소이온이 만나 최종산물인 전기, 물, 빛을 생성한다.

 

 

 

참고로, 전류는 (+)에서 (-)으로 흐르고, 전자는 그 반대로 흐른다.  

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 연료전지 발전 시스템

 

 

 

 

 

 

 

 

연료전지 발전 시스템은 개질기, 연료 단위전지, 전력변환기(Inverter) 등으로 구성된다. 각각의 역할에 대해 알아보면, 개질기는 천연가스, 메탄올 등을 수소가 많은 연료로 변화시킨다. 연료 단위전지는 전해질을 포함한 판, 연료극, 공기등으로 구성되면 통상 0.6~0.8V의 낮은 전압이 발생된다. 전력변환기 연료전지에서 나오는 DC전류를 가정에서는 사용하는 AC전류로 변화시키는 장치이다.

 

 

      *아래는 연료전지의 종류와 특성에 대한 표이니 참고하기 바란다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 현재 연료전지는 전기자동차의 배터리를 대체하는 수송용 동력원을 비롯하여 이동 및 비상용 전원, 군사용 전원등으로 활발히 개발중이다. 하지만 연료전지는 재료의 물리적 한계와 동작에 따른 고열발생 등으로 인해 상용화되지 못하고 있다. 따라서 기존 구성재료의 한계를 극복하기 위한 새로운 소재기술 개발이 절실히 필요하다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

참고 사이트

1. energynatura.org

2. howeng.co.kr

3. amenews.kr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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개질기, 공기극, 물의 전기분해, 양극, 연료극, 연료전지, 음극, 전력변환기

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태양전지에 대한 논의, 기본원리

2012. 11. 30. 13:49 자료공유/신재생 에너지

 

  태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변화시키는 반도체 소자다. 한국은 반도체 강국으로써, 충분히 발전된 반도체산업을 기반으로 태양전지 사업을 확장시켜 나갈 수 있다. 그러나 현재 태양전지 사업에 박차를 가하고 있는 곳은 현대중공업 뿐이다. 반도체 산업의 대표주자라 할 수 있는 삼성과 LG는 태양전지 사업에 뛰어들지 않고 있다. 왜냐면 사업이라는 것이 일단 경제성이 보장되어야 한다. 투입되는 시간과 돈만큼의 수익이 창출되어야 한다. 삼성과 LG는 태양전지를 개발하지 않더라도 현재 개발한 반도체분야만으로도 막대한 수익을 거둘수 있으며, 거두고 있다. 굳이 태양전지 사업에 뛰어들 필요가 없다는 것이다. 그렇다 하더라도 태양전지는 정부가 추진 중인 4대 신성장 동력 에너지의 하나기 때문에 태양전지발전 산업에 대한 투자는 계속 증가될 것으로 생각된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

그러면 태양전지에 대해 간단하게 알아보자

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 태양전지는 크게 실리콘 태양전지와 화합물 태양전지로 나누어진다. 현재 상용화되어 널리 쓰이고 있는 것은 실리콘 태양전지다. 아래의 산업별 태양전지 분류표다. 목록중에 CIGS계 화합물 박막형 태양전지는 광흡수계수가 가장 높아 얇은 층으로도 고효율의 성능을 낼 수 있다. 이러한 이유때문에 요즘 각광받고 있다. 참고하기 바란다.

 

 

 

 

 

 

 실리콘 태양전지는 태양에너지를 전자에너지로 변화시키는 반도체로써 P층과 N층으로 나누어진다. P-N 결합에서 P층은 정공, 즉 전자가 빠져간  빈자리에 전공이 생성되어 있는 것이 특징이며 N층은 전자를 많이 가지고 있다. 여기서 하나 알아둘 것은, 전자가 흐르기 위해서는 두가지 조건이 필요하다. 첫째자유전자가 많아야 한다. 두번째, 정공이 존재해야 한다. 전자가 들어갈 자리가 있어야 전자의 이동이 쉽게 이루어진다는 것이다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 실리콘(Si)에 자유전자를 많이 가진 5족 원소 인, 비소, 안티몬 등을 N층에 첨가시키고, 전공을 보유한 3족 원소 붕소, 칼륨등을 P층에 첨가시킨다. 참고로, 전자의 이동은 음극(-)에서 양극(+)으로 이루어지지만 전류는 그 반대 방향으로 흘러간다. 태양에너지를 의해 P층에 전자가 발생되고, 발생된 전자는 빈자리를 채우면서 전자-정공 쌍을 만들어 N층으로 넘어가게 된다. 이때, 전류가 발생된다.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 태양전지 제조 기술은 신뢰성 및 에너지변환 효율 향상, 저가화에 초점을 두고 진행되고 있다. 태양광 발전 시스템 설비비의 40%를 태양전지가 차지하고 있어, 태양전지의 저가화는 시급히 해결되어야 할 문제다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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3족원소, 5족원소, 붕소, 실리콘 태양전지, , 자유전자, 정공, 칼륨, 태양전지, 화합물 태양전지

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해양에너지

2012. 11. 27. 21:59 자료공유/신재생 에너지

해양 에너지 자료 다운로드 (유료):

http://www.happycampus.com/doc/11635196/

 

 

 

해양 에너지

 

1.해양 에너지

   1)정의

  해양에너지는 해양의 조수·파도·해류·온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 기술로써 전기를 생산하는 방식은 조력·파력·조류·온도차 발전 등이 있다.

 

   2) 분류 

      (1) 에너지원별 분류 : 조력발전, 조류발전, 파력발전, 해양 온도차발전, 해수 염도차발전 등

     - 종류별 입지조건

 

구 분

입지조건

조력발전

평균조차 : 3m이상 폐쇄된 만의 형태, 해저의 지반이 견고, 에너지 수요처와 근거리

파력발전

자원량이 풍부한 연안육지에서 거리 30미만 수심 300m미만의 해상항해, 항만 기능에 방해되지 않을 것

조류발전

조류의 흐름이 2m/s 이상인 곳

조류흐름의 특징이 분명한 곳

온도차발전

연중 표·심층수와 온도차가 17이상인 기간이 많을 것

어업 및 선박 항행에 방해되지 않을 것

 

(2) 기술적 분류

   가) 후보지 해양특성 평가 및 예측 기술

   나) 에너지 직접, 추출, 변환 기술

   다) 발전 시스템 기술

   라) 해양 구조물 설계 및 시공기술

   마) 발전기 및 전력 변환 기술

   사) 환경영향분석 및 피해저감기술

 

3) 해양 에너지 SWOT 분석

 

강점(Strength)

약점(Weakness)

지리적 우수성

고급 연구인력 보유

산업체 시공경험 풍부

발전기, 전력변환장치, 증속기등 연구 인력풍부

외국 설계/시공사례 , 단기간에 선두그룹 진입가능

국내 시장 활성화시, 해외 시장 선점 가능

국제 표준화 활동을 선도함으로써, 시장 주도권 확보 가능

해양발전 잠재량 우수

기회(Opportunity)

위협(Threat)

기술개발 적용사례 미미, 경험

발전 터빈에 대한 국내 기술수준 낙후

B/C비율이 유동적, 초기투자비 ,

단기간 회수 불가능

대용량 전력변환기술 연구 부족

  자체기술 개발에 대한 필요성을 인지하지 못하는 분위기

건설경기 침체로 인한 투자 여력 낮음

현재 수준으로는, 시공기술개발과 활용에 많은재원이 소요됨에 반해 에너지 생산량

상용 운전 발전소 모델 미흡

해양E 개발에 대한, 국내의 불리한 규제, 표준

국내의 지리적 우수성

- 남해안은 조력조류발전의 우수한 입지 조건을 갖추고 있으며, 총 해양에너지 부존량은 1,400

kW 이상

 

구분

조력

조류

파력

부존량

650

100

650

1400

 

 

 

2. 해양 에너지 종류별 특성

   1) 조력 발전

     (1)발전 방식

조석이 발생하는 하구나 만을 방조제로 막아 해수를 가두고, 수차발전기를 설치하여 외해와 조지내의 수위차를 이용하여 발전하는 방식이다

 

 

      (2) 단점

             ①장 점

- 조력발전은 발전을 하는 지점이 결정되면 그 지점에 있어서 조위(潮位)의 변화를 예측 할 수 있다.

- 청정에너지이다.

 

          단 점

- 얻어지는 유효낙차가 적고, 또한 조위의 변화가 연간을 통하여 균일하지 않으며, 조위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없다는 문제점들이 있다.

      - 간만의 차가 심해야 하므로 지역적으로 한정된 장소에만 적용할 수 있다

 

          (3)국내 현황

                 ① 시화호 조력 발전소 개요

-발전시설 용량: 254MW(수차 발전기 10, 세계최대 규모)

-발전 방식: 단류식 창조 발전(밀물 때 낙차이용)

-연간발전량: 552GWh (하루평균 8.8시간 발전시, 소양감댐의 1,56, 국내 연간 전력 소비량

0.09%)

-연간 이산화 탄소 저감 효과 315000t

 

 

 

 


 

 

 

 

         (4)국외 현황

- 프랑스 : 랑스 조력발전소

발전용량 : 240MW (1MWx 24, 벌브형)

연간발전량 : 540GWh(‘68년부터 상용 가동중 )

평균조차 : 8.5m

전체방조제 길이 : 750m

 

프랑스 랑스 조력발전소 전경

 

 

 

 

 

 

 

2) 조류 발전

       (1) 방식

조류의 흐름이 빠른 곳을 선정하여 그 지점에 수차발전기를 설치하고, 자연적인 조류의 흐름을 이용하여 설치된 수차발전기를 가동시켜 발전을 하는 방식이다.

 

 

 

조력 발전 원리

 

 

(2) 특징

- 조류발전은 풍력발전과 같이 유체의 운동에너지를 이용하여 터빈을 회전시켜 전기를 생산하게 되는데 바람대신 해수의 흐름을 이용한다.

- 유체흐름에 의한 에너지는 유속에 지수함수로 증

가하기 때문에 유속이 큰 곳이 조류발전에 절대적으로 유리하다.

- 조류발전 터빈은 터빈의 회전방향에 따라서 수평축터빈과 수직축터빈으로 분류되며, 수평축인 경우 일방향 흐름, 하천과 같이 일정한 흐름을 유지하는 경우에 적용이 유리하고, 수직축인 경우는 조류와 같이 흐름의 방향이 변하는 경우에 유리하다.

- 다만 수평형은 대부분 발전기가 물 속에 위치해 유지보수가 어렵고 프로펠러에 이물질이 낄 수 있다는 단점이 있다. 반대로 수직형은 수면 위에 발전기가 있어 대형 구조물이 필요하고 선박운행에 방해가 될수 있다.

 

(3) 단점

- 발전에 필요한 수차발전기만을 설치하기 때문에 비용이 적게 드는 장점이 있다.

- 적지를 선정하는데 어려움이 있고 발전을 적절히 조절할 수 있는 조력발전에 비해 자연적인 흐름의 세기에 따라 발전량이 좌우 된다는 단점이 있다.

 

 

          (4)국내 현황

                - 울돌목 조류 발전소

 

 

 

 

 

 

 

 

3) 파력 발전

   (1) 발전 방식

 바닷가에 가면 파도가 쉴사이 없이 육지쪽으로 밀려오고 있는 것을 볼 수 있다. 파도 때문에 수면은 주기적으로 상하 운동을 하며, 물입자는 전후로 움직인다. 이 운동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전운동 또는 축방향 운동으로 변환시킨 후, 전기에너지로 변화시키는 것을 파력발전이라 한다.

 

 

   (2) 발전 분류

파랑의 운동에너지를 1차 변환하는 방식에 따라 여러 가지로 분류할 수 있으나, 중요한 것으로는 수면에 떠있는 부체가 파랑의 운동에 의하여 상하 또는 회전운동을 하도록 하여 발전기를 회전시키는 가동물체형 방식과, 파랑의 작용에 의하여 공기실 내의 수위가 변동함에 따라 공기실 내의 공기가 압축, 팽창될 때 노즐을 통하여 발생하는 공기흐름으로 터빈을 돌려 발전하는 진동수주방식이 있다.

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

    (3) 국내현황

         -제주도 파력 발전소

 

 

 

 

 

      (4) 해외현황

 

- 포르투갈과 영국이 합작하여 펠라미스를 만들었다. 포르투갈 정부는 펠라미스를 조만간 상용화해 35만 가구에 전력을 공급하는 것을 목표로 하고 있다.

 

- 프랑스 국립과학개발연구원(CNRS)파력발전개발연구팀이라는 독립 연구소를 만들어 펠라미스와 비슷한 실험을 하고 있다. 2010년에 프랑스 인근 바다에서 직접 실험한 뒤 상용화한다는 계획이다. 바다 표면에 거대한 부표를 띄워 파도의 힘을 바다 속 터빈으로 연결하는 것으로 알려져 있다. 물은 공기보다 밀도가 1000배나 높기 때문에 바다 속 터빈은 풍력발전보다 훨씬 더 많은 전력을 생산할 수 있다.

 

 

 

 

 

4) 해수온도차

 

     (1) 발전 방식

 해양 표층과 심층간의 섭씨 20도 전후의 수온차를 이용하는 발전 방법으로서, 표층의 온수로 암모니아, 프레온 등의 끊는 점이 낮은 매체를 증발시킨 후 심층의 냉각수로 응축시켜 그 압력차로 터빈을 돌려 발전하는 방식이다. 

 

 

                     (2)국외 현황

 

- 온도차 발전은 열대지방에서 일부 상용화가 진행된 상태다. 상아 해안으로 유명한 서아프리카 아비잔에서는 30℃ 가량의 표층수를 -25기압으로 감압해 증기를 발생시킨 뒤 여기서 7MW의 전력과 1만4000톤의 담수를 얻고 있다. 이 발전소는 프랑스 민관합작 회사인 해양에너지 개발공단에 의해 건설됐다.

 

- 프랑스가 남태평양 타히티 섬에 5MW급 온도차 발전소를 건설할 예정이며 영국이 10MW급 해상 발전소 건설사업을 추진하는 등 온도차 발전의 상용화는 예상보다 빠르게 진행될 것으로 보인다.

 

 

 

              (3)국내

우리나라는 동해안에서 심층수가 본격 개발되고 있고 온대성 쿠로시오 난류가 이 일대와 남해안을 지나 비교적 적합한 조건을 갖춘 것으로 알려져 있다. 그러나 계절적 편차가 심해 개발착수까지는 신중한 접근이 필요하다는 전문가들의 지적이다.

 

 

 

       5) 해수 염도차

 

 해수와 담수가 만날 때 발생하는 압력을 이용하여 전기를 생산하다. 해수와 담수 사이에 멤브레인 필터를 넣으면 삼투압 현상으로 담수가 해수로 이동하게 되는데, 이때의 압력을 이용하여 전력을 생산하는 방식이다.

 

 

 

 

          6) 해류 발전

 육상에서 바람을 이용하여 거대한 풍차를 돌리는 것처럼 바다 속에 큰 프로펠러식 터빈을 설치, 해류를 이용하여 이를 돌려 전기를 일으키게 하는 것이다.

 



 

3. 해양에너지에 대한 고찰

 

 

 해양에너지는 대규모로 개발이 가능한 무한한 재생에너지자원으로서 오염문제가 없는 무공해에너지 자원이며 미래의 유망 에너지 자원이다. 70년대 두 차례의 오일쇼크 이후 심각한 에너지파동을 겪은 세계 각국은 각종 대체에너지 개발방안을 강구 중에 있고 특히 자연에너지로서 가치가 재인식되고 무한한 에너지 자원인 해양에서 필요한 에너지를 얻기 위해 노력하고 있다. 우리나라는 에너지 최빈국으로 에너지 해외의존도가 약 97%, 380여 억불을 에너지 수입에 소비했고 또한 세계 10위권의 온실가스 배출국이기도 하다. 최근 해외에너지 자원 확보를 위한 노력이 국가 차원에서 이루어지고 있기는 하나 그 성과는 아직 미한 정도이고, 수입 원유의 상당부분을 중동지역에 의지하고 있는 형편에서 에너지자원의 확보문제는 우리나라가 당면한 가장 시급한 과제가 아닐 수 없다. 다행히 우리나라의 서․남해역은 조력 ․ 조류에너지 개발여건이 아주 높은 것으로 평가되고 있고 자원량도 조력에너지 부존량 약 650만 kW, 조류에너지 부존량은 약 100만 kw 정도로 추산되고 있어 대체에너지로서의 개발 가치가 높다.  앞으로 본격적인 해양에너지 개발시대가 우리 앞에 열리기를 기대해 본다.

 

 

 

 

참고 사이트

 

1. 조선일보 http://news.zum.com/articles/292196

2. http://blog.daum.net/_blog/BlogTypeMain.do?blogid=0Z8gQ#ajax_history_home

3. http://article.joinsmsn.com/news/article/article.asp?total_id=3607875&cloc=

4. http://www.kps.or.kr/storage/webzine_uploadfiles/345_article.pdf

5 한국 해양 과학 기술원 http://www.kiost.ac/kordi_web/main/main.jsp

6. http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=chmyr&logNo=80053984999

7. http://cont2.edunet4u.net/~lsb9014/haeyangen.htm

8. http://curlyapple.egloos.com/4755093

 

 

해양 에너지 자료 다운로드 (유료):

http://www.happycampus.com/doc/11635196/

 


 

 

 

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시화호, 울돌목, 제주도 파력발전소, 조력발전, 조류발전, 파력발전, 펠라미스, 해수염도차, 해수온도차, 해양에너지

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바이오 에너지.

2012. 11. 14. 21:57 자료공유/신재생 에너지

바이오 에너지 자료 다운로드(유료):

http://www.happycampus.com/doc/11647411/

 

 

 

바이오 에너지

1. 바이오 에너지 정의

▹ 태양광을 이용하여 광합성 되는 유기물(주로 식물체) 및 동 유기물을 소비하여 생성되는 모든 생물 유기체(바이오매스)의 에너지를 바이오에너지라 한다.

▹ 바이오에너지 생산기술이란 동 생물 유기체를 각종 가스, 액체 혹은 고형연료로 변환하거나 이를 연소하여 열, 증기 혹은 전기를 생산하는데 응용되는 화학, 생물, 연소공학 등을 일컫는다.

 

 

 

참고) 바이오매스(Bio-mass)란?

태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체,균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체를 일컬는다. 따라서 바이오매스자원은 곡물, 감자류를 포함한 전분질계의 자원과 초본, 임목과 볏짚, 왕겨와 같은 농수산물을 포함하는 셀룰로오스계의 자원과 사탕수수, 사탕무와 같은 당질계의 자원은 물론 가축의 분뇨, 사체와 미생물의 균체를 포함하는 단백질계의 자원까지를 포함하는 다양한 성상을 지님 이들 자원에서 파생되는 종이, 음식 찌꺼기 등의 유기성폐기물도 포함한다.



 

2. 바이오 에너지 종류

1) 바이오 디젤

(1)개요

콩기름 등의 식물성 기름을 원료로 해서 만든 바이오연료로 바이오에탄올과 함께 가장 널리 사용된다. 보통 메탄올을 이용해 3가의 지방산에 글리세롤이 결합한 트라이글리세리드로부터 글리세롤을 분리한 다음, 지방산에스터를 만들어 내는 에스테르 교환방법을 통하여 만든다. 이때 만든 바이오디젤이 바로 지방산 메틸에스테르(FAME)이다.

(2)생산 공정

① 바이오디젤의 생산과정은 트랜스에스테르화 공정(Transesterification Process)과 바이오디젤 정제공정(Biodiesel Refining Process)으로 구분할 수 있다.② 트랜스에스테르화 단계에서는 원료인 식물성 오일과 메탄올을 촉매와 함께 적정한 온도와 압력에서 반응을 시키고 이 과정을 통하여 생성된 메틸에스테르와 글리세린은 분리시켜 각각 정제공정을 거쳐 바이오디젤과 글리세린 제품으로 생산된다.

 

 

 

 

(3) 장 ‧ 단점

1) 장점

① 국내 자급이 가능하고,재생가능한 식물자원(바이오매스)에서 생산되므로 에너지자원의 고갈 문제가 없고,폐식용유 등 폐자원을 유효 활용할 수도 있다.

② 공정의 전 주기(Life cycle)에서 볼 때, 연료 사용에 의해 배출된 CO2는 바이오매스의 생산과정(식물의 광합성)에서 회수되므로 CO2의 순 배출량이 대단히 적다.

③ 산성비의 주범인 SOx를 전혀 배출하지 않고, 함산소연료(산소 10% 이상)이므로발암물질인 입자상물질 등을 크게 저감할 수 있다.

④ 세탄가가 경유보다 높아 압축착화엔진에 그대로 적용이 가능하며, 경유와 20%정도 혼합 사용하는 경우에는 기존 엔진이나 연료 인프라를 그대로 사용할 수 있고 출력이나 연비 변화도 거의 문제시되지 않는다.

⑤ 윤활성이 좋기 때문에, 경유의 저황화에 따른 윤활성 저하 대책으로 사용할 수 있다.(1%첨가에 30%의 윤활성 향상)

⑥ 벤젠 등을 배출하지 않아서 독성이 적고, 생분해도가 높아서(3주 이내에 90% 이상 분해), 유출시 환경오염이 적은 등 여러 장점이 있다.

 

 

항목

B100

B20

미연탄화수소(THC)

-36.7 %

-7.3 %

황산화물(SOx)

-100 %

-17.6 %

질소산화물(NOx)

+8.9 %

+1.8 %

일산화탄소(CO)

-46.2 %

-9.3 %

입자상물질(PM)

-68.1 %

-13.6 %

오존발생잠재도(OFP)

-50 %

-10 %

발암성 방향족화합물(PAH)

-80 %

-13 %

질화 발암성방향족화합물(nPAH)

-90 %

-50 %

Life Cycle CO2 저감량

-78.45 %

-15.66 %

▲ 바이오 디젤의 공해 저감효과 출처 : 미국 NREL

 

2) 단점

①경유보다 점성이 높아서 연료분사 인젝터의 막힘이나 실린더 내 카본퇴적이 증가한다.

②한냉 시 유동성 저하에 따른 냉시동성의 악화 등을 유발할 수 있다.

 

 

 

(4)산업 현황 및 전망

① 해외

국가

생산량(천톤)

시장규모(억원)

독 일

1,035

8,280

미 국

581

4,648

프랑스

348

2,784

이탈리아

320

2,560

▲바이오 디젤 주요 국가별 시장 규모

 

 

② 국내

가.바이오 보급 실적 및 전망

 

 

 

 

시장규모

중장기 보급계획으로 BD7로 혼합비율이 해마다 0.5%증가, 시장규모는 2020년 2조원으로 확대

시장환경

향후 오일 피크 이론에 따라 유가 다시 고공행진 가능성

미국 정부의 의지등에 따라 국제적인 온실가스 감축 노력에 가속 전망

정유사

혼합비율 확대에 따라 바이오 디젤 거부감 감소예상

안정적인 공급능력을 갖춘 대형 BD업체와 전략적 파트너 관계 구축

원료수급

대두유 원료 퇴조하고 팜오일이 주력 원료로 부상

비식용 원료(예:자트로파)의 시장 진입

선진국 중심으로 해조류/미세조류 바이오 디젤 상업화, 국내 연구 가속화 예상

 

1세대 바이오 디젤 기술

- 지방산 에스테르화

2세대 바이오디젤기술

-열분해&합성가스

수소에너지 시대

 

 

 

 

 

▷농작물의 유지를 원료로 사용

▷당분 및 목질부분 사용불가

▷알코올과 촉매 필요

 

▷농작물 전체를 원료로

사용

▷모든 탄화수소 사용

▷알코올 촉매 등 불필요

 

▷합성가스를 연료전지 원료로

사용

▷2세대 바이오디젤 기술로

수소의 생산 및 활용 가능

 

 

(5) 문제점

- 자동차 배출가스의 유해물질 저감을 위해서는 바이오디젤의 배합비율이 높아져야 하는데 바이오디젤은 엔진을 부식 시키는 특성이 있어서 엔진의 고장을 유발할 가능성이 있다.

- 오래 저장하는 경우 변질될 위험이 있다.

- 바이오디젤을 생산하기 위해서는 많은 양의 식물자원이 필요한데, 이를 재배하기 위한 토지를 확보하기 어렵고, 기후 변화에 따라 생산량의 변동이 있어 가격의 안정성을 확보하기 어렵다는 등 사용량을 늘리는데 한계가 있다.



 

 
 

2) 바이오 에탄올

(1) 개요

사탕수수·밀·옥수수·감자·보리 등 주로 녹말작물을 발효시켜 차량 등의 연료 첨가제로 사용하는 바이오연료이다.

 

(2) 제조 과정

 대표적인 원료는 사탕수수·밀·옥수수·감자·보리·고구마 따위의 녹말 작물이다. 바이오매스 안에 있는 탄수화물을 글루코스(포도당)로 전환시킨 뒤, 다시 포도주나 양조 맥주를 발효시키는 것과 비슷한 발효과정을 거쳐 만든다.

 

 

 

(3) 장·단점

 

 

장 점

단 점

▷일반 대중에 잘 알려져 있으며 독성이 적다.

▷유기 배출물의 반응성이 낮다.

▷유독 공해물질 배출량이 적다.

▷엔진 효율이 높다.

▷CO2 배출이 적다.

▷황, 질소 성분을 함유하고 있지 않다.

▷재생가능 바이오매스 자원으로부터 생산이 가능하다.

▷현재 기술로는 가격이 비싸다.

▷원료 공급원의 제한이 있다.

▷식용 알코올로 전용될 소지가 있다.

▷부피당 열량이 가솔린 대비 1/3 정도 작아 연료통이 커진다.

▷ 저온 시동성이 나쁘다.

 

 

 

 

 

 

 

 

(4) 현황 및 사업전망

① 해외

 

 

3) 바이오 가스

(1)개요

미생물의 작용에 의하여 유기질 폐기물에서 생성되는 메탄가스. 이것을 이용하여 발전이나 열 에너지원으로 사용한다. 바이오가스 생성 시스템으로는, 소규모의 것으로 축산물 쓰레기용 메탄 발효 장치 등이 이용되고 있고, 대규모의 것으로 전력 소비량이 많은 제지·펄프 공장 등에서 이용되고 있다.

 

 

(2) 생산 원리

바이오가스 생산 공정으로 투입된 유기물은 공정운전에 손상을 줄 수 있는 이물질을 제거, 분쇄, 혼합하여 혐기성 소화조로 유입하며, 혐기성 소화조 내에서의 메탄생산 단계는 기능적으로 서로 다른 미생물에 의해 세단계로 구분된다.

 

 

 

첫 번째 단계 :복합 고분자 유기물이 가수분해 미생물에 의해 단순 단위화합물로 쪼개지는 가수분해(hydrolysis) 단계이고, 두 번째는 단순 단위화합물이 메탄생성의 원료로 사용되는 각종 휘발성지방산, CO2, H2를 생산하는 산생성(acetogenesis) 단계, 마지막으로 전 단계에서 생산된 산물을 이용하여 CH4를 생산하는 메탄생성(methanogenesis) 단계로 구분한다.

 

 
 

 

 

(3) 산업 현황 및 전망

① 국내

    가. 바이오 가스 산업 활성을 위한 정책 및 법 제도수립

- 정부는 2009년 3월 신재생에너지사업의 보급 확대와 관련 기술개발 등을 위해 바이오가스 및 석유가스, 나프타부생가스, 합성가스 등을 도시가스에 포함시키는 관련법(도시가스사업법 제2조)을 개정됐다.



- 정부는 저탄소 녹색성장의 일환 및 국가비전으로 ‘폐자원에너지화사업’을 제시함과 함께 2009년 7월 ‘폐자원 및 바이오매스 에너지대책’을 수립, 2020년까지 폐자원 에너지화 사업에 총 3조4565억원을 투자한다는 계획을 발표. 여기엔 바이오매스, 바이오가스, 석탄가스 등도 포함된다.

나. 국내 바이오가스 연료화 추진 현황

- 환경문제의 심화와 석유자원의 고갈위기로 인한 국제유가 상승, 교토의정서 발효에 의한 온실가스 감축의무 본격화는 바이오가스 개발에 대한 중요성을 증대되고 있다

- 2009년에 바이오메탄서울(주)이 주축이 되어 선진국의 기술·자본 유치를 통해 물재생센터(하수처리장)의 하수처리 과정에서 발생하는 바이오가스를 정제해 CNG버스 등 CNG차량에 사용하고 있다.

- 2011년 9월 인천환경공단 가좌하수처리사업소가 자체 하수처리장 소화조의 음식물쓰레기와 하수슬러지를 정제하여 발생된 바이오 메탄(CH4)을 이용한 연료화 사업을 추진 중이다.

-인천 수도권매립지관리공사에서도 2011년 6월 자동차연료용 바이오가스 공급에 착수했다. 기존의 CNG보다 저렴한 가격으로 공급이 가능해 앞으로 시장 활성화는 가속화 될 전망이다.

 

② 국외

- (주)글로벌인포메이션은 BCC Research가 최근 "바이오가스 업그레이드 : 기술과 세계 시장 (Biogas Upgrading: Technologies and Global Markets)" 보고서를 발행했다고 밝혔다. "바이오가스 업그레이드 : 기술과 세계 시장" 보고서에서는 세계 바이오가스 에너지 변환 시스템 시장 규모가 2011년 1억 2,540만 달러를 기록하고, 이후 연평균 성장률(CAGR) 22%로 성장해, 2016년 3억 3,850만 달러에 도달할 것으로 내다봤다.

 

세계의 바이오가스 에너지 변환 시장은 북미, 유럽, 아시아 태평양, 기타 지역의 4개 지역으로 분류되며, 각 지역 시장 규모에 대한 전망은 아래와 같다.

 

지역

2011(5millions)

2016(5millions)

CAGR%

2011-2016

북미

1.5

2

5.9

유럽

92.7

250.5

22

아시아 태평양

30.1

83.9

22.8

기타지역

1.1

2.1

13.8

 

 

4)BTL 디젤

 

 

 

 

 

 

 

3. 바이오 에너지 기술

  1) 분류

 

 

대 분류

중 분류

내 용

바이오액체연료

생산기술

연료용 바이오

에탄올 생산기술

당질계, 전분질계, 목질계

바이오디젤 생산기술

바이오디젤 전환 및 엔진적용기술

바이오매스 액화기술

(열적전환)

바이오매스 액화, 연소, 엔진이용기술

바이오매스

가스화기술

혐기소화에 의한

메탄가스화 기술

유기성 폐수의 메탄가스화 기술 및 매립지 가스 이용기술 (LFG)

바이오매스 가스화기술

(열적전환)

바이오매스 열분해, 가스화, 가스화발전 기술

바이오 수소 생산기술

생물학적 바이오 수소 생산기술

바이오매스생산,

가공기술

에너지 작물 기술

에너지 작물 재배, 육종, 수집, 운반, 가공 기술

생물학적 CO2 고정화 기술

바이오매스 재배, 산림녹화, 미세조류 배양기술

바이오 고형연료 생산,

이용기술

바이오 고형연료 생산 및 이용기술

(왕겨탄, 칩, RDF(폐기물연료) 등)

 

 

2) 최근 바이오 기술

(1) 지금까지 바이오매스자원을 이용하여 주로 연료(eg. bio-ehyanol, hydrogen etc.)나 화학원료(eg. organic acid, other platform chemical) 생산기술은 석유자원(protrochemical feedstocks)를 이용한 화학적 합성공정에 의존하였으나 이로 인한 환경문제 및 자원고갈등의 문제가 대두되었다. 따라서 이러한 공해 유발형 및 고에너지 소비형 화학원료 생산공정을 재생가능한 자원(renewable feedstocks)인 바이오매스(biomass)를 이용한 생물공학적 발효공정으로 대체하여 탈공해 및 저공해의 청정생물공학기술(green- biotechnology)을 이룩하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

 

(2) 생물유기체(바이오매스)를 구성하는 탄수화물은 석유를 구성하는 탄화수소와 마찬가지로 이론적으로는 화학, 생물공학기술을 응용하여 우리 일상생활에 쓰이는 거의 모든 화학제품을 만들 수 있다.

예) 미국의 카킬사(Cargill corp.)는 네바라스카 주에 건설된 Biorefinery에서 옥수수를 원료로 Lactic acid(젖산)를 포함한 수개의 화학제품과 생분해성 플라스틱인 Polylactic Acid를 생산하기 시작 이와 같은 바이오 매스를 이용한 범용 화학제품의 생산은 비 연료유용 석유(나프타)의 소비를 절약할 뿐만 아니라 공정자체의 에너지소비를 줄일 수 있어 석유소비를 절감하며, 유화계 플라스틱 등을 대체하여 환경오염을 저감시킨다.

 

참고) Biorefinery 기술이란?

(목질계 바이오연료/ 및 화학원료 생산기술)

- 식물체 등 바이오매스를 원료로 BT(Bio-Technology)를 이용하여 바이오 연료류(에탄올,부탄올,아세톤 등)와 화학원료(젖산,숙신산)를 만드는 기술과 이를 실현한 플랜트를 말한다.

 
 

 

 

 

4. 국내 바이오 에너지 산업의 발전 방향

1) 바이오 에너지 도입에 따른 사회적 편익에 대한 가치 인식 필요

바이오 에너지를 도입하면서 화석연료 에너지 소비감소라는 직접적인 이익 이외의 사회적 편익에 대한 가치를 인식할 필요가 있다. 추가적으로 얻게 되는 사회적 편익은 농가소득증대, 온실가스 저감, 대기오염 감소, 에너지 안보 강화 등을 들 수 있다. 시장가격만을 고려하지 않고 사회적 편익까지 고려한 경제성 판단이 되어야 할 것으로 판단된다.

2) 인프라 구축과 기술 개발의 고도화

바이오 에너지를 보급하기 위해서는 바이오 연료와 화석연료를 혼합하는 혼합시설과 저장 시설설비를 위한 투자와 준비기간이 필요하다. 결국, 생산과 유통채널까지의 인프라 구축이 선행되어야 하며 경제성평가부분에서 효익이 발생 할 수 있도록 효율을 높일 수 있는 고도의 기술개발까지 필요하다. 바이오 에너지의 확대는 생산비용 낮추는 것이 관건이다.

3) 시장 메커니즘을 보완할 수 있는 인센티브 제공

상용화가 시작된 바이오 디젤의 경우 제조와 판매가 이원화됨으로써 혼합 및 판매를 담당한 정유업체에 대한 인센티브가 불충분하다. 바이오 디젤의 제조는 3개 중소기업(BDK, 에코에너텍, 3M안전개발)에서, 혼합 및 판매는 4곳 정유회사(SK, SK인천정유,GS 칼텍스, S-Oil)에서 담당하고 있는 실정이다. 소비자와 생산자는 시장가격에 따라 행동하므로 시장에 개입하여 보조금 지급이나 면세혜택을 통해서 사회적 편익에 대한 국가의 인센티브 제공이 필요하다.

4) 정부의 적극적인 바이오 에너지 활성화 대책 필요

에너지 문제와 환경문제의 해결책으로 대두되고 있는 신재생 에너지 활성화를 위한 정부의 조치가 더욱 더 강화 되어야 한다. 해외자원 개발 및 석유비축 2007년 예산은 1조 1773억원 인데 비해서 신재생 에너지 관련예산은 전력산업기반기금까지 더해서 4300억원 대에 불과하다. 2011년까지 1차 에너지 중에서 재생가능 에너지가 차지하는 비중을 5%로 확대하겠다는 정부 목표를 달성하기 위해서는 재원마련과 공공기관에 재생가능 시설 의무화 제도 등이 필요하다.

 

 

 

 

 

 

 

참고 사이트

1. 조선 일보, www.chosun.com

2. 중앙일보, joongang.joinsmsn.com

3. http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=codms0611&logNo=110121354921

4. http://knowhow-textcube.blogspot.kr/

5. http://blog.daum.net/8902ksh/95

6. http://racer.kemco.or.kr/html/main5_1_5.jsp

7. http://blog.naver.com/energyplanet?Redirect=Log&logNo=10138284938

 

바이오 에너지 자료 다운로드(유료):

http://www.happycampus.com/doc/11647411/

 


 

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Trackbacks 0 / Comments 3

  • 익명 2013.08.15 11:53

    비밀댓글입니다

  • 익명 2013.08.28 10:27

    비밀댓글입니다

    • Favicon of https://kangsy85.tistory.com BlogIcon Diaspora 2013.09.03 01:19 신고

      남경희님, 안녕하세요.

      요청하신 자료 메일로 보내드렸습니다.

      공부열심히 하세요.

      그럼이만.

소수력 발전

2012. 11. 14. 16:48 자료공유/신재생 에너지

1.  소수력 발전

 

  (1) 정의 및 현황

- 소수력발전은 물의 유동을 이용한 시설용량 10,000㎾이하의 수력발전을 말한다.

(대체에너지개발 및 이용보급촉진법시행규칙 개정 2003. 1. 3)

주) 시행규칙 개정전에는 시설용량 3,000kW이하('82. 3 소수력개발 기본 방침)

미국 : 시설용량 15,000㎾이하

중국 : 시설용량 25,000㎾이하

- 국내 소수력발전은 '82년 이후 정부 및 에너지관리공단의 지원으로 현재까지 30여개 지역에(용량 약 43,000kW) 설치되었으며, 연간전력생산량은 약 1억 kWh에 달한다.

- 소수력발전은 전력생산 외에 농업용 저수지, 농업용 보, 하수처리장, 정수장, 다목적댐의 용수로 등에도 적용할 수 있는 점을 감안할 때 국내의 개발 잠재량은 풍부하며, 또한 청정자원으로서 개발할 가치가 큰 부존자원으로 평가받고 있다.

 

  (2)시스템 구성도

  

 

1) 소수력 발전 시스템

 

 

 2) 수차

  - 소수력의 가장 중요한 설비이며, 설비별 특징은 아래과 같다.

 

수차의 종류

상세

특징

충동수차

펠톤(Pelton)수차,

튜고(Turgo)수차,

오스버그(Ossberger)수차

수차가 물에 완전히 잠기지 않는다

물은 수차의 일부 방향에서만 공급되며,

운동에너지 만을 전환한다

반동수차

프란시스(Francis)수차

수차가 물에 완전히 잠긴다

프로펠러수차

카플란(Kaplan)수차,

튜브라(Tubular)수차,

벌브(Bulb)수차,

림(Rim)수차

수차의 원주방향에서 물이 공급된다.

동압(dynamic pressure) 및

정압(static pressure)이 전환된다.

 

 

- 종류별 특징

 

① 펠톤 수차

- 펠턴 수차는 물의 양이 적으나 고낙차(200∼2,000m)를 얻을 수 있는 곳에 적합하다. - 작동 원리는 수압관으로 도입된 물의 유량을 제어하여 노즐을 통해 고속으로 분출시키고, 이 분류를 버킷에 부딪히게 하여 날개차를 돌려 동력을 얻는다.

 

 

01

02

03

▲ 펠톤 기계 1

 ▲ 펠톤 기계 2

 ▲ 펠톤 방식 설명도


 

 

②타고(Turgo) 수차

- 펠톤 수차와 같은 충동 수차이지만 버킷의 형상이 펠톤 형과 달리 분사 물 반사각도가 작다.

         - 낙차가 작고 수량이 적은 경우에 사용가능하다.

 

 

 

 

 

 

③프란시스 수차

- 수차는 50∼530m의 낙차에서 주로 쓰이는 반며, 프로펠러 수차는 3∼90m의 비교적 낙차가 작은 곳에 쓰이는데, 구조는 프란시스 수차와 같으나 날개차의 모양이 프로펠러 형태로 되어 있다.

 

 

 

 

 

 

④프로펠러(카플란) 수차

- 날개 설치 축을 회전할 수 있도록 하고, 날개의 각도가 변화하는 특징이 있다.

      - 낙차가 작고 수량이 많은 경우에 사용 가능하다.

 

01

02

03

▲ 카플란 기계 모형

 카플란 모식도

카플란 기계 모형

 

 

 


⑤벌브(bulb) 수차

- 수차의 내부에 발전기를 내장하고 있는 것이 특징이며, 이 수차는 프랑스의 랑스(La Rance) 발전소에서 채택된 이후현재까지 30년 이상 가동되고 있어 그 실용성이 입증되고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

3) 소수력 발전 분류  

 

분류

종류

특징

비고

설비

용량

Micro hydropower

Mini hydropower

Small hydropower

100kW 미만

100∼ 1,000kW

1,000∼ 10,000kW

국내의 경우 소수력발전은 저낙차, 터널식 및 댐식으로 이용

(예:방우리, 금강 등)

낙 차

저낙차(Low head)

중낙차(Medium head)

고낙차(High head)

2∼20m

20∼150m

150m 이상

발전

방식

수로식(run-of-river type)

댐식(Storage type)

터널식(Tunnel type)

하천경사가 급한 중ㆍ 상류지역

하천경사가 작고 유량이 큰 지점

하천의 형태가 오메가(Ω)인 지점

 

 

4) 소수력 발전 장, 단점

  (1) 장 점

  - 국내 부존자원 활용

     - 전력생산 외에 농업용수 공급, 홍수조절에 기여

     - 일단 건설 후에는 운영비가 저렴

  (2) 단 점

     - 대수력이나 양수발전과 같이 첨두부하에 대한 기여도가 적음

      - 초기 건설비 소요가 크고, 발전량이 강수량에 따라 변동이 많음

 

 

5)소수력 발전 현황

(1)해외

가. 소수력 발전소는 전 세계적으로 매우 광범위하게 운영되고 있다. 아시아권에서는 중국이 58,000개소(13,250MW), 일본이 600개소(538MW)로써 가장 많이 운영되고 있으며, 미국은 1,715개소(3,420MW), 유럽의 경우 독일 5,882개소(341MW), 프랑스1,479개소(1,646MW), 이태리 1,420개소(1,969MW), 스웨덴 1,346개소(8,406MW), 스페인 1,102개소(1,010MW), 노르웨이 227개소(806MW) 등으로 매우 많은 소수력발전소가 건설, 운영되고 있다.

 

나. 일반적으로 수력발전은 자연낙차가 크고 발전용량이 증가할수록 경제성이 향상되지만, 외국의 경우처럼 소규모용량의 소수력발전이 활성화 된 것은 중ㆍ저 낙차 소 용량이면서 대용량에 비하여 경제성면에서 뒤떨어지지 않는 중ㆍ저 낙차용 수차를 개발, 보급하여 경제성을 향상시켰기 때문이다.

 

 

국 명

발전소 수

용량(MW)

국 명

발전소 수

용량(MW)

중 국

일 본

한 국

미 국

카나다

브라질

58,000

600

21

1,715

321

232

13,250

538

38

3,420

1,056

483

오스트리아

프랑스

독 일

이태리

스페인

스웨덴

1,200

1,479

5,882

1,420

1,102

1,346

320

1,646

341

1,969

1,010

8,406

▲국가별 소수력 발전소 운영현황

- 독일의 경우 소수력 발전소 1개소당 평균발전용량은 58kW로써, 이용가능한 소수력 자원을

적극적으로 개발하여 사용하고 있음.

 

 

수차제작회사

국 명

수차형식

표준화내용

Allis-Chalmer Co

미국

Tube

D = 750 ∼ 3,000㎜

Fuji

일본

TubeBulb

D = 750 ∼ 3,000㎜

D = 1,250 ∼ 2,000㎜

CMEC

중국

Francis

D = 300 ∼ 1,000㎜

Sorumsand-Verksted

노르웨이

Tube

D = 100 ∼ 2,400㎜

Bofors-Nohab

스웨덴

Bulb

D = 500 ∼ 3,000㎜

Neyrpic

프랑스

Bulb

D = 800 ∼ 1,800㎜

 

 

(2) 국내

가. 우리나라의 소수력 개발은 1982년 제정된 '소수력 개발 활성화 방안'이 공포되면서부터 시작되었다.

 

나. 전국에 30개소의 소수력발전소가 운영되고 있으며, 설치장소는 하천(15개소), 기존댐(10개소)이 주를 이루고 있으며, 저수지(4개소), 하수처리장(1개소)에도 일부 설치되어 있다.

 

다. 설치된 발전설비 용량은 총42,820kW로써 이는 의암댐의 발전용량(45,000kW)에 근접하는 용량으로 외국에 비하면 아직은 미미한 형편이다.

 

 

발전소

용량(kW)

개발위치

비 고

발전소

용량(kW)

개발위치

비 고

동 진

임 기

방우리

소 천

금 강

봉 화

단 양

산 내

광 천

영 월

덕 송

안 흥

괴 산

추 산

합 천2

2,000

1,100

2,120

2,400

1,350

2,000

2,100

820

450

2,800

2,000

450

2,600

1,400

1,200

전북 정읍

경북 봉화

충남 금산

경북 봉화

충북 옥천

경북 봉화

충북 단양

전북 남원

전남 승주

강원 영월

강원 정선

강원 횡성

충북 괴산

경북 울릉

경남 합천

저수지

하 천

하 천

하 천

하 천

하 천

하 천

하 천

기존댐

하 천

하 천

하 천

하 천

하 천

기존댐

정 선

봉 정

대 아

경 천

반 변

포 천

보령(I)

부 안

운 문

보령(II)

성 주

횡 성

밀 양

영 천

아 산

1,920

1,920

3,000

800

1,060

2,970

145

193

330

556

1,800

1,000

1,300

1,000

36

강원 정선

강원 정선

전북 완주

경북 문경

경북 안동

경기 포천

충남 보령

전북 부안

경북 청도

충남 보령

경북 성주

강원 횡성

경남 밀양

경북 영천

충남 아산

하 천

하 천

저수지

저수지

기존댐

하 천

기존댐

기존댐

기존댐

기존댐

저수지

기존댐

기존댐

기존댐

하수

처리장

▲ 국내 소수력 발전소 건설 및 운영 현황

 

발전소명

설비용량(kw)

사업자

양 양

안 동

용 담

대곡댐

탐진댐

성남정수장

와부정수장

판교가압장

칠보취수장

운 문

사연댐

안계댐

동화댐

장성댐

예 당

담 양

나 주

탑 정

안 양

천 안

청 주

전 주

사 연

1,400

1,500

1,800

300

550

1,050

260

650

380

470

300

450

1,000

1,200

700

1,400

1,300

500

400

45

80

90

200

한국전력공사

 

 

 

 

 

한국수자원공사

 

 

 

 

 

 

 

농업기반공사

 

 

 

지자체(하수처리장)

"

"

"

지자체(정수장)

합 계

16,025

 

▲개발 추진 중인 소수력 발전소 현황

 

구분

개발 가능 용량 (kw)

일반 하천

1412500

하수처리장

5300

정수장

2500

농업용 저수지

48000

농업용 보

5000

다목적댐의 용수로

6744

양식장의 순환수, 양수 발전소 하부댐

10956

합계

1491000

               ▲국내 소수력발전 보급 잠재량

 

 

라. 국내 보급추이

- 소수력발전의 판매단가는 '82년도 한전 화력(석유)발전소 연료비 단가의 90%, '83년에 연료비 단가의 100%적용키로 하였으며, '84년도의 정부고시 판매단가는 40.29원/㎾h로 경제성이 있었다.

 

- 유가의 지속적 안정으로 '85년에 38.25원/㎾h, '86년에 38.45원/㎾h로 판매단가가 인하되었고, '87년 이후에는 주변 상황 변화에 비해 매입가격이 현실적이지 못했다.

 

- 이에 따른 경제성 상실로 소수력발전소의 신규개발이 거의 중단되었으며, 최근에는 기존 농업용 댐 등을 이용하는 사업이 일부 추진되고 있는 실정이다

 

 

연 도

     '84 '     85 '   86 '   89 '      91 '     95      '96       '97      '98    '99      2000     2001

매입단가(원/㎾h)

40.29   38.25  38.45   38.45   41.67   48.09   48.38   49.94   54.84   60.93   60.23   63.51

 

 

▲ 한전 소수력 발전 매입 단가의 변화 추이

- 주요 국가의 소수력발전 전력 구매 현황

독 일 : 전력회사 판매가격의 75%

프랑스 : 전력회사의 판매단가

미 국 : 주별로 산정되어 있는 회피원가(Avoided Cost)

            일 본 : 소수력발전소의 총괄원가

 

 

6) 소수력 발전에 대한 고찰

- 소수력자원 면에서 유럽의 여러 나라에 뒤지지 않는 우리나라에서 소수력 발전소 건설이 활성화되지 않는 이유는 소수력 발전소 운영에 따른 경제성이 향상되지 않았기 때문이다. 따라서 소수력발전소의 경제성을 향상시키기 위해서는 우리나라의 소수력 자원 특성에 적합한 중ㆍ저낙차용 수차발전기를 국산화 개발과 이에 따른 수차발전기의 제작비용 및 소수력 발전소 건설비를 절감하고, 또한 수차발전기 운영에 따른 유지비의 절감이 필요한 실정이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

참고 사이트

1. http://terms.naver.com/ 유역 변경식

2. http://blog.daum.net/techwind/728 펠톤

3. http://blog.daum.net/archee/18138164 터고 수차

4. http://climarx.com.ne.kr/book/cont/co_322.htm 프란시스 수차

5. http://energynatura.org/02_energy/energy_09.asp 소수력 분류

6. http://blog.daum.net/niast0158/8547365 소수력 국내 잠재량

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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벌브 수차, 소수력 발전, 수차, 카고 수차, 카플란, 펠톤 수차

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풍력 에너지

2012. 10. 29. 20:13 자료공유/신재생 에너지

 

풍력에너지 (Wind Energy)

 

 

 

 

 

 

1. 풍력에너지 개요

- 1891년 덴마크에서 전력공급원으로서 풍력에너지 이용이 시작됐다.

- 전 세계적으로 약47,317MW(2004년말)가 보급되어 있다.

- 풍력발전 기술의 성장 및 대형화,단지화를 통해 현재발전단가는 4c/kWh까지 감소시킬 수 있다.

- 유럽이 시장을 선도하고 있으며, 미국과 아시아시장이 급속도로 팽창하고 있다.

- 독일, 스페인의 경우 전체전력의5%, 덴마크의 경우 전체 전력의20%를 풍력발전이 담당한다.

 

 

 

 

 

2.다각적 측면에서 바라본 풍력 발전

  1)풍력 에너지 잠재성

 

 

    - 가용성 측면에서 가장 풍부한 신 재생 에너지원이다.

 

 

 

 

2) 경제적 측면

 

 

 

 

 

         - 기술의 발달과 시장의 형성으로 발전단가는 지속적으로 낮아지고 있다.

         - 유럽의 경우 시장의 성숙으로 기존 화석연료와 경쟁 가능한 수준이다.

         - 신·재생에너지원 중 기존에너지원과 유일하게 가격경쟁력을 가진다.

 

 

 

 

 

 

2) 환경적 측면

 

 

 

 

- 풍력발전은 기후협약을 위해 필요한 필수 정책 중 한가지로서 CO2 저감에 매우 큰 효과가 있으며, 완성도 및 영향력이 큰 에너지 기술이다

- 유럽의 경우 풍력에너지를 통해 이미 5천만톤 이산화탄소 감소효과를 거둠 ⇒ 2010년까지 1억 9백만 톤 감소효과을 기대한다.

- 온실효과를 야기시키는 유해가스 배출량감소에 가장효과적인 방안으로 대두됨

        - 2040년 까지 약900억 톤의 CO2배출량 저감 효과를 기대한다.

 

 

 

 

 

 

3. 풍력 에너지 현황

   1) 국외 현황

 

- 유럽을 중심으로 성장했던 풍력발전시장은 최근 아시아와 북미시장에서 폭발적 성장으로 2005~8년 연평균 32.9% 성장했다.

- 2009년 세계 풍력시장은 금융위기 영향으로 전년대비 12.5% 성장한30.4GW 수준으로 전망되나, 이후 2013년까지 16~17% 고성장이 예상된다.

- 중국을 중심으로 아시아와 북미 시장의 성장이 빠르게 진행될 전망된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

   2) 국내

 

- 2008년 9월 국내풍력발전규모는 278MW 수준이나 2012년까지 2,250MW규모로 확대될 전망으로 매년 500MW 수준으로 추가 증설될 전망이다.

 

- 주요 풍력발전단지는 강원도와 동해, 제주도를 중심으로 개발 되었으며, 수도권 및 서해안으로는 난지도와 새만금지대가 있다.

 

 

 

▲풍력 발전기 설치 현황

 

▲풍력발전기 설치 추진 현황

 

 

 

 

 

4. 풍력 발전기 시스템

1) 시스템 구성 : 풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력 변환장치, 제어장치 등으로 구성된다.

 

          (1) 기계장치부

바람으로부터 회전력을 생산하는 Blade(회전날개), Shaft(회전축)를 포함한 Rotor(회전자), 이를 적정 속도로 변환하는 증속기(Gearbox)와 기동·제동 및 운용 효율성 향상을 위한 Brake, Pitching & Yawing System등의 제어장치부문으로 구성된다.

 

         (2)전기장치부

            발전기 및 기타 안정된 전력을 공급토록하는 전력안정화 장치로 구성된다.

 

         (3)제어장치부

풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정, 운전하는 Control System 및 Yawing & Pitching Controller와 원격지 제어 및 지상에서 시스템 상태 판별을 가능케하는 Monitoring System으로 구성된다.

- Yaw Control : 바람방향을 향하도록 블레이드의 방향조절

- Pitch Control : 날개의 경사각(pitch) 조절로 출력을 능동적 제어

- Stall(失速) Control: 한계풍속 이상이 되었을 때 양력이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개 의 공기역학적 형상에 의한 제어

 

 

       (4) 부품 구성도

 

 

 

 

 

 

 

 2) 풍력발전기 시스템 종류

 

(1)시스템의 형태에 따라 수직축 풍력발전기(VAWT: vertical axis wind turbine)와 수평축 풍력발전기(HAWT: horizontal axis wind turbine)으로 구분된다.

 

 

 

1) 수직축 풍력발전기 :

- 로터의 형태에 따라 H-형과 다리우스형으로 분류된다.

- 1980년대 후반까지 연구개발이 활성화되었으나 상용화에는 실패한 것으로 알려져 있다.

 

2)수평축 풍력발전기 :

- 회전축이 바람의 방향에 대해 수평인 시스템으로 타워와 로터의위치에 따라 맞바람 형식(upwind type)과 뒷바람 형식(downwindtype)으로 구분된다.

- 수평축 풍력터빈은 또한 기어의 유무에 의해 분류되며, 기어박스에 따라 발전기의 종류가 결정된다.

 

 

(2)출력제어방식상 분류로 실속제어방식(stallregulated type)과 피치제어방식(pitch regulated type)으로 분류할 수도 있다.

 

(3) 전력사용방식상 분류로 계통연계(grid connected type)와 독립 및 복합운전(stand-aloneand hybrid type)으로 분류할 수도 있다.

 

 

 

 

 

 

(2) 해상 풍력 발전기

- 대단위 풍력발전단지의 건설은 육지에서는 한계로 인해 해상으로 이동하고 있는 추세이다.

 

   1) 장점

-해상풍력발전 시스템은 장애물감소로 풍속이 육지보다 20% 증가하여 출력이 40% 증가하는 장점이 있어 건설비용을 상쇄할 수 있다.

- 수십만 kW 출력이 가능한 대규모발전단지가 운영 가능하다.

- 육상의 부족한 부지문제 및 환경소음을 해결할 수 있고, 육상에서 이송하기 어려운 60m 이상의 대형발전기 날개를 이용할 수 있다.

 

 

  2) 단점

- 건설비용이 증가하고 유지보수 비용이 증가되며 시각적인 측면에서 영향을 줄 있다

- 건설기간이 상대적으로 오래 걸린다.

 

 

 

 

 

 

 

(3) 선진국 해상 풍력 발전기

 

  덴마크의 수도 코펜하겐에서 남쪽으로 150km를 달려 다다르게 되는 발틱 해상에 자리 잡은 이 곳 니스테드(Nysted) 해상 풍력단지(off shore windfarm)는 100% 무공해인 바닷바람으로 전기를 만들어 내다.이 곳에선 14만5000가구가 쓸 수 있는 전기를 생산 한다.

 

 

▲ 코펜하겐 남쪽의 발틱 해상에 자리 잡은 니스테드 해상 풍력장치

 

 

 

 

참고 문서 & 사이트

1. 국내 풍력발전산업의 전망과 경쟁력 분석(출판: 하나 금융그룹)

2. http://supersolar.com/iisub_2_4.html

3. http://blog.kairobot.co.kr

4. http://www.greenonblog.kr/blog/postview.asp?b_id=lumi00&idx=8909

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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지열 에너지

2012. 10. 29. 19:41 자료공유/신재생 에너지

1. 지구의 역사와 구조

 

 1) 지구의 형성과정

 약 46억 년 전에 만들어진 원시 지구의 주변에는 수많은 미행성체들이 존재했다. 지구 자체의 중력이 커지면서 지구와 미행성체들이 충돌했다. 충돌로 인해 지구는 점점 커져갔고, 지구의 온도가 올라가면서 지구 내부에 녹아 있던 무거운 금속인 철이나 니켈 등은 중심부에 모여 핵이 되었고, 상대적으로 가벼운 규산염 광물은 맨틀을 이루었다. 이후 지구의 온도가 내려가 표면이 식으면서 지각이 만들어졌다. 원시 지구와 충돌할 때 미행성체에서 배출된 물과 이산화탄소, 메탄 등의 성분은 대기를 형성했다. 시간이 흘러 충돌이 줄어들고 충돌 에너지가 감소하자 원시 지구는 점차 냉각되었고, 대기 중의 수증기가 응축하여 큰 비를 내려 지구의 바다를 이루었다.

 

 

          2) 지구의 내부 구조

우리가 살고 있는 지구는 대기로 둘러싸인 둥근 고체 안에 우의 그림과 같이 지각과 맨틀, 핵 3층 구조로 이루어져 있다. 핵은 내핵과 외핵으로 나누어진다.

 

 

 

① 지각 : 지구의 가장 바깥 껍질로 고체인 암석으로 이루 어져 있다. 지구 전체 부피의 약 1% 정도를 차지한다

- 현무암질층: 해양지각은 지구 전체 표면의 2/3를 차지하며 두께는 약 5~10km이다. 평균 밀도는 약 3.3g/cm3이다.

- 화강암질층: 대륙지각은 지구 전체 표면의 1/3을 차지하며 두께는 약 30~65km이다. 평균 밀도는 약 2.7g/cm3으로 해양지각 보다 낮다

 

  •  산맥: 주위보다 높이 솟아 있는 지형을 산이라 하는데, 여러 산들이 연속적으로 이어진 지형을 산맥이라 한다. 밀도가 높은 해양지각이 대륙지각 가장자리 아래로 하강하여 대륙지각이 들어 올려지는 곳에서 로키 산맥이나 안데스 산맥 등이 형성된다. 대륙지각과 대륙지각이 만나는 곳에서는 두 지각이 서로 미는 압력에 의해 히말라야 같은 산맥이 형성된다.

 

 

       ② 맨틀 : 지구 내부의 82%를 차지할 정도로 가장 두꺼운 층이다.

       ③ 핵(내핵, 외핵)

-외핵 : S파가 통과하지 못하는 것으로 보아 액체로 이루어졌다고 생각된다. 맨틀과 외핵의 경계면을 구텐베르크면이라고 한다.-내핵 : 지진파의 속도가 빨라지는 것으로 보아 고체라고 생각된다. 외핵과 내핵의 경계면을 레만면이라고 한다. 성분은 약간의 니켈이 있는 철로 이루어져 Fe-Ni층이라고 한다.

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 지열에너지

 

  1)정의 및 구분

  ① 땅(토양, 지하수, 지표수 등)이 지구 내부의 마그마 열에 의해 보유하고 있는 어네지이다

  ② 지열에너지는 온도에 따라 중, 저온(Low to Medium Temperature, 10~90℃) 지열에너지와 고온 (High      Temperature, 120℃ 이상) 지열에너지로 구분된다.

 
 

 

 

2)지열에너지 이용 기술 분류

지열에너지는 최종 생산물의 관점에 따라 직접이용(Direct Use)와 간접이용(Indirect Use) 기술로 구분된다. 열을 생산하면 직적이용이고, 전기를 생상하면 간접이용이다.

 

 

     (1)지열에너지 직접 이용 (Direct use of geothermal energy)

        ① 지열원 펌프 시스템

가. 지열에너지 직접이용은 가장 오래된 기술로서 지열 히트펌프(geothermal heat pump), 온천(spa), 건물난방 (space heating), 시설원예 난방(greenhouse heating), 지열 지역난방(geo -thermal district heating) 등이 대표적인 기술이다.나. 땅에서 중 온수(30~150℃)를 추출하여 사용자에게 직접 공급(집단에너지 개념)할 수 있으며, 또한 히트펌프나 냉동기와 같은 에너지 변한기기의 열원으로 활용 된다.다. 지열 히트펌프 시스템을 제외한 나머지 기술들은 중온수가 풍부한 지역에서 가능하기 때문에 지리적 제약이 있다.

 

 

 

 

 

 

 

라. 지열 히트 펌프

- 시스템 구성도 상세

 

 

 

 

- 지열 히트 펌트 특성

① 직접이용 기술 중 가장 큰 부분을 차지하는 기술로 저온(10~30℃)의 지열에너지를 효율적으로 활용하는 지열분야의 대표기술이다.② 저온의 에너지를 활용하지만, 연중 일정한 온도를 유지하기 때문에 항온성이 우수하며 지리적 제약이 없는 것이 큰 장점이다.③공기열원(air-source) 히트펌프와 구분하기 위해 지열원 히트펌프(ground-source heat pump)로 부르기도 한다.

 

 

-냉•난방 시스템 원리

 

난방 : 히트펌프 내부의 열교환기(증발기)를 지나는 차가운 액냉매는부동액(지중열교환기 내의 순환유체)으로부터 열을 흡수하고 증기냉매로 상변화를 하게 된다. 증발과정 후 온도가 강하된 부동액은 지열 열교환기를 순환하면서 다시 온도를 회복하게 된다. 그러한 원리로 지중열원인 히트소스(Heat Source)의 역할을 수행하며, 난방사이클을 구성한다.

 

 

 

냉방 : 난방사이클과는 반대로 히트펌프 내부의 열교환기(응축기)를 지니는 뜨거운 기체 냉매는 부동액(지중열교환 내의 순환유체)으로 열을 방출하고 액체냉매로 상변화를 하게 된다. 응축과정 후 온도가 상승된 부동액은 지중열교환기를 순환하면서 온도가 하강하게 된다. 이러한 원리로 지중온열을 방출하는 히트싱크(Heat Sink)의 역할을 수행하며, 냉방 사이클을 구성한다.

 

 

 

 

 

 

②지열 직접 이용 시스템의 종류

지열시스템의 종류는 대표적으로 지열을 회수하는 파이프(열교환기) 회로구성에 따라 폐회로(Closed Loop)와 개방회로(Open Loop)로 구분된다.

 

 

가. 밀폐형 시스템

 일반적으로 적용되는 폐회로는 파이프가 폐회로로 구성되어 있는데, 파이프내에는 지열을 회수(열교환)하기 위한 열매가 순환되며, 파이프의 재질은 고밀도폴리에칠렌이 사용된다. 폐회로시스템(밀폐형)은 루프의 형태에 따라 수직, 수평루프시스템으로 구분되는데 수직으로 100~150m, 수평으로는 1.2~1.8m정도 깊이로 묻히게 되며 상대적으로 냉난방부하가 적은 곳에 쓰인다.

 

 ㄱ. 수직형 시스템(vertical loop system)  깊이 100~150m 의 지중에 수직으로 파이프를 매설하여 지열을 얻으며 주로 소규모 냉난방 시스템에 적용되면 우리나라와 같이 면적이 좁은 지역에서는 널리 사용되며 적당한 시스템이다. 수평형 시스템보다는 시공비가 비싸나 루프의 길이가 짧고 냉난방에 효율적이다.

 

 ㄴ. 수평형 시스템(horizontal loop system)  운동장과 같은 큰면적만 확보되면 설치가 간단하여 가장 경제적인 시스템이다.수평으로 설치하기 때문에 파이프의 손상 등 우려가 있어 뒤채움을 철저히 하여야 하고 효율은 수직형에 비해 떨어지며 소형 시스템에 적용이 용이하다.

 

 ㄷ. 우물형 시스템(pond  loop system) 설치가 간단하고 경제적이나 이용 가능한 적정 넓이의  우물이 있어야 한다.

 

 

 

 

 

 

 

나. 오픈형 시스템(open system)  수원지나 호수 강등에서 공급받는 물을 개방형 회로를 순환하여 열교환하고 장점은 설치 비용이 저렴하고 설치 공간이 작으며 열전달 효과가 좋다. 오픈형 시스템은 풍부한 수자원이 있는 곳에 적용될 수 있으며 단점으로는 폐쇄형에 비해 유지 보수비가 많이 든다는 것이다.

 

 

 

 

 

 

   (2)지열에너지 간접 이용 (indirect use of geothermal energy)

① 땅에서 추출한 고온수나 증기(120~350℃)의 열에너지로 터빈을 구동하여 전기를 생산하는 지열발전 (geothermal power generation)이다.② 최종 생산물은 전기이며, 화산지대에서 유리하기 때문에 지리적 제약이 크다건증기(dry steam), 습증기(wet or flash steam), 바이너리(binary), EGS(enhanced geothermal systems) 발전 등으로 구분된다.

 

 

 . 습증기 지열발전 : 플래시증기 지열발전이라고도 한다. 이 지열방식 역시 현재 널리 보급이 된 방식이다. 터빈의 단 수에 따라 1단과 2단 습증기 지열발전으로 분류하며, 최근 에너지 이용 효율을 높이기 위해 3단 습증기방식도 도입이 되고 있다.

 

 나.바이너리 사이클(2유체 사이클) 지열발전은 지하에서 추출한 저온 지열수(100~120℃)가 비등점이 상대적으로 낮은 2차 유체를 증발시켜 터빈을 구동하고 있다. 2차 유체로는 냉매계열·프로판·펜탄·암모니아 등을 이용하고 있다.

 

 다. EGS(Enhanced Geothermal Systems) 발전은 심부 고온암체에 인공파쇄대를 형성한 후, 이 파쇄대를 통해 물을 주입하여 열을 추출하는 방식을 말한다. 물을 주입하는 수압 파쇄용 시추공, 인공 저류층 그리고 뜨거운 물을 퍼 올리기 위한 생산정 등으로 구성이 되고 있습니다. 화산지대가 아닌 지역에서도 지열 발전이 가능하기 때문에 최근 전 세계적으로 중장기 기술개발 프로젝트로 많은 관심을 받고 있다.

 

 

 

4) 에너지원별 효율 비교 분석

 

에너지원

사용시스템

발열량

(단위당)

1,057평/320,853Kcal/h

시간당 운영비용

단위 (원)

1일 10시간 기준 운영비

일반용

저압전기

1Kw/h

지열열펌프

2,929 kcal

2,929 kcal x 109

=320,853k cal

64.90원x109

= 70,740원

70,740원

전기히터

860 kcal

860 kcal x 373

=320,853k cal

64.90원x373

= 242,070원

242,070원

보일러등유

(901.77원)

일반보일러

4,880 kcal

4,880 kcal x 66

=320,853k cal

901.77원x66

= 595,160원

595,160원

고효율보일러

6,778 kcal

6,778 kcal x 47

=320,853k cal

901.77원x47

= 423,830원

423,830원

LPG

1£(704.86)

일반 보일러

3,447 kcal

3,447 kcal x 93

=320,853k cal

704.86원x93

= 655,520원

655,520원

고효율보일러

5,374 kcal

5,374 kcal x 60

=320,853k cal

704.86원x60

= 422,910원

422,910원

 

- 표에서 볼 수 있듯이 지열 발전 시스템이 운영비 측면에서 효율적임을 알 수 있다.

 
 

 

 

5) 전 세계 지열에너지 사용 현황

   (1)직접이용

 

① 현재 78개 국가에서 지열 직접이용 기술을 활용중이다.

② 2009년 말 기준, 지난 5년 동안 지열 히트펌프 시스템 보급용량은 2.3배(연평균 18%), 에너지 이용량은 2.45배(연평균 19.7%) 증가했다.

③ 전체 보급용량(51 GWth) 중 지열 히트펌프 시스템 보급용량은 35 GWth로 69.7% 점유한다.

④ 이용량은 215 PJ(60 TWh)로 전체 이용량(438 PJ, 122 TWh) 중 49% 점유한다.

전 세계 78개국의 지열에너지 이용 국가 중 43개 국가에서 지열 히트펌프 시스템 보급한다.

⑥ 현재 미국, 스웨덴과 독일을 포함한 유럽 그리고 중국 등이 보급시장 주도한다.

⑦ 전 세계 보급용량을 12 kWth급 히트펌프로 환산했을 때, 약 294만대 보급. 2005년(약 130만대) 대비 2배 이상 증가했다.

 

구 분

보급용량, MWth

이용량, TJ/Year

2010

2005

2000

1995

2010

2005

2000

1995

지열 히트펌프

35,236

15,384

5,275

1,854

214,782

87,503

23,275

14,617

지역난방

5,391

4,366

3,263

2,579

62,984

55,256

42,926

38,230

온실난방

1,544

1,404

1,246

1,085

23,264

20,661

17,864

15,742

양식업

636

616

605

1,097

11,521

10,976

11,733

13,493

농산물

127

157

74

67

1,662

2,013

1,038

1,124

산업이용

533

484

474

544

11,746

10,868

10,220

10,120

온천 및 수영

6,686

5,401

3,957

1,085

109,302

83,018

79,546

15,742

융설

368

371

114

115

2,126

2,032

1,063

1,124

기타

41

68

137

238

956

1,045

3,034

2,249

합계

52,572

30,256

17,145

10,659

440,353

275,377

192,699

114,43

▲ 활용 방식별 전 세계 지열에너지 직접이용 현황(1995~2010)

 

 

 

(2) 지열 간접이용 기술 활용 현황

 ① 2009년 말 기준, 전 세계 24개 국가에서 약 10,715 MWe의 용량과 연간 67,246 GWh의 발전량으로 지열발전 플랜트 운전주이다.

 ② 전체 플랜트 중 88%가 미국(3,093 MWe)·필리핀(1,904 MWe) 인도네시아(1,197 MWe)·멕시코(958 MWe)·이탈리아(843 MWe)·뉴질랜드(628 MWe)·아이슬란드(575 MWe)에 있다.

 

 

 

 

참고 사이트

1. http://www.kogea.or.kr/

2. http://energy.korea.com/ko/archives/48014

3. http://s_catharina.blog.me/30122911976

4. http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1023089&mobile&categoryId=3075

5. http://sos119002.blogspot.kr/2012/09/blog-post_3810.html

6. http://blog.naver.com/energyplanet/101399892

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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지구가, 화났다.

2012. 10. 27. 16:46 자료공유/신재생 에너지

 

나, 열받고 있다.

 지구가 점점 열받고 있다. 인간이 자연의 순리를 따라 살아왔다면, 지구도 이렇게 열을 내며 흥분할 필요가 없다. 지구가 이렇게 달아오르니, 북극 빙하는 점점 녹아내리면서 들이 살아갈 터전은 줄어들고 있다. 아름다운 섬 '투발루'는 물에 잠길 위기에 처해있다. 

 

 

 

곰의 서식처가 위험하다.

 

점점 가라앉고 있는 투발루 섬 1

 점점 가라앉고 있는 투발루 섬 2


 

 

 지구온난화의 주범은 온실가스다. 온실가스는 말그대로 지구의 표면을 온실처럼 둘러싼 채, 복사열의 방출을 가로 막아 지구를 따뜻하게 하는 기체다. 온실가스에서, 메탄은 동물의 소화작용에 의해 대부분 대출된다. 아산화질소는 주로 자동차나 공장에서 배출되며 대기오염의 주범이다. 그외 기체들은 인간편의를 위해 인공적으로 합성된 기체다.

 

 

기상청 기후변화정보센터(2005)

 

 

 

 세계는 지구의 온난화를 우려하여 1992년 정식으로 '기후변화협약'을 체결했다. 선진국들이 본격적인 온실가스 감축을 위해 발 벗고 나선것이다. 그때 감축 대상으로 지정된 온실가스는 이산화탄소와 메탄, 아산화질소, 수소화불화탄소, 아불화탄소, 육불화황 등 6개다. 그런데 협약 자체가 각국의 온실 가스 배출에 대한 어떤 제약을 가하거나 강제성을 띠고 있지는 않다는 점에서 법적 구속력은 없다. 대신 협약은 시행령에 해당하는 의정서(protocol)를 통해 의무적인 배출량 제한을 규정하고 있을 뿐이다. 그런데 온실가스 배출량 1~3위국인 중국, 미국, 인도가 이미 빠졌다.  미국은 자국 산업 보호를 명분으로 2001년 교토의정서를 탈퇴했고, 중국과 인도는 개발도상국으로 분류돼 감축의무가 없다. 다시 협약을 재조정 해야 한다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

그리하여 각 당국들이 다시 모였다

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 2011년 12월 남아프리카공화국 Durban에서 제 17차 유엔기후변화협약 당사국 총회가 열렸다. 총회에서 선진국의 '교토의정서 연장'이 합의되었으며, 2020년 이후부터 개도국을 포함한 모든 당사국이 온실가스 감축체계에 참여하기로 결정났다. 우리나라는 회의에서 교토의정서 연장을 지지하며, 의무감축 대상이 아닌 개도국들도 자발적인 감축이 필요하다 역설했다.

 

 

 

 

 한국도 자발적인 감축을 언급했기에, 선도적인 정책을 마련해서 추진했다. 정부는 2009년 코펜하겐 총회에 앞서 의무감축 비대상국가로는 처음으로 2020년 배출전망치(BAU)보다 온실가스를 30%감축하겠다는 계획을 발표했다. 또 개도국의 자발적인 온실가스 감축활동(NAMA)을 유엔기후변화협약 사무국에 등록하는 나마 레지스트리(NAMA registry : 개도국 감축활동 등록부)’를 제안하는 등 감축 비의무국가로서의 자발적 노력을 강조해왔다.

 

 

 

 

 

 그리고 온실 감축을 위한 또 다른 한 가지 대안이 신 재생에너지 산업을 개발 및 성장시키는 것이다. 천연에너지를 이용하여 전기를 생산하는 것이다. 신 재생에너지 산업의 잠재 가능성은 이미 입증 되었다. 이제 어떻게 산업을 육성하고 키워서 신 재생 에너지 대국으로 발전할 것인가를 생각해야 한다.

 

 

참고 사이트

http://71hades.tistory.com/2169

http://www.hkbs.co.kr/hkbs/news.php?mid=1&r=view&uid=233300

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ewon33&logNo=110149334307

http://www.kemco.or.kr/up_load/pds/hongbo/l_1.pdf

http://www.kosif.org/board/bbs/board.php?bo_table=interior&wr_id=404&page=2

http://cheilstory.com/410

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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태양 에너지

2012. 9. 18. 21:50 자료공유/신재생 에너지

 

1. 태양에너지(Solar Energy)

 

    1) 태양열의 원리 : 이용할 수 있는 지표면에 도달하는 태양에너지는 저밀도의 에너지(최대1100W/)로 주간에만 존재하, 시간에 따라 변화가 크다.

 

 

  지표면에 도달하는 태양 복사에너지는 아래 그림과 같은 파장대별 분포를 가지며, 주로 우리가 열에너지로 이용하는 파장 은 가시광선이다. 파장별 분포는 가시광선 46%, 적외선 47%, 자외선 7%이다.

 

 

 

 

 

   2) 지표면에 도달하는 일사광선의 형태

      

                  (1)직달일사: 태양으로 부터 구름이나 먼지 등에 산란되지 않고 지표면에 직접 도달되는 복사광선

                  (2)산란일사: 태양으로 부터 지구로 오는 도중에 구름이나 먼지 등에 산란되어 지표면에 도달되는

                                     복사광선

 

 

             3) 국내 일사량 분포

 

 ▲연평균 일사량 분포도

 

▲ 태양광 지도

 

 좌측에 국내 연평균 일사량 지도에 따르면 목포가 가장 일사량이 많고, 진주, 광주, 대전 순이다. 그리고 우측에 정밀 태양광 자원 지도를 보면 일사량(日射量·태양의 복사 에너지가 땅에 닿았을 때의 세기)이 가장 풍부한 국내 최대의 '태양 벨트(belt)'는 경남 진주~대구~경북 안동을 잇는 길이 200여㎞에 20~60㎞ 폭으로 형성돼 있다.

 

 

         4) 세계 태양열 에너지 분포

 

대체적으로 북반구보다 남반구에서 일사량이 많으면,

태양열에너지를 사용하기가 좋은 지역이다.


 

 

         5) ·단점

장점

단점

에너지원이 청정·무제한

전력생산량이 지역별 일사량에 의존

필요한 장소에서 필요량 발전가능

에너지밀도가 낮아 큰 설치면적 필요

유지보수가 용이, 무인화 가능

설치장소가 한정적, 시스템 비용이 고가

긴수명(20년 이상)

초기투자비와 발전단가 높음

 

 

 

      2. 태양 에너지 시스템의 구성

          1) 태양열을 이용하는 시스템은 크게 설비형 태양열시스템(Active Solar System)과 자연형 태양열시

 스템(Passive Solar System)으로 구분된다.

- 태양열 시스템 : 자연형 태양열시스템은 태양열에 의해서 얻어지는 열을

이동하는 펌프나 휀(Fan)과 같은 구동장치가 없이 직접 이용하는 시스템을

- 설비형 시스템 : 열에너지로 변환된 열(열매체)을 구동 장치에 의해서 이용부로 이동되는 시스템을 의미한다.

 

 2) 시스템 구성도

 

 

집열부 : 태양으로 부터 에너지를 모아서 열로 변환하는 장치

축열부 : 모아진 열을 저정했다가 필요시 사용하기 위한 저장 탱크

이용부 : 축열조에 저장된 태양열을 효과적으로 공급하고 사용량 부족시 보조열원(보일러)에

의해 공급

제어장치 : 태양열을 효과적으로 집열, 축열, 공급하기 위한 조정장치

 

3) 온도에 따른 분류

 

구분

자연형

설비형

저온용

중온용

고온용

 

 

60℃이하

100℃이하

300℃이하

300℃이상

집열부

자연형 시스템

공기식 집열기

평판형 집열기

PTC집열기

CPC형 집열기

진공관형 집열기

Dish형 집열기

Power Tower

축열부

Tromb Wall

(자갈, 현열)

저온축열

(현열, 잠열)

중온축열

(잠열, 화학)

고온축열

(화학)

이용분야

건물공간난방

냉난방, 급탕,

농수산(건조,난방)

건물 및 수산분야

냉·난방, 담수화,

산업공정열, 열발전

산업공정열, 열발전, 우주용,광촉매폐수처리, 광화학, 신물질제조

 

 

4) 태양열 집열기

(1) 저온열 집열기

 

▲평판형 집열기 외형

▲평판형 집열기 단면도


①평판형 집열기

 태양열을 저온으로 집열하는데 사용되는 평판형 집열기는 우측상단의 그림과 같다. 열손실을 줄이는 투과체(transparent cover)가 부착된 상단부와 일사광선을 흡수해서 열에너지로 변화시키는 흡수판이 있는 하단부로 구성되어 있다. 위의 단면도와 같이 상단부는, 그 하단부에는 이관이나 통로를 통해서 흡수판에 집열된 열에너지가 열매체로 전달되어 이용부나 축열조로 이송된다.

 

  저온열 집열기 장점은 여러 가지가 있다. 첫째, 직달 및 산란 일사 성분 모두를 집열할 수 있다. 둘째, 태양광을 추적하지 않아도 된다. 셋째, 저온에서서 집열효율이 높다. 하지만 집열온도가 높을 수록 집열 효율이 크게 저하되어 일정온도(동절기의 경우 80℃ 이상) 이상에서는 거의 집열이 되지 않는 단점도 가지고 있다.

 

 

 

진공관형 집열기

 

 ▲집열관 상세

▲열전도 모식도  


 평판형 집열기와 집열 방식은 거의 동일하나 흡수판을 진공유리관 내부에 위치시켜서 대류에 의한 열손실을 없게 만든 집열기다. 그 단면과 전체 형상을 위의 그림에 나타나 있다. 현재 상용화된 진공관식 집열기는 유리관이 2중의로 되어있고 그 사이가 진공인 이중진공관식 집열기와 단일 유리관을 사용하고 그 유리관 내부 전체가 진공인 단일 진공관식 집열기(위쪽 그림의 가운데) 2종류가 있다. 위 우측의 그림은 2중 진공관식 집열기에서의 집열과정을 나태낸 그림이다.

 평판형 집열기에 비해 집열기에서의 열손실이 적고 고온에서 집열 효율이 높아 난방 뿐아니라 흡수식 냉방 등에도 적용될 수 있다.

 

 

(2)중온형 집열기

 중온형 집열기는 태양에너지를 이용하여 중.고온을 얻기 위해서는 일사광선을 집광하여 고밀도의 에너지형태로 변환시키는 집광장치(concentrator)를 포함한다. 집광형 집열기는 집광형태의 기하학적 구조에 따라 CPC, PTC(prabolic trough concentrator)형이나 parabolic dish형, Tower 형 등이 있다.

 

① CPC(compound parabolic concentrator) 집열기

 

  • 이 집열기는 [그림 3-9]와 같이 포물선 형태의 반사판과 그 가운데 집열부, 외곽에 유리관(없는 것도 있음) 등으로 구성되어 있다. 추적 장치가 없으면서 일사광선을 흡수관 한곳으로 집광할 수 있도록 반사판이 설계된다. 집광비가 낮아 200℃ 이하의 온도를 집열 하는데 사용 된다

 

 

② PTC(prabolic trough concentrator) 집열기

  이 집열기는 아래의 그림과 같이 기하학적으로 포물선형 반사체를 갖는 집열기로서 평행하게 입사하는 일사광선이 포물선 축에 초점이 맞춰지도록 해서 포물선 축에 집열관을 위치시킨 선집광형 집열기다. 이 집열기는 집열관을 중심으로 반사면이 상하로 태양을 추적되며,직달일사 만이 집열이 가능하다.

 


 

(3) 고온형 집열기

① Dish 형 집광장치

  반사면이 접시형상을 갖는 집광형 집열기가 바로 Dish 형 집광장치(접시형 안테나 형 상)로 반사체에 의해 반사된 일사광선이 한 점에 모이는 점집광형 집열기이다. 이 집열기는스터링(stirling) 엔진을 집광부에 장착하여 태양열발전용으로도 사용되고 있다.

 

 

 

② Solar Power Tower

 주로 태양열 발전시스템에서 사용되는 시스템으로 아래 사진과 같이 반사판(Heliostat)이 중앙있는 Tower에 집광이 되어 높은 온도를 올려서 증기터빈을 구동하여 발전을 하는 시스템이다.

 

4) 기타 집열기

① 태양 굴뚝

 먼저 지상에다 유리온실을 지은 뒤 온실 가운데에 굴뚝을 세운다. 태양열을 받아 온실 내부 공기가 데워지면 이 뜨거운 공기는 굴뚝을 통해 밖으로 빠져나가게 된다. 이때 굴뚝 통로에 풍력 터빈을 설치해 밖으로 빠져 나가는 바람의 힘으로 발전을 하는 것이다. 온실이 클 수록, 굴뚝이 높을 수록 바람은 강해집니다. 태양열과 풍력발전이 혼합된 개념이다. 이 태양굴뚝을 영어로 'Solar Updraft Tower' 라고 한다.

 

▲태양 굴뚝

▲태양굴뚝 모식도

 

② 태양 연못

 태양연못(Solar Pond) 발전도 태양열 발전의 또 다른 모델로 꼽히고 있다. 타워형과 달리, 이 방식은 넓이가 수천M2이고 깊이가 2 ~ 3M 정도인 연못 바닥에 농도가 높은 소금물을 담아 태양열에 가열된다. 가열된 물은 소금의 농도 차에 의해 층이 형성되어 물의 대류가 억제된다. 그래서 바닥의 온도는 높고, 표면수의 온도는 낮은 상태를 유지하게 되는데, 이 온도 차를 이용해 발전을 하는 것입니다. 태양연못은 여름 동안에 태양열을 저장시켜 놓았다가 겨울철에도 바닥온도와 표층의 낮은 온도에 따른 온도차를 이용하여 저온 터빈으로 발전을 할 수 있다.

 

 

 

5)주택 적용

  태양열 온수기& 태양열 냉.난방

 

 

 

  집열기를 통해 열을 모은다. 집열기는 태양열을 잘 받기 위해 검 은 색의 집열판을 이용하고, 햇빛을 더 많이 받도록 하기 위해서  집열판을 경사지게 세워야 한다. 집열기에 모여진 열로 찬물을 데운다. 집열판 내부에서 얻을 수 있는 공기의 최대 온도는 180℃에 달한다. 집열판 속 을 흐르는 물은 가장 높이 올라갈 수 있는 온도가90℃ 정도이다. 데워진 물은 밀도 차에 의해 온수 저장 탱크(축열 탱크)로 이동한다. 태양열로 데워 진 온수는 탱크에 가득 채워져 있으므로 수도꼭지를 돌리면 온수를 바로 사용할 수 있다.

 햇빛이 항상 비치는 날에는 충분한 양의 목욕물을 얻을 수 있으나 비나 눈이 와서 햇빛이 비치지 않는 날에는 축열 탱크의 물이 데워지지 않아 온수를 쓸 수 없는 단점도 있다.

 

태양열 냉방 장치는 에어컨과 비교할 때에 여러 가지 장점을 가지고 있다. 에어컨은 실내의 공기를 폐쇄된 상태에서 순환시키면서 냉각시키기 때문에 환기가 잘 이루어지지 않지만, 태양열을 이용하면 신선한 공기가 계속해서 들어오기 때문에 환기 걱정을 할 필요가 없다. 또 냉매제로 사용했던 프레온 가스가 대기로 방출되면 지구 온난화와 오존층 파괴가 일어나지만, 태양열 냉방을 하면 이러한 일이 발생하지 않는다. 더운 여름날 에어컨을 많이 사용하면 다른 때 보다 전력 수요가 크게 늘어나고, 이 때 필요한 전기를 공급하기 위해 여름철에만 가동하는 발전소를 준비해 두어야 하는 반면, 태양열로 냉방을 하면 이러한 발전소 건설에 들어가는 비용과 전기를 절약할 수 있다.


3. 결론

 태양에너지 이용기술은 아직 화석 연료에 비해 경제적, 기능적면에서 화석연료보다 효율적이지 못하다. 하지만 그 동안 이루어진 산업화로 인해 발생한 환경오염과 점점 고갈되고 있는 자원을 고려하다면 화석연료를 대체할 에너지원을 개발해야함은 부인할 수 없는 사실이다.

 태양에너지는 청정에너지로서 미래를 담당할 에너지원이다. 특히 태양력 기술은 기술자립도가 높고 적용할 수 있는 분야가 많다. 따라서 기업들은 기술 발전에 힘써 태양력 기술이 경제성과 효율을 두루 갖추도록 해야 할 것이며, 실생활에 확대 보급하여 상용화 될 수 있도록 해야 한다.

 

 

참고 사이트 주소

1. http://blog.daum.net/obk2030/16512865

2. http://cafe.naver.com/9004567/1153

3. http://blog.hanwhadays.com/629

4. http://blog.naver.com/miraeeni1?Redirect=Log&logNo=90145692318

5.http://www.kemco.or.kr/up_load/blog/%ED%83%9C%EC%96%91%EC%97%B4%20%EA%B5%90%EC%9C%A1(%EA%B8%B0%EC%B4%88).pdf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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