Solar Cell 발전소(규모경쟁)
태양광발전기술의 분류
태양광발전 가격과 효율
구 분 1997 ($/Wp)
2000 ($/Wp)
2010 ($/Wp)
결정질
실리콘 3.90-4.25 1.50/2.50 1.20/2.00
비정질
실리콘 2.50-4.50 1.20/2.00 0.75/1.25
CIS - 1.20/2.00 0.75/1.25
CdTe - 1.20/2.00 0.75/1.25
실리콘 박
막 - 1.20/2.00 0.75/1.25
0 5 10 15 20 25 30
78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 0 2 4 가격 ($/W)
Price was down to < 1/7
3 - 4 $/W
태양전지 가격 하락 추이
태양전지 가격하락
0 500 1000 1500 2000 2500
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
생산량(MWp)
연도 기타
유럽 일본 미국 총계
연도별 각국 태양전지 생산량
Poly-silicon의 수급 예측
[ 2002년도 생산량 Top 10의 태양전지 생산 업체 ]
태양전지 Module 생산현황
Data Source: D.W. Kim 2008
Thin Film Solar Cell Market
태양전지 원료인 실리콘의 구조
실리콘 원소구조 n형 및 p형 반도체 구조
풍력발전소
세계 풍력발전 용량 증가(2014년 예측)
세계 풍력발전 생산 추이(MW)
풍속과 에너지의 상관관계
Distribution of wind speed (red) and energy (blue) for all of 2002 at the Lee Ranch facility in Colorado. The histogram shows measured data, while the curve is the Rayleigh model distribution for the same average wind speed.
Nation 2005 2006 2007 2008
United States(1) 9,149 11,603 16,818 25,170
Germany 18,415 20,622 22,247 23,903
Spain 10,028 11,615 15,145 16,740
China 1,260 2,604 6,050 12,210
India 4,430 6,270 8,000 9,587
Italy 1,718 2,123 2,726 3,736
France 757 1,567 2,454 3,404
United Kingdom 1,332 1,963 2,389 3,288
Denmark
(& Faeroe Islands) 3,136 3,140 3,129 3,160
Portugal 1,022 1,716 2,150 2,862
Canada 683 1,459 1,856 2,369
Netherlands 1,219 1,560 1,747 2,225
Japan 1,061 1,394 1,538 1,880
Australia 708 817 824 1,494
Sweden 510 572 788 1,067
Ireland(16) 496 745 805 1,245
World total (MW) 59,091 74,223 93,849 121,188
국가별 풍력발전소 년간 생산 추이(MW)
South Korea(27) 98 173 191 278
• 최근 풍력발전이 화석연료에 대한 대체에너지로 부각되고 있으며, 고 성장세 지속
• 2005년 이후 신규 발전용량은 연평균 36%의 고성장 (2004년 0.9%
성장 이후 2005년 41%, 2006년 32% 성장)
• 1995~2004년의 연평균 성장률 23% 보다 1.6배 증가
• 2006년 총 발전용량 74.2 GW
• 풍력발전 능력은 지속적으로 늘어 2010년 150 GW로 증가할 전망
• 2010년 설치될 발전용량은 21 GW로 연평균 8.4% 성장(2006~2010 년)
풍력발전의 전망
세계 풍력발전 건립 추이 및 전망
• 풍력발전기술의 성숙으로 발전단가는 54€/MWh의 수준
• 일반 석탄화력발전보다 낮으며, 효율이 높은 복합발전보다는 높은 수준
• 해상 풍력의 발전단가(79€/MWh)는 초기 설치비로 인해 높은 수준
• 풍력발전의 경우 발전소요면적도 타 발전기술에 비해 낮은 편
• 풍력 1,335m2/GWh인 반면, 석탄 3,642m2/GWh, 태양광 3,237m2/GWh (*한국에너지기술연구원, “신재생에너지원 대표주자 풍력”, 2007.1, 재인용)
주요 기술 별 발전단가
• 풍력발전은 바람을 에너지원으로 이용하는 기술로 온실가스 배출이나 방 사능 누출 등 환경오염의 문제가 전무하다.
• 풍력발전으로 400MWh 발전 시(200kW급 풍력발전 1년간 운영), 석탄 120~200톤을 대체하는 효과.
• 풍력발전으로 얻어진 온실가스 감축실적을 배출권 거래제를 통해 판매가 가능한 것 또한 추가적인 이점이다.
• 풍력발전에 의한 온실가스 감축실적 거래를 UN이 승인.
환경오염 감축 효과
• 발전단가를 낮추기 위해 풍력발전기 scale-up 집중
• Rotor 직경이 124m인 5MW급 발전기 개발, 실증테스트 중(현 재 2~3MW급 풍력발전기가 주력제품)
• 해상 풍력발전 가능 발전기 개발에 주력
• 현재는 설치비가 저렴한 육상 풍력발전이 대부분
• 해상 풍력발전 용량은 700MW에 불과(2005년 기준)
• 2010년 전체 풍력발전 용량8%→2020년 39% 확대
풍력기술 개발 세계 추이
(2005년, MW 기준) Siemens
4% Suzlon
6% Gamesa 12%
Enercon 13%
GW W ind 18%
Vestas 33%
기타 14%
자료 : MAKE Consulting(HSBC(2007.3), 재인용
세계 주요기업의 시장점유율
• 2006년 국내 풍력발전은 197.4MW로 국내 전체 발전용량의 0.3% 수준
– 제주와 강원 지역을 중심으로 풍력발전단지 조성(강원 98MW, 영덕 39.6MW, 제주 6MW, 전북 새만금(4.5MW) 등)
– 2013년까지 발전용량을 2,237MW까지 확대, 총 발전량의 1.8% 수준 계획
• 풍력발전기의 국산화가 늦어 주로 수입에 의존하는 상황
– 현재 국내에서 개발된 풍력발전기는 750kW로 풍력발전의 주력인 2MW급에 비해 크게 뒤지는 상황(2MW급 발전기 개발 진행 중)
– 국내에서 운영 중인 풍력발전기의 대부분이 수입에 의존(운영 중인 설비 중 수 입설비가 97%를 차지)
국내 풍력발전산업 현황
▲ 원 리
ㅇ 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적 특성을 이용하여 회전자를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술
▲ 풍력발전기의 구성 요소
ㅇ 회전자 - 날개와 허브로 구성 ㅇ 증속장치 – 발전기를 구동
ㅇ 제어장치 – 발전기 및 각종 안전장치 제어 ㅇ 유압 브레이크, 전력 제어장치, 철탑
풍력발전의 원리와 구조
바람으로 풍차(風車)를 돌리고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 속도를 높여 발전기를 돌려 발전.
바람에너지를 날개를 이용해서 전기에너지로 바꾸는데 이때 날개의 이론상 바람에너지 중 59.3%만이 전기에너지로 바뀜.
날개의 형상에 따른 효율, 기계적인 마찰, 발전기의 효율 등을 고려하면 실제 적으로 20 ~ 40%만이 전기에너지로 이용됨.
풍력발전의 개요
▲ 장 점
ㅇ 지구온난화 방지를 위한 국제적 환경보호규제에 대한 가장 적극적인 대처방안 ㅇ 풍력자원(바람)이 풍부하고 재생 가능한 에너지원
ㅇ 공해의 배출이 없어서 청정성, 환경친화성을 가짐
ㅇ 외국인 경우 비용면에 있어서 발전단가가 4 ~ 5￠/kWh로 핵발전의 발전단가와 같은 수준임
* 핵발전과 비교시 폐기물 비용을 감안하면 보다 경제적이고 환경 친화적임 ㅇ 수려한 미관으로 관광산업으로의 개발 가능
ㅇ 완전자동운전으로 관리비와 인건비의 절감
▲ 단 점
ㅇ 에너지의 밀도가 낮아 바람이 안 불 경우 발전이 불가하므로 특정 지역에 한정되어 설치 가능
* 우리나라의 경우는 삼면이 바다라서 풍력에 유리함
ㅇ 바람이 불 때만 발전이 가능하므로 저장장치의 설치가 필요
* 현재 기존의 발전 시설이나 태양광 발전과 병행하면 문제해결 가능 ㅇ 초기 투자비용이 아주 큼
ㅇ 소음의 발생 문제
* 최근 풍력발전기의 대형화로 소음문제를 많이 해결함
풍력발전의 장·단점
▲ 설정 기준
ㅇ 지정학적 요소, 건설학적 요소, 전력연계망 요소로 구분
▲ 입지 조건
ㅇ 설치 지역의 풍속, 풍향 조건
ㅇ 설치 지역의 돌풍 또는 난류의 생성 유발 요인 소지 여부 ㅇ 설치 지역 주위의 장애물 또는 가로막이 산등의 존재 여부 ㅇ 설치 지역 토양이 큰 하중을 견딜 수 있는지 여부
ㅇ 토양의 배수가 원활할 수 있는 성분인지의 여부 ㅇ 시스템 운반 및 건설에 대한 여러 조건의 용이성
* 출입 가능 도로 존재 여부, 공사 자재 등의 공급이 가능한지 여부, 한전 선로의 존재 여부, 건설에 따른 부지 확장 가능 여부 등
ㅇ 경관 영향 및 발생 소음 영향
풍력발전의 입지 조건
수력 발전(hydropower Plant)
수력 발전(hydropower Plant)
수력 발전소 발전기
수력 발전(hydropower Plant)
수력 발전(양수발전)
세계 각국의 수력 발전 용량
Country Annual Hydroelectric Energy Production(TWh)
Installed
Capacity (GW)
Capacity Factor
Percent of all electricity
PR of China(2008) 563.3 171.52 0.37 17.18
Brazil 371.5 69.080 0.56 85.56
Canada 368.2 88.974 0.59 61.12
USA 250.8 79.511 0.42 5.74
Russia 179.0 45.000 0.42 17.64
Norway 135.3 27.528 0.49 98.25
India 122.4 33.600 0.43 15.80
Venezuela 83.9 - - 67.17
Japan 83.6 27.229 0.37 7.21
Sweden 66.2 16.209 0.46 44.34
Paraguay(2006) 64.0 -
-France 63.6 25.335 0.25 11.23
파력 발전
40 kW buoy , 직경 4 m, 길이16 m, 해상노출 대략 4 m 디자인은 1-5 miles (8 km) 해안 , 수심 60 m 설치목적
Pelamis Wave Energy Converter
파력발전의 경제적 효과
Wave Dragon 시작품
영국의 경우 전기생산 예측 가능치가
50–90TWh/년, 현재 생산전기의 15–25%
담당가능성 확인
파력발전의 원리
Motion of a particle in an ocean wave.
A = At deep water. The orbital motion of fluid particles decreases rapidly with increasing depth below the surface.
B = At shallow water (ocean floor is now at B). The elliptical movement of a fluid particle flattens with decreasing depth.
1 = Propagation direction.
2 = Wave crest.
3 = Wave trough.
파력발전 에너지 예측
where
•P the wave energy flux per unit wave crest length (kW/m);
•Hm0 is the significant wave height (meter), as measured by wave buoys and predicted by wave forecast models. By definition,
Hm0 is four tImes the standard deviation of the water surface elevation
•T is the wave period (second);
•ρ is the mass density of the water (kg/m3), and
•g is the acceleration by gravity (m/s2).
Wave power is proportional to the wave period and to the square of the wave height
Wave power formula(파력에 의한 에너지 식)
In deep water, if the water depth is larger than half the wavelength, the wave energy flux is
바이오(에탄올) 연료
사탕수수 줄기로 만드는 에탄올
유채기름 재이용
바이오 에너지 기술의 분류
대분류 중분류 내 용
바이오 액체연료 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 이용 기술 (LFG) 바이오매스 가스화기술
(열적전환) 바이오매스 열분해, 가스화, 가스화발전 기술
바이오 수소 생산기술 생물학적 바이오 수소 생산기술
바이오매스 생산,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)
에탄올 연료 운송이용(브라질)
바이오 디젤(오일의 화학반응)
오일을 trans-esterification 반응 을 통해 화석연료 디젤과 유사한 화학성분 형태로 변화
화학적 이름은 fatty acid methyl (or ethyl) ester (FAME).
에탄올과 가솔린의 혼합연료(10%에탄올)
지열발전(Geothermal resource)
지열발전: 미국, 일본 등
지열발전(Geothermal Power)
아이스랜드의 Nesjavellir의 지열발전소
지열발전의 원리와 지리적 위치
지열에너지 이용 난방
우리나라 일부지역 심부(지중 1 ~ 2 km) 지중온도는 80 ℃ 정도로서 직접 냉난방에 이용 가능
지열에너지 이용 난방
05 10 15 20 25 30 35 40 45 50
온실가스를 배출하지 않 는 에너지원(27%)
화석연료의청정화(37%)
효율향상(36%)
온실가스배출량(Gt CO2/년) -출처 : IEA
구분 주요분야
신재생에너지 태양광, 풍력, 수소연료전지, IGCC(석탄가스화 복합발전) 청정연료 CTL(석탄액화) 및 GTL(가스액화), CCS(CO2 포집, 저장) 고효율기기 LED, 전력IT, 에너지저장, 소형열병합, 히트펌프, 초전도
그린에너지 산업의 개념
그린에너지 9대 기술분야 및 산업
수소 연료전지사업 로드 맵
연료전지 개발사업 로드 맵
에너지 이용 동향(자동차)
구분 전기자동차 연료전지 자동차
구동방법 전동기 전동기
동력원 발전소 공급전력 순수소 or 개질 수소에 의한 자체 전원
환경오염 문제 화력발전소의 유해 가스 및 다량의
축전지 사용 개질과정에서 극소량 발생
공해정도 가솔린 차량보다 심각함 진정한 무공해 차
제조 회사 차종 개발 년도 연료전지 사양
연료 출력(용량) 20kW 주행거리
일본 (4) Mazda Cart 1997 수소저장합금
(2x15㎥) 20kW(5kW x4) 170km
Toyota RV 1997 메탄올 500km
유럽 (7) Daimler-Benz 승용차 1999 액화수소 25kW 400km
Renault 승용차 1996 액화수소 70kW 500km
북미 (9)
Ballard 버스 1997 압축수소 30kW 170km
George-town U 버스 1998 메탄올 100kW 560km
GM 승용차 EV-1 1999 메탄올 100kW 500km
FORD 승용차 1999 압축수소 50kW 170km
Virginia Tech 승용차 1999 압축수소 70kW 110km
자동차용 연료전지 핵심기술 보유현황
회사 스택
생산
스택 제작
파일럿 전단계 생산
정격 용량 스택
스택 기반 기술
단위 전지 기술
MEA 개발 생산
막 개발 생산
촉매 개발
분리판 개발
Ballard o o o o o o o o
Benz o o o o
G.M. o o o o o
Toyota o o o o o
Allied Signal o o o o
Denora o o o o
Energy Partner o o
Honda o o o o
Hpower o o o o
Ford/IFC o o o o
Mitsubishi o o o
Nissan o? o o? o
Plug Powe o o o o
Simens o o o
PAFC (인산염 연료전지)
AFC (알칼리 연료전지)
PEFC (고분자전해질
연료전지)
DMFC (메탄올 연료전지)
MCFC (용융탄산염
연료전지)
SOFC (고체산화물
연료전지)
전해질 H3PO4 KOH Nafion Nafion 62% Li2CO3
38% K2CO3 YSZ
전극 재료
연 료 극
Pt/C 80% Pt
20% Pd
Pt black or Pt/c
Pt black or Pt껴/c
90% Ni
10% Cr Ni-ZrO2 공
기 극 동작온도
(℃) 190~200 80~90 25~80 20~90 650 600~1,000
효율(%) 40 40 46 30 45 ~50
연료 수소 수소 수소 메탄올 메탄 메탄, 프로판,
부탄, 디젤 출력범위
(kW)
100~
5,000 1~100 1~250 1~100 1,000~
10,000
1,000~
10,000
주요용도/
개발단계
분산발전/
상용화
우주선용 전원/
상용화
가정용, 자동차용/
시험-실증
휴대용 전원/
시험-실증
대규모 발전/
상용화 추진
대규모 발전/
개발-시험
특징
-200 kW~수 MW 용량으로 처음 개발 -낮은 전력밀도
-아폴로 우주선 적용 -백금 전극사용 -고순도 연료 (H2)사용
-빠른 시동
- 초고순도 연료 (H2)사용 -백금촉매 필요
- CO에 의한 촉매 성능저하
-빠른 시동 -액체연료로 휴대 가능
- 다량의 백금 촉매 필요
-메탄가스를 연료로 사 용하여 MW급으로 기술 개발완료
-전해질 증발에 따른 운전성능저하
-메탄을 비롯한 다양한 연료의 사용가능 -가장 높은 전력밀도 -내구성 미확보