신한대학교 에너지환경공학과 교 수 황재석
제 5 강
목 차
1. 에너지의 정의
2. 에너지 이용의 역사 3. 에너지 효율
4. 에너지의 질
5. 에너지의 문제점
6. 세계에너지 소비추이 및 전망 7. 환경오염문제
8. 에너지와 자원
[참고문헌] 과학동아/㈜ 동아사이언스 ETRI,스마트그리드 기술 동향, 제24권 제5호 2009월10
에너지: 일을 할수 있는 능력
• 예) 물체에 힘을 가하여 이동하게 하면 속도를 변화시키면 일 이 발생하며 주어진 에너지가 많으면 가능한 일의 양이 커짐
1에르그(erg = gcm2/s2)
• 1g의 물질을 1cm/s2의 가속도로 1cm이동할 때의 일의 양
1J = 1kgm2/s2
1cal = 4.184J
• 1g의 물을 14.5℃에서 15.5℃로 올리는데 필요한 열량
물체의 총에너지는 일정하다
• 위치에너지 (
mgh
)• 운동에너지 {
1/2(mv
2)
}• 전기에너지, 자기에너지, 빛에너지
• 열에너지, 화학에너지 등….
물질의 질량도 에너지로 변환될 수 있다(
E=mc
2 )• 1g의 물질이 완전히 에너지로 바뀌면 9x1020에르그를 방출함
문명과 역사의 진화에 따라 도구, 언어, 불을 이용
북경원인(40-50만년전): 석기와 불의 사용
•
불의 사용은 사냥과 음식물의 섭취에 유용•
추위와 습기를 막고 조명으로 이용 산업혁명전
•
장작이나 숯을 사용하여 음식을 조리•
인력과 가축을 이용•
자연에너지(수력, 풍력, 흑색화약)
산업혁명이후
•
증기기관의 사용 (석탄의 사용)•
공장용 원동기, 기관차, 선박•
본격적으로 화석연료를 사용하기 시작
발전기와 전동기를 이용한 전기에너지의 사용
2차세계대전 이후
•
석유와 천연가스의 사용급증
저유가를 바탕으로 석유화학공업의 발달, 자동차의
대량생산, 도로의 확충
에너지 위기
70년대 오일쇼크 발생
수력 및 원자력발전소의 건설
대체에너지 및 신에너지에 대한 연구의 시작
•
바이오매스, 복합발전, 연료전지 등 에너지효율: 공급된 총에너지에 대한 실제로 사용될 수 있는 유용한 에너지
운송용내연기관의 효율 (25%), 폐열 (75%)
전철 (1), 승용차(0.5), 기차(0.7), 항공기(0.3)
가정 및 상업용 에너지 효율(70%이상)
산업에 사용되는 에너지 효율(80%수준)
에너지의 질:
• 생활에 편리한가?
• 깨끗한 에너지인가?
• 수송과 저장이 용이한가?
• 높은 칼로리를 가지는가?
• 자동적으로 이용할 수 있는가?
기계적에너지>전기에너지>화학에너지>빛에너지>열에너지
질을 높이기 위해 농축하거나 변환하거나 질을 낮출 수 있음
화석연료 (석유, 석탄, 천연가스)에 한정
매장량의 유한성으로 고갈의 위험성있음
석탄: 채굴과 운반의 문제점으로 사용의 한계
석유: 매장지역의 편중성, 매장량의 한계
석유수급의 불균형과 에너지 위기
열효율성의 한계
에너지의 절감과 대체에너지의 개발이 요구됨
석탄과 석유연소에 따른 대기오염
이산화탄소에 의한 지구온난화
CFCs에 의한 오존층의 파괴
그린라운드에 의한 에너지사용규제와 에너지 효 율 기준을 설정하는 기후변화협약을 발족
당사국총회를 통해 감축 계획
배출권거래, 공동이행, 청정개발체제 등을 도입
국가별 이해관계에 따라 애매한 태도 및 반발
자원 : 기술의 발전에 따라 생산 활동에 사 용되는 요소
인적자원 노동력, 자본, 인적자원
자연자원
농산자원 식량자원
광물자원
에너지자원 석유, 석탄, 천연가스
비에너지자원
금속광(금,은, 동, 철, 아연), 비금속광(인, 비소, 흑연, 석회 석)
수자원과 수산자원 물, 수산물
산림자원 나무, 목재
국가별 자국의 에너지 상황에 따라 다름
• 광의적: 석유 이외의 석탄, 원자력, 천연가스 및 신재생에너지 등을 모두 포함
• 협의적: 신재생에너지(new & renewable energy)만으로 정의
[대체에너지 개발 및 이용보급촉진법] 제2조
• 석유, 석탄, 원자력, 천연가스가 아닌 에너지로써 태양에너지(태양 열, 태양광발전), 바이오에너지, 풍력, 소수력, 연료전지, 석탄액화 및 가스화, 해양에너지, 폐기물에너지, 기타 대통령령으로 정한 에 너지(석탄혼합연료, 지열, 수소 등)로 정의
에너지 유형
전력생산(가장 일반적)
열 생산분야
액체연료 및 고체연료 생산분야
한전의 채택여부영향
연료분야는 화석연료의 고 효율 이용기술로 환경문제 에 부담을 줌
1987년 12월 [대체에너지 개발촉진법]제정
대체에너지 기술개발 5개년 기본계획 확정
1989년 9월 범국가적 연구사업(national project)
• 연료전지 및 태양광 발전분야
1991년 기업주도 연구사업
• 태양열, 바이오에너지, 폐기물에너지
1993년 국가선도기술개발사업(G7 Project)
• 신에너지 기술개발사업
• 연료전지, 태양광발전, 석탄가스화 복합발전기술
1997년~2006년 대체에너지를 총에너지의 2%를 공급
태양열 에너지분야를 G7 project에 추가
바이오에너지, 폐기물에너지, 풍력에너지에 대한 연구회 구성과 기술개발 방향의 설정 지원
미국
• DOE (에너지부) : 2030년까지 국가에너지 수요의 28%를 대체에너지로 충당한다는 계획
일본
• “지구재생계획”을 이상으로 환경 조화형 산업사회 시스템의 구현
• 에너지 자원의 이용효율 향상, clean energy의 대
규모 도입, 고도화와 환경부하 저감, 혁신적 환경기
술 개발….
유럽
도로 및 항공 수송분야 :
•
연료전지, 전기, 하이브리드, 바이오연료, 천연가스 미국
•
The 20 in 10 plan(20/10 plan)•
2007년 연두교서 ‘향후 10년동안 재생에너지 개발을 통해 가솔린 사용량을 20% 줄이겠다’ 일본
•
1980년 ‘석유대체에너지법’ 제정•
풍력발전소, 파력발전소 등 건설•
1994년 ‘신에너지 도입 대강’’•
신재생에너지의 보급 촉진을 목적•
1997년 ‘신에너지 이용 등의 촉진에 관한 특별조치법’ 유럽
• 1994년 ‘유럽 신재생에너지 보고서 : 2010까지의 전망’
• 2000년 ‘에너지 안보를 위한 유럽 전략에 관한 녹 색 보고서’
• 신재생에너지 개발강화, 에너지 효율화, 에너지 절 약정책강화, 에너지 기술개발 강화, 원자력 안정성 확보, 핵폐기물 처리기술 개발, 에너지 수입 다변화
• 2020년까지 신재생에너지로 전력생산의 20%, 건
물의 에너지소비의 22% 절약, 운송연료의 20%를
바이오연료 사용
태양에너지 : 태양열을 이용하는 방법, 빛을 이용하여 전 기를 사용하는 방법
풍력에너지 : 바람을 이용하여 운동에너지를 전기에너지 로 전환
해양에너지 : 조수간만의 차 또는 해류로부터 에너지를 얻 는 방법
연료전지 : 수소와 산소가 가지는 화학에너지를 화학반응 에 의해 직접 전기에너지로 바꾸는 에너지 전환장치
수소에너지 : 물의 전기분해를 통해 에너지를 만듬, 수송 과 저장이 용이하나 안전성과 제조기술의 효율이 낮음
바이오에너지 : 식물과 동물 등 생물체로부터 얻어지는 에너지
폐기물에너지 : 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐 기물을 열분해하여 오일화, 소각에 의한 열회수
지열에너지 : 지각내부에 존재하는 열에너지로서 경제적 으로 타당성 있게 개발되고 이용될 수 있는 에너지원
