Department of Energy Grid
Fall 2013
신재생 에너지 응용
(GE0038)
- 에너지 일반 및 현황 (Part II) -
국내 에너지소비 및 경제성장 추이
• 에너지파동: 1차,
1973년10월 제4차 중동전쟁.
2차, 1978년말 이슬람혁명.
• 현재의 고유가 행진은 원천적인 요인임.
국내 에너지소비 및 경제성장 추이
1.4 신재생에너지원
• Renewable energy의 정의:
자연에 존재하는 지속적이 고 반복적인 에너지원으로 부터 얻는 에너지
• 완화된 정의: 장기간 사용 량만큼 보충 가능한 에너지.
• 태양에너지의 기여가 절대 적으로 크다.
• 바이오매스는 재생에너지 인가?: 탄소순환과 연계.
• Renewable Energy Source
– Solar direct:
• Solar thermal (Ch 2)
• Solar photovaltaics (Ch 3)
– Solar indirect:
• Hydro power (Ch 5)
• Wind power (Ch 7)
• Wave power (Ch 8)
• Bio-energy (Ch 4)
– Non-solar
• Tidal energy (Ch 6)
• Geothermal (Ch 9)
• Fuel cell and Waste heat (열병합발전)
1.4 신재생에너지원
태양과 지구: 복사열전달
• 복사 열전달 공식
K K
m T
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K m W T
I
6000 T
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3000
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Law
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67 . 5
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스펙트럼분석결과
파장 에너지
최대 방사율
크기 복사에너지의
µ λ
σ ε
εσ
2.3 태양과 지구 복사의 파장분포
• 태양은 6000도씨의 핵융합로.
• 태양상수 1.37kW/m2
• 1/3정도는 지구로부터 반사되고 대기중 흡수로 인하여 표면에는 약
1lW/m2도달함.
• 대기중 산란으로 인하여 직달 일사는 약 87% 정도.
• 지구로부터 방사되는 복사열 전달과 균형을 이루어야 함.
• 대기가 없다면 지구 평균온도 는 -18도씨로 계산.
• 현재는 평균온도 약 15도씨
• 방출이 온난화가스에 의해 감 소되면 지구 온도는 상승함.
2.4 Magic of glass
• 파장별 투과율의 변화로 태양과 에는 투명하며 상온 물체의 방출 복사에는 불투명함.
1.3 화석연료와 기후변화
• 화석연료 사용의 부작용:
- 전통적 개념: 대기 및 수질 오염, 산성비, 사막화, 오존층 파괴, 자원의 고갈 문제.
- 최근: 기후변화에 중점, CO2 대기농도 300ppm(0.03%)
• 대기 중 온실가스의 증가는 인류 생존을 위협하는 지구 온 난화의 핵심요인
• 지구온난화는 기상재해, 생태계 파괴 등 환경위기뿐 아니라 경제에 대한 위협요인으로 작용
• 온실가스는 6개 물질(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs,
SF6)이며, 온실가스 배출 총량은 각각의 온난화 기여도를 감안하여 산출 (수증기와 오존의 영향 배제됨).
온실효과 가스
•지난 100년간(1906～2005년) 전 세계 평균기온 0.74°C 상승, 금세기 말 6.4 °C 상승 전망, 한반도는 지난 96년간(1912-2008) 1.7°C 상승
•금세기말 지구온도 상승을 2℃ 이내로 억제하고 2050년까지 대기 중 이산화탄소 농도를 450ppm이하로 유지한다는 글로벌 장기목표 설정.
온실효과 가스
• 지구 온난화의 요인이 이산화탄소인지에 대한 학계의 논란은 계속되고 있으나 정치적인 이유로 이산화탄소 감축의무의 분담은 분명한 장래의 현실.
• 온실가스 배출원은 에너지분야 85%, 산업공정 10%, 농업과 폐기물이 각 2.5% 정도임.
• 천연가스 기준 발열량당 이산화탄소 발생지수는 석유 1.46, 석탄 1.7-2.1
탄소 순환: 반드시 이해
• 괄호의 숫자는 존재량(단위 억톤) 화살표의 숫자는 이동량(단위 억톤/년)
• 인간활동의 결과로 대기로 약 58억톤 방출. 대기 중 CO2의 존재량은 비교적 정확히 측정됨. 매년 27억톤 증가.
• 삼림의 양이 일정한 경우 호흡에 의한 방출과 광합성에 의한 흡수는 균형을 이룬다. 삼림파괴에 의하여 18억톤 방출.(바이오매스 재생에너지 여부)
• 58+18-27=49억톤 정도가 해양 표층수에 흡수되는 것으로 추정함.
2.1 태양열 이용
• 태양은 인류의 궁극적인 에너지원.
• 태양열 이용의 분류
•온도에 따라:
저온형: Glazing 효과(파장별 투과도 및 반사도) 이용 고온형: 추가로 집광 기구를 사용함.
• 형식에 따라:
Active solar heating: 집열기(solar collector) 유무. 주로 급탕용 Solar thermal engines: 집광으로 고온달성 (상징적, 캘리포니아 모하비사막의 발전소가 전세계 발전량의 90%)
Passive solar heating: 주거 건물의 난방 요구 절감에 사용. 별도의 집열이 없음. 단열의 중요성.
Daylighting: 자연광 사용
•태양열 이용에는 특정지역의 계절 변화에 따른 조사량, 조사 방향 및 고도, 및 직달일사 비율에 대한 정보가 필요함.
2.2 지붕설치 평판형 집열기
• 태양은 인류의 궁극적인 에너지원.
• 태양열 이용의 분류
•온도에 따라:
저온형: Glazing 효과(파장별 투과도 및 반사도) 이용 고온형: 추가로 집광 기구를 사용함.
• 형식에 따라:
Active solar heating: 집열기(solar collector) 유무. 주로 급탕용 Solar thermal engines: 집광으로 고온달성 (상징적, 캘리포니아 모하비사막의 발전소가 전세계 발전량의 90%)
Passive solar heating: 주거 건물의 난방 요구 절감에 사용. 별도의 집열이 없음. 단열의 중요성.
Daylighting: 자연광 사용
•태양열 이용에는 특정지역의 계절 변화에 따른 조사량, 조사 방향 및 고도, 및 직달일사 비율에 대한 정보가 필요함.
2.2 집열기의 구조
• 유리는 선택적 투과 효과 (glazing)
• 흡수판은 파장 선택성을 갖는 산화흑동, 산화흑철, 흑색크롬도금, 흑색니켈도금 등 표면처리.
• 선택적 흡수성: 2.5마이크로미터
이상에서는 높은 흡수율. 이상에서는 낮은 흡수율. 태양복사에너지의99%이상이
0.3-2.0 마이크로미터 범위.
흡수율=방사율=1- 반사율.
• 냉매 순환관은 흡수판에 열저항 최소로 부착함.
• 뒷면은 단열 처리.
• 동절기 온도가 영상인 지역 적용.
• 축열조와 일체식.
• 지붕에 설치하여 급탕용으로 개인주택에 보급.
• 여름철에 60-65도씨, 겨울철에 30-35도씨 온도 가능.
• 축열조에 추가로 electric immersion heater 설치.
2.2 자연순환식(thermosyphon )
• 축열조에 electric immersion heater 설치. 열매는 부동액.
