본 연구의 목적은 1992년부터 산업자원부에서 추진하고 있는 에너지절약기술개발사업의 2000년까지 상용화 과제에 대한 에너지절약효과 산정 및 사회적 비용산출이다. 기술 개발에 의한 에너지 절약효과는 개발된 제품의 사용에 의한 직접적인 절약효과와 기술축적 및 타 산업으로의 기술파급 등에 의한 절약효과 등 간접적인 효과로 나누어 볼 수 있겠으나 본 연구에서는 분석자료 및 시간적인 제약으로 인하여 이 중 개발품의 사용에 의한 직접적인 효과에 한정하여 에너지 절약효과를 측정하였다.(중략)
현재 전 세계는 앞으로 사용 될 대체 에너지에 많은 관심 가지고 있다. 지금 사용하고 있는 에너지 연료는 한정되어 있기 때문에 대체에너지에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 그 중 압전체를 이용한 에너지 하베스팅은 많은 주목을 받고 있다. 주변 환경에서 필요한 에너지를 끌어 쓸 수 있는 대표적인 청정에너지 시스템 중 하나이기 때문이다. 최근 전원 공급원으로써 에너지 수확 시스템은 현 사회에 사용되고 있는 배터리로 전원을 사용하는 제품들을 소용량과 저전압 분야에서의 에너지 수확의 원리를 이용하여 전기전자제품의 사용시간 연장 및 응용분야 확대를 시도하는 연구가 활발히 수행되고 있다. 압전세라믹스를 이용한 에너지 하베스팅은 진동에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로서 압전 특성이 높아야 한다. 일반적으로 압전 세라믹스는 PbO 성분이 들어가므로 환경적 오염 뿐만 아니라 인체에도 영향이 좋지 않으므로 많은 나라에서 이러한 성분을 제한하고 점차적으로 줄어들고 있는 시점에서 PbO를 사용하지 않고 Lead-Free 세라믹를 사용한 연구가 진행되고 있다. 이 논문에서는 일반적인 소결 방법을 이용하여 (Na,K)NbO3 세라믹에 CeO2를 첨가한 압전 세라믹을 제작하였다. 제작된 압전 세라믹스로 에너지 하베스팅 소자를 제작하고, 이 소자로 수확된 에너지로 DC-DC Converter 응용 특성에 대하서 연구하였다. 압전 세라믹스의 좋은 압전 특성을 출력하기 위하여 캔틸레버의 고유 진동수가 진동원의 주파수와 일치하는 공진을 일으켜야 한다. 따라서 구동회로는 주파수원을 찾아 설계하였고, 압전 세라믹스의 진동은 가진기를 이용하여 구동실험을 하였다. 지금까지 나와있던 에너지 하베스팅 회로와 비교하여 그 특성을 분석하고, 시뮬레이션 및 실험을 통하여 검증하였다.
전기에너지의 사용은 인류의 문명생활에 크게 기여하여 왔다. 그러나 사회가 더욱 복잡해지고 고도정보화를 추구함에 따라 전기에너지의 사용은 급증하고 다양해지고 있다. 이러한 시점에 인간이 전기에너지를 사용함에 따라 본래의 기능 이외의 역작용이 수반되고 있어 이에대한 제반의 역작용을 종합적으로 검토 분석하고 이를 최소화함으로써 쾌적한 전기환경보전하에서 본래의 전기사용목적을 달성하고 불필요한 전자에너지를 처리하고자 함을 목표로 하고 있다.
지열에너지는 지구 내부의 깊은 곳에서부터 발생하는 열과 상부 지각에서 방사성 동위원소의 붕괴에 의한 열에 의해 발생한다. 지열에너지는 다른 신재생에너지(수력, 풍력, 태양력, 조력, 바이오 매스등)에 비하여 가동효율이 높고, 지속가능한 재활용 자원으로 경제적 효율성이 높아 전 세계적으로 활용도와 잠재성이 높은 신재생에너지의 하나로 각광 받고 있다. 따라서, 지열에너지의 사용은 화석 연료 사용의 상당부분을 대체할 수 있고, 온실가스의 배출도 줄일 수 있다. 현재 우리나라의 지열에너지 이용은 저온성 지열에너지를 이용한 냉난방에 국한되어 있지만, 앞으로의 지열에너지 이용은 Enhanced Geothermal System(EGS) 을 이용한 지열에너지 개발에 초점이 맞추어질 것이다. 현재의 지열에너지 개발을 용이하게 하고, 또한 미래의 지열에너지 개발에 대비하여 우리나라의 이용가능한 지열에너지 부존량을 파악하기 위해 본 연구를 수행하였다. 연구 수행에는1560개 열물성 자료(밀도, 비열, 열전도도), 353개 지표 지열류량 자료, 180개 열생산율 자료와 54개의 지표온도 자료가 사용되었다. 우리나라의 지표에서부터 1 km 깊이 간격별로 5 km 깊이까지 지열에너지 부존량을 산출한 결과 지표에서 부터 5 km 깊이까지의 추출 가능한 지열에너지의 총 부존량은 $1.01{\times}10^{23}$ J로 산출되었다. 지열에너지 부존량을 Toe(석유환산톤) 로 환산하면 $2.40{\times}10^{12}$ Toe 가 된다. 추출한 지열에너지 자원의 2%를 사용한다고 가정 했을때 약 480억 Toe 이다. 이는 2006년 우리나라 전체 1차 에너지 총 소비량(2.33억 Toe)을 고려 했을때 약 200년 동안 사용할 수 있는 양이다.
무선센서네트워크에서 센서노드가 에너지를 적게 사용하여 네트워크 시간을 연장하는 것은 중요한 이슈이다. 센서노드의 에너지 소비를 줄이기 위해 듀티사이클이 제안되었고 낮은 비동기식 듀티사이클에서 각 센서노드는 독립적으로 활성화되며 트래픽이 적은 경우에 에너지를 효율적으로 줄인다. 하지만 전송할 데이터가 증가하면 낮은 듀티사이클로 인해 송신노드는 수신노드의 활성화시간까지 많은 시간을 기다려야 한다. 이때 사용하는 에너지는 데이터 전송에 사용되는 에너지보다 크다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 전송노드는 자신보다 잔여 에너지가 큰 이웃노드에게 데이터를 전송하고 비활성상태로 전환되고 데이터를 모아 전송하는 OC-MAC 기법이 제안되었다. 하지만 OC-MAC 기법은 데이터를 위임할 이웃노드 선택시 자신보다 잔여 에너지가 큰 노드들 중 잔여 에너지가 제일 적은 노드를 선택한다. 이에 따라 센서노드들이 에너지를 균형있게 사용하지 못하는 문제점이 발생한다. 따라서 본 논문이 제안하는 기법은 이웃노드 중 잔여 에너지가 큰 이웃노드에게 데이터를 전송함으로 센서노드의 에너지를 균형 있게 사용하고 무센서네트워크 수명을 연장한다.
전기 에너지는 우리 생활에서 가장 사용하기 쉽고 가까이 있는 에너지이다. 그러나 전기 에너지를 생산하는 화석연료가 점점 고갈되어 가고 기후변화협약에 의해 에너지 절감이 필수인 시대이다. 그래서 본 논문에서는 건축물에서 사용하는 전기 에너지 중에서 많은 부분을 차지하고 있는 조명용 전기 에너지를 줄이기 위한 방안으로서 천연 에너지인 태양광을 이용하여 전기 에너지 사용을 줄이면서도 실내 조도를 기준조도 이상으로 유지할 수 있는 조명제어 알고리즘을 제안하다. 제안된 조명제어 알고리즘은 외부에서 실내로 유입되는 태양광을 최대한 활용하여 조명등 사용을 줄이고, 이를 통해 전기 에너지를 줄일 수 있게 해준다.
이 논문은 무선 센서 네트워크에서 최소 파워 구성 방법을 이용하여 에너지를 효율적으로 사용하면서 네트워크의 수명을 늘리고 지연(delay)을 줄이는 방안을 제시한다. 지금까지 에너지를 효율적으로 사용하기 위해 topology control, power-aware routing, sleep management 방법을 각각 독립적으로 연구되었는데 최소파워 구성은 위의 3가지 방법을 통합 최적화하여 에너지 효율적 사용 문제에 접근한다. 이러한 최소파워 구성 방법을 이용하여 선택적 웨이트 컨트롤(Selective weight control) 알고리즘을 제안하여 네트워크 전체 수명을 연장시키고 지연을 줄일 수 있다. 이 알고리즘은 각 노드가 주기적으로 잔류에너지를 인접노드들과 공유하여 에너지 랭크(rank)값을 유지한 상태에서 최소 에너지 경로를 사용하면서 에너지가 주위 노드들보다 작아질 때는 에너지가 많은 노드가 경로에 포함이 되도록 하여 특정 노드가 에너지 고갈되지 않고 네트워크내의 각 노드가 고르게 에너지를 소모하게 한다.
앞으로의 에너지수요는 환경보전적인 측면과 사용의 편리성 등으로 전기에너지의 사용비중이 점진적으로 높아질 것으로 예상되고 있으나 자원이 부족한 우리나라로서는 에너지 수급물체와 화석연료사용에 따른 환경문제 등 불리한 여건에 놓여있다, 그리고 세계의 경쟁과 협력은 경제와 과학기술을 중심으로 이루어진다는 점을 감안해 볼때 이러한 제반문제를 극복하고 21세기의 선진국 대열에 진입하기 위해서는 새로운 신에너지 기술개발은 필연적이라고 생각되어지고 그 개발성과 여하에 따라 국제사회에서 우리나라의 위상을 결정해 주는 중요한 요소가 될 것으로 본다. 세계적으로 신에너지 연구개발분야에서 미국은 화석연료자원이 풍부함에도 불구하고 태양광발전 풍력발전 등 신.재생에너지 기술개발과 석탄청정이용기술 개발을 정부와 민간의 공동사업으롤 적극 추진중에 있으며 일본조 1974년 부터 통상산업성 주도하에 신에너지 기술개발 계획인 Sunshine Project와 1978년 에너지 절약기술인 Moonlight Project를 수립한 이후 1980년 신에너지 산업기술 총합개발기구(NEDO)가 설립되어 지속적인 에너지 기술개발이 추진되고 있다. 그러므로 에너지 자원이 빈약하고 기반기술이 취약한 우리나라의 경우에는 정부차원에서 신에너지 기술개발에 대한 적극적인 의지와 민간기업의 참여를 유도할 수 있는 제도적 지원이 필요하며 선도기술개발 사업 신에너지 기술개발의 성공을 위하여 정부와 민간의 공동노력을 위한 장기적인 안목의 투자와 연구가 지속적으로 필요한 것으로 본다.
건물운용단계의 에너지사용량은 우리나라 전체에너지 사용량의 약 25%이다. 지금까지 건물의 에너지사용량을 줄이기 위해서는 주로 설계단계에서 단열을 강화하고 고효율 기기를 사용해왔다. 이러한 노력들은 에너지절약 측면에서 그 한계가 있으며, 사용단계에서의 에너지절약생활이 큰 비중을 차지함에 따라 입주자들의 자발적인 참여로 인한 에너지절약 방법이 보다 효과적이라 할 수 있다. 이를 위해 본 연구에서는 에너지사용자에게 보다 적극적으로 에너지절약 프로그램에 동참시키기 위해 본인들이 사용한 에너지실적 정보를 웹상에서 서로 공유할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 또한 프로그램의 필요성 및 사용의지를 조사하고 시범 적용하여 유효데이터의 수집가능성과 프로그램의 사용 용이성에 대하여 평가하였다.
흡수식 사이클을 이용한 에너지의 장거리수송 기술을 소개하고 경제성평가 결과를 제시한다. 현재 에너지수요 측면에서 가장 높은 증가율을 보이고 있는 것이 바로 대도시 및 산업단지의 냉$.$난방 및 급탕용 에너지이다. 냉$.$난방에 사용되는 에너지는 10$0^{\circ}C$미만의 저온으로서 고열원 에너지인 화석연료의 사용은 에너지사용 면에서 비효율적이다. 따라서 산업지 역에서 버려지는 폐열원등의 각종 미활용에너지를 이용하여 냉$.$난방부하를 충족시킬 수 있는 에너지 절약형 시스템의 개발이 매우 중요한 과제로 대두되고 있다. 일반적으로 미활용에너지 및 폐열에너지 공급지역은 소비지역으로부터 멀리 떨어져 있다. 지금까지 흡수식시스템은 냉동 및 냉방의 개념에서 기술개발 및 실용적운전이 이루어져 왔으나, 본 논문에서는 흡수식시스템을 이용한 에너지의 장거리수송 및 변환 기술을 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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