에너지원의 다양화와 효율적인 이용을 위하여 광역지역의 통합에너지관리 시스템 구축이 요구되고 있다. 본 보문에서는 이러한 필요성에 부응하여 광역에너지 네트워크 구축에 필요한 핵심기술을 발굴하여 이를 종합적으로 현장에 적용하는 기술개발 을 수행하고 있다. 이를 위해 IT기술과 접목한 광역 네트워크 열공급 최적화 통합시스템 구축 기술, 발생되는 배열을 이용한 열펌프와 같은 미활용에너지 이용기술, 다양한 열원을 이용한 열수송 및 축열 기술 등 새로운 시스템을 개발하고 이를 현장적용을 통해 경제성을 평가하여 최종적으로 실용화할 수 있는 사업화 모델에 대하여 기술하였다.
자원고갈로 인해 국가적 사명을 투자되고 있는 대체에너지 개발은 현재 답보상태에 머물고 있다는 평가가 지배적이다. 고유가 시대 도래로 인해 에너지비용이 증가하고 대외적으론 기후변화협약시대가 다가오면서 국내 산업체에겐 대체에너지 개발보급은 절대절명의 과제로 떠오르고 있다. 이는 심야전력 보급에서 정책적인 문제를 드러내면서 더욱 절실히 요구되는 실정이다. 그럼에도 현재 대체에너지 개발보급은 그동안 기술개발에 치중해 보급에는 문제점을 들어내고 있는 상태다. 88년부터 2000년말까지 태양열, 연료전지 등 11개 분야에 1742억원이 투자되었다. 부문별 보급실적을 보면 태양열의 경우 태양열 온수기 18만 5천대와 급탄설비 3천대, 태양관의 경우 마라도등 12000개소에 약 4000kw, 풍력은 제주지역 등 17기를 보급, 약8000KW, 폐기물은 서울 경기 부산 등에 473기를 설치 가동중에 있다. 이 대체에너지의 현재 비중을 보면 폐기물이 $93.4{\%}$, 바이오 $3.3{\%}$, 태양열 $2.1{\%}$, 소수력 $0.8{\%}$등으로 나타났다. 현재 정부는 2003년까지 대체에너지 $2{\%}$보급을 목표로 하고 있다. 그러나 대체에너지는 산발적인 기술개발 과제추진으로 인해 특정분야의 전략적 개발 보급에 문제를 드러내는 등 회의적이다. 이와 함께 정부에만 매달려 있는 업계의 자립부족이 큰 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해선 현재의 개발과 보급의 괴리를 해결할 보완책을 제시하고, 정부는 기술성 경제성 시장성을 동시에 고려하는 체계적인 계획을 세워야 한다.
석탄과 석유를 대신할 새로운 대체 에너지의 연구 및 개발은 지난 수년간 계속해서 연구되고 있다. 최근엔 유한 에너지 가격 상승으로 인하여 무공해 신재생 에너지의 관심이 증가하고 있다. 특히 기존에 활발히 연구되고 상용화된 신재생 에너지 분야 중 태양에너지는 태양광 에너지에 주된 연구가 이루어져 있다. 그러나 태양광 에너지의 효율성은 이미 포화상태에 도달하였다. 이에 본 논문에서는 태양광이 아닌 태양열 에너지를 활용할 수 있는 태양광 추적형 파라볼릭 집열장치를 제안한다. 제안하는 태양열 집열장치는 효과적으로 태양열을 집열하기 위하여 파라볼릭 형태로 제안하고, 계절 및 시기에 따른 태양의 위치변화를 감지할 수 있도록 5축 센서 방식의 태양광 추적형 트래킹 기술을 결합한 태양열 집열장치의 프로토타입을 제안한다. 또한 집열장치의 효율적인 관리를 위하여 관리자 인터페이스를 설계 및 구현한다.
데이터센터는 24시간 365일 IT 서비스를 제공하는 곳이기 때문에, 2030년에는 데이터센터의 전력 소비량은 약 10%로 증가될 것으로 예측되고, 고밀도 IT장비들의 도입이 점차 증가하면서, IT장비가 안정적으로 운영될 수 있도록 냉방 에너지 절감 및 이를 위한 에너지 관리가 갖춰져야 하기에 다양한 연구가 요구되고 있는 상황이다. 본 연구는 데이터센터의 에너지 절약을 위해 다음과 같은 과정을 제안한다. 데이터센터를 CFD 모델링하고, 인공지능기반 열환경 예측 모델을 제안하였으며, 실측 데이터와 예측 모델 그리고 CFD 결과를 비교하여 최종적으로 데이터 센터의 열관리 성능을 평한 결과 전처리 방식은 정규화 방식으로 사용되었고, 정규화에 따른 RCI, RTI 및 PUE의 예측값 또한 유사한 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구에서 제안하는 알고리즘으로 데이터센터에 적용될 열환경 예측 모델로 적용 및 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
국내 소비 에너지 사용량의 약 97%를 수입에 의존하고 있고, 지구온난화와 관련된 환경문제가 심각하게 대두되고 있는 실정이다. 또한 우리나라 에너지 부문별 소비형태에서 47%를 차지하는 산업용의 에너지 소비는 대부분 유류애 의존하고 있고, 그 중에서도 제조부분의 소비가 91.5%로 나타나고 있어, 이 부분에 대체어네지원의 개발, 대체 시스템의 적용이 절실히 요구되고 있다. 우리 나라에서도 국가적 에너지 절약과 쾌적한 주거환경 및 생활의 편리함을 위해 기존 화석에너지로부터 무공해 청정에너지(Clean Energy)로 그 사용형태가 바뀌어 가는 지금 그 양과 질적인 면에서 무한정이고 무공해인 대체 에너지원으로서의 태양에너지는 다양한 이용분야가 개발되어 실용화되고 있다. 국�K의 경우 대표적으로 평판형 태양열집열기를 이용한 온수급탕 시스템을 들 수 있고, 냉난방, 산업공정열 및 태양열 발전 분야에 대한 실용화 및 타당성 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 고에서는 태양열 시스템의 중요한 구성요소인 고효율 집열기술에서 산업용 응용($70{\sim}150^{\circ}C$)에 적합한 것으로 기대되는 진공유리관형 태양열집열기, 국내 외 기술개발 동향과 산업공정열의 대체 가능성에 대하여 기술하였다.
태양열주택에서부터 인공위성에 이르기까지 태양열을 에너지원으로 이용하는 연구가 세계적으로 한창이다. 우리가 이용할 수 있는 에너지원중 가장 손쉽게 무한량 이용할 수 있고 또 Clean Energy이기 때문에 선진외국에서는 국력을 과시라도 하듯이 실용화연구에 열을 올리고 있다. 우리나라 에서도 최근 이 태양열을 주택의 난방에 이용하기 위한 실용화 연구가 진행중인데. 얼마전 정부에서는 이 태양에너지의 개발이용을 국가정책사업으로 확정하고 2천년대까지 4단계로 태양에너지의 본격적인 실용화를 위한 기본게획을 수립, 추진중에 있다. 그래서 최근 발족한 태양에너지 학회 김효경회장으로부터 Solar Energy란 과연 어떠한 에너지이며 이에 대한 연구는 어느정도까지 진행되고 있는지 연구개발현황등에 대해 자세히 알아보기로 한다.
지열 에너지는 지구에 저장된 활용하기 쉬운 재생에너지 이며, 열교환 배관 시스템을 통해 수집될 수 있다. 본 연구에서는 터널 주변 라이닝에 지열 에너지를 포집할 수 있는 열교환 파이프 루프를 간편하게 설치할 수 있는 시스템을 개발하였다. 터널 세그먼트에 결합된 열 교환 파이프 루프 시스템은 수송 유체 순환을 통해, 지중 주변의 열을 인근 구조물 또는 지역의 냉난방 열원으로 사용할 수 있다. 터널 세그먼트에 통합 연결된 열 교환 파이프 루프 시스템을 에너지 라이닝 세그먼트(Energy Lining Segment)이라고 명하도록 하겠다. 유럽에서는 터널 라이닝에 열 교환 파이프 루프 시스템을 통합한 수차례의 사례가 있다. 본 연구에서는 에너지 라이닝 세그먼트에 대한 적용성 평가를 위해, 독일 사례와 유럽 도시에 적용된 사례를 조사해 보았다. 또한, 에너지 라이닝 세그먼트의 열 전도특성을 파악하기 위해, 전산유체해석(CFD)을 수행해 보았다.
에너지파일은 말뚝 내부에 열교환을 위한 순환파이프를 설치하여 파이프 내에 열전달 유체를 순환시킴으로써 주변 지반의 열에너지와 말뚝 간의 열교환을 가능하게 한 구조물이다. 에너지파일은 기존의 지중 열교환기와 비교하여 경제적, 시공적인 측면에서 많은 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 코일형 PHC 에너지파일을 시공하여 그 열적거동을 실험 및 수치해석을 통하여 평가하였으며, 해당 에너지파일의 예비설계를 수행하였다. 현장 시공된 코일형 PHC 에너지파일에 대한 현장 열응답시험(thermal response test, TRT)를 실시하고, 이 결과를 Man et al.(2010)이 제안한 개선된 원통형 열원 모델(solid cylinder source model) 결과와 비교하였다. 또한 현장 열응답 시험 결과를 FLUENT를 이용한 전산유체(computational fluid dynamics, CFD) 수치해석을 통해 모사함으로써, 대상 지반의 열전도도를 역해석을 통해 산정하였다. 코일형 PHC 에너지파일에 설치된 코일형 열교환 파이프의 파이프 루프 간 간격에 따른 열간섭을 평가하기 위하여 코일피치에 변화를 주며 수치해석을 수행하였으며, 결과를 통해 코일피치에 따른 에너지파일의 열거동 및 열교환 효율을 평가하였다. 마지막으로 수치해석을 통해 코일형 PHC 에너지파일과 일반적인 복합 U-형 열교환 파이프가 삽입된 PHC 에너지파일 간의 열교환 효율을 비교하여 코일형 PHC 에너지파일의 등가 열교환율(또는 등가 환산계수)을 제시하였고, 이를 PILESIM2를 이용한 설계 알고리즘에 적용함으로써 해당 에너지파일의 예비설계를 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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