• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.479-491
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• 2012

본 연구에서는 공급자와 소비자, 열 저장시설과 연계네트워크로 구성된 통합 지역난방시스템의 경제성을 평가하고 최적 운전조건을 규명하였다. 최적화에 있어서는 혼합 정수선형 계획법이 이용되었으며 1주일 동안의 열 요구량을 만족함과 동시에 통합 지역난방 시스템의 운전제한 조건에 따른 전체 운영비용을 목적함수로 하였다. 지역난방 네트워크 연결망을 열 병합 발전이 포함되지 않은 구역과 이를 포함하는 구역으로 나누어 최적화를 진행함으로써 열 병합 발전에 의한 비용절감 효과를 확인할 수 있었다. 아울러 계통한계가격 예측모델에 의해 예측된 계통한계가격과 실제 계통한계가격을 각각 적용하여 최적화를 진행하고 그 결과를 비교 분석하였다. 수치모사 결과 개발된 최적화 운영시스템의 도입에 의해 통합 지역난방시스템의 에너지 효율성이 증가함을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.270-276
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• 2012

본 연구에서는 두 개의 증류탑으로 이루어진 기존 추출 증류 공정과 열 통합된 연속식 증류탑으로 이루어진 추출열 통합 증류 공정의 시스템에 대하여 에너지가 가장 적게 드는 최적의 구조 및 운전조건을 실현하기 위하여 Aspen plus의 최적화 기능을 이용하여 최적화를 행하였다. 두 구조 모두 추출제를 재순환시키는 구조로 모사하였다. 최적화 문제를 구성하여 에너지 비교, 다른 조성비, 추출제의 양에 따라 최적 조건의 변화를 파악하여 최적화된 공정 조업조건 및 설계지침을 제시하였다. 두 구조의 비교에서 열 통합 증류 시스템이 기존의 증류시스템에 비하여 에너지 효율 및 장치비 면에서 보다 나은 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제18권4호
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• pp.221-229
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• 2009

본 연구에서는 지역난방 수도권 지사별 실태 및 영향인자 진단 분석을 통해 개별지사와 연계지사간의 효율적이며 경제적인 운전을 할 수 있는 최적화 운전 프로그램을 개발하고 이를 통해 실제보다 최적화 운전시 어느정도 경제적 효과가 있는지를 확인해 보고자 하였다. 이를 위해 각 지사별 실태조사를 통해 보일러, 펌프, 관련Tag(온도, 압력, 연료량)등 다양한 인자를 진단/분석하였고 최적화 프로그램 개발을 위해 방대한 1년간 데이터를 인자별 Data base를 구축할 수 있었다. 또한 이를 통해 지사별 최적화 프로그램을 개발하여 수행한 결과, 최적화 선호도는 "소각장 >한전수열 >CHP >PLBs >PLBw"이었으며 연계를 제외한 각 지사별 실제운전과 최적화 운전 비용차이가 거의 없었다. 한편, 통합운영 최적화 프로그램을 개발하여 실제와 동일한 총 생산열량과 동일한 한전수열량과 같은 고정인자는 변동치 않고 단지 연계공급/수급열량만을 프로그램을 통해 최적조건(가장 저렴하고 효율적인 열량을 우선공급하는 조건)으로 효율적으로 운전한 결과, 사계절별 임의로 선정된 2~4일에 대한 일일 절감율 2.45~6.80%, 일일 절감액 22,727천원~60,077천원을 나타내었는데, 특히 겨울철에 제일 많은 수요량을 나타내며 가장 많은 절감비용을 얻을 수 있었고 수요량이 적은 여름철이 절감비용이 가장 작았다. 이러한 결과를 토대로 1년간 실제 열량 생산비용 대비 연간 절감비용을 환산하면 이론적으로 84억원이며 이는 수도권 전지사의 연간 총 열생산 비용(3,070억원)의 2.74%이상을 절감하는 경제적 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.231-234
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• 2005

수소 기반의 에너지 사회는 중소규모 분산 발전과 연료 전지 자동차에서 시작될 거라는 예측이 지배적이다. 가정용 고분자 연료전지 시스템은 상업화에 가장 가까운 소규모 분산 발전 시스템중의 하나이며, 에너지기술연구위원에서는 가정용 고분자 연료전지에 수소를 공급하기 위한 천연가스 수증기 개질시스템의 개발을 진행해 왔다. 효율 향상과 제작의 용이성, 그리고 소형화에 초점을 맞추어 개발된 prototype-I은 $2.0Nm^3/hr$의 순수 수소 생산 용량을 가지고 있으며, 수증기 개질기와 수성가스 전이 반응기 수중기 생성 장치, 그리고 반응열 공급에 필요한 버너 등을 이중 동심원관에 통합한 형태이다. 수중기 개질과 수성가스 전이 반응을 거쳐 나오는 개질 가스의 조성은 $72.3\%\;H_2,\;4.8\%\;CH_4,\;0.7\%\;CO,\;22.2\%\;CO_2$이며, 이때 S/C 비율은 2.5였다. 고분자 연료 전지 공급 시 요구되는 CO 농도가 10ppm 이하이기 때문에, 본 시스템에는 선택적 산화 반응기를 2단으로 설치하여 CO. 농도를 10ppm 이하로 낮추어주었다. 전체 시스템의 열효율은 LHV 기준으로 $68\%$. Prototype-I의 운전을 통해 설계 개선안을 도출하였으며, 이를 적용해 제작한 prototype-II가 시험 운전 중이다,. 통합된 개질 시스템에서는 각 단위 반응기사이의 열교환을 최적화하여 단위 반응들이 적정 온도 범위에서 일어나도록 유도하는 것이 중요하다. Prototype-II는 수증기 개질 반응기와 WGS 반응기, 수증기 생성 장치 사이의 열교환율을 향상시켜 농도를 $2.5\%$로 감소시키면서 CO의 농도는 $1\%$이하로 유지하였다. 이 결과를 바탕으로 얻어진 메탄 전환율은 $87\%$이고, 열효율은 LHV 기준으로 $75\%$이다. 아울러 개선점을 적용한 선택적 산화 반응기를 제작하였다. 개질 가스와 산소의 혼합을 유도하고, 반응기 온도의 제어를 통해 선택적 산화 반응의 속도와 선택성을 향상시키고자 한다. 시스템의 운전을 통해 메탄 전환율과 열효율의 개선을 진행할 예정이다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권9호
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• pp.1070-1074
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• 2014

IEEE 1662(2009)에 따르면 통합 전력 시스템(이하 IPS)은 함정의 모든 동력기관(Prime mover)이 전력만을 생산하고 생산된 전력을 통합하여 추진과 무기체계, 함정 내 소요처에 공급하는 체계를 말한다. IPS의 특징은 원동기 배치의 유연성, 원동기와 추진기의 기계적인 분리, 에너지전환 및 전달의 여유 증가 그리고 미래 전자무기의 사용을 위하여 재분배가 가능한 전력의 유연성들이다. IPS는 동력기관이 최적부하에서 운전될 수 있도록 전력생산단계를 다양하게 가질 수 있다. 본 연구는 IPS의 원동기 구성 방식에 따른 적합성을 정량적으로 평가할 수 있는 평가 인자와 평가 방법에 대한 연구이다. 즉, 구축함급 함정에 발전용 디젤 기관과 발전용 가스터빈 기관으로 구성되는 IPS를 운용할 경우를 가상하여, IPS 동력 시스템의 다양한 구성 방법들의 특징을 비교 분석하여 평가함으로써 IPS를 최적화할 수 있는 방안에 관하여 연구하였다. 평가 인자는 동력 시스템의 최적화 대상인 전투 능력과 경제성 두 요소를 고려하여 검토하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권2호
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• pp.195-201
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• 2015

전기굴삭기는 배터리에 저장된 에너지로 전동기-유압펌프를 구동해서 유압 에너지를 생성하고 이를 작업에 활용한다. 기존 유압굴삭기의 유압펌프는 디젤 엔진의 운전 효율에 최적화된 레귤레이터에 의해 제어되고, 유압펌프 자체의 효율은 고려되지 않았다. 전기굴삭기는 배터리를 에너지원으로 사용하기 때문에 전동기의 효율뿐 아니라 유압펌프의 효율을 함께 고려한 제어가 요구된다. 통합 제어를 위해서 유압펌프와 전동기의 출력과 효율 특성을 분석하여 효율맵을 작성하였고, 이를 바탕으로 최적동작맵을 구성하고 통합 제어 알고리즘을 개발했다. 알고리즘의 효과를 확인하기 위해 전기굴삭기 MILS 를 구성해서 통합 제어 알고리즘을 적용했다. 굴삭기 작업 시뮬레이션 결과는 통합 제어 알고리즘이 시스템 효율을 향상 시켰음을 보여준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.108-108
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• 2016

스마트워터그리드(Smart Water Grid; 이하 SWG)란 현재 직면에 있는 물 부족, 물 안보, 물 복지 등 물에 대한 문제를 ICT 기술을 활용하여 물관리의 새로운 패러다임을 제시할 수 있는 융합 기술이다. 즉, SWG는 기존의 수자원 관리 시스템의 한계를 극복하기 위해 첨단 정보통신기술을 이용하는 고효율의 차세대 인프라 시스템으로 다양한 수원을 활용하고 물을 효율적으로 배분 관리 운송하여 수자원의 불균형을 해소하고, 첨단센서네트워크를 이용해 용수관리 전분야에 걸쳐 양방향 실시간으로 용수정보를 감시 대응하여 용수관리와 에너지 효율의 최적화된 메가시티(mega-city)에 적합한 지능형 물관리가 가능할 것으로 예상되는 시스템이다. 따라서 국토교통부 과제로 추진중인 SWG 연구단에서 개발한 스마트 워터 기술을 영종도 112 블록에 적용하여 지역주민의 물복지 향상 및 물 사용자에 대한 소비자 만족도를 높이는데 목적을 두고 데모플랜트를 구축 방안을 수립하였다. 영종도 112블록(인천 운서동 및 운북동 일원)은 인천 공촌정수장에서 해저관로를 지나 영종통합 가압장에서 가압 후 공항신도시배수지에서 물을 공급받고 있는 지역으로 면적은 $17.41km^2$, 인구는 약 17,000명, 물사용량 $8,000m^3$/일, 총관로연장 약 55km, 유수율이 겨우 73.2% 지역이다. SWG 적용성 평가를 위해 영종도 112 블록에 유수율 제고 및 운영비용 저감을 목적으로 데모플랜트를 구축하였다. 스마트 계측을 위해 스마트미터 469개(15~20mm), 디지털미터 172개(25~200mm), 누수유무센서 1개소, 다항목 수질측정기 1개소, 유량계 3개소, 수압계 5개소, AMI 시스템 641개 및 물효율 운영프로그램과 물정보 App서비스 기능으로 구성하였다. 물효율 운영프로그램은 실시간 수요량 예측, 배수지 운영에 따른 취수량, 송수량, 펌프 대수조합 및 운전스케줄링이 가능한 경제적 물공급 스케줄링, 관망상태 감시 및 제어(실시간 유량/수압 분석을 통한 누수분석) 기능이 탑재되어 통합운영센터에서 운영할 계획이다. 데모플랜트 운영을 통해 수자원의 효율적인 배분 및 공급, 유지관리 향상, 운영 비용 최소화 등의 결과를 바탕으로 신도시 및 기존도시의 물관리 정책수립에 활용할 수 있을 뿐만아니라 시간적 공간적 불균형 해소 및 물시장 발전에 크게 기여할 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권4호
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• pp.470-478
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• 2016

화석연료 사용으로 인한 환경오염과 기후변화는 전 지구적인 환경 문제로 대두되고 있다. 또한 화석연료 고갈 및 경제적 취약성을 극복하기 위하여 태양광, 풍력 등 신재생에너지 자원 기반 에너지공급 시스템 구축이 많은 관심을 받고 있다. 이러한 신재생에너지 시스템은 자원의 낮은 공급안정성을 극복하기 위하여 다양한 자원을 이용한 독립 통합 에너지공급 시스템 설계 및 운전 전략이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 PV, Wind turbine, 화석연료 기반 발전 및 저장장치 등으로 구성된 독립 에너지공급 시스템을 설계하였다. 또한 최적화 모델을 이용하여 각 지역별 최적 전력생산 시스템의 구성요소를 규명하고 소요비용을 분석하였다. 제시된 모델 검증을 위하여 한국의 주거, 농업, 상업부문 등 주요 에너지수요 만족을 위한 설계문제를 해결하였다. 그 결과 주거부문의 경우 $0.37~$0.44/kWh, 농업부문의 경우 $0.15~$0.61/kWh, 상업부문의 경우 $0.12~$0.28/kWh의 단위전력 비용을 보였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권6호
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• pp.1086-1091
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• 2022

국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)를 중심으로 자율운항선박 도입을 대비한 해사안전 및 보안관련 국제 협약을 제정하고 있다. 국내에서도 선급 및 산업체를 중심으로 자율운항시스템 기술개발에 착수하고 있으며 연안선박에서 발생하는 사고를 줄이기 위해 연안선박을 대상으로 하는 자율운항선박 기술적용 방안 연구가 진행되고 있다. 국내외적으로 자율운항선박에 대한 관심이 크게 증가하고 있으며 실제 개발된 기술의 검증을 위한 해상실증이 본격적으로 추진되고 있다. 본 연구에서는 연안선박에 적용하기 위한 디지털트윈 기술 관련 실증선박과 육상 플랫폼(원격지원센터)의 설계를 위한 기초연구를 진행하였다. 디지털트윈 기술을 선박에 적용하기 위해 8m 소형 배터리 전기추진선박을 대상으로 선정하였으며, 선박과 육상 플랫폼 간 통신을 통해 선박 항해 및 운전 데이터가 서버시스템에 저장되고 전기추진선박의 원격제어 명령이 가능한 디지털트윈 통합 플랫폼의 기본 설계를 진행하였다. 이러한 디지털트윈 기술을 적용한 선박 성능관리, 운항 및 운영 최적화, 예지제어 등이 가능할 것으로 판단되며, 위기상황에 대응이 가능한 안전하고 경제성 있는 디지털트윈 기술의 선박적용이 가능할 것이라 사료된다.