전기자동차 또는 수소를 이용한 연료전지 자동차 등 미래 도로운송부문에서의 주요 에너지 수요는 전기에너지이며, 따라서 풍력 등 신재생에너지 자원을 이용한 에너지 생산 및 공급 전략은 미래의 지속가능한 에너지 시스템 구축에 필수적 고려 요소이다. 신재생에너지 자원 기반의 에너지 생산 시스템은 비단 관련 요소 기술의 개발 및 효율 향상뿐만 아니라 자원 잠재성의 지역적 특성 및 관련 기술들의 최적 설계를 포함한 새로운 공급 전략이 반드시 수반되어야 한다. 본 연구에서는 미래 도로운송부문에서의 주요 에너지 수요 만족을 위한 풍력기반 전력생산 공정 설계 및 최적화를 수행하였으며, 다양한 설계 대안들의 경제성을 평가 및 분석하였다. 최소비용을 목적함수로 설정하고, 수요만족, 에너지 흐름, 최대기술 용량 및 부지사용 제한 등 다양한 제약조건을 포함한 혼합정수선형계획(MILP)모델을 개발하였다. 특히 육상 풍력단지 조성 시 사용 가능한 부지 제한성 및 해상 풍력단지의 높은 자원 잠재성 등 실제 풍력 단지 조성 시 고려되어야 할 다양한 실제적 요소를 제약 조건으로 포함하였다. 제안된 최적화 모델의 효용성을 검증하기 위하여 육/해상 풍력발전단지를 포함한 제주도 전력생산 시스템 설계 문제에 적용하였다. 본 연구에서 개발한 모델을 통하여, 해상 및 육상 풍력단지 간의 비용 효율성 등 제주도에 적합한 최적 공급 시스템을 설계하였으며 경제성을 평가하였다. 또한 사용가능 부지면적에 관한 정책, 필요 부지면적 및 기술의 생산비용 변화 등 주요 비용 관련 변수에 관하여 최종 전력 생산 비용의 민감도 분석을 수행 하였다.
대체에너지의 대안으로서 차량에 의한 풍력을 사용함으로서 이 연구의 목적은 다음 3가지로 요약할 수 있다. 첫째, 차량 풍에 의한 풍력에너지를 통해 환경 친화적인 대체 에너지 자원을 안전하게 얻는다는 것이다. 둘째, 관련 교수들을 위한 교육 프로그램이 개발되었다는 것이다. 셋째, 대체에너지 교육을 위해 풍력발전 프로그램을 만들었다는 것이다. 본 연구는 6개월간 수행되었으며, 다음 3가지 결과를 얻었다. 차량 풍을 이용한 시스템이 모델링 되었다. 전기, 전자, 기계공학과들을 위한 새로운 교육 프로그램이 만들어졌고, 마지막으로 풍력발전 시스템 실제 교육을 위한 대체에너지 실험용 시연장치가 만들어졌다.
국내에서의 풍력발전 연구는 낙도나 여지와 같은 미전화지역에 적합한 신뢰성있는 풍력발전기를 개발하고 또한 보다 안정된 전력 공합을 위하여 태양광이나 디젤발전과의 복합발전기술을 개발하는 방향으로 추진됨이 요구된다. 아울러 에너지 자립도를 높이고 환경오염을 가능한 한 줄일수 있도록 강풍지역과 풍력자원이 풍부한 지역을 발굴하고 이들 지역에 풍력발전원지를 건설 운용함이 바람직하다.
보편적으로 들수 있는 상용에너지 공급원으로는 신탄, 석탄, 석유, 천연가스, 수력을 들 수 있고 최근에는 핵분열(Nuclear Fission)을 이용한 원자력이 장래 에너지 공급원으로 가장 유망시되고 있다. 이 밖에 아직 상용으로 각광을 받지 못하고 있지만 금후 개발잠재력(Development Potential)을 갖고 있는 조력, 풍력, 태양열, 지열등이 있다. 이중 풍력은 주로 농사용 양수동력에 조력, 태양열, 지열은 발전용으로 상당히 이용되고 있는 지감도 있다. 본 고에서는 일차에너지인 수력, 석탄, 석유 천연가스 핵자원등에 대하여 살펴보기로 한다.
제주지역은 대륙과 해양을 연결하는 요충지로서 한라산을 중심으로 동서사면은 $3{\sim}5^{\circ}$의 완만한 경사를 이루고 있다. 연평균 강우량은 1,975mm로서 국내 최다우 지역이나 제주도의 지질 특성상 도내 대부분의 지역이 투수성이 높은 다공질 현무암으로 구성되어 있는 관계로 지표수의 발달이 미약한 반면 지하수가 풍부하게 부존되어 있으며 기저지하수, 준 기저지하수, 상위지하수, 기반암지하수로 이루어져 있다. 최근 우리나라의 교토의정서 비준으로 인한 온실가스 감축이 불가피함에 따라 대체 재생가능한 에너지를 이용한 풍력발전시대가 도래하고 있으며, 제주 행원풍력발전단지에 설치된 총 15기 발전장치의 현실성과 경제성 입증을 통해 제주지역의 풍력에너지를 이용한 지하수 취수시스템을 제안하였다. 본 연구는 제주, 고산, 서귀포, 성산포지역에 대한 제주지방기상청 연평균 풍속자료$(2004{\sim}2005)$를 통하여 대상지역내 적용 가능한 로터(Roter), 나셀(Nacelle), 타워(Tower), 발전기를 포함한 발전장치를 선정하였으며, 공기역학적(Aerodynamic)특성에서 전기에너지로 변환한 풍력에너지를 지하수 취수시스템으로 적용하기까지의 전력공급절차를 도출하였다. 또한 생산되어진 풍력에너지 용량에 적용 가능한 수중.육상모터펌프를 산정하여 '제주도 지하수개발.이용시설 설치 및 관리기준(2004)'에서 제시한 구조도를 바탕으로 대상지역내 지하수위를 고려한 지하수 취수시스템을 도시하였다. 제주도는 지형 및 지질적인 특성상 수자원을 지하수에 의존할 수밖에 없는 특수한 지역이므로 2002년말 통계를 살펴보면 생활용, 공업용, 농업용으로 각각 57만$m^2$, 11만$m^2$, 56만$m^2$를 포함한 1일 최대 124만$m^2$의 지하수를 사용하고 있다. 따라서 풍력에너지를 이용한 지하수 취수시스템을 도입하여 재생가능한 에너지이용 효과와 세계인이 공감하는 청정한 관광자원으로 활용 가능할 것이라 판단된다.
최근 전 세계적으로 풍력발전 기술의 급속한 발달로 인하여 풍력발전의 경제성이 과거보다 점차 향상되고 있으며, 이에 국내에서의 풍력발전 가능성을 재확인하기 위한 사업의 일환으로 기상대에서 지난 10년간 관측한 풍속데이타를 Weibull 함수로 특성화하여 우리나라 전역의 풍황과 풍력자원 변화 및 분포 특성을 시간별, 월별, 계절별 및 년도별로 거시적으로 분석하였다.
최근 신재생에너지는 주로 사용되는 화석연료의 부족과 환경문제로 풍력에너지와 태양에너지 자원으로 널리 사용되고 있다. 이런 상황에서 풍력에너지는 중요한 에너지원으로 떠오르고 있으며, 풍력 발전 시장은 전 세계적으로 급격한 성장을 보여주고 있다. 본 연구에서는 분리형 블레이드의 선행연구를 위해 일체형 블레이드 공력 설계로 고효율 풍력 터빈 블레이드를 설계를 수행하였다. 블레이드 에어포일은 NACA 4418로 적용하였고, 설계된 블레이드를 평가하기 위해 해석 결과와 비교하여 검증하였다.
서독은 에너지면에서 있어서, 석탄 이외는 국내자원이 부족하며, 중화학공업이 발달한 결과 석유에 대한 의존도가 높아져 에너지의 해외의존도가 급상승하고 있으며, 에너지수요의 안정화를 위해 원자력개발을 강력하게 추진하고 있는 등. 이런 사정으로 말미암아 에너지 연구개발에 가장 열심인 나라의 하나이다. 즉 석유 위기 직후에 에너지 연구 개발 전체계획(즉 ${\ulcorner}$라멘프로그램${\lrcorner}$)을 책정하고 종래부터 강력하게 추진하여 온 원자력 연구 개발에 덧붙이어 태양에너지, 풍력에너지, 석탄가스화${\cdot}$액화 등의 비핵에너지 연구 개발을 종합적으로 개시하고 있는 것이다. 본호에서는 1977년 4월에 책정된 에너지 연구 개발 종합계획$(1977{\~}80)$을 중심으로 서독의 에너지 연구 개발을 살펴보기로 한다.
세계 에너지 소비와 에너지 수요가 급격히 증가함에 따라 환경문제와 지속가능성에 대한 관심이 요즘 더욱 중요해지고 있다. 신재생에너지 중 해상풍력발전과 같은 깨끗하고 재생가능한 에너지자원은 대체에너지 자원으로 주목받고 있다. 유지보수 및 운영상의 관점에서 해상풍력발전은 일반적으로 연근해해역에 설치될 계획이지만 해상풍력발전단지의 개발은 계획된 풍력단지를 따라 기존의 해상교통으로부터 다양한 해상교통 간섭에 직면해 있는 실정이다. 해상풍력발전단지 인근해역 및 단지 내에서 해상교통을 안전하고 효과적으로 통제하기 위해 선박이 해상풍력단지 내에서 통항할 수 있도록 표준 기준을 제안한다. 따라서, 본 연구의 목적은 국외 해상풍력발전단지의 현지 규정을 조사하여 해상풍력발전단지에 대한 선박통항 허용 및 안전구역 기준을 수립 하는데 있다. 풍력단지의 내측 안전구역은 풍력터빈 날개 회전직경의 150 %를 적용한 거리와 외측안전구역으로는 외곽에 위치한 풍력터빈으로부터 200 m의 범위의 거리를 제시하였으며, 또한 풍력단지 내 선박통항 허용기준은 풍력터빈 날개의 높이와 조위를 평가하여 향후 서남해 해상풍력발전단지의 실증단지 해역에서 Air draft 14.47 m가 선체 접촉을 피할 수 있는 최소 마진을 가진 기준을 제시하였다. 향후 연구과제로서, 단일 해상풍력단지 내의 선박 통항 기준과 더불어 인접한 해상풍력단지 간의 선박통항 기준마련을 위한 후속연구가 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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