최근 발전원가가 높은 도서지역의 디젤발전을 신재생에너지로 대체하는 추세이다. 이에 따라 전라남도는 디젤발전기에 의존하여 섬에 전기를 공급하는 지역을 대상으로 태양광과 풍력 그리고 에너지 저장장치 등을 이용한 친환경에너지원을 통해 전기를 공급하는 에너지 자립섬 조성사업을 추진하고 있다. 하지만 신재생에너지원의 용량 설계는 환경적, 지형적 조건으로 부하에 100%로 대응할 용량의 신재생에너지원을 설치하기란 어렵다. 또한 경제성 있는 하이브리드시스템 최적 구성을 위해서는 설계 단계부터 기후조건과 부하패턴 분석을 통해 시스템 구성요소의 적절한 용량 설계와 효과적인 운영을 고려한 마이크로그리드 설계가 요구된다. 따라서 본 논문에서는 서남해안에 위치한 도서지역 중 300호 이상의 가구수를 갖고 증설이 요구되는 거문도를 대상으로 디젤 발전량 중 40%를 신재생에너지원으로 대치하는 하이브리드 발전시스템을 구성하여 최적조합과 용량산정 그리고 경제성에 대한 연구를 수행하고자 한다.
본 논문에서는 태양에너지 하베스팅을 위한 자가발전 아두이노 시스템을 설계하고 이의 동작을 설명한다. 이를 위해서 아두이노 시스템이 시시각각 변하는 태양에너지의 양을 센싱하고 이에 따라서 active mode와 sleep mode의 동작 시간의 비율을 스스로 조정해서 주어진 태양 빛의 세기에 대해서 최적으로 동작할 수 있는 동작 조건을 스스로 찾아가는 방법을 설명하고 이의 동작을 검증한다. 본 논문에서 개발한 active mode와 sleep mode의 동작 시간의 비율의 자가 조절을 통해서 태양 빛의 세기가 충분히 강할 경우에는 아두이노 시스템이 active mode로 지속적으로 구동되고, 태양광으로부터 전력을 충분히 공급받을 수 없는 경우 sleep mode를 사용하여 전력 소모를 최소화한다. 그 결과 active mode를 지속적으로 구동하는 것에 비해 sleep mode를 사용하는 경우 전력 소모를 최대 81.7% 줄여 에너지 소비를 최소화할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 빛의 세기가 중간 수준일 때에는 active mode와 sleep mode의 비율을 빛의 세기에 맞게 적정하게 배분하여 동작하게 한다. 본 논문에서 제안한, 스스로 active mode와 sleep mode의 동작 시간 비율을 조절하는 방법은 특히 높은 전력 소비 효율 특성이 필요한 웨어러블 및 바이오-헬스용 자가발전 시스템을 에너지 효율적으로 동작시킬 때에 도움이 될 것으로 생각된다.
In order to improve current efficiency and decrease energy consumption in the electrosynthesis of ammonium persulfate, electrolytic properties of four cation exchange membranes, namely, the $JCM-II^{(R)}$ membrane, $Nafion^{(R)}$ 324 membrane CMI-$7000^{(R)}$ membrane and a self-made perfluorosulfonic ion exchange membrane (PGN membrane) were investigated using a sintered platinized titanium anode and a Pb-Sb-Sn alloy cathode in a self-made electrolytic cell. The effect of cell voltage and electrolyte flow rate on the current efficiency and the energy consumption were investigated. The results indicated that the PGN membrane could improve current efficiency to 94.85% and decrease energy consumption to $1119kWh\;t^{-1}$ (energy consumption per ton of the ammonium persulfate generated) under the optimal operating conditions and the highest current efficiency of the $JCM-II^{(R)}$ membrane, $Nafion^{(R)}$ 324 membrane and CMI-$7000^{(R)}$ membrane were 80.73%, 77.76% and 73.22% with their lowest energy consumption of $1323kWh\;t^{-1}$, $1539kWh\;t^{-1}$ and $2256kWh\;t^{-1}$, respectively. The PGN membrane has the advantages of high current efficiency and energy power consumption and has sufficient mechanical strength with the reinforced mesh. Therefore the PGN membrane will has good value in popularization in the industrial electrosynthesis of ammonium persulfate in the future.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권8호
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pp.856-862
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2015
Tidal current energy is an important alternative energy resource among the various ocean energy resources available. The tidal currents in the South-Western sea of Korea can be utilized for the development of tidal current power generation. Tidal power generation can be beneficial for many fishing nurseries and nearby islands in the southwest region of Korea. Moreover, tidal power generation is necessary for promoting energy self-sufficient islands. As tidal currents are always available, power generation is predictable; thus, tidal power is a reliable renewable energy resource. The selection of an appropriate hydrofoil is important for designing a tidal current turbine. This study concentrates on the selection and numerical analysis of four different hydrofoils (MNU26, NACA63421, DU91_W2_250, and DU93_W_210LM). Blade element momentum theory is used for configuring the design of a 50 W class turbine rotor blade. The optimized blade geometry is used for computational fluid dynamics (CFD) analysis with hexahedral numerical grids. Among the four blades, NACA63421 blade showed the maximum power coefficient of 0.45 at a tip speed ratio of 6. CFD analysis is used to investigate the power coefficient, pressure coefficient, and streamline distribution of a 50 W class horizontal axis tidal current turbine for different hydrofoils.
In order to explore the cosmic ray acceleration at the cosmological shocks, we have performed numerical simulations of one-dimensional, plane-parallel, cosmic ray (CR) modified shocks with the newly developed CRASH (Cosmic Ray Amr SHock) numerical code. Based on the hypothesis that strong Alfven waves are self-generated by streaming CRs, the Bohm diffusion model for CRs is adopted. The code includes a plasma-physics-based 'injection' model that transfers a small proportion of the thermal proton flux through the shock into low energy CRs for acceleration there. We found that, for strong accretion shocks with Mach numbers greater than 10, CRs can absorb most of shock kinetic energy and the accretion shock speed is reduced up to $20\%$, compared to pure gas dynamic shocks. Although the amount of kinetic energy passed through accretion shocks is small, since they propagate into the low density intergalactic medium, they might possibly provide acceleration sites for ultra-high energy cosmic rays of $E\ll10^{18}eV$. For internal/merger shocks with Mach numbers less than 3, however, the energy transfer to CRs is only about $10-20\%$ and so nonlinear feedback due to the CR pressure is insignificant. Considering that intracluster medium (ICM) can be shocked repeatedly, however, the CRs generated by these weak shocks could be sufficient to explain the observed non-thermal signatures from clusters of galaxies.
The Brace-Type Shear Fuse (BSF) device is a newly proposed steel damper with excellent cumulative ductility and stable energy dissipation. In consideration of the current situation where there are not many alternatives for transversal seismic devices used in long-span three-tower self-anchored bridges (TSSBs), this paper implements improved BSFs into the world's longest TSSB, named Jinan Fenghuang Yellow River Bridge. The new details of the BSF are developed for the TSSB, and the force-displacement hysteretic curves of the BSFs are obtained using finite element (FE) simulations. A three-dimensional refined finite element model for the research TSSB was established in SAP2000, and the effects of BSFs on dynamic characteristics and seismic response of the TSSB under different site conditions were investigated by the numerical simulation method. The results show that remarkable controlling effects of BSFs on seismic response of TSSBs under different site conditions were obtained. Compared with the case without BSFs, the TSSB installed with BSFs has mitigation ratios of the tower top displacement, lateral girder displacement, tower bending moment and tower shear force exceeding 95%, 78%, 330% and 346%, respectively. Meanwhile, BSFs have a sufficient restoring force mechanism with a minor post-earthquake residual displacement. The proposed BSFs exhibit good application prospects in long-span TSSBs.
Marine caused pollution occurs mostly near coastal area and its main cause was known to be human feces issued from small vessels. To sterilize liquid pollutants from portable toilets of small vessels, an electrolysis treatment is judged to be the most economic and stable method considering an environment of its use. In this paper, we presents an electrolysis apparatus which is the most appropriate for sterilizing pollutants from portable toilets of small vessels and derives the minimum operating time of the apparatus for sterilizing norovirus which is a main target of marine caused pollution sources. In order to utilize renewable energy, we designed an apparatus which generates a renewable energy from solar cells. As a result, we could confirm the applicability of the proposed system with the results from experiments in three cases of different weather conditions.
Domestic sewage treatment plants (STPs) consume about 0.5 % of total electric energy produced annually, which is equivalent to 207.7 billion Korean won per year. To minimize the energy consumption and as a way of mitigating the depletion of energy sources, the sewage treatment strategy should be improved to the level of "energy positive". The core processes for the energy positive sewage treatment include A-stage for energy recovery and B-stage for energy-efficient nitrogen removal. The integrated process is known as the A/B-process. In A-stage, chemically enhanced primary treatment (CEPT) or high rate activated sludge (HRAS) processes can be utilized by modifying the primary settling in the first stage of sewage treatment. CEPT utilizes chemical coagulation and flocculation, while HRAS applies returned activated sludge for the efficient recovery of organic contents. The two processes showed organic recovery efficiencies ranging from 60 to 70 %. At a given recovery efficiency of 80 %, 17.3 % of energy potential ($1,398kJ/m^3$) is recovered through the anaerobic digestion and combustion of methane. Besides, anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) can recover 85% of organic contents and generate $1,580kJ/m^3$ from the sewage. The recovered energy is equal to the amount of energy consumption by sewage treatment equipped with anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX)-based B-stage, $810{\sim}1,620kJ/m^3$. Therefore, it is possible to upgrade STPs as efficient as energy neutral. However, additional novel technologies, such as, fuel cell and co-digestion, should be applied to achieve "energy positive" sewage treatment.
Battery has major drawbacks including its size and life expectancy, and environmental problem. As an alternative, energy harvesting is emerging as a potential solution to replace battery along with more energy-efficient IT devices. The idea of harnessing energy from our living environment is sustainable, semi-permanent, and eco-friendly. Also, unlike battery, energy harvester does not require much space to store energy. Therefore, energy harvesting can provide a better source of power for small, portable, and wireless devices. Among various ways of harvesting energy from our surroundings, triboelectricity is chosen due to its potential to be miniaturized, and efficient. Triboelectric effect occurs as two different materials with different polarity of charge separation come into contact through friction, and then become separated so that electric potential difference is achieved. In this research, such characteristic of triboelectricity is used as a way to convert ambient mechanical energy into electric energy.Series of recent researches have shown promising results that the triboelectric energy harvester can be simple and cost effective. However, sufficient electricity level required to operate mobile devices has not yet been achieved.In this research, our group focuses on the design and optimization of triboelectric energy harvesting device to enhance its output. By using maskless lithography to pattern Kapton film and silicon substrate, which is used as a mold for PDMS thin layer, and sputtering metal electrodes on each side, we fabricate and demonstrate different designs of triboelectric energy harvester that utilizes the contact electrification between a polymer thin film and a metal thin foil. In order to achieve optimized result, the output voltage and current are measured under diverse conditions, which include different surface structure and pattern, material, and the gap between layers.
Radio frequency (RF) energy harvesting technology have become a reliable and promising alternative to extend the lifetime of power-constrained wireless networks by eliminating the need for batteries. This emerging technology enables the low-power wireless devices to be self-sustaining and eco-friendly by scavenging RF energy from ambient environment or dedicated energy sources. These attributes make RF energy harvesting technology feasible and attractive to an extended range of applications. However, despite being the most reliable energy harvesting technology, there are several challenges (especially power conversion efficiency, output DC voltage and sensitivity) poised for the implementation of RF energy harvesting systems. In this article, a detailed literature on RF energy harvesting technology has been surveyed to provide guidance for RF energy harvesters design. Since signal strength of the received RF power is limited and weak, high efficiency state-of-the-art RF energy harvesters are required to design for providing sufficient DC supply voltage to wireless networks. Therefore, various designs and their trade-offs with comprehensive analysis for RF energy harvesters have been discussed. This paper can serve as a good reference for the researchers to catch new research topics in the field of RF energy harvesting.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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