Hydrogen adsorption mechanism onto the porous metal-organic frameworks (MOFs) has been studied by density functional theory calculation. The selected functionals for the predict ion of interact ion energies between hydrogen and potential adsorption sites of MOF was utilized after the evaluation with the various functionals for interaction energy of $H_2C_6H_6$ model system the adsorption energy of hydrogen molecule into MOF was investigated with the consideration of the favorable adsorption sites and the orientations. We also calculated the second favorable adsorption sites by geometry optimization using every combination of two first absorbed hydrogen molecules. Based on the calculation of first and second adsorption sites and energies, the hydrogen adsorption into MOF follows a cooperative mechanism in which the initial metal sites initiate the propagation of the hydrogen adsorption on the whole frameworks. In addition, it was found that the interaction strength between the simple benzene ring with hydrogen is significantly reinforced when the benzene ring has been incorporated into the framework of MOFs.
The solar energy is dramatically increasing as the alternative energy source and the silicon(Si) solar cell are used the most. In this study, the improved process and equipment for the metallurgical refinement of multicrystalline Si were evaluated for the inexpensive solar cell. The planar plane and columnar dendrite aheadof the liquid-solid interface position caused the superior segregation of impurities from the Si. The solidification rate and thermal gradient determined the shape of dendrite in solidified Si matrix solidified by the directional solidification(DS) method. To simulate this equipment, the commercial software, PROCAST, was used to solve the solidification rate and thermal gradient. Si was vertically solidified by the DS system with Stober process and up-graded metallurgical grade or metallurgical grade Si was used as the feedstock. The inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP) was used to measure the concentration of impurities in the refined Si ingot. According to the result of ICP and simulation, the high thermal gradient between the two phases wasable to increase the solidification rate under the identical level of refinement. Also, the separating heating zone equipped with the melting and solidification zone was effective to maintain the high thermal gradient during the solidification.
An investigation has been carried for the thermal characteristics of the seasonal storage installation in Cheju. It features the solar collector area of $340m^2$ and the storage capacity of $600m^3$. Four different types of solar collector systems are compared for their performance of collecting solar energy throughout the year. Of these, two are made of tubular shaped vacuum collectors and the others are flat plate collectors. Results indicate that each system could play an important role in exploiting solar energy depending on the temperature range in its operation. Especially, the vacuum collectors outperformed the others when the inlet temperatures of the collector loop were raised beyond $40m^2$. This became more conspicuous as the return temperatures from the storage tank rose reflecting the seasonal variation. Due to the large heat capacity of the storage tank, temperature changes were rather small compared to those in the collecting loop regardless of seasonal fluctuations.
Micro hydropower is a readily available renewable energy source that can be harvested utilizing hydrokinetic turbines from shallow water canals, irrigation and industrial channel flows, and run-off river stream flows. These sources generally have low head (<1 m) and low velocity which makes it difficult to harvest energy using conventional turbines. A horizontal-axis screw turbine was designed and numerically tested to extract power from such low-head water sources. The 3-bladed screw-type turbine is placed horizontally perpendicular to the incoming flow, partially submerged in a narrow water channel at no-head condition. The turbine hydraulic performances were studied using Computational Fluid Dynamics models. Turbine design parameters such as the shroud diameter, the hub-to-shroud ratios, and the submerged depths were obtained through a steady-state parametric study. The resulting turbine configuration was then tested by solving the unsteady multiphase free-surface equations mimicking an actual open channel flow scenario. The turbine performance in the shallow channel were studied for various Tip Speed Ratios (TSR). The highest power coefficient was obtained at a TSR of 0.3. The turbine was then scaled-up to test its performance on a real site condition at a head of 0.3 m. The highest power coefficient obtained was 0.18. Several losses were observed in the 3-bladed turbine design and to minimize losses, the number of blades were increased to five. The power coefficient improved by 236% for a 5-bladed screw turbine. The fluid losses were minimized by increasing the blade surface area submerged in water. The turbine performance was increased by 74.4% after dipping the turbine to a bottom wall clearance of 30 cm from 60 cm. The final output of the novel horizontal-axis screw turbine showed a 2.83 kW power output at a power coefficient of 0.63. The turbine is expected to produce 18,744 kWh/year of electricity. The design feasibility test of the turbine showed promising results to harvest energy from small hydropower sources.
KEPRI has studied planar type SOFC stacks using anode-supported single cells and kW class co-generation systems for residential power generation. A 1kW class SOFC system consisted of a hot box part, a cold BOP part and a water reservoir. A hot box part contains a SOFC stack made up of 48 single cells and ferritic stainless steel interconnectors, a fuel reformer, a catalytic combustor and heat exchangers. Thermal management and insulation system were especially designed for self-sustainable operation. A cold BOP part was composed of blowers, pumps, a water trap and system control units. When a 1kW class SOFC system was operated at $750^{\circ}C$ with hydrogen after pre-treatment process, the stack power was 1.2kW at 30 A and 1.6kW at 50A. Turning off an electric furnace, the SOFC system was operated using hydrogen and city gas without any external heat source. Under self-sustainable operation conditions, the stack power was about 1.3kW with hydrogen and 1.2kW with city gas respectively. The system also recuperated heat of about 1.1kW by making hot water.
We have developed a $kW_e$ class liquid fuel based solid oxide fuel cell (SOFC) system. Our final target is to develop the 1 $kW_e$ diesel based SOFC system for residential power generator(RPG). In this study, we present the conceptual design of SOFC system. System is composed of hot-box and cold-box. Planar typed SOFC stack, heat exchanger, combustor for stack tail gas, and fuel processor, such as fuel reformer and desulfurizer, are contained in the hot-box. And several balance of plants(BOP), such as fuel suppliers and controller, are contained in the cold-box. Before the SOFC system fabrication, we have already operated the selfsustaining fuel processor, and heat exchange of all heat-related components is simulated using ASPEN HYSYS, because heat maintenance and management in hot-box are important for stable operation of SOFC system. The self-sustained fuel processor was successfully operated for about 250 hours, and heat exchange is enough to operate the SOFC system.
The Energy Management System (EMS) communicates with power plants and substations, monitors the substations and plant operational status of the transmission and substation system for stability, continuity, real-time, and economy of power supply, and controls power plants and substations. Currently, the power exchange EMS communicates with power plants and substations based on the serial communication-based Distributed Network Protocol (DNP) 3.0 protocol. However, problems such as the difficulty of supply and demand of serial communication equipment and the lack of installation space for serial ports and modems are raised due to the continuous increase in new facilities to perform communication, including renewable power generation facilities. Therefore, this paper presents a TCP/IP-based communication method instead of the existing serial communication method of the power exchange EMS, and presents a security risk analysis that may occur due to changes in the communication method and a countermeasure to the security risk.
Kim, Young-Min;Shin, Dong-Kil;Kim, Woo-Young;Kim, Hyun-Jin;Lee, Sang-Tae
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2008.05a
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pp.169-173
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2008
Stirling engine is a promising heat engine with a high efficiency, muti-fuel capability, low emission, quiet operation, very low maintenance and long life. As one of the promising applications, solar power system based on the Stirling dish, providing net solar-to-electric conversion efficiencies reaching 30%, can operate as stand-alone units in remote locations or can be linked together in groups to provide utility-scale power. This paper introduced a new Scroll-type Stirling engine, being developed for solar power, superior to conventional Stirling engines. The Scroll-type Stirling engine is characterized as traits of continuous and wholly separated compression and expansion; one-way flow system; direct cooling and heating the fluid in the working spaces through the extensive inner surfaces of scroll wraps. All theses traits contribute to achieving thermodynamic cycle closer to the ideal Stirling cycle (exactly speaking, Ericsson cycle).
This study describes aerodynamic noise of high speed wind turbine system, which is invented as a new concept in order to reduce the torque of main shaft, for design parameters of the rotor blade. For parametric study of high speed rotor aerodynamic noise, Unsteady Vortex Lattice Method with Nonlinear Vortex Correction Method is used for analysis of wind turbine blade aerodynamic and Farassat1A and Semi-Empirical are used for low frequency noise and airfoil self noise. Parameters are chord length, twist and rotational speed for this parametric research. In the low frequency range, the change of noise is predicted the same level as each parameters varies. However, in case of broadband noise of blade, the change of rotational speed makes more variation of noise than other parameters. When the geometric angles of attack are fixed, as the rotational speed is increased by 5RPM, the noise level is increased by 4dB.
An, Hae-Joon;Kim, Hyun-Goo;Kim, Seok-Woo;Ko, Seok-Whan;Jang, Gil-Soo
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.539-541
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2009
A severely cold weather condition of King Sejong Station, Antarctica becomes a very severe condition for an installation/operation of wind generation system. When the existing wind generation system works, it may cause a damage and destruction of wind generation system and can bring about big problems in terms of the power quality. Accordingly, it is essential to obtain technologies for the installation and operation of small wind generation system for the polar region's wind generation, and to assess and demonstrate the performance in the severely-cold environment and the polar wind generation system's development, supplementation, alteration. Also, as the available power of King Sejong Station, Antarctica, the diesel generator has been mainly used, and the wind generator has been used in the hybrid form. Wind generation and diesel generation has the different load following control each other. In the wind generation, the generated power very rapidly changes according to the change of the velocity of the wind. On the other hand, the diesel generation shows very gentle change in the velocity of output. Therefore, the study is intended to analyze the 10kw small wind generator-diesel generator's power quality of King Sejong Station, Antarctica, which is the hybrid system installation area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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