• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2008.06a
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• pp.320-322
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• 2008

The international oil price now has been going up every each day, about 120 USD per a gallon April 2008, so that most of countries in the world are concern of the the shortage of petroleum and the development of new and renewable energy resources. This paper presents optimal design and operational features of stand-alone 500W PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) system which can be a substitute instead fossil fuel. The stack of PEMFC is composed of 35 laminated graphites, and a unit cell of the stack has electrical characteristics as below; 14W, 0.9V, 15A. The other components of BOP(Balance of Plant) are composed of hydrogen and nitrogen tanks, regulators, 3way solenoid valves, mass flow meters, etc.

• Journal of Environmental Science International
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• v.26 no.10
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• pp.1135-1146
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• 2017

At riverbank filtration sites, groundwater levels of alluvial aquifers near rivers are sensitive to variation in river discharge and pumping quantities. In this study, the groundwater level fluctuation, pumping quantity, and streamflow rate at the site of a riverbank filtration plant, which produces drinking water, in the lower Nakdong River basin, South Korea were interrelated. The relationship between drawdown ratio and river discharge was very strong with a correlation coefficient of 0.96, showing a greater drawdown ratio in the wet season than in the dry season. Autocorrelation and cross-correlation were carried out to characterize groundwater level fluctuation. Autoregressive model analysis of groundwater water level fluctuation led to efficient estimation and prediction of pumping for riverbank filtration in relation to river discharge rates, using simple inputs of river discharge and pumping data, without the need for numerical models that require data regarding several aquifer properties and hydrologic parameters.

• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.18 no.1
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• pp.20-28
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• 2015

The pump-turbine impeller is the key component of pumped storage power plant. Current design methods of pump-turbine impeller are private and protected from public viewing. Generally, the design proceeds in two steps: the initial hydraulic design and optimization design to achieve a balanced performance between pump mode and turbine mode. In this study, the 3D inverse design method is used for the initial hydraulic impeller design. However, due to the special demand of high performance in both pump and reverse mode, the design method is insufficient. This study is carried out by modifying the geometrical parameters of the blade which have great influence and need special consideration in obtaining the high performance on the both modes, such as blade shape type at low pressure side (inlet of pump mode, outlet of turbine mode) and the blade lean at blade high pressure side (outlet of pump mode, inlet of turbine mode). The influence of the geometrical parameters on the performance characteristic is evaluated by CFD analysis which presents the efficiency and internal flow results. After these investigations of the geometrical parameters, the criteria of designing pump-turbine impeller blade low and high sides shape is achieved.

• Journal of Power System Engineering
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• v.18 no.6
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• pp.140-145
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• 2014

Exploitation of renewable energies is on the increase to mitigate the reliance on fossil fuels and other natural gases with rocketing prices currently due to the depletion of their reserves not to mention their diverse consequences on the environment. Divergently, there are lots of industries "throwing" heat at higher temperatures as by products into the environment. This waste heat can be recovered through organic Rankine systems and converted to electrical energy with a waste heat recovery organic Rankine cycle system (WHR-ORC). This study uses the annual average condenser effluent from Namhae power plant as heat source and surface seawater as cooling source to analyze a waste heat recovery organic Rankine cycle using the Aspen HYSYS simulation software package. Hydrocarbon mixtures are employed as working fluid and varied in a ratio of 9:1. Results indicate that Pentane/Isobutane (90/10) mixture is the favorable working fluid for optimizing the waste heat recovery organic Rankine cycle at the set simulation conditions.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.67-72
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• 2006

Blower as an air supply system is one of the most important BOP (Balance of Plant) system fur FCV(Fuel Cell Vehicle). For generating and blowing compressed air, the motor of air blower consumes maximum 25% of net power and fuel cell demands a clean air. Considering the efficiency of whole FCV, low friction lubrication of high speed rotor is needed. For the purpose of reducing electrical power and supplying clean air to Fuel cell, oil-free air foil bearings are applied at the each side of brushless motor (BLDC) as journal bearings which diameter is 50mm. The normal power of driving motor has 1.7kW with the 30,000rpm operating range and the flow rate of air has maximum 160 SCFM. The impeller of blower was adopted a mixed type of centrifugal and axial which has several advantages for variable operating condition. The performance of turbo-blower and parameters of air foil bearings was investigated analytically and experimentally. From this study, the performance of the blower was confirmed to be suitable far 80kw PEM FC.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.30 no.1
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• pp.21-28
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• 2019

Reversible solid oxide fuel cell (ReSOC) system was integrated with waste steam for electrical energy storage in distributed energy storage application. Waste steam was utilized as external heat in SOEC mode for higher hydrogen production efficiency. Three system configurations were analyzed to evaluate techno-economic performance. The first system is a simple configuration to minimize the cost of balance of plant. The second system is the more complicated configuration with heat recovery steam generator (HRSG). The third system is featured with HRSG and fuel recirculation by blower. Lumped models were used for system performance analyses. The ReSOC stack was characterized by applying area specific resistance value at fixed operating pressure and temperature. In economical assessment, the levelized costs of energy storage (LCOS) were calculated for three system configurations based on capital investment. The system lifetime was assumed 20 years with ReSOC stack replaced every 5 years, inflation rate of 2%, and capacity factor of 80%. The results showed that the exergy round-trip efficiency of system 1, 2, 3 were 47.9%, 48.8%, and 52.8% respectively. The high round-trip efficiency of third system compared to others is attributed to the remarkable reduction in steam requirement and hydrogen compression power owning to fuel recirculation. The result from economic calculation showed that the LCOS values of system 1, 2, 3 were 3.46 ¢/kWh, 3.43 ¢/kWh, and 3.14 ¢/kWh, respectively. Even though the systems 2 and 3 have expensive HRSG, they showed higher round-trip efficiencies and significant reduction in boiler and hydrogen compressor cost.

• Journal of Environmental Health Sciences
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• v.44 no.1
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• pp.63-75
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• 2018

Objectives: The aim of this research is to explore the total heavy metals from a coal-fired power plant burning bituminous coal with wood pellets due to the implementation of the Renewable Portfolio Standard policy (RPS, 10% of electricity from renewable energy resources by 2023). Methods: The research was carried out by collecting archival data and using the USEPA's AP-42 & EMEP/EEA compilation of emission factors for use in calculating emissions. The Monte Carlo method was also applied for carrying out the calculations of measurement uncertainty. Results: In this paper, the results are listed as follows. Sb was measured at 110 kg (2015) and calculated as 165 kg (2019) and 201 kg (2023). Cr was measured at 1,597 kg (2015) and calculated as 1,687 kg (2019) and 1,728 kg (2023). Cu was measured at 2,888 kg (2015) and calculated as 3,133 kg (2019) and 3,264 kg (2023). Pb was measured at 2,580 kg (2015) and calculated as 2,831 kg (2019) and 2,969 kg (2023). Mn was measured at 3,011 kg (2015) and calculated as 15,034 kg (2019) and 23,014 kg (2023). Hg was measured at 510 kg (2015) and calculated as 513 kg (2019) and 537 kg (2023). Ni was measured at 1,720 kg (2015) and calculated as 1,895 kg (2019) and 1,991 kg (2023). Zn was measured at 7,054 kg (2015) and calculated as 9,938 kg (2019) and 11,778 kg (2023). Se was measured at 7,988 kg (2015) and calculated as 7,663 kg (2019) and 7,351 kg (2023). Conclusion: This shows that most heavy metals would increase steadily from 2015 to 2023. However, Se would decrease by 7.9%. This analysis was conducted with EMEP/EEA's emission factors due to the limited emission factors in South Korea. Co-firewood pellets in coal-fired power plants cause the emission of heavy metals. For this reason, emission factors at air pollution control facilities would be presented and the replacement of wood pellets would be needed.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.130.1-130.1
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• 2010

미국과 유럽에서는 이미 10여 년 전부터 250MW급 이상의 대용량 석탄IGCC 플랜트를 상업운전 하고 있으며, 일본과 중국을 비롯한 아시아에서도 대용량 플랜트를 시운전하고 있거나 건설 중에 있다. 한국에서는 제4차 전력수급계획에 의거 태안화력 부지 내에 300MW급 IGCC 플랜트 건설을 추진 중이며, 두산중공업은 '10년 상반기에 IGCC 가스화 플랜트에 대한 FEED 설계 (Front-Eng Engineering Design)를 완료하였다. 그 과정 중 설계조건에 의한 기본 엔지니어링 사항과 석탄 가스화 플랜트에 대한 성능예측 결과를 본 연구에서 소개한다. 가스화 플랜트의 엔지니어링은 가스화 블록과 가스정제 블록으로 구분하여 수행하였다. Process Data를 이용하여 PFD Development, P&ID Generation, Equipment Specification 개발, HAZOP 수행, Architecture Engineering 등의 순으로 FEED 설계를 진행하였다. BOD (Basis of Design)를 기준으로 운전조건별 Heat & Mass Balance와 Process Flow를 재검토하고 각 기기별 운전개념을 반영하여 P&ID를 개발하였다. 그리고 배관, 전기 및 제어에 대한 각종 Diagram 개발과 HSE (Health, Safety and Environment) 관련 설계를 수행하였다. IGCC 1호기의 엔지니어링 수행과 함께 Next 호기 자체설계 역량 확보를 위해 두산중공업은 'DIGITs'로 명명된 개념기본설계 Tool을 개발하고 있다. DIGITs는 공정모델링, 단위기기 개념설계, 공정구성 (Process Configuration) 및 종합 Database Package 형태로 구성된다. DIGITs에 의한 계산 결과 공정사 Process Data 기준시 가스화 블록 출구에서 Syngas HHV와 Syngas 현열은 각각 약 $636MW_{th}$와 약 $18MW_{th}$로, Plant 설계조건 $630MW_{th}$를 만족하는 것으로 예측되었다. 향후 DIGITs는 가스정제 블록 및 주변 BOP 설비 등과 연계한 종합 개념기본설계 Tool로써 개발 진행 중이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.573-573
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• 2009

지열에너지는 지구가 생성될 당시부터 지구 내부에 존재하는 무한한 열에너지로 온실가스 배출이 적으며 태양광이나 풍력 등 다른 신재생 에너지와는 달리 일정한 에너지를 공급할 수 있는 항상성 에너지로 기저부하를 담당할 수 있다. 지열을 이용한 전력 생산은 1904년에 이탈리아 라데렐로에서 처음으로 시작되었으며, 현재까지 화산지대를 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 2001년에서 2005년 사이에 전세계 지열발전용량은 약 13% 증가하였으며, 2005년을 기준으로 약 8,933MWe의 지열발전설비가 가동 중이다. 최근 들어 지하 심부까지 시추하여 지열저장소(geothermal reservoir)를 형성하고 이를 통해 지열에너지를 생산하는 새로운 시스템인 EGS(Enhanced Geothermal Systems)가 개발됨에 따라 비화산지대에서도 지열발전소를 건설하려는 움직임이 가속화되고 있다. EGS는 지하 심부의 불투수성 결정질 암반에 존재하는 지열에너지의 경제적인 생산뿐만 아니라 물을 주입하여 생산시키는 순환 방식을 이용하여 지열에너지 획득의 매개 역할을 하는 지열수의 고갈 문제를 해결하였다. 결정질 암반에서의 지열저장소의 형성은 암반 내에 분포하는 불연속면에서 주로 발생하며, 이를 위한 압력 조건은 현지 암반의 응력 분포 특성과 암반 및 불연속면의 물성에 좌우된다. 시추공을 통해 지하 심부의 암반에 수압이 가해지면 물의 주입으로 불연속면의 마찰력이 감소하며, 이로 인해 불연속면에 전단변형이 발생하게 된다. 전단변형은 불연속면을 열린 상태로 유지시켜 지열저장소를 형성하게 된다. 불연속면의 전단 변형시 발생하는 미소 탄성파는 시추공 주변에 설치한 모니터링 장비에서 측정되며, 모니터링 장비에 의해 측정된 미소 탄성파 발생 지점의 클러스터는 지열저장소의 공간적 분포 및 규모를 추정할 수 있는 자료가 된다. 현재 EGS를 이용한 지열발전 프로젝트는 프랑스 슐츠, 스위스 바젤, 호주 하바네로에서 대표적으로 진행 중이다. 슐츠는 현재 1.5MWe의 파일럿 플랜트를 가동 중이며, 하바네로는 파일럿 플랜트 건설 단계를 진행중이다. 스위스 바젤은 지열저장소를 형성시킬 목적으로 수행된 주입시험에서 발생된 문제에 대한 기술의 신뢰성을 확보할 목적으로 잠시 중단된 상태다. 제주도는 신생대에 분출하여 형성된 대표적인 한국의 화산지형으로 지열부존 가능성이 높을 것으로 예상되는 지역이다. 따라서 폐사는 지열에너지 부존 특성을 파악하기 위한 심부 물리 탐사 및 탐사정 시추가 실시될 예정이며 궁극적으로 국내 최초의 상용화된 지열발전소 건설을 목표로 하고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.571-571
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• 2009

지열은 날씨와 기온 등에 영향을 받지 않고 연중 가동할 수 있어 기저부하를 담담할 수 있는 유일한 신재생에너지 자원이므로 이에 대한 기술개발이 시급하다. 우리나라는 비화산지대이며 지중 온도가 가장 높은 지역의 5km에서 약 $170^{\circ}C$ 내외이므로 외국에 비해 지온경사도가 크지 않은 편이다. 그리고 3km 이상에서는 지하대수층이 거의 존재하지 않기 때문에 지열발전을 위해서는 EGS 기법을 도입할 수 밖에 없는 실정이다. 그리고 지열수를 확보할 수 있는 온도범위가 약 $100{\sim}150^{\circ}C$ 정도이므로 이에 적합한 지열발전 플랜트를 선정할 필요가 있다. 일반적으로 지열발전에 적용되는 플랜트는 건증기 지열발전, 플래쉬증기 지열발전, 바이너리 사이클 지열발전으로 분류할 수가 있으나 국내 여건에 맞는 방식으로서 바이너리 사이클 발전으로서 ORC 플랜트 또는 Kalina 사이클 플랜트가 적합하므로 이에 대한 기술 개발이 적극적으로 이루어져야 한다. 따라서 국내 지열발전의 기술개발에 있어서 핵심요소는 심부천공 및 EGS를 위한 인공파쇄기술과 지상 플랜트로서 저온지열 발전 플랜트의 기술확보가 필요한 실정이다. 이와 같은 기술개발이 완성되면 발전 뿐만아니라 집단지역난방, 온실 및 양어장 등에도 열공급이 가능한 열병합발전이 가능하게 될 것이다. 또한, EGS 기술로서 상업적 성공을 이룬 것은 세계적으로 2~3개 사례에 불과한 신기술로서, EGS 기술의 국내 조기 실현으로 기술 선점 및 해외 수출을 모색할 필요가 있다. 그리고 심부 지열자원은 국내 어디에나 부존하는 ubiquitous 자원이며 이산화탄소 배출이 전무한 청정 국산 에너지 자원이나, 이의 개발에는 높은 초기 투자비와 risk를 요하므로 민간 업체의 투자가 제약을 받는다. 따라서 정부의 적극적인 지원하에 산.학.연 중심으로 시범보급이 우선 이루어진 후 민간의 자발적 투자를 통한 지열 개발을 유도할 필요가 있다.