• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.163-163
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• 2019

The rapidly growing global population increases the awareness of water, energy, and food security worldwide. The concept of Water, Energy, and Food nexus (hereafter, WEF nexus) has been widely introduced as a new resources management concept that integrate the water, energy, and food in a single management framework. Recently, WEF nexus analyzes not only the interconnections among the resources, but also considers the external factors (such as environment, climate change, policy, finance, etc) to enhance the resources sustainability by proper understanding of their relations. A nation-level resources management is quite complex task since multiple regions (e.g., watersheds, cities, and counties) with different characteristics are spatially interconnected and transfer the resources each other. This study proposes a multiple region WEF nexus simulation and transfer model. The model is equipped with three simulation modules, such as local nexus simulation module, regional resources transfer module, and optimal investment planning module. The model intends to determine an optimal capital investment plan (CIP), such as build-up of power plants, water/waste water treatment plants, farmland development and to determine W-E-F import/export decisions among areas. The objective is to maximize overall resources sustainability while minimize financial cost. For demonstration, the proposed model is applied to a semi-hypothetical study area with three different characterized cities. It is expected the model can be used as a decision support tool for a long-term resources management planning process.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.190-190
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• 2016

The Water, Energy, and Food (WEF) nexus is an emerging concept for sustainable resources planning and management. The three valuable resources are inevitably interconnected, that is, it takes water to produce energy; it takes energy to extract, treat, and distribute water; and both water and energy are required to produce food. Although it is challenging to fully understand the complicated interdependency, a few studies have been devoted to interpret the concept and develop the assessment tools. The tools were mainly developed for nation-wide simulations without considering inter-basin or inter-state resources trade. This study tries to present an idea to develop and implement the WEF nexus simulation model in regional scale by advancing the existing nation-wide model with additional capability to simulate the inter-basin trade. This simulation could help local planners and engineers to determine optimal policies and infrastructure solutions to reach and ensure local demand satisfaction. The simulation model is implemented in hypothetical areas with different conditions of WEF demands and supplies. Although the inter-basin trade scenarios are simulated manually, it shows that the inter-basin resources trade could enhance the resources security for a longer time period. In future, an optimization model might be developed to provide the automatic calculation to reach optimum amount of WEF for the trade, which can be a helpful tool in decision making process.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.153-153
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• 2018

Water-Energy-Food (WEF) nexus is a new holistic resources management concept that considers the interconnections among resources for sustainable resources planning and management. The current challenge is to fulfill the required demand in the lack of available resources. A traditional way to provide more available resource is by increase in production, but it caused increment of indirect demand of other interlinked resources. Importing resources from other area (where local supply is redundant) is another option to secure local resources with additional economic expenditure. The WEF nexus-trading model adapts the previously developed nationwide nexus simulation model with additional input parameters and functions to simulate trading scenarios. In general, the analysis starts with the quantification of local resources deficit (potential importing amount) and redundancy (potential exporting amount) of each area. Then, a trade module is initiated by determining possible donor area and importation amount. Finally, the nexus simulation for all area is re-run to determine final resources supply-demand results including the trading amount. The trade option provides an opportunity to meet local demands without draining local resources. However, the production capability of donor area may limit the importation amount. The newly developed trade option allows more alternatives for stakeholders to determine resources management plans.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.409-409
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• 2019

개발도상국 중심의 전 세계인구 증가추세와 도시화 현상, 경제발전 등의 요인으로 자원 수요량이 꾸준히 증가하고 있으며 글로벌 자원전쟁 및 기후변화는 자원 확보 및 활용에 대한 불확실성을 가중시키고 있다. 특히 필수자원인 물, 에너지 그리고 식량은 서로 밀접한 연관성 (Interconnection)으로 인해 각 자원 간의 상호의존성(Interdependence), 상충관계(Trade-off), 시너지(Synergy)가 존재한다. 이를 인식하고 관련 데이터베이스를 구축하여 통합적인 관점에서 분석하는 것이 물-에너지-식량 넥서스(Water-Energy-Food Nexus, WEF Nexus)이다. 현재 해외에서는 WEF Nexus에 대한 정의를 정립하고 적용방안에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 국내 연구는 대부분 개념과 필요성 제시에 불과하며, 정량적인 방법들에 대한 분석은 부족한 실정이고, 다양한 적용방안에 대한 연구는 초기 단계에 불과하다. 이에 본 연구는 국내외 WEF Nexus에 대한 정량적 가치평가 연구들을 조사 분석하여, 국내 적용 시의 문제점 및 시사점을 제시하고자 한다. 국외에서도 전력, 양수발전, 소규모 수력발전, 원예, 도시농업 등 다양한 분야에서 WEF Nexus 접근방식을 통한 연구들이 진행되고 있으나 실제 구체적이고 명확한 방식에 의해 정량적 가치를 도출한 사례는 많지 않은 실정이다. 그러나 넥서스 접근방법의 긍정적 효과를 제시하기 위해서는 이와 같은 정량적 분석이 시급이 필요한 시점이다. WEF Nexus 접근법을 국내에 성공적으로 적용시키기 위해서는 (1) 자원별 데이터베이스 구축 (2) 다양한 다양한 평가 툴 개발 및 적용 (3) 자원간 통합적 접근 방안이 필요하다. 이러한 과정들 하나하나가 현실적이고 구체화하기 위해서는 아직까지 많은 시행착오가 필요할 것으로 보인다. 본 연구에서는 국제사회에서 제한적으로 적용된 다양한 정량화 방안들을 검토하고 국내 적용을 위해서 어떠한 사항들이 필요하고 구축되어야 하는지 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.184-184
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• 2017

A nation-wide water-energy-food (WEF) nexus simulation model has been developed by the authors and successfully applied to South Korea to predict the sustainability of those three resources in the next 30 years. The model was also capable of simulating future scenarios of resources allocation based on priority rules aiming to maximize resources sustainability. However, the process was still relying on several assumptions and trial-and-error approach, which sometimes resulted in non-optimal solutions of resources allocation. In this study, an optimization module was introduced to enhance the model in generating optimal resources management rules. The objective of the optimization was to maximize the reliability index of resources by determining the resources' allocation and/or priority rules for each demand type that accordingly reflect the resources management policies. Implementation of the optimization module would result in balanced allocation and management of limited resources and assist the stakeholders in deciding resources' management plans, either by fulfilling the domestic production or by global trading.

• Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.60 no.4
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• pp.33-38
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• 2018

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.292-292
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• 2022

가뭄은 사회기반시설, 인적 자본 등과 같은 자산에 직접적인 영향을 미치지 않으나 물을 중요한 투입재로 사용하는 농업부문에 피해가 집중된다. 가뭄 재해는 준비와 대응에 따라 피해에 큰 차이가 크기 때문에 다른 재해와는 달리 강도뿐만 아니라 지속기간을 고려해야 한다. 효과적인 가뭄 위험 관리를 위해서는 가뭄의 특징과 가뭄 준비 및 대응 수단에 따른 환경 및 경제적 영향을 평가할 수 있는 모형 구축과 다양한 농업자원을 동시적으로 연계 평가하여 지속가능성을 판단할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기후변화 등의 외부요인을 반영한 물-에너지-식량 (Water-Energy-Food, WEF) 넥서스 기반 농업 가뭄 평가 플랫폼 설계를 제안하고자 한다. 이를 위해 물-에너지-식량 넥서스 연계 해석 고도화 기술을 개발하고, 생물-물리학적 모델 및 경제학적 모델 연계형 기후-토양-물-에너지-식량 넥서스 (CS-WEF NEXUS) 플랫폼을 구축하여, 최종적으로 기후변화 및 농업부문 가뭄 준비 및 대응 수단의 영향 평가를 바탕으로 한 의사결정 지원 도구를 제시하는 것이 최종 목표이다. 본 연구에서 구축된 플랫폼은 넥서스 연계 해석을 통해 농업 가뭄 대응을 위한 식량 및 에너지 안보 정책에도 미칠 수 있는 영향을 분석할 수 있으며, 다양한 식량-물-에너지 정책들이 타 요소들에 미치는 영향을 쉽게 평가할 수 있다는 점에서 정책적 의사결정 지원 시스템으로서 활용도가 높을 것으로 예상한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.136-136
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• 2016

현재 전 세계적으로 지속적인 인구증가와 도시화 및 산업화 영향으로 물, 에너지, 식량의 수요증가와 공급부족이 예상되는 가운데, 급격한 기후변화와 자원고갈로 인해 이는 더욱 가속화되고 심화될 위기에 직면하였다. 특히 물의 수요는 증가하나 공급은 제한되어 있어 지속가능한 인류의 생존을 위하여 인간에게 꼭 필요한 에너지와 식량의 문제를 물을 중심으로 상관성을 찾고 효율적인 물활용 방법을 개발하고 정책화할 필요가 있다. 세계 물공급량 중 농업으로는 70%, 에너지로는 15%로 소비되고 있다. 또한 유럽과 미국은 발전용 냉각수로 각각 담수총량의 43%, 50%를 사용하고 있는 등, 세계는 물, 식량 그리고 에너지 수급의 불균형이 심화되고 상호 위기가 증폭되고 있다. 향후 인간의 삶에 절대적으로 필요한 세가지 자원이 복합적으로 연계되어 상호 위기가 증폭될 수 있는 실정이나, 우리나라는 개별자원에 대한 관리 및 운영기술은 상당한 수준이지만 아직까지 연계성을 고려하여 자원간의 효율성을 찾는 물-에너지-식량 연계(Water-Energy-Food Nexus, WEF Nexus)에 대한 관리 및 기술은 부족한 실정이다. 국제적으로 세자원의 연계상황이 선진국과 개도국간에 편차가 크고, 사막지대 등 자연조건이 열악한 지역에서 자원들간의 위기 연계성이 높은 상황이므로 우리나라도 물-에너지-식량의 연계위기 상황을 정확히 파악하고 미래 환경변화에 대한 대응방안 수립이 필요하나, 현재 국내 물관리에 있어 저수지나 수리시설 관리가 제대로 실행되지 못하고 있어 이를 방치할 경우 중장기적으로 식량 및 에너지생산에 있어 부족이 우려되고 있다. 또한 부처간의 행정적인 간격으로 물-에너지-식량의 연계성 연구 및 정책수립에 있어서 자료 등이 절대적으로 부족한 실정이기 때문에 체계적으로 빅데이터 기반의 DB구축 및 인벤토리 정의 등도 현재시점에서는 절대적으로 필요하다고 할 수 있다. WEF Nexus를 실현하기 위해서는 각 자원간의 효율성을 극대화하여야 한다. 과거에는 개별적 자원의 확보를 추구했다면 이제부터는 각 자원간의 상생을 통한 연계성을 확보하여 서로간의 자원 확보를 고려하여 개발하여야 한다. 이를 위해 현재의 자원확보에 대한 문제점들을 고려하여, 상호 연계를 통한 효율성을 확보하고 그 효율성이 각 자원에 영향을 주어 시너지효과를 발생시킬 수 있는 방안으로 진행되어야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.109-109
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• 2017

전 세계적으로 기후변화, 인구증가, 도시화에 따른 물, 에너지, 식량 등 필수 자원의 수요량 증가로 인한 수급 불균형으로 글로벌 자원안보 위기가 대두되고 있다. 특히, 국내의 경우 경제성장로 인한 중산층 증가와 도시 인구 팽창에 따른 물, 에너지, 식량 등 필수 자원에 대한 수요 증가로 인해 유한한 자원에 대한 대응책이 시급한 실정이다. 또한 국내 자원의 대외 의존성이 높아 국제 자원 시장에 크게 영향을 받기 때문에 물-에너지-식량의 연계를 통한 자립적 자원확보가 필요하다. 국내에서도 수자원 자체만의 기존 기술 한계를 극복하기 위한 물-에너지, 물-식량 연계신기술 개발과 지속가능한 활용방안이 필요한 실정으로 현재 미국, 일본, 유럽 등 주요 선진국을 중심으로 물관리와 연계한 에너지의 효율화 및 수자원이 갖는 에너지의 회수와 적극적 활용이 추진되고 있다. 이를 반영하여, 국내의 경우 독립적으로 구분되는 이수, 치수, 물순환 건전화 등 주요 물관리 이슈에 대하여 에너지, 식량 분야를 연계한 통합적이고 효율적인 지속가능 방안제시가 필요하다. 이를 위해 자원안보의 선제적 대응을 위한 구체적이고 실질적인 물-에너지-식량의 연계 기술이 필요하며, 국내 실정에 적합한 기술의 도입이 필요하다. 즉 (1) WEF 데이터공유 및 범정부적 의사결정을 위한 다부처 협업체계 구축을 위한 Bigdata기반 부처간 데이터베이스 구축 및 공유 (2) 기후변화 적응 자원연계 솔루션 개발 및 넥서스 영향평가 툴 개발을 위한 자원 효율성 증대를 위한 연계 기술 고도화 (3) 국내(미래넥서스시티 versus 지자체자립형넥서스마을), 해외 on-demand형의 미래자원관리 패키지기술 실증을 위한 국내외 Testbed구축 및 운영 (4) 기술의 실현을 위한 제도, 정책의 개선 및 국민 공감대 형성을 위한 WEF 넥서스 거버넌스 수립 및 개선으로 구분할 수 있다. 이를 통해, 물-에너지-식량 분야 상호 연계를 통한 분야별 "생산-가공-유통처리" 효율 30% 개선, 20C SOC 시설산업기반에서 21C 사회 인프라 국민 서비스 산업으로 전환을 통한 국가 신산업기반 구축, 4차 산업혁명의 Data Technology 분야에서 세계 최초의 공공기반 WEF 연계 패키지 기술 개발 들이 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.61 no.4
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• pp.23-32
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• 2019

Increasing crop production with the same amount of resources is essential for enhancing the economy in agriculture. The first prerequisite is to understand relationships between the resources. The concept of WEF (Water-Energy-Food) nexus analysis was first introduced in 2011, which helps to interpret inter-linkages among the resources and stakeholders. The objective of this study was to analyze energy-water nexus in greenhouse cultivation by estimating reference evapotranspiration and heating load. For the estimation, this study used the physical model to simulate the inside temperature of the agricultural greenhouse using heating, solar radiation, ventilated and transferred heat losses as input variables. For estimating reference evapotranspiration and heating load, Penman-Monteith equation and seasonal heating load equation with HDH (Heating Degree-Hour) was applied. For calibration and validation of simulated inside temperature, used were hourly data observed from 2011 to 2012 in multi-span greenhouse. Results of the simulation were evaluated using $R^2$, MAE and RMSE, which showed 0.75, 2.22, 3.08 for calibration and 0.71, 2.39, 3.35 for validation respectively. When minimum setting temperature was $12^{\circ}C$ from 2013 to 2017, mean values of evapotranspiration and heating load were 687 mm/year and 2,147 GJ/year. For $18^{\circ}C$, Mean values of evapotranspiration and heating load were 707 mm/year and 5,616 GJ/year. From the estimation, the relationship between water and heat energy was estimated as 1.0~2.6 GJ/ton. Though additional calibrations with different types of greenhouses are necessary, the results of this study imply that they are applicable when evaluating resource relationship in the greenhouse cultivation complex.