This study suggests a simple economic model to analyze electricity grid that consists of different power sources. The substitutability of renewable energy for nuclear power in Korean electricity transmission network is investigated by suggested model. The monthly data from January 2006 to December 2013 reported by Electricity Power Statistics Information System (EPSIS) of Korea Power EXchange (KPX) are used. To estimate the elasticities of substitution among four power sources (i.e. coal, natural gas, nuclear power, and renewable energy), this paper uses the trans-log cost function model on which local concavity restrictions are imposed. The estimated Hicks-Allen and Morishima elasticity of substitution shows that renewable electricity and nuclear power are complementary. The results also evidenced that renewable electricity and fossil fueled thermal power generation are substitutes.
Energy harvesting from the environment has been of great interest as a standalone power source of wireless sensor nodes for ubiquitous sensor networks (USN). There are several power generating methods such as thermal gradients, solar cell, energy produced by human action, mechanical vibration energy, and so on. Most of all, mechanical vibration is easily accessible and has no limitation of weather and environment of outdoor or indoor. In particular, the piezoelectric energy harvesting from ambient vibration sources has attracted attention because it has a relative high power density comparing with other energy scavenging methods. Through recent advances in low power consumption RF transmitters and sensors, it is possible to adopt a micro-power energy harvesting system realized by MEMS technology for the system-on-chip. However, the MEMS energy harvesting system hassome drawbacks such as a high natural frequency over 300 Hz and a small power generation due to a small dimension. To overcome these limitations, we devised a novel power generator with a spiral spring structure. In this case, the energy harvester has a lower natural frequency under 200 Hz than a normal cantilever structure. Moreover, it has higher an energy conversion efficient because shear mode ($d_{15}$) is much larger than 33 mode ($d_{33}$) and the energy conversion efficiency is proportional to the piezoelectric constant (d). We expect the spiral type MEMS power generator would be a good candidate as a standalone power generator for USN.
The government mandates gradually zero energy building and Photovoltaic power generation systems installed in buildings are emerging as the most realistic alternative to increase the independence rate of building energy. In this study, we propose a method to reduce the power consumption of households by increasing the PV capacity of balconies and applying the method used the charged electric power stored in batteries after sunset. In order to evaluate the electric power energy savings of the residential BESS, a balcony PV 1.2 kW and a battery pack 2 kWh were installed for 9 houses in 4 apartments in Seoul and Gyeonggi-do. The BESS is charged when the balcony PV is generated electric power, and when solar power generation is finished, it supplies power to the electric appliances connected to the load. As a result of installing the solar PV module 1.2 kW and 2 kWh class BESS for 3 households located in Seoul and Gyeonggi-do, the average electric power consumption saving rate was 40%. The reduction in electricity consumption in the case of zero generation surplus power by maximizing the utilization rate of BESS has been improved to about 53%. Therefore, in order to increase the self-sufficiency rate of electric energy in apartment houses, it is effective to increase the solar photovoltaic capacity of the balcony and apply the residential BESS. In the future, it is believed that the balcony PV and home BESS will play a key role in achieving mandatory zero-energy housing.
As a major energy consumption province, the issue about the carbon emissions in Hebei Province, China has been concerned by the government. The carbon emissions can be effectively reduced due to a more rational energy consumption structure. Thus, in this paper the constraint of low carbon emissions is considered as a foundation and four energies--coal, petroleum, natural gas and electricity including wind power, nuclear power and hydro-power etc are selected as the main analysis objects of the adjustment of energy structure. This paper takes energy cost minimum and carbon trading cost minimum as the objective functions based on the economic growth, energy saving and emission reduction targets and constructs an optimization model of energy consumption structure. And empirical research about energy consumption structure optimization in 2015 and 2020 is carried out based on the energy consumption data in Hebei Province, China during the period 1995-2013, which indicates that the energy consumption in Hebei dominated by coal cannot be replaced in the next seven years, from 2014 to 2020, when the coal consumption proportion is still up to 85.93%. Finally, the corresponding policy suggestions are put forward, according to the results of the energy structure optimization in Hebei Province.
With recent advanced in portable electric devices, wireless sensor, MEMS and bio-Mechanics device, the new typed power supply, not conventional battery but self-powered energy source is needed. Particularly, the system that harvests from their environments are interests for use in self powered devices. For very low powered devices, environmental energy may be enough to use power source. In the generality of cases, these energy harvesting systems are used in the piezoelectric materials as mechanisms to convert mechanical vibration energy into electric energy. Through the piezoelectric materials, the ambient vibration energy could be used to prolong the power supply or in the ideal case provide endless energy f9r the devices. Therefore, the piezoelectric power harvesting cantilever beam is developed. Also, the output voltage and power are predicted in this study. We also discuss the developing system of the piezoelectric energy scavenger. An experimental verification of the model is also performed to ensure its accuracy.
Energy harvesting is an emerging technique that extracts energy from surrounding environments to power low-power devices. For example, it can potentially provide sustainable energy for wireless sensing networks (WSNs) or structural control systems in civil engineering applications. This paper presents a comprehensive study on harvesting energy from earthquake-induced structural vibrations, which is typically of low frequency, to power WSNs. A macroscale pendulum-type electromagnetic harvester (MPEH) is proposed, analyzed and experimentally validated. The presented predictive model describes output power dependence with mass, efficiency and the power spectral density of base acceleration, providing a simple tool to estimate harvested energy. A series of shaking table tests in which a single-storey steel frame model equipped with a MPEH has been carried out under earthquake excitations. Three types of energy harvesting circuits, namely, a resistor circuit, a standard energy harvesting circuit (SEHC) and a voltage-mode controlled buck-boost converter were used for comparative study. In ideal cases, i.e., resistor circuit cases, the maximum electric energy of 8.72 J was harvested with the efficiency of 35.3%. In practical cases, the maximum electric energy of 4.67 J was extracted via the buck-boost converter under the same conditions. The predictive model on output power and harvested energy has been validated by the test data.
With the advent of high technologies such as the 4th Industrial Revolution and artificial intelligence and big data, efforts are being made to solve urban problems and improve the quality of life by applying new technologies in the smart city field. In addition, as carbon neutrality has emerged as an important issue due to global warming, smart city energy platform technologies such as urban energy management, efficiency improvement, and carbon reduction are in the spotlight. In order to effectively manage urban energy, energy resource information such as electricity, water, gas, hot water, heating, etc. must be collected from the management system of various energy utilities and managed on the central platform. The centrally integrated data is delivered to external city management systems that require city energy information through an energy platform. This study developed a CIM profile for smart city energy monitoring required to provide energy data to external systems. Electric data model were designed using the CIM class of IEC 61970, and water, gas, and heat data model were designed in compliance with the UML-based design ideas of IEC 61970.
A new low cost high power density photovoltaic power conditioning system (PV PCS) with an energy storage system is proposed in this paper. Its high power density and cost effectiveness can be achieved through the unification of the maximum power point tracker and the battery charger/discharger. Despite the reduced power stage, the proposed system can achieve the same performance in terms of maximum power point tracking and battery charging/discharging as the conventional system. When a utility power failure happens, the proposed system cannot perform maximum power point tracking at the UPS mode. However, the predetermined battery voltage near the maximum power point of the PV array can effectively generate a reasonable PV power even at the UPS mode. Therefore, it features a simpler structure, less mass, lower cost, and fewer devices. Finally, to confirm the operation, validity, and features of the proposed system, a theoretical analysis and experimental results from a single phase AC 220Vrms/1.5kW prototype are presented.
Enhancing the capabilities of unmanned space exploration, such as satellite monitoring and space science missions, requires efficient and reliable nuclear power systems. A viable solution is found in the 1-10 kWe power level of space nuclear reactor power systems, offering advantages such as a manageable research and development process, and relatively low investment requirements. This paper introduces a conceptual design for a 5 kWe space nuclear reactor power system, outlining its components and characteristics. The study includes a thorough analysis of potential challenges, encompassing heat pipe failure accidents, re-entry scenarios, and weight estimation considerations. The results demonstrate that the proposed space nuclear reactor power system effectively meets the safety requirements. The total mass of the power system is estimated at approximately 1.5 tons, with a specific mass of around 300 kg/kWe. This research contributes valuable insights for the design of space nuclear reactor power systems operating within a similar power range.
Operation and control system has been installed and tested to use energy storage system(ESS) for frequency regulation at 4MW class of ESS demonstration facility installed at Jeju island, Korea in 2013. Simulation tests were performed by programing language C# for power system of Jeju island to develop control algorithm. Site simulation tests were performed in control system itself without connecting power system and energy storage system. Control algorithm was coded, modified and tested to load to controller and communication system and human-machine interface were developed and tested in the process of simulation tests. After similar results to that of simulation tests by programing language were obtained, power system and energy storage system demonstration facility were connected to control system by communication system. Energy storage system for frequency regulation was tested for actual frequency and simulation frequency. The site tests showed the similar results to that of simulation tests and the control systems is possible to be operated for frequency regulation. Faster response of energy storage system for frequency regulation, less costs and less capacity of energy storage systems which cover for frequency regulation of power plants. It is expected that more studies for time-reduction and time-delay elements can make less capacity of energy storage system cover more role of frequency regulation of power plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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