한국신재생에너지학회:학술대회논문집
Korean Society for New and Renewable Energy (KSNRE)
- Semi Annual
Domain
- Energy/Resources > New and Renewable Energy
2009.11a
-
Cho, Jun-Hyun;Ha, Tae-Hun;Kim, Han-Sang;Min, Kyoung-Doug;Park, Jong-Hoon;Chang, In-Gab;Lee, Tae-Won 127
The uniform gas distribution between anode channels of the indirect internal reforming type molten carbonate fuel cell (MCFC) is crucial design parameter because of the electric performance and the durability problems. A three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) analysis is performed to investigate flow characteristics in the anode channels and manifold under different pressure drop and channel temperature conditions. The combined meshes consists of hexadral meshes in the channels and polyhedral meshes in the manifold are adopted and chemical reactions inside the MCFC system are not included because of computational difficulties associated with the size and geometric complexity of the system. Results indicate that the uniformity in flow-rate is in the range of$\pm$ 0.048 % between the anode channels when the pressure drop of anode channel is about 150 Pa. A gas flow-rate uniformity decreases as the pressure drop of anode channels decreases and as the temperature difference between indirect internal reforming (IIR) channels and anode channels increases. -
최근 환경규제가 강화되면서 친환경적인 전력생산 요구 등의 외부환경 변화에 따른 우리나라의 전력구조가 기존의 중압 집중형 발전을 탈피한 분산전원 발전에 대한 관심이 증대되고 있는 실정이다. 특히, 분산전원으로서의 전력생산은 공급의 안전성, 경쟁력 및 에너지의 지속성 등이 요구되어지는데, 재생에너지가 가지고 있는 에너지 지속성의 한계 및 설치의 제약성을 탈피할 수 있는 시스템으로 현재 연료전지시스템이 가장 근접해 있는 실정이다. 즉, 도시가스 인프라가 우수하고 인구조밀 지역이 많은 우리나라의 특성상 각 가정 및 건물에 쉽게 설치하고 공급의 안전성을 갖는 건물용 연료전지는 최근 가장 각광받고 있는 분산전원 시스템 중의 하나이다. 올해부터 모니터링사업의 일환으로 수용가에 설치 될 연료전지 시스템이 얼마나 안정적으로 전기와 열을 각 가정에 공급하고 시스템의 안전성을 확보하는 가는 건물용 연료전지의 분산전원으로서의 가능성 및 국민의 수용성을 증대시키는 중요한 역할을 할 것이다. 연료전지시스템은 상용전력과 연계되어 있기 때문에 시스템의 안정성 뿐만 아니라 상용전력의 변화에 대응하여 안정적인 운전을 하는지에 대한 평가가 필수적이다. 이에 따라 본 연구에서는 가정용 연료전지시스템의 성능 및 안전성평가의 일환으로 계통연계형 전력변환장치의 성능 및 안전성을 평가 하고자 한다. 연료전지 검사를 위한 계통연계형 전력변환장치의 시험평가 항목으로는 크게 정상특성성능시험, 보호기능성능시험, 과도응답특성성능시험 및 외부사고성능시험 등으로 나뉘어진다. 본 연구에서는 외부사고 성능시험 항목들인 출력측 단락시험, 계통전압 순간정전?순간강하시험 및 부하차단 시험 등을 통하여 외부사고에 대한 성능 및 안전성을 평가하였다. 외부사고 성능시험의 주 목적은 시스템의 이상 운전이 아니라 외부의 영향에 따른 시스템의 안전성 및 전력품질을 평가한다. 출력측 단락시험을 수행하기 위해서 전력변환장치를 정격 출력 전압, 정격 출력 주파수 및 정격 출력에서 운전한 후, 교류 전원장치는 단락 전류를 검출하여, 사고 발생 후 0.3초 이내에 개방하도록 설정하였다. 여기서, 단락 저항 Rsc를 정격 전류의 10배 이상에 해당하는 부하와 같은 값으로 설정하였다. 스위치 SWSC를 폐로하여 단락 상태를 만들며, 이 때 전력변환장치의 출력전류와 차단 또는 정지 시간을 측정하였다. 실험 결과에 대한 판정기준은 단락전류를 검출하여 0.5초 이내에 개폐기 개방 또는 게이트 블록 기능이 동작하여 시스템을 안정하게 정지시키고 시스템 어떤 부위에도 손상이 없어야 한다. 실험 결과 파워컨디셔너의 출력전류 및 차단 또는 정지된시간이 40ms로 나타났고, 출력전류의 파형도 매우 안정함을 볼 수 있었다. 이와 같이 모든 실험을 수행한 결과 외부사고에 대하여 시스템이 안전하게 정지하는 등 연료전지 시스템의 안전성을 확인하였다.
-
Ha, Tae-Hun;Park, Jae-Man;Cho, Jun-Hyun;Min, Kyoung-Doug;Lee, Eun-Suk;Jung, Ji-Young;Kim, Do-Hun;Jin, Yong-Won;Lee, Dae-Han 132
To achieve the commercialization of PEM fuel cell, the durability problem must be solved. Recently, many researchers have focused on this durability problem and degradation studies about membrane and electrode have been reported. But durability characteristics of gas diffusion layer is not much reported yet. Durability of GDL is very important to maintain the performance of PEM fuel cell because the main function of GDL is a path of fuel and water and the GDL degradation causes the loss of the GDL function. In this study, the degradation of GDL, especially, the mechanical degradation process was investigated with the leaching test. The effect of water dissolution was observed through the test and the amount of GDL degradation was measured with various measurement methods such as weight measurement, static contact angle measurement, scanning electron microscope. After 2,000 hours test, the GDL showed structural damage and loss of hydrophobicity. -
연료전지는 연료의 화학적 에너지를 전기화학 반응을 통하여 직접 전기로 변환하기 때문에 에너지 전환효율이 높고 공해물질을 배출하지 않는 환경친화적인 고효율 발전방식으로, 특히 용융탄산염 연료전지(MCFC) 및 고체산화물 연료전지(SOFC)같은 고온형 연료전지의 경우 분산전원이나 중앙집중발전 같은 발전용에 적합한 연료전지로 평가받고 있다. 현재 MCFC 및 SOFC등의 발전용 연료전지 시스템의 효율은 약 50% 정도이며, 시스템의 발전효율을 높이기 위한 여러 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 고온의 배열을 이용하여 연료전지 발전시스템의 효율을 향상시키기 위해 FuelCell Energy, Ansaldo Fuel Cells 및 Simens Westinghouse 등에서 수백 kW급의 fuel cell - gas turbine hybrid system에 대한 상용화 수준의 실증연구가 진행되었다. 본 연구에서는 발전용 연료전지 시스템의 발전효율을 높이기 위한 방안 중 하나로 배열을 이용하여 steam을 발생시켜 air amplifier에 사용함으로써 연료전지 시스템의 MBOP(Mechanical Balance of Plant)중 전력을 소비하는 air blower를 대체하여, 시스템 효율을 향상시키고 시스템의 가용성을 높일 수 있는 설계안에 대하여 논하고자 한다.
-
발전용 연료전지의 경쟁상황이 점점 치열해지고 있는 상황에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 현재 상용화되어 있는 2세대 연료전지인 MCFC 관련 기술을 최대한 빨리 확보하고, 전세계적으로 R&D 단계에 있는 3세대 연료전지인 SOFC 관련 기술을 독자적으로 수행하여 가장 먼저 상용화하여야 할 것이다. 본 논문에서는 그 동안 MCFC 관련 사업 역량 및 응용 기술의 확보를 위하여 포스코 그룹이 수행한 사업 및 R&D 내용을 정리하고, 향후 SOFC 기술의 상용화를 위한 포스코 그룹의 전략을 발표하고자 한다. 또한 그 동안 SOFC 연구가 시스템 개발 위주로 진행되어 옴에 따른 문제점을 지적하고, SOFC 시스템 기술을 뒷받침할 수 있는 부품/소재 개발과 관련한 포스코파워의 연구 결과를 요약 발표하도록 한다.
-
Quality evaluation of laser welded MCFC separator panels with large active area was performed. Lap joint was applied to produce stable air-tight seam weld by employing Nd:YAG laser. Results showed that surface contamination played a key role to form weld defects at the joint interface. However, there was no evidence that weld width at the lap joint changed after the stack operation time of 2,890h. Test results also revealed that the reinforcement values which were measured on the weld line after long time operation, were stable.
-
In this study, the performance degradation of SOFC single cell caused by the delamination between a cathode and an electrolyte is investigated. As the delamination rate increases, the voltage sharply decreases due to the decrease of reaction sites and losses increase. The current is concentrated to the intact area so that the current density is increased and the ohmic loss and the activation loss become higher. Most part of loss is due to the ohmc loss of electrolyte.
-
The metal-supported SOFC has beed developed as a new concept of SOFC which has higher mechanical strength. However, the mass transfer rate in this type of SOFC may be decreased due to the contact layer and the support layer and that can cause the low performance. Therefore, numerical analysis of the heat and mass transfer characteristics in a metal-supported solid oxide fuel cell(SOFC) is studied in this paper. Governing equations and electrochemical equations are calculated simultaneously. And the numerical results are compared with the experimental results for the code validation. The current density, temperature, and pressure drop are suggested as numerical results.
-
Baek, Ji-Suk;Park, Jin-Soo;Kim, Kyung-Hyun;Moon, Gi-Young;Kim, Hye-Kyung;Choi, Young-Woo;Park, Go-Gun;Yang, Tae-Hyun;Kim, Chang-Soo;Shul, Young-Gun 147
The water-like ionic liquids have been widely used to enable the proton conduction in ionic liquid based membranes at high temperature and anhydrous PEFCs. In this study, we synthesized various kinds of composite membranes based on hydrocarbon polymers having good thermal and mechanical stabilities at high temperatures and ionic liquids. The composite membrane consisting of hydrocarbon polymer and ionic liquid was characterized by thermogravimetric analyzer (TGA) and impedance spectroscopy. Consequently the non-aqueous composite membranes of a variety of hydrocarbon polymer and ionic liquids have good conductivity and thermal stability at high temperature conditions. -
Ryu, Sung-Kwan;Choi, Young-Woo;Park, Jin-Soo;Yim, Sung-Dae;Yang, Tae-Hyun;Kim, Han-Sung;Kim, Chang-Soo 149
Generally, Nafion ionomer is used in the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) electrodes to achieve high power density. At the high temperature operation of PEFC, however, ionic conductivity of Nafion remarkably decreased due to the evaporation of water in Nafion polymer. Recently, many researchers have focused on using the Ionic Liquids(ILs) instead of water in Nafion polymer. ILs have intrinsic properties such as good electrochemical stability, high ionic conductivity, and non-flammability. Especially, ILs play a crucial role in proton conduction by the Grottuss mechanism and act as water in water-free Nafion polymer. However, it was found that the ILs was leached out of the polymer matrix easily. In this study, we prepared membrane electrode assemblies with various contents of ILs. The effect of ILs in the electrode of each designed was investigated by a cyclic voltammetry measurement and the cell performance obtained through a single cell test using H2/Air gases. Electrodes with different contents of ILs in catalyst layer were examined at high temperature and low humidified condition. -
Preparation of pore-filling membranes for polymer electrolyte fuel cells and their cell performancesAnion exchange polymer electrolyte pore-filling membranes consisting of the whole hydrocarbon materials were prepared by photo polymerization with various quaternary ammonium cationic monomers and characterized on the properties for applying to solid alkali fuel cell (SAFC). Hydrocarbon porous substrates such as polyethylene were used for the preparation of the pore-filling membranes. The hydroxyl ion conductivity of the polymer electrolyte membranes prepared in this research was dependent on the composition ratio of an electrolyte monomer and crosslinking agents used for polymerization. Furthermore, these pore-filling membranes have commonly excellent properties such as smaller dimensional affects when swollen in solvents, higher mechanical strength, lower fuel crossover through the membranes, and easier preparation process than those of traditional cast membranes.
-
Fuel cell is spotlighted as next energy source of future. The fuel of vehicle will be changed from fossil fuel such as gasoline, diesel to hydrogen. Polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) will be used to fuel cell vehicle because of its suitability. PEMFCs need oxygen for cathode. Because PEMFCs in vehicle use air for oxygen, air pollutant will be effect to performance of PEMFC. In this study, we examine a type of filter and pollutant gas how can be effect to performance of fuel cell electric vehicle.
-
The electrophoretic deposition(EPD) technique with a wide range of novel applications in the processing of advanced ceramic materials and coatings, has recently gained increasing interest both in academic and industrial sector not only because of the high versatility of its use with different materials and their combinations but also because of its cost-effectiveness requiring simple apparatus. Compared to other advanced shaping techniques, the EPD process is very versatile since it can be modified easily for a specific application. For example, deposition can be made on flat, cylinderical or any other shaped substrate with only minor charge in electrode design and positioning[1]. The synthesis of the nano-sized Ce0.2Sm0.8O1.9(SDC)particles prepared by aurea based low temperature hydrothermal process was investigated in this study[2].When we made the SDC nanoparticles, changed the time of synthesis of the SDC. The SDC nanoparticles were characterized with field-emission scanning electron microscope(FESEM), energy dispersive X-ray analysis(EDX), and X-ray diffraction(XRD). And also we researched the results of our investigation on electrophoretic deposition(EPD) of the SDC particles from its suspension in acetone solution onto a non-conducting NiO-SDC substrate. In principle, it is possible to carry out electrophoretic deposition on non-conducting substrates. In this case, the EPD of SDC particles on a NiO-SDC substrate was made possible through the use of a adequately porous substrate. The continuous pores in the substrates, when saturated with the solvent, helped in establishing a "conductive path" between the electrode and the particles in suspension[3-4]. Deposition rate was found to increase its increasing deposition time and voltage. After annealing the samples
$1400^{\circ}C$ , we observed that deposited substrate. -
In this work, nitrogen and oxygen functionalities was introduced to the graphite nanofibers (GNFs) and their effect on electrocatalytic performance of the GNF supports for direct methanol fuel cells (DMFCs) was invesigated. The nitrogen and oxygen groups were introduced through the urea treatments and acid treatment, respectively. And, PtRu catalysts deposited on modified GNFs were prepared by a chemical reduction method. The catalysts were characterized by means of elemental analysis, nitrogen adsorption, and X-ray photoelectron spetroscopy (XPS). The structure and morphological characteristics of the catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). As a result, the Pt-Ru nanoparticles were impregnated on GNFs with good formation in 3-5 nm. And, the cyclic voltammograms for methanol oxidation revealed that the methanol oxidation peak varied depending on changes of surface functional groups. It was thus considered that the PtRu deposition was related to the reduction of PtRu and surface characteristics of the carbon supports. The changes of surface functional groups were related to PtRu reduction, significantly affect the methanol oxidation activity of anode electrocatalysts in DMFCs.
-
연료전지 분리판은 연료전지 스택을 구성하는 부품 중에서 가장 많은 수량이 사용되는 부품의 하나로서 연료전지의 출력밀도(Power Density, W/L), 비출력(Specific Power, W/kg) 및 가격($/kWe) 관점에서 가능한 저가의 소재 및 제조공정으로 경량, 박형화가 이루어져야 하는 핵심 부품이다. 이러한 저가의 경량, 박형화 분리판 개발의 전제조건은 연료전지 스택에서 요구하는 다양한 물성, 장기수명 및 신뢰성은 나타내는 내구성을 만족해야 하는 것이다. 이렇듯 연료전지 분리판은 다음과 같은 요구 조건을 만족해야 한다. 높은 전기전도도, 전기화학적 부식 저항성, 화학적 안전성, 가스 기밀성, 기계적 강도 및 가공성 등이라 하겠다. 본 연구에서는 분리판의 요구 조건을 만족할 수 있는 분리판을 제작하기 위하여 고분자 복합소재(PCB; Printed Circuit Board)를 이용하여 전기도금을 통해 Cu/Au(1st PCB 분리판)과 Cu/Ni/Au(2st PCB 분리판)을 코팅하여 분리판을 제작하였다. 제조된 분리판을 이용하여, 접촉저항, 부식특성, 가스 기밀성, 기계적 강도를 분석하였으며, 단위전지를 제작 하여 상용 Graphite 분리판과 성능을 비교분석하였다.
-
Poly(benzimidazole-co-aniline) (PBIANI), a self-crosslinked, net-structured, proton conducting polymer has been synthesized for the membrane of high temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFC) with improved proton conductivity and mechanical strength. The stress at break (26
$\pm$ 3MPa)and proton conductivity (167 mS cm-1)of the phosphoric acid doped PBIANI (DPBIANI)membrane is much higher than those of other doped polybenzimidazole(PBI) type membranes. -
AIP(Air Independent Propulsion)시스템에 적용되는 연료전지 스택의 경우 연료의 이용율을 극대화시키는 것이 매우 중요하다. 일반적인 연료전지 스택은 물배출과 성능의 안정화를 위해 이론적 요구량보다 양론적으로 많은 양을 공급하여, 반응에 사용되지 않고 배출되는 연료 가스가 많아 이용율이 낮다. 여러 단으로 구성되어 전 단에서 사용하고 남은 연료 가스를 다음 단에 재공급하여 사용하는 케스케이드 구조의 연료전지 스택을 적용하게 되면 연료이용율을 90% 이상으로 높일 수 있다. 그러나 연료전지 스택에서 반응에 의해 발생한 물과 응축된 가습수가 재공급되면 연료전지 스택의 성능과 내구성에 악영향을 주는 플러딩현상이 발생하게 된다. 반면 반응수와 응축수를 제거할 때 스택에 재공급되는 연료 가스의 가습수가 같이 제거되면 낮은 가습도로 스택에 공급되는 문제점도 있다. 따라서 연료 가스의 가습도를 잘 유지하면서 액화된 물만 원활하게 제거할 수 있는 기액분리기의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 CFD(Computational Fluid Dynamics)해석을 활용하여 다양한 디자인의 기액분리기를 설계하고 실험을 통해 각 디자인의 장단점을 분석하였다. 결과를 바탕으로 최적의 기액분리기를 개발하고 제작 및 평가를 통해 성능을 검증하였다.
-
The electrodes are usually made of a porous mixture of carbon-supported platinum and ionomers.
$SnO_2$ particles provide as supports that have been used for DMFCs, and it have high catalytic activities toward methanol oxidation. The main advantage of$SnO_2$ supported electrodes is that it has strong chemical interactions with metallic components. The high activity to a synergistic bifunctional mechanism in which Pt provides the adsorption sites for CO, while oxygen adsorbs dissociative on$SnO_2$ . The reaction between the adsorbed species occurs at the Pt/$SnO_2$ boundary. The morphological observations were characterized by FESEM and transmission electron microscopy (TEM).$SnO_2$ particles crystallinity was analyzed by the X-ray diffraction (XRD). The surface bonded state of the$SnO_2$ particles and electrode materials were observed by the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The electric properties of the Pt/$SnO_2$ catalyst for methanol oxidation have been investigated by the cyclic voltametry (CV) in 0.1M$H_2SO_4$ and 0.1M MeOH aqueous solution. The peak current density of methanol oxidation was increased as the$SnO_2$ content in the anode catalysts increased. Pt/$SnO_2$ catalysts improve the removal of CO ads species formed on the platinum surface during methanol electro-oxidation. -
A bipolar plate is an important component in a fuel cell in the sense of cost and weight. This study aimed at developing highly conductive, lightweight, and low cost bipolar plates. Hybrid carbons filled poly(phenylene sulfide)(PPS) composite bipolar plates were prepared by using the compression molding technique. Various types and amounts of conducting carbon fillers such as graphite, carbon black, carbon fibers, and carbon nanotubes (CNTs) were adopted for the composites. Electrical conductivity and mechanical properties of the composites were measured in order to investigate effects of each components of fillers. When the graphite is only used as a conducting filler, the electrical conductivity of the composites increases with increasing the content, but the flexural strength decreases dramatically. However, for CNTs and carbon fibers, the flexural strength initially increases and then decreases with increasing the amount of the conducting fillers. The amount of graphite corresponding to the peak of flexural strength was moved to lower content with increasing the amount of CNTs or carbon fiber. When hybrid conducting fillers such as fibrous and particulate fillers were used, the synergy effect in mechanical and electrical properties was observed.
-
The performance of direct methanol fuel cells is affected by operating conditions such as, methanol feeding temperatures, methanol concentrations, and methanol flow rates during the operation in different environmental conditions. In this study, effects of the environmental temperature on performance of direct methanol fuel cells have been investigated in order to test a applicability of direct methanol fuel cell to the vehicle. The environmental temperature (ET) was varied from
$-20^{\circ}C$ to$+30^{\circ}C$ . The inside fuel cell temperature (CT) during test at various operating conditions was monitored and the performance of fuel cell was measured in the I-V polarization curve. With increasing the ET, the performance of the fuel cell was significantly improved and the CT also almost linearly increased. However, at below$0^{\circ}C$ ET, the DMFC showed very poor performance and needed to control CT or methanol feeding temperature (MFT), methanol flow rate(MFR) to obtain enough power of the vehicle. -
Composite bipolar plates offer several advantages of low cost, light weight, and ease of manufacturing compared to traditional graphite plate. However, it is difficult to achieve both high electrical conductivity and high flexural strength. In this study, the hybrid carbons filled epoxy composite bipolar plates were fabricated to test electrical conductivity and flexural properties. Graphite powders were used as the main conducting filler and continuous carbon fiber fabrics were inserted to improve the mechanical properties of the composite. This hybrid composite showed improved in-plane electrical conductivity and flexural property. The moldability of the hybrid composite was also improved comparing to the continuous prepreg composite. This study suggested that the continuous carbon fiber inserted graphite/epoxy composites can be a potential candidate material to overcome the disadvantages of conventional graphite composite or continuous prepreg composite bipolar plates.
-
Park, Jae-Layng;Lim, Tak-Hyoung;Lee, Seung-Bok;Park, Seok-Joo;Shin, Dong-Ryul;Song, Rak-Hyun 184
Composites of LSCF($La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-\delta}$ and CGO(gadolinium doped ceria) is an efficient candidate cathode material with CGO electrolytes. In this study, LSCF with exact perovskite structure was synthesized by using solid state reaction(SSR) method. The optimized temperature to synthesize$La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-\delta}$ with rhombohedral structure. was$1100^{\circ}C$ . The polarization resistance of the LSCF/CGO(50:50 wt.%) was smaller than those of other composite cathodes. The analysis of the EIS data of LSCF/CGO suggests that the diffusion and adsorption-desorption of oxygen can be the key process in the cathodic reaction of SOFC using LSCF/CGO as cathode material. -
Park, Kwang-Yeon;Lim, Tak-Hyoung;Lee, Seung-Bok;Park, Seok-Joo;Shin, Dong-Ryul;Song, Rak-Hyun 187
$LaCrO_3$ series are the most common candidate materials for a ceramic interconnect for SOFC and the thermal expansion coefficient of these matches very well with that of YSZ electrolyte. In this study, characteristics of the coated films on the anode-support, which were formed by using$La_{0.8}Ca_{0.2}CrO_3$ ,$La_{0.8}Sr_{0.2}CrO_3$ ,$La_{0.8}Ca_{0.2}Co_{0.1}Cr_{0.9}O_3$ for ceramic interconnet for SOFC, were investigated. All powders showed single perovskite phase and the precursors had spherical shapes of$2{\mu}m{\sim}30{\mu}m$ . According to SEM analysis, coated film of LCC on pretreated anode-support was more thicker, whereas the coated film on untreated anode-support was densely formed. As the results of electrical conductivity of anode-support coated with the ceramic interconnects, LCCC exhibited the most excellent electrical conductivity of 0.15S/cm at$750^{\circ}C$ . -
PtRu based and PtSn based ternary catalysts were prepared by a conventional impregnation method using NaBH4 as reducing agent. The alloy formation, crystalline size and chemical composition of the in-house catalysts were determined by XRD, TEM and EDX, respectively. The chemical compositions of in-house catalysts were quite similar to the nominal value and good alloy formations were also observed. Further, crystalline sizes of ternary catalysts were comparatively smaller than binary catalysts and were approximately 3.5 ~ 5.5 nm. The electrochemical measurements were carried out in the solution 1 M
$H_2SO_4$ with 1 M$C_2H_5OH$ at room temperature. LSV results obtained that ternary catalysts were higher current densities and specific activities. Especially, in case of tungsten addition system, Pt5Sn4W/C have the highest specific activities values and was approximately 21.2 and 3.1 times higher than that of PtRu/C and PtSn/C electrocatalyst. -
술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 공중합체를 기본구조로 한, 6F OH를 알코올 단량체로 사용하여 블록 공중합체를 직접 중합법으로 합성하였다. 이때 각각의 소수성-친수성 소중합체들은 동일한 분자량을 이용하여 합성했으며 그때의 두 소중합체의 몰비는 1:1로 하여 블록 공중합체의 술폰화도를 50%로 고정하였다. N-메틸-2피롤리돈(NMP) 용매 상에서 연료전지용 고분자 전해질 막을 제조하여 이온전도도 및 메탄올 투과도등의 측정을 통하여 최종 블록 공중합체 전해질 막의 기본 특성을 파악했다. 소수성-친수성 소중합체의 분자량을 조절함에 따라 최종 전해질 막의 이온 전도도를 향상시킬 수 있음이 확인되었고, 연료전지 성능 테스트 결과에서도 나피온(Nafion 115)과 비슷한 성능을 보였다.
-
고분자 전해질막으로 사용할 수 있는 소수성/친수성 랜덤 멀티블럭 공중합체를 합성하였다. 공중합체는 수산화기를 각 말단에 가지고 있는 소수성 올리고머, 친수성 올리고머 및 반응성이 좋은 커플링 단량체로 친핵성 치환 반응을 활용하여 합성 하였다. 높은 반응성의 커플링 단량체의 존재로 비교적 낮은 온도에서 합성이 됨으로서 고온에서의 에테르-에테르 교환반응에 의한 랜덤화를 억제할 수 있었으며, 높은 중합도의 공중합체를 합성 할 수 있었다. 각 수산화기로 같은 말단으로 조정된 올리고머는 투입 비율의 조정으로 쉽게 이온교환용량을 조정할 수 있었다. 솔루션 캐스팅 방법으로 강도를 가지고 잘 휘어지며 투명한 전해질막을 제조할 수 있었다. 전해질막은 이온전도도, 물흡수율, 부피 변화율, 연료 투과성 등의 측정이 되었다.
-
본 연구에서는 내부 개질반응에서 사용되는 고함량의 니켈촉매(Ni/Al2O3계열 촉매)제조를 위해, 요소(urea)를 이용한 균일용액 침전법을 이용하여 니켈이 고분산된 52wt% Ni/
$Al_2O_3$ 촉매를 제조하였다. 제조 촉매는 BET 표면적, 니켈분산도, 니켈표면적 등 물리.화학적 물성 모두 우수하였으며, 환원 패턴은 상용촉매와 비슷하게 나타났다. 실제 반응온도인$650^{\circ}C$ 에서 소성하여 화학흡착을 비교한 결과,상용촉매는 니켈분산도 및 니켈표면적이 감소한 반면 균일용액 침전법으로 제조한 촉매는 거의 변화가 없었다. 개질 성능 또한 상용촉매보다 우수하였는데, 이것은 균일용액 침전법으로 제조한 촉매는 활성점(니켈)이 지지체에 나노사이즈로 고르게 잘 분산되었기 때문이라고 판단하였다. 또한 합성온도 조절을 통해,$650^{\circ}C$ 소성 후에 물성변화를 살펴보았고 합성온도$85^{\circ}C$ 에서 고분산 니켈 촉매 제조가 가능하였다. -
Agglomeration of catalysts is known as one of the major degradation mechanisms. Reforming of liquid fuel, which requires high temperature over
$800^{\circ}C$ , accelerates agglomeration of catalysts. In this work, The effects of agglomeration on catalysts activity in partial oxidation reforming conditions were investigated. Metal supported catalysts(Pt-CGO, Ru-CGO) were compared to perovskite-structured catalysts(NECS-P1, NECS-P2). High thermal stability of perovskite-structured catalysts was reported. Micro-reactor installed in electric furnace was used. its Temperature was raised from$800^{\circ}C$ to$1000^{\circ}C$ to accelerate agglomeration effect. To measure rate of agglomeration, BET analysis and CO pulse chemisorption were conducted on catalysts exposed to$1100^{\circ}C$ . Metal supported catalysts showed degradation at$1000^{\circ}C$ and The rates were different according to metal supported. On the other hand perovskite-structured catalysts showed no degradation at$1000^{\circ}C$ . -
Aspen plus는 Aspentech사에서 개발한 공정모사용 프로그램으로서 다양한 화학종의 열역학적 자료를 기반으로 공정설계, 공정최적화, 공정모니터링 등 공정개발에 활용되고 있다. 연료개질기는 수증기 개질반응, 수성가스전이반응, 선택적화학반응으로 구성된 소규모 수소생산공정에 해당된다. 따라서 Aspen 전산모사를 통해 다양한 조건에서의 운전결과를 모사하여 개질기에 미치는 영향을 분석함으로써 운전조건을 최적화 할 수 있다. 연료개질기의 성능에 영향을 미치는 주요인자는 주로 수증기개질 촉매층 출구온도 및 수증기/탄소 비이다. 수증기개질 촉매층의 출구온도를
$660{\sim}740^{\circ}C$ 로 변화시키면서 개질가스의 조성, 카본 전환율, 개질효율 등을 비교 분석하였다. 또한 수증기/탄소 비를 3~5의 범위에서 변화시키면서 영향을 살펴보았다. 수증기개질 촉매층의 온도가 높을수록 수소생산량이 증가에 따른 효율 증가가 나타났으며 수증기/탄소 비가 증가할 경우에도 개질효율에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 하지만 실제 개질기의 운전에서는 소재의 제약에 따라 운전 온도에 제약이 있으며 수증기/탄소비의 증가 역시 개질기의 부피 증가로 이어지는 단점이 있다는 것을 고려해야 한다. 따라서 반응기 재질, 크기, 운전온도와 개질효율과의 상관관계를 파악하여 개질기의 특성을 최적화 하여야 한다. -
메탄의 수증기-이산화탄소 복합개질반응에서 니켈 촉매의 탄소 침적 저항성에대한 Ce 증진 효과를 살펴보기 위해, Ni-Ce/
${\alpha}-Al_2O_3$ 촉매를 제조하였다. Ce/Ni 비율 변화에 따른 촉매 비표면적, Ni 입자 분산도 및 촉매 활성 변화를 살펴보았고, Ce 첨가량을 최적화 할 수 있었다. Ce/Ni 비율 증가에 따라 NiO 결정크기가 감소하고 표면적과 Ni 분산도는 증가하였다. 특히, Ce/Ni=0.5 첨가 시, 촉매는 가장 넓은 비표면적과 Ni 분산도를 가졌으며, 우수한 촉매 활성 및 높은 탄소 침적 저항성을 보였다. 또한, 본 연구에서는 Ni과 Ce 담지 방법에 따른 Ni 분산도 향상과 Ni과 Ce간의 접촉 면적 극대화를 통한 활성산소 공급 향상에 대한 영향을 함께 살펴보았다. Ni과 Ce를 동시 함침법과 연속 함침법으로 담지하여 비교한 결과, 동시 함침법으로 제조한 Ni-Ce/${\alpha}-Al_2O_3$ (Ce/Ni=0.5) 촉매가 가장 우수한 촉매 성능 및 높은 탄소 침적 저항성을 보였다. 이는 동시 함침법으로 고분산된 Ni 입자와 담체간의 강한 상호작용 형성과 원활한 활성 산소 공급에 기인한 것이다. -
Current Progress of Monitoring of Hydrogen Refueling Station and Hydrogen Fuel Cell Vehicle in KoreaLee, Young-Chul;Lee, Jeung-Sung;Han, Jeong-Ok;Park, Dall-Young;Choi, Chung-Hwan;Kim, Jae-Dong;Cho, Young-Ah;Jeon, Sang-Hee;Hong, Sung-Ho 209
수소에너지의 무궁한 가능성 때문에 관련 기술은 미래 국가 경쟁력을 좌우할 것이며, 이러한 수소에너지의 핵심으로 수소제조공정 및 수소스테이션 관련 기술은 국가연료전지 시장을 비롯한 수소연료전지자동차 산업 전반에 커다란 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 그러므로 세계 각국은 수소에너지를 미래에너지원으로 개발하기 위하여 대규모로 기술개발 및 실증연구를 실시하고 있으며, 주로 수소연료전지자동차 개발과 아울러 수소스테이션 개발에 대한 인프라 구축에 대해 이루어지고 있다. 국내에서도 국가주도로 수소스테이션 건설이 이루어지고 있으며, 본 연구에서는 수소연료전지자동차를 이용하여 수소인프라와의 모니터링에 대한 현황에 대해 논의하고자 한다. -
Jeong, Dae-Woon;Kim, Ki-Sun;Eum, Ic-Hwan;Lee, Sung-Hun;Koo, Kee-Young;Yoon, Wang-Lai;Roh, Hyun-Seog 213
WGS(Water Gas Shift)반응은 일산화탄소(CO)를 이산화탄소($CO_2$ )로 전환하는 반응으로 일체형 수소생산시스템의 실현을 위한 고순도 수소생산에 있어서 중요한 단계이다. WGS 반응은 열역학적 평형을 고려하여 고온전이반응(HTS: High Temperature Shift)과 저온전이반응(LTS: Low Temperature Shift) 두 단계 반응으로 진행된다. 두 단계 공정의 통합을 위해 낮은 온도에서 높은 활성을 갖는 WGS 반응용 촉매 개발이 필요하다. 최근 낮은 온도에서 높은 활성을 갖는 귀금속 촉매에 다양한 담체를 적용시킨 연구가 활발히 진행되고 있다. 선행 연구 결과, Ce-$ZrO_2$ 구조는 Ce/Zr 비에 따라 다양한 특성 변화를 관찰하였다. 따라서 낮은 온도에서 높은 활성을 갖는 WGS 반응용 촉매 제조를 위해 환원성 담체인$CeZrO_2$ 에 Pt 을 담지시켜 성능을 평가하였다. 제조된 모든 담체는 공침법(Co-precipitation)으로 제조 하였으며$500^{\circ}C$ 에서 6시간 소성하였다. 제조된 담체에 백금(Pt)을 함침법(Incipient Wetness Impregnate)으로 담지시켰다. 특성분석은 BET를 이용하여 표면적을 측정하였다. 촉매 반응 실험조건은$200^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$ 온도범위에서 기체공간속도(GHSV: Gas Hourly Space Velocity) 45,000 ml/$h{\cdot}g-cat$ 으로 혼합가스($H_2$ :60%,$N_2$ :20%,$CH_4$ :1%,CO:9%,$CO_2$ :10%)를 흘려 반응 후 배출되는 가스를 Micro-Gas Chromatography 를 이용하여 측정하였다. -
In this work, the oxidation-induced characteristics of five nuclear graphites (NBG-17, NBG-18, NBG-25, IG-110, and IG-430) were studied. The oxidation characteristics of nuclear graphites were measured at the three temperature areas (300, 600, and
$900^{\circ}C$ ). As experimental results, the pore size of oxidized graphite was increased with increasing of oxidation time. It was also found that the oxdation rate was propotional to the oxidation temperature and time. This was probably due to the oxidation was occurred on the surface and inner bulk phase of nuclear graphites at the same time by the socalled chemical regime. -
Solid oxide fuel cells (SOFCs), as high-temperature fuel cells, have various advantages. In some merits of SOFCs, high temperature operation can lead to the capability for internal reforming, providing fuel flexibility. SOFCs can directly use CH4 and CO as fuels with sufficient steam feeds. However, hydrocarbons heavier than CH4, such as ethylene, ethane, and propane, induce carbon deposition on the Ni-based anodes of SOFCs. In the case of the ethylene steam reforming reaction on a Ni-based catalyst, the rate of carbon deposition is faster than among other hydrocarbons, even aromatics. In the reformates of heavy hydrocarbons (diesel, gasoline, kerosene and JP-8), the concentration of ethylene is usually higher than other low hydrocarbons such as methane, propane and butane. It is importatnt that ethylene in the reformate is removed for stlable operation of SOFCs. A new methodology, termed post-reforming was introduced for removing low hydrocarbons from the reformate gas stream. In this work, activity tests of some post-reforming catalysts, such as CGO-Ru, CGO-Ni, and CGO-Pt, are investigated. CGO-Pt catalyst is not good for removing ethylene due to low conversion of ethylene and low selectivity of ethylene dehydrogenation. The other hand, CGO-Ru and CGO-Ni catalysts show good ethylene conversion, and CGO-Ni catalyst shows the best reaction selectivity of ethylene dehydrogenation.
-
In this paper,
$TiO_2$ nanotube is prepared and the preparation is influenced by electrochemical etching rate and chemical dissolution rate. Especially, the chemical dissolution rate is lowered as the length$TiO_2$ nanotube increases. Titanium foil were anodized at various bias or current such as 20V, 55V and 0.1A (bath temperature$25^{\circ}C$ ) in organic electrolytes (ethylene glycol, glycerol) and then annealed at$450^{\circ}C$ and$650^{\circ}C$ to obtain the crystallized tubular$TiO_2$ on the Ti foil. Higher efficiency (89.1%) for the Cr(VI) reduction was obtained with the prepared sample compared to that (20.9%) with the sample in 0.5% HF electrolyte earlier studied. -
The present works were performed that titanium foil was anodized in various dilution ratios of seawater and distilled water with 10V external voltage applied, then annealed at
$450^{\circ}C$ to obtain$TiO_2$ on the Ti substrate. The prepared samples were characterized by instruments (XRD, SEM, and photocurrent) and used to investigate rate of hydrogen production in photoelectrochemical cell as well as Cr(VI) reduction. As the results of experiments, the anodized$TiO_2$ in seawater electrolytes, which are ranged from 15 to 50 times dilution of seawater, was showed a relatively higher hydrogen production (ca. 97~110 umol/hr-$cm^2$ ) and Cr(VI) reduction (ca. 95% reduction). -
In this work, Porous Carbons (PCs) were prepared by using a chemical acid treatment, and the hydrogen storage behaviors of PCs doped by Pt nanoparticles were investigated. The hydrogen storage capacities of the Pt-doped carbons with a platinum content of 0.2 - 1.5 wt.% were evaluated by a volumetric adsorption method at 298K and 10 MPa. The microstructures of samples were examined by XRD and SEM. It was found that the hydrogen storage capacitiesof the PCs dramatically increased, but the amount of hydrogen stored from the samples began to decrease after 0.6 wt.% of Pt content due to the pore blocking. These results indicate that a suitable amount of supported catalysts and layer intervals of carbons had a very important impact on hydrogen storage behaviors.
-
In this work, we prepared the Ni-loaded porous SBA-15 (SBA-15) by a depositionprecipitation (D-P) method, in order to enhance the hydrogen storage capacity. The structure and morphology of the Ni/SBA-15 were characterized by X-ray diffraction (XRD) and field emission transmission electron microscopy (FE-TEM). The results showed that, at the Ni loading used at the DP times in the range of 0-120 min, SBA-15 preserved the well-ordered hexagonal porous arrangement. The textural properties of the Ni/SBA-15 were analyzed using N2 adsorption isotherms at 77 K. Specific surface area and mesopore volume of the samples were determined from the Brunauer-Emmett-Teller (BET) equation and Barrett-Joiner-Halenda (BJH) method, respectively. The hydrogen storage capacity of the Ni/SBA-15 was evaluated at 298 K/10 MPa. The hydrogen storage capacity of the Ni/SBA-15 was increased in accordance with Ni content. Consequently, it was found that the presence of Ni on mesoporous SBA-15 created hydrogen-favorable sites which enhanced the hydrogen storage capacity by spillover effect.
-
Jeong, Dae-Woon;Kim, Ki-Sun;Eum, Ic-Hwan;Lee, Sung-Hun;Koo, Kee-Young;Yoon, Wang-Lai;Roh, Hyun-Seog 232
최근 WGS반응용 Pt 촉매의 성능 향상을 위한 다양한 담체 및 조촉매(Promotor) 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 선행 연구결과, 입방(Cubic)구조를 가지는$Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ 담체는 정방 입계(Tetragonal)구조를 가지는$Ce_{0.2}Zr_{0.8}O_2$ 담체 또는 혼합산화물(Mixed oxide)구조를 가지는$Ce_{0.5}Zr_{0.5}O_2$ 담체 보다 높은 활성과 안전성을 가진다. 이것은 촉매의 성능 향상이 Ce-$ZrO_2$ 의 결정구조에 의존한다는 것을 나타낸다. 따라서 WGS 반응에서 Ce/Zr 비에 따라 변화된 담체 특성이 Pt 촉매의 활성에 영향이 있을 것으로 예상되며 실험결과 1% Pt/$CeO_2$ 촉매가 가장 높은 활성을 나타내었다. 따라서 Pt/Ce-$ZrO_2$ 촉매의 성능 향상을 위해 Ce-$ZrO_2$ 담체에 조촉매인 Ni을 첨가하여 촉매적 활성을 비교하여 보았다. 촉매는 2%의 Pt과 15%의 Ni로 고정하였고 Ce/Zr 비를 제조변수로 하였다. 제조된 모든 담체는 공침법(Co-precipitation)을 사용하여 제조하였으며$500^{\circ}C$ 에서 6시간 소성하였다. Pt 촉매는 함침법 (Incipient wetness impregnation)으로 담지 시켰다. 2% Pt/Ce-$ZrO_2$ 촉매와 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매는 저온영역($200^{\circ}{\sim}320^{\circ}C$ )에서 비슷한 CO 전환율을 나타내었으나 고온영역($360^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$ )에서는 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매가 더 높은 CO의 전환율을 나타내었다. 이것은 Ni의 영향으로 고온에서 부반응인 메탄화 반응(Methanation reaction)이 생긴 것으로 판단되어 메탄($CH_4$ )의 선택도를 살펴본 결과 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매가 고온영역($360^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$ )에서 급격하게 증가하는 것으로 나타나 메탄화 반응이 일어난 사실을 증명한다. -
-
-
본 연구는 친환경 신새생 에너지를 이용한 전력 시스템을 개발함으로써 전력 IT인 Smart Grid 기술 활용과 더불어 예기치 못한 정전으로부터 중요한 전자 장비를 보호하는 UPS 기능을 갖는 친환경 3.0kW급 하이브리드 연료전지 UPS 시스템을 개발하는 것이다. 이를 위하여 시뮬레이션 기법을 이용하여 소형 경량화에 따른 구성 부품 배치 합리화 및 발생열 최적화 설계를 도출하였으며, 연료전지용 장수명 밀폐형 Ni-MH전지, 고효율 전력변환기, 하이브리드 PMS의 설계 및 제작과 개발된 3kW급 하이브리드 연료전지 UPS 시스템 기능 및 성능 평가를 공인 기관에서 검증받았다. 본 연구를 통하여 개발된 연료전지용 장수명 100Ah급 밀폐형 Ni-MH전지는 밀폐화와 더불어 장수명화 및 저온 방전 특성이 우수한 뿐만 아니라 KS규격을 모두 만족하였으며, 내구성도 DOD100%에서 1,093cycle의 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 전지 설계 및 제작 기술뿐만 아니라 양산화 관련 기술들이 개발되어 향후 고용량, 고출력, 장수명의 축전지가 필요로 하는 분야에 적용될 수 있는 기반이 마련되었다. 또한 고효율 전력 변환기 및 연료전지과 축전지를 조절하는 PMS을 탑재한 소형 경량화 된 친환경 IT제품의 이미지를 구현하였다.
-
A steam Rankine cycle was considered to recover waste heat from the exhaust gas of an automobile. Conceptual design of a swash plate type expander was practiced to convert steam heat to shaft power. With the steam pressure and temperature of 35 bar and
$300^{\circ}C$ at the expander inlet, respectively, the expander was estimated to produce the shaft power output of about 1.93 kW from the exhaust gas waste heat of 20 kW. The expander output increased linearly accordingly to the amount of exhaust gas waste heat in the range of from 10-40 kW, and the Rankine cycle efficiency was more or less constant at about 9.6% regardless of the waste heat amount. -
Fuel consumption measurement of Environmentally Friendly Vehicles is considerably different form internal combustion engine vehicle such as Carbon balance method. A practical method of fuel Consumption measurement has been developed for Hydrogen fuel cell vehicles and Electricity Vehicles. The purpose of this research is to measure the fuel consumption of hydrogen fuel cell vehicles and Electricity Vehicles on chassis-dynamometer and to give information when the research is intended to develop method to measure Energy consumption.
-
This study considers the feasibility of using the low cost assembled separator. The graphite plate has been widely used as the separator in the field of PEMFCs(Polymer electrolyte membrane fuel cell) industry because of its excellent material properties such as good corrosion resistance, good electrical conductance and so on. However, there are some problems for the commercialization due to its poor cost effectiveness for the large volume manufacturing and lack of mechanical strength. From this respect, this study has focused on the manufacturing technology in order to reduce the price for the commercialization of separator. This study also shows that the assembled separator of the suggested structure, which is composed of grafoil and PC(PolyCarbonate) materials, could be manufactured at low cost enough for the mass production. The flow fields produced by cutting foils and the base plates of the separators were simply made by mechanical work.
-
Hahn, Choon-Soo;Choi, Mahn-Soo;Kim, In-Tae;An, Jung-Cheol;Lee, Ji-Jung;Lee, Hong-Ki;Shim, Joong-Pyo 251
-
-
The performances of proton exchange membrane (PEM) water electrolysis depend on many factors such as materials, geometries, fabrication methods, operating conditions, and so forth. The fabrication method is concerned, membrane electrode assemblies (MEA) are a most important part to show different performances by different fabrication methods. The performance change of PEM water electrolysis was experimentally measured according to the fabrication differences of the anode electrodes. One point of view is the catalyst intrusion rate to the anode gas diffusion layer (GDL), and the other point of view is the catalyst loading distribution in depth of the anode GDL. Results show that the performances of MEA with deep intrusion of the catalysts are better in the range of low current densities but worse at higher current densities. The catalyst loading distribution does not affect significantly to the performance of PEM water electrolyser.
-
2008년 8월 국가에너지위원회는 제1차 국가에너지기본계획을 공표했다. 이 계획에 따르면 정부는 온실가스 저감, 에너지 안보 강화, 신성장 동력 육성 등을 위해 신 재생에너지의 비중을 2007년 2.4%에서 2030년 11%까지 높일 것이다. 이런 목표가 달성되려면 풍력, 태양광, 해양에너지, 바이오매스 등 재생가능 에너지 원별로 보급이 크게 확대되어야 한다. 2030년이면 태양광 발전 설비용량은 지금 보다 약 10배 증가한 3,504MW, 풍력발전은 설비용량은 지금 보다 약 12배 증가한 7,301MW에 이를 전망이다. 그러나 이런 보급 목표를 달성하기까지 여러 가지 장애와 난관이 존재한다. 극복해야 할 문제 중 하나가 재생가능 에너지 설비의 입지를 둘러싼 갈등 현상이다. 국내에선 태양광 발전소가 산지에 다수 들어서면서 산림 훼손 논란을 불러 일으키고 일부 지역에선 태양광 발전소 가동이 동 식물 피해를 유발한다는 민원까지 등장하면서 계획이 취소되거나 변경되는 사례가 발생하고 있다. 풍력 발전도 계획이나 시공 과정에서 환경영향을 둘러싼 갈등이 불거지면서 공사가 중단되거나 계획이 보류된 사례가 발생하고 있다. 현재의 제도와 여건에선 이런 갈등이 더욱 심화 증폭되어 중 장기적으로 신 재생에너지 보급 목표의 달성이 불투명해질 수 있다. 이 논문에선 국내 태양광 발전과 풍력 발전 시설의 입지와 운영 과정에서 발생한 갈등 사례를 분석하고 갈등 완화와 해소를 위한 정책적 시사점을 도출하고자 한다.
-
신재생에너지는 세계적으로 투자급증, 관련기업의 가치상승, 경제성 상승등으로 인해 중요성이 강조되고 있다. 본 연구에서는 미래 먹거리산업 창출에 있어 중요한 신재생에너지 분야 정부지원 연구개발과제(2007~2008)의 투자현황 및 성과를 분석하였다. 연료전지 및 태양광 분야의 투자비중은 신재생에너지 분야 총 투자의 50.7%를 차지하였으며, 지경부는 총 투자의 73.5%를 차지하였다. 수소, 연료전지, 태양광, 해양 분야를 제외한 모든 에너지원에서 지경부의 투자비중이 절대적인 것으로 나타났다. 에너지원별 투자순위가 높은 세부기술을 살펴보면, 수소 분야는 수소제조, 연료전지 분야는 PEMFC, 태양광은 결정질 실리콘, 풍력은 발전시스템으로 나타났다. 연구성과를 살펴보면, 특허건수는 국내 R&D 분야 총 성과의 2.18%에 해당되었으며, 매출액은 0.08% 수준이었다.
-
최근 정부의 녹색성장 정책과 RPS(Renewable Portfolio Standard)도입 계획에 따라 재생가능에너지 개발계획이 쏟아지고 있다. 특히 조력 발전의 경우, 시화, 가로림, 강화, 인천만 등 전 세계 최대 규모 타이틀을 서로 갱신하가며 서해바다를 중심으로 건설 계획이 집중되고 있다. 그러나 조수간만의 차이를 이용해 친환경 에너지원으로 인식되던 조력발전이 그 규모와 방식에 따라 환경파괴적 발전원으로 인식되고 있는 것도 현실이다. 갯벌소멸, 해양생태계 파괴, 해수면 상승 등 생태적 환경문제 야기와 더불어 지역 주민간의 사회환경적 갈등도 초래되고 있다. 본 논문은 국내 조력발전의 개발 계획과 과정을 살펴보고 생태적.사회적 환경영향 피해 점검을 통해, 바람직한 조력발전의 모습을 제시해 본다.
-
신재생에너지기술 개발인력 확보는 국가의 지속적인 성장을 가능하게 하는 주요 요인이다. 본 연구에서는 신재생에너지인력양성이 원활하게 공급되지 않았을 경우 발생할 수 있는 인력공급지장효과를 분석하기 위하여 산업연관분석의 공급유도모형을 유도하고 2006년 신재생에너지 인력양성사업 배출인원을 기준으로 실증분석을 실시하였다. 또한 공급유도형의 감응도 계수와 영향력계수 분석을 통해 신재생에너지 관련 사업과 타 산업간의 전후방연쇄효과를 비교분석하였다. 연구 수행 결과 신재생에너지 관련 산업의 평균 영향력 계수는 1.37, 평균 감응도 계수는 0.96으로 최종 수요적 제조업의 성격을 띠고 있는 것으로 나타났다. 또한, 2006년 신재생에너지 인력양성사업에 의해 배출된 336명의 인력이 공급되지 않았을 경우 공급지장비용은 총 230억이며, 8개 신재생에너지원 중 태양열과 연료전지에 인력 공급지장비용이 타 에너지원에 비해 상대적으로 높은 것으로 분석되었다. 산업분류 기준으로는 일반목적용 기계산업과 전기기계 장치 산업이 신재생 에너지 인력공급 장애에 따른 지장비용이 높은 것으로 분석되었다.
-
New and renewable has the potential to play an important role in providing energy with sustainability to Vietnamese people. Over the past few years, the Vietnamese government has promulgated several policies in an effort to promote the use of new and renewable energy. However, the development of new and renewable energy in Vietnam is still stagnant, the share of new and renewable energy in total commercial energy is insignificant. The study aims to analyze the developments in renewable energy policies and prospects for Vietnam based on the Korean experience in promoting new and renewable energy. By referring to the policy instruments adopted by the Korean government as well as the results of these policy, recommendations and proposals are provided in order to overcome the barriers to the new and renewable development in Vietnam.
-
본 연구의 주요 목적은 정부에서 추진하고 있는 신재생에너지 보급정책의 현재까지의 성과를 분석하고, 장애요인을 파악하여 개선방안을 제시하는 데에 있다. 따라서 보급정책의 하위 프로그램들의 정성적 평가를 위하여 미국 DOE(Department of Energy) 산하 EERE(Energy Efficiency and Renewable Energy)에서 제시하고 있는 Peer Review Guide(2004)를 따라 외부동료평가(Peer Review)를 사용하였다. 그러나, 미국 EERE에서 제시하고 있는 가이드를 한국에 곧바로 적용함에는 무리가 있기에, 하위프로그램들의 외부동료평가를 실시하기에 앞서서 외부동료평가 설문 평가속성 결정을 위해 전문가 설문을 한 차례 더 진행하였다. 첫 번째 전문가 설문에서는 투입요소의 적정성 (Quality), 생산성 (Productivity), 성취도 (Accomplishments), 연계성(Relevance), 관리 (Management), 전체적 평가 (Overall Assesment) 항목 중 어떠한 항목을 선택해야 하는지, 국문 번역이 적절한지 등을 살펴보았다. 두 번째 설문에서는 이렇게 해서 선정된 항목을 바탕으로 각 프로그램 별로 Peer Review Guide에서 제시한 외부동료평가를 시행할 예정이다.
-
정부는 최근 그린홈 100만호 사업을 중심으로 각종 신재생에너지 보급률 향상을 도모하는 많은 프로그램을 기획하여 현재 약 12개의 신재생 에너지 보급지원 프로그램과 R&D 프로그램을 운영하고 있다. 그러나 현재 국내 신재생에너지 정책 및 프로그램은 차후 개선 및 체계적인 운영을 위한 조직적인 프로그램 평가 체계를 갖추고 있지 않으며 평가 기관이나 평가 주기 등 평가에 필요한 기본적인 합의와 법제적 배경 역시 미비한 상황으로 신재생에너지 프로그램의 평가 제반 시스템에 대한 근본적 고민이 필요한 시점이라고 볼 수 있다. 이에 본 연구에서는 미국 DOE(Department of Energy)산하 EERE(Energy Efficiency & Renewable Energy)의 신재생에너지 보급사업평가체계를 분석하여 EERE 프로그램 평가 방법의 국내 적용 가능성을 검토해 보았다. EERE는 미국의 에너지 효율화 및 신재생에너지 전담 사무국으로 10개의 에너지효율화 및 신재생에너지 연방정부 프로그램을 운영하고 있으며 Strategic Management system을 통해 효율적인 프로그램 관리를 시도하고 있다. 특히 General program evaluation Guideline에서는 표준화된 세부 평가 방법론을 제시하여 정례적 혹은 일회적 평가를 시행하고 있는데 이 세부 평가 방법들은 프로그램의 특성에 따라 프로그램을 운영하고 프로그램의 존속 및 개선여부를 결정하는데 결정적인 도움을 주고 있어 차후 국내에서 시행되고 있는 신재생에너지 프로그램의 정성적/정량적인 평가를 시행하는 많은 시사점을 제공할 것으로 기대된다.
-
This paper reviewed laws and policies of renewable energy in Japan and China. Japan has enacted laws and implemented policies of renewable energy since 1980 for their energy security and environmental problem, and nowadays renewable energy is one of solutions for UNFCCC and Kyoto Protocol. Japan plays a leading role in photovoltaic power generation. As second largest energy consumer, China generates a lot of pollution from their energy use. However Chinese government attempts to sustainable development among economy, society and environment, suggests to use renewable energy in the way to reduce pollution and improve living standards. Korea focused on renewable energy as one of motive power in Green Growth. Review for renewable energy policy of two countries gives Korean policy implication and helps "Green Growth", national theme of Korea.
-
지속가능한 대북 에너지 지원체제 정립을 위한 논의의 일환으로서 대북지원 최적 신재생에너지원을 선정하기 위하여 AHP 방법론을 이용한 분석을 수행하였다. BCR을 이용하여 속성을 구성하였으며, 정책전문가, 기술전문가, 외국인 및 내국인 등 15인의 전문가들을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 분석 결과 풍력에너지가 가장 적합한 에너지원이라는 결론이 도출되었다. 또한 응답자들의 특징에 따라 그룹을 설정하여 분석한 결과 기술전문가들은 태양열에너지를, 정책전문가들은 풍력에너지를 최적의 대안으로 평가했으며, 정책전문가들 중 국내 전문가들은 소수력에너지, 국외 전문가들은 풍력에너지가 최적 대안인 것으로 평가하였다.
-
EERE(Energy Efficiency and Renewable Energy)는 미국 DOE(Department of Energy)의 산하기관으로 에너지 효율화와 신재생에너지 정책 전반의 기획 및 프로그램 평가를 담당하고 있다. EERE에서 수행하는 평가 Tool중 가장 일반적으로 쓰이는 것은 General program evaluation(프로그램 일반 평가)인데 여기서는 크게 다섯 가지의 세부 평가 방법을 제시하고 있다. 이중 Impact evaluation은 기술 확산이론(diffusion of innovations)를 이론적 토대로 하고 있는 보급 및 R&D프로그램의 평가 방법론이다. 이는 프로그램 성과를 높은 수준으로 정량화 시킬 수 있으며 특히 외부효과들을 제외한 순수한 프로그램의 결과만을 도출하는 것을 평가의 목표로 하고 있어 실제 성과분석에서 매우 유용하게 사용된 다. Impact evaluation의 시행은 Impact evaluation framework라 불리는 일련의 과정을 거쳐 실시되는데 이것은 체계적인 평가를 돕고 평가 전반의 신뢰도를 높이는 역할을 한다. 본 연구는 Impact evaluation 방법론을 심도 있게 고찰하고 이를 통해 국내 신재생에너지 정책평가로의 적용가능성을 살펴보았다.
-
미국의 DOE(Department of Energy)산하 EERE(Energy Efficiecy & Renewable Energy)에서 신재생 에너지 프로그램 평가를 하고 있다. 특히 General program evaluation Guide에는 많은 평가기관에서 제안되었던 5가지 방법 중 Outcome 평가는 프로그램의 목적을 얼마나 달성했는지를 측정하는 것으로 일정한 기간이 지난 후 프로그램의 목적을 달성함으로써 얻어지는 결과를 추산함으로써 그 기간 동안 프로그램이 의도했던 목적을 얼마나 잘 수행했는지를 보여준다. 한국에서 시행되고 있는 신재생에너지 보급 프로그램의 성과를 정량화 분석을 통하여 평가할 수 있어 국내 적용성이 크다. 본 연구에서는 미국 에너지부 EERE로부터 지원받아 NREL(National Renewable Energy Laboratory)에서 실행한 Utility Green Pricing 프로그램을 사례 분석하였다. Utility Green Pricing 프로그램은 1993년 시작되었으며 2002년 말 미국 전역의 300여개 시설을 통한 90개의 프로그램을 발전시킴으로써 소비자가 자발적으로 재생에너지 발전을 지원하기 위한 한 방법으로 최근 이런 프로그램 수는 증가하고 있다. 2002년 말 기준으로 국가 전기 사용자의 20%, 대략 270,000명의 소비자가 선택하였고 2002년 290MW급 재생에너지 설비용량과 2003년 140MW급 시설을 담당하였으며 미국 이외에 캐나다, 일본, 호주, 12개 유럽 국가들이 시행하고 있다. 이 프로그램 목표는 어떤 프로그램이 green pricing 프로그램의 소비자 참가와 재생에너지 구매의 최대화를 돕는지를 제공하는 것으로 Data Pool은 90개 프로그램 중 더 이상 실행하지 않는 4개를 제외한 86개로 응답률은 77%였다. 분석대상은 거주자와 비거주자로써 자료는 2003년 초 66개의 green pricing 프로그램의 질문서를 토대로 도출되었다. Green Pricing 프로그램 질문서는 참여, 지난해 판매, 재생에너지 공급, 할 증금(초과 구매력), 프로그램 디자인과 실행, 마케팅, 소비자를 위한 부가서비스 이렇게 총 7부분으로 나누어져있다. 특히 거주자와 비거주자와 참여, 재생에너지 판매량, 프로그램 수명, 사용하는 재생에너지의 종류, 프로그램 가격, 비용 할증료, 프로그램 평가의 종류, 프로그램 마케팅 노력, 참여자에게 제공되는 부수적 가치와 관련된 자료를 모으기 위해 실행되었다. 종속적 변수로 프로그램 유효성 측정과 관련된 비/거주자 참여와 재생에너지 구매를 선택하였으며 독립적 변수로 프로그램 디자인과 마케팅 특징을 들었다. 분석방법으로는 이변성과 다변성 통계적 분석을 이용하였다. 이변성 분석은 쉽게 개별적 독립 변수와 종속변수와의 직접적 관계를 보여주며 다변성 분석은 보다 정확한 영향 산정을 위해 선택한 복합적 독립변수를 이용하였다. 프로그램 유효성 측정을 위해 비/거주자 참여 퍼센트와 재생에너지 구매 퍼센트를 구하였다. 그러나 이 분석에 몇 가지 제한점이 있었다. 소비자 중 국외자의 영향으로 분석에 많은 영향을 주지 않지만 single utility 프로그램은 비거주자참여율과 재생에너지 구매율에 영향을 끼칠 가능성이 있으며 독립/설병변수를 프로그램성공을 위해 거듭 강조하지만 빠지거나 무딘 변수는 여전히 존재한다. 분석 대상이 2002년까지를 대상으로 하기 때문에 시간상의 지체 역시 문제가 될 수 있다. 다중공산성 역시 독립변수간의 상관관계가 나타나면서 발생된다. 하지만 몇 가지 재미있는 결과를 얻어냈다. 프로그램 기간이 소비자 응답에 영향을 미치며 초기 거주고객의 높은 구매력이 지속된다는 것이다. 가격 할증료와 최소 월사용료는 프로그램 성공 초기 결정요인이 되지 않는다. 작은 시설이 성공 달성가능성이 더 큰 것으로 나타났으며 비거주자의 사적 이득 제공 역시 성공 강화에 영향을 끼쳤다.
-
Impact evaluation은 현재 시행중이거나 과거에 시행된 프로그램이 국가나 평가대상에 미치는 영향을 정량적으로 측정하는 평가 방법으로 경제적 상황이나 시장 트렌드와 같이 결과에 영향을 미칠 수 있는 외부효과를 제거하고 순수하게 프로그램만의 영향력을 산출한다. 이 방법은 원래 미국의 DOE(Department Of Energy)산하 EERE(Energy Efficiency and Renewable Energy)에서 프로그램 평가를 위해 사용하는 General Program Evaluation Guide에서 언급된 5가지 평가방법 중 하나로 미국의 신재생에너지 프로그램 평가에 주로 사용된다. 이를 한국에 적용하기 위해 미국의 주택용 풍력보급 사업을 평가한 보고서인 Economic Development Impacts of Community wind Projects: A Review and Empirical Evaluation 을 분석 했다. 이 보고서에서는 I/O model을 이용해 직접적 영향력, 간접적 영향력, 유도된 영향력을 구했으며 이를 기존의 평가 보고서와 비교해서 시사점을 도출하였다.
-
Outcome Evaluation은 미국의 DOE(Department Of Energy)산하 EERE(Energy Efficiency and Renewable Energy)에서 프로그램 평가를 위해 사용하는 General Program Evaluation Guide에서 언급된 5가지 평가방법 중 하나로 프로그램의 결과를 측정하여 평가하는 방법이다. 이는 프로그램을 시행한 후 일정한 기간이 지난 뒤 프로그램의 목적을 달성함으로써 얻어지는 결과를 추산하여 그 기간 동안 프로그램이 의도했던 목적을 위해 얼마나 잘 수행되었는지를 보여준다. 본 연구에서는 Outcome Evaluation을 이용하여 한국에서 진행되고 있는 신재생에너지 보급사업에 대한 평가를 하였다. 현재 한국의 신재생에너지 보급사업은 크게 보급지원제도와 기반조성사업으로 나누어져 있으나 본 연구에서는 보급지원제도에 중점을 두어 평가를 진행하였다. General Program Evaluation Guide에 따르면 Outcome Evaluation의 방법론은 engineering estimation에서 survival analysis에 이르기까지 다양한 방법론을 제시하지만 본 연구에서는 Tabulation과 Correlation을 주로 활용하였다. 먼저 평가의 대상이 되는 프로그램과 시기를 정하고 평가지표를 산정한 뒤 위와 같은 방법론을 활용해 평가를 진행했고, 그 시사점을 도출하였다.
-
The General program evaluation guide is intended for use by managers of both deployment and R&D programs within the U.S. Department of Energy's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE), although most of the examples of evaluations pertain to deployment programs(EERE,2006). It could help managers determine what kinds of timely adjustments may be needed in program design or implementation to improve the rate or quality of achievement relative to the committed resources. To consider the adaptation of the method in Korea, we have studied the evaluation case for solar america initiative using cost-benefit evaluation. The President's Solar America Initiative (SAI) was launched in January 2006 as part of the administration's Advanced Energy Initiative. The SAI has a goal of installing 5-10 GW of photovoltaic (PV) systems in the U.S. by 2015 and 70-100 GW of PV systems in the U.S. by 2030. The evaluation report presents estimates of the potential benefits should the SAI PV installation goals be achieved. For this analysis, the areas researched include energy, economic, and environmental benefits. As a result, research suggests that 500 MW of PV may have been enough to avoid lackout. The ability of PV to prevent specific blackouts will depend on very specific information on where the PV installations are installed and their ability to relieve pressure on the high stress points on the grid. While this level of detail is outside the scope of this study, it appears that there will be some potential benefit for blackout prevention should the SAI PV goals be achieved.
-
미국 DOE(Department of energy) 산하 EERE(the office of energy efficiency and renewable energy)에서는 시행되고 있는 일반 프로그램 평가(General Program Evaluation) 중 하나인 과정 평가(Process Evaluation)는 프로그램의 수행의 효율성과 유효성을 평가하기 위해 수행된다. EERE에서는 프로그램 별로 매 2~3년에 한번, 프로그램의 진행에 장애요인을 시행하기 위해 부정기적으로 과정평가를 수행하여 프로그램의 진행과정을 개선할 것을 제안하고 있다. 과정평가의 방법론으로는 사례연구(case study), 내용분석(content analysis), 메타평가(meta evaluation), 델파이분석(delphi-analysis), 외부 동료평가(peer review) 등의 방법론이 사용될 수 있다. 특히, EERE는 "Peer Review Guide(2004)"을 발간하여 과정평가에서 있어 외부 동료평가의 방법론을 정리하였다. 과정평가를 통해 프로그램 수행결과의 중간점검과 동시에 프로그램의 발전을 위하 전문가의 제언을 수집할 수 있다. 따라서 과정평가의 결과는 프로그램의 개선에 도움을 줄 수 있으며, 장기 과제인 경우 프로그램 관리에 효과적으로 사용될 수 있다. 우리나라의 경우, 사업 수행 시 '진도보고'나 '중간결과 발표' 등을 통하여 동일한 내용의 평가를 시행하고 있으나, 평가의 항목.시기.예산 등에 대한 지침(guideline)이 구축되었다고 볼 수 없는 상황이다. 한국의 신재생에너지 보급사업은 국가적인 중요도, 투입예산의 규모 및 수행기간 등을 고려할 때 과정평가를 통해 정기적으로 사업의 진행과정을 점검할 필요가 있다 하겠다. 따라서 신재생에너지 분야의 사업의 관리에 적용될 수 있는 EERE의 과정평가를 한국의 상황에 맞게 수정하고 이를 정규적으로 시행하는 방안에 대한 논의가 필요하다 하겠다.
-
본 연구는 가스하이드레이트 개발사업과 관련하여 해당 분야의 국내 개발환경을 고려한 기술로드맵을 설정하기 위하여 현 단계에서의 애로점을 분석하는 것을 그 목적으로 하고 있다. 이에 세 단계에 걸쳐 델파이 설문을 진행하였다. 첫 단계에서는 우선 전문가 집단에게 개방형 설문을 이용하여 애로점 속성 초안을 마련하였고, 이렇게 마련한 속성 초안을 바탕으로 중과제 책임자 면담을 통해 더욱 구체화시켰다. 두 번째 단계로 구체화된 속성 초안들로 2차 설문을 구성하여 각 속성별 중앙값과 사분점간범위를 산출해내었다. 마지막으로 3차 설문에서는 산출된 중앙치나 사분점간범위를 제시하고 응답하는 전문가들에게 응답을 다시 한번 재고할 기회를 주며, 이 때에도 다수의 의견으로부터 벗어날 경우에는 의견을 달리하는 이유를 적을 수 있도록 하였고, 현재 3차 설문을 진행중에 있다.
-
In this study, the adsorption behaviors of mercury ions on the electroless Cu-plated activated carbons have been investigated. The amount of copper on activated carbons have been confirmed by atomic absorption spectrophotometer (AAS). The surface properties of the ACs studied have been characterized by using Boehm's titration method and scanning electron microscopy (SEM).Experimental results showed the adsorption capacity of mercury ions was increased as the electroless Cu plating. This was probably due to the introduction of copper on ACs leaded to an increase in the surface basicity.
-
The carbon nano-structured materials could be applied to the fields of advanced fillers, templates, electrode materials, sensor, storage, and absorption materials. The polyacrylonitrile (PAN) based carbon nano-particles provide the remarkable properties of high specific surface area, large pore volume, chemical inertness, and good mechanical stability. In this study, well-defined carbon nano-particles were obtained through pyrolysis of polyacrylonitrile based particles. The precursor nano-particles were prepared by modified aqueous dispersion polymerization using hydrophilic poly(vinyl alcohol) in a water/ N,N-dimethylformamide mixture media. Synthesized precursor nanoparticles have relatively monodisperse particles ranging 80 ~ 250nm. Stable spherical particles are obtained without coagulum or secondary particles in our system. The characteristic of the carbon nanoparticles were investigated in terms of surface area, morphology, and size distribution.
-
Concern for new and renewable energy is growing globally. Biogas is one of the alternative fuels and consists of methane and carbon dioxide. It is difficult to achieve efficient engine operation due to a lower heating value of biogas compared to that of natural gas. In order to improve generating efficiency, finding an optimum point of ignition timing and excess air ratio is important. From this fact, generating efficiency and pollutant emissions of 2300cc gas engine generator operated by biogas as functions of ignition timings and excess air ratios were investigated in this study. As a test result, the generating efficiency of the gas engine generator using biogas was 27.34 % in the condition of the BTDC of
$16^{\circ}$ and the excess air ratio of 1.4. -
일반적으로 초산을 제조하기 위해 사용되는 CO를 생산하기 위하여 납사(Naptha)를 가스화하는 부분산화공정을 이용하거나 촉매를 사용한 Steam reforming공정을 적용하고 있다. 가스화 및 Steam reforming의 원료가 되는 납사는 고가이므로 폐기물의 가스화를 통해 발생하는 합성가스 내의 CO를 활용하여 초산제조의 원료로 사용할 수 있다면 초산제조 공정에서의 CO 제조 비용 절감 및 폐기물 자원화의 효과를 동시에 달성할 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 폐기물의 가스화를 통해 발생한 합성가스 내의 CO에 대한 초산제조의 원료로의 적용가능성을 검토하기 위하여 폐기물의 종류 및 성상에 따른 CO 발생량을 비교하였다.
-
Indonesian Ministry of Environment estimates that each year 170 cities and regencies in Indonesia produce 45,764,354.30
$m^3$ or approximately 11,441,091.08 ton of solid waste. Unfortunately, unsustainable management system has created a severe waste problem, hazardous to health and environment. This paper deals with the problem and offers some solutions. They are 3R (Reduce Reuse and Recycle), waste-to-energy concept and landfill gas (LFG) utilization. While 3R policy has been adopted by the government, the remaining two technologies are still dormant. Thus the paper provides a complete yet compact analysis of technology, economics, and environment aspect of waste-to-energy and LFG. Given the facts of waste production and management in Indonesia, the purpose is to encourage Government of Indonesia and other stake holders (including international community) to explore and exploit this potential. Potential of reducing waste negative externality while receiving extra revenue. Two bird with a stone. -
Upgrading of pyrolysis wax oil has been conducted in a continuous fixed bed reactor at
$450^{\circ}C$ , 1hour, LHSV 3.5/h. The catalytic degradation using HZSM-5 catalyst are compared with the thermal degradation and also was studied with a function of experimental variables. The raw pyrolysis wax oil shows relatively high boiling point distribution ranging from around$300^{\circ}C$ to$550^{\circ}C$ , which has considerably higher boiling point distribution than that of commercial diesel. The product characteristic from thermal degradation shows a similar trend with that of raw pyrolysis wax oil. This means the thermal degradation of pyrolysis wax oil at high degradation temperature is not sufficiently occurred. On the other hand, the catalytic degradation using HZSM-5 catalyst relative to the thermal degradation shows the high conversion of pyrolysis wax oil to light hydrocarbons. This liquid product shows high gasoline range fraction as around 90% fraction and considerably high aromatic fraction in liquid product. Also, in the catalytic degradation the experimental variable such as catalyst amount and reaction temperature was studied. -
The 10t/d pyrolysis demonstration plant have been developed for waste tire recycling treatment and value added commercialization. The initial plant model had been started under 2.4t/d capacity with continuous operation, and the commercial plant has been achieved to the 120t/d based on demonstration plant having the tube reactor with chain conveyer attached disk. The next generation pyrolysis plant for waste tire is reviewed and the assignment for plant development is presented briefly.
-
Food waste contains almost no heavy metals and high fuel ratio 0.14-0.17 that makes it a good candidate for solid fuel. Thermogravimetric analysis showed that volatile matter volatilizes at
$200-400^{\circ}C$ , and ignition temperature is$460^{\circ}C$ . Combustion efficiency measured from energy balance before and after combustion was over 99%. Pulverized fuel made from food waste is a new and renewable energy which contribute to low carbon green economic growth. -
Lee, Jeong-Woo;Yu, Tae-U;Bang, Byeong-Ryeol;Moon, Ji-Hong;Lee, Jae-Uk;Park, Sang-Shin;Kim, Nack-Joo 331
A novel multi-staged waste pyrolysis & gasification system of pilot scale (~1 ton/day) is designed and constructed in Korea Institute of Industrial Technology. The pyrolysis & gasification system is composed of pyrolysis & gasification system, syngas reformer, syngas cleaning system, gas engine power generation system and co-combustion system. For each unit process, experimental approaches have been conducted to find optimal design and operating conditions. As a result, We can produce syngas with a calorific value of ~4000 kcal/$Nm^3$ and cold gas efficiency of the system is more than 55 % in case of waste plastic and oxygen as a gasifying agent. -
-
-
최근 전세계적으로 신재생에너지에 대한 관심과 투자가 증폭되고 있으며, 우리나라에서도 그 간의 지속적인 연구개발 지원에 힘입어 국산기술 확보 및 산업화가 점차적으로 이루어지고 있는 것으로 분석되고 있다. 더욱이 신정부에서는 국정지표인 녹생성장의 실현방안으로 신재생에너지에 대한 지원을 대폭 확대하고 있어 관련 기술개발 투자도 지속적으로 확대될 것으로 보인다. 본 고에서는 이러한 국내 신재생에너지 기술개발 관련 정책 및 기술개발 동향에 대하여 알아보고, 특히 급속한 성장세 속에 2008년 전세계 태양전지생산량이 7.9GW1) 에 달한 태양광 분야는 우리나라가 강점을 갖고 있는 반도체, LCD 기술과 유사하여 국내의 축적된 기술과 인프라를 활용할 경우 조기에 세계수준의 기술력을 확보할 것으로 기대되고 있으며, 정부에서는 태양광 분야를 수출전략산업화 하기위해 집중적인 투자에 나서고 있다. 이러한 상황에서 그간의 기술개발 현황, 실적 및 향후 전망 등에 대하여 살펴보고자 한다.
-
Park, Sang-Hyun;Jeong, Dae-Young;Kim, Chan-Seok;Song, Jun-Yong;Cho, Jun-Sik;Lee, Jeong-Chul;Choe, Deok-Gyun;Yoon, Kyoung-Hoon;Song, Jin-Soo 346
For high efficiency hetero junction solar cell over 20%, good silicon wafer passivation is one of the most important technological factor. Compared to the conventional PECVD technique, HWCVD has appeared as an promising alternative for high quality passivation layer formation. In this work, HWCVD passivation layer characteristics have been intensively investigated on wafer surface treatment, Hydrogen density in deposited thin layer and thermal effects in deposition process. Comprehensive results of the individual process factors on interface passivation has been discussed and resultant silicon hetero junction solar cell characteristics has been investigated. -
결정질 태양전지의 공정에 있어서 호모지니어스(homogeneous)한 구조보다 향상된 변환효율을 얻기 위해 선택적 도핑 방법에 관한 연구가 활발하다. 선택적 도핑 방법이란 에미터(emitter) 층을
$n^{++}$ 영역과$n^+$ 영역으로 나누어 향상된 전류밀도와 개방전압을 얻기 위한 방법이다. 본 연구에서 제시된 RIE 에치-백 구조는 다수의 선택적 도핑 방법 중 하나이다. 기존의 에치-백 구조는 전면 전극 형성 후 RIE 공정을 수행하기 때문에 전면 전극이 손상되고 RIE 데미지(damage)가 발생되는 문제점이 있었다. 그러나 본 연구에서 제시된 구조는 기존의 에치-백 구조와 달리 RIE 에칭 후 발생된 데미지를 제거하는 추가적인 공정인 질산 패시베이션(nitric acid passivation)이 수행되었다. 또한 본 연구에서 새롭게 제시된 블라킹 마스크 페이스트(blocking mask paste)는 기존의 에치-백 구조에서 발생된 전극 손상 문제를 해결해 주고 있다. 이러한 결과로 호모지니어스 구조보다 향상된 전류밀도 (35.77 mA/$cm^2$ ), 개방전압 (625 mV), FF (78.01%), 변환효율 (17.43%)를 얻었다. -
The conductive coating method is used for various industrial fields. For example, Sputtering process is used to coat ITO layer in LCD or OLED panel manufacture process and fabricate a base layer of substrate of an electric printing device. However, conventional coating processes (beam sputtering, spin coating etc.) has a problems in the industrial manufacturing process. These processes have a very high cost and critical manufacturing environment as a vacuum process. Recently, many researchers have proposed various printing process instead of conventional coating processes. In this paper, we propose an ESD printing process in ITO coating layer and apply to fabricate a conductive coating film. Furthermore, the effect of the nozzle and also the applied voltage on different configuration of the nozzle head was also studied for better understanding of the Electro Static deposition process.
-
High quality ZnO:Al films were prepared on glass substrates by in-line RF magnetron sputtering and their surface morphologies were modified by wet-etching process in dilute acid solution to improve optical properties for application to silicon thin film solar cells as front electrode. The as-deposited films show a strong preferred orientation in [001] direction under our experimental conditions. A low resistivity below
$5{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ and high optical transmittance above 80% in a visible range are achieved in the films deposited at optimized conditions. After wet-etching, the surface morphologies of the films are changed dramatically depending on the deposition conditions, especially working pressure. The optical properties such as total/diffuse transmittance, haze and angular resolved distribution of light are varied significantly with the surface morphology feature, whereas the electrical properties are seldom changed. The cell performances of silicon thin film solar cells fabricated on the textured films are also evaluated in detail with comparison of commercial$SnO_2$ :F films. -
In this work, polymer - inorganic composites have prepared using polymer such as polyethylene glycol (PEG)/poly (methyl methacrylate, PMMA) and inorganic nanofillers materials such as TiO2 nanotubes (TiNTs)/carbon nanotubes (CNTs). The extensive structural, morphological and ionic properties revealed that the high surface area and tubular feature of nanofillers improved the interaction and cross-linking to polymer matrix which is significantly enhanced the ionic conductivity and electrical properties of composite electrolytes. Comparably high conversion efficiency ~4.5% has been observed by using the newly prepared PEG-TiNTs composite solid electrolyte as compared with PMMA-CNTs electrolyte based DSSCs (~3%). The detailed comparative properties would be discussed in term of their structural, morphology, ionic and photovoltaic properties.
-
This paper presents the technology of selective emitter for high efficiency crystalline silicon solar cell. The effect of selective emitter is analyzed by using the simulation program for solar cell, PC1D. The selective emitter shows better spectral response in short wavelength regions compared to homogeneous emitter. Therefore, the efficiency of solar cell with selective emitter can be improved by changing the sheet resistance from 60
$\Omega/\square$ to 120$\Omega/\square$ . In addition, the power loss of solar cell can be minimized by optimizing width and gap of the finger electrodes on the selective emitter. -
투명전도 산화막 재료로 널리 사용되고 있는 ITO는 전기적 및 광학적 특성이 우수한 장점이 있으나, ITO의 주 재료인 인듐은 매장량이 적어서 가격이 고가인 단점이 있어 대체 재료의 개발이 시급한 상황이다. ITO 대체 TCO로 가장 유력한 후보인 Al doped ZnO(AZO)는 가시광을 투과하는 성질을 가지고 있고, 저온 공정이 가능하다는 장점뿐만 아니라 수소 분위기의 안정성 및 가격이 싸다는 장점이 있다. 본 연구에서는 양이온 금속원소(Al)과 음이온 할로겐 원소(F) 및 수소(H)를 co-doping한 ZnO 박막을 rf 마그네트론 스퍼터를 이용하여 증착한 뒤 도핑량과 진공중에서의 열처리에 따른 전기적 및 광학적 특성에 대해 고찰하였다. Al과 H를 co-doping한 ZnO의 박막의 경우 Al의 농도가 낮은 TCO박막이 전기적 특서에서 더 큰 향상을 보였으며, 동일한 F 함량에서는 H 함량이 늘어날수록 캐리어의 증가해 TCO박막의 전기적 특성이 향상되는 것으로 나타났다. 그러나 진공중의 열처리에 따른 F와 H의 거동은 반대로 나타났다. 이 연구를 통해서
$36.2cm^2$ /Vs의 높은 홀 이동도와$2.9{\times}10^{-4}{\Omega}cm$ 의 낮은 비저항을 가지는 ZnO계 박막의 제조가 가능하였다. -
In order to improve the overall power conversion efficiency, it is very important to reduce the interface resistance of dye-sensitized solar cells (DSSCs). In this approach, tiny
$TiO_2$ nanoparticles with the primary size of 10~20nm were synthesized and deposited between FTO glass and preformed$TiO_2$ layer by$TiOCl_2$ treatment, and also Pt catalysts were deposited on the counter electrode by both ion-sputter and thermal deposition to reduce the electrolyte-counter electrode interface resistance. The influence of these processes on the performace of DSSCs were discussed in terms of fill factor, short circuit current, and conversion efficiency. -
Kim, Tae-Hoon;Kim, Sun-Young;Ko, Ji-Soo;Park, Hyun-Ho;Kim, Kwang-Ryul;Jo, Chang-Hyun;Shin, Sung-Wook;Choi, Byoung-Deog 364
The solar cell is in the spotlight as a future green energy source. In the solar cells based on silicon wafer, the improvement of efficiency is one of crucial issues. One of techniques for high efficiency is texturing on the surface of solar cells. We studied the laser texturing on the surface of multi-crystalline silicon solar cells. The laser texturing followed by chemical etching is adequate for the multi-crystalline structure which have random crystallographic directions. We used the fiber laser for texturing and the SiNx as a masking layer for etching process. We investigated the shapes of holes for texturing in the various laser power conditions and analyzed the holes after removal of thermal damages caused by laser ablation through a 3D profiler. -
CBD 증착 방법은 저비용으로 양질의 CdS 박막을 얻을 수 있는 증착 밥법으로, 고효율의 CdTe/CdS 태양전지를 얻기에도 적당하다. CdS 박막의 증착 과정에서 수산화 암모늄 (ammonium hydroxide) 은 박막의 특성을 결정하는 주요한 요소 인자 이다. ITO가 증착된 유리기판위에 CdS 박막 증착 과정에서 동일한 조건에서 산화 암모늄 (ammonium hydroxide) 의 농도만을 조절하여서, XRD, Raman spectrometer, UV-Vis, SEM 분석 장치를 이용하여 구조 및 광학 특성의 변화를 살펴보았다.
-
후면접합 태양전지는 상용 태양전지의 수평전류 손실(lateral current loss) 이 없으며, 전면전극에 의해 발생하는 그림자 손실(shading loss) 줄인 고효율 태양전지의 하나이다. 생성된 반송자가 후면에 위치한 전극에서 수집되기 때문에 효율향상을 위해서는 불순물에 의한 재결합을 줄이는 것이 중요하다. 따라서 Gettering 은 높은 소수반송자 수명(life-time)을 가지는 고품위 실리콘 기판은 고효율 실리콘태양전지 제작을 위한 중요 요소 기술이다. 본 연구에서는 n-type c-Si 기판을 이용한 고효율 실리콘 이종접합 태양전지제작을 위해 external gettering 공정을 이용하여 고품위 실리콘 기판을 제작하였다. POC13 doping process 의 온도, 시간을 변화시킴으로써 이에 따른 변화를 관찰하였다. 주사전자현미경(SEM)를 통해 etch pit 을 확인 했으며,Four point probe 를 통해 면저항을 측정, 인(P)의 농도를 계산 하였다. 계산된 면저항을 통해 인(P)의 확산 깊이를 계산하였다. Iodine passivation 된 시편을 Qusi-steady state photoconductance (QSSPC)를 이용하여 소수반송자 수명을 측정함으로써 gettering 에 의한 bulk lifetime 향상 효과를 관찰하였다.
-
플렉서블 태양전지용 연성기판재에는 플라스틱재와 금속재가 있다. 기존의 연성기판인 플라스틱의 경우 열과, 내구성, 화학약품에 약하다는 단점이 있으며, 금속기판은 높은 생산원가, 박판화의 어려움 등의 문제를 안고 있다. 일반적으로 기판재와 cell을 구성하는 반도체 층의 열팽창 거동 차이에 의한 열 변형이 태양전지의 공정안정성에 영향을 주는 것으로 알려져 있으며, cell을 구성하는 반도체 층과 열팽창 거동이 유사한 금속기판재의 적용이 필요하다. Si 박막 태양전지의 경우 Si 열팽창 거동과 비슷한 특성을 갖는 기판재의 개발이 필요하다. 전주법을 적용하여 조성이 다른 Ni계 합금의 열팽창 거동을 TMA 장비를 사용하여 측정하였다. 그리고 전산해석 Tool을 활용하여 가상의 Si 박막 태양전지 제조공정을 설정하고 고온 공정온도에서 상온으로 냉각시 발생되는 층간 열변형 연구를 수행하였고 열팽창 거동이 다른 합금 상에 Si층을 증착하여 열 충격에 의한 결함 발생여부를 관찰하였다.
-
Kang, Min-Gu;Tark, Sung-Ju;Lee, Sung-Hun;Kim, Chan-Seok;Jeong, Dae-Young;Lee, Jeong-Chul;Kim, Dong-Hwan 370
이종접합태양전지는 구조적 대칭성 때문에 웨이퍼 두께가 감소하여도 보우잉이 일어나지 않는 특징이 있으며, 산요에서 개발한 이종접합태양전지의 효율이 22% 이상을 보이고 있다. 이종접합태양전지에서 비정질 실리콘과 실리콘 웨이퍼의 계면에 따라 이종접합태양전지의 특성이 크게 변화한다. 본 연구에서는 패시베이션 층으로 사용되는 비정질 실리콘을 hot wire chemical vapor deposition(HWCVD)을 사용하여 이종접합태양전지에 적용하였으며 기존의 plasma-enhanced chemical vapor deposition을 이용한 비정질 실리콘을 적용한 이종접합태양전지와 비교하였다. 패시베이션 특성을 확인하기 위해 quasi-steady state photoconductance로 minority carrier lifetime을 측정하였고, 태양전지 특성평가로는 암전류특성 및 광전류특성을 사용하였다. HWCVD를 사용하여 패시베이션한 태양전지의 경우 16.1%의 효율을 보였다. -
We have prepared and characterized CIGS nanopowder for absorber layer of photovoltaic. CIGS nanopowder were obtained at
$260^{\circ}C$ for 6 hours from the reaction of$CuCl_2$ ,$InCl_3$ ,$GaCl_3$ and Se powder in solvent. The CIGS nanopowder were identified to have a typical chalcopyrite tetragonal structure by using X-ray diffraction(XRD), Inductively Coupled Plasma Auger Electron Spectroscopy (AES), Scanning Electron Microscopy(SEM). -
CdTe thin films for photovoltaic cell devices were deposited on the glass substrates by solution-based deposition methods, at low temperature processing conditions. In order to characterize physical, optical, and electronic properties of CdTe light absorbing polycrystalline material, a series of analysis was carried out in this study.
-
Currently, new and renewable energy come into the spotlight, such as solar energy, wind power, fuel cell, hybrid car etc., due to the energy resources is being depleted. In order to solve like this problem, we addressed the roll to roll printing machine for the thin film solar cell by using printing technology. For the this research, we archived concept design and verified propriety.
-
Park, Gye-Choon;Yang, Hyeon-Hun;Baek, Su-Ung;Na, Kil-Ju;So, Soon-Youl;Lee, Jin;Chung, Hae-Deok 378
$MgF_2$ is a current material for the optical applications in the UV and deep UV range. Process variables for manufacturing the$MgF_2$ thin film were established in order to clarify optimum conditions for growth of the thin film depending upon process conditions, and then by changing a number of vapor deposition conditions and substrate temperature, Annealing conditions variously, structural and Optical characteristics were measured. Thereby, optimum process variables were derived. Nevertheless, modern applications still require improvement of the optical and structural quality of the deposited layers. In the present work, the composition and microstructure of$MgF_2$ single layers grown on slide glass substrate by Electro beam Evaporator(KV-660) processes, were analyzed and compared. The surface Substrate temperature having an effect on the quality of the thin film was changed from$200[^{\circ}C]$ to$350[^{\circ}C]$ at intervals of$50[^{\circ}C]$ . and annealing temperature an effect on the thin film was changed from$200[^{\circ}C]$ to$400[^{\circ}C]$ at intervals of$50[^{\circ}C]$ . Physical properties of the thin film were investigated at various fabrication conditions substrate temperature, annealing and temperature, annealing time by XRD, FE-SEM. -
Kim, Hee-Gyu;Kim, Hyung-Jong;Kang, In-Gu;Kim, Doe-Hyoung;Choi, Byung-Ho;Jung, Sang-Jin;Kim, Min-Wan 381
염료감응형 태양전지의 효율 향상을 위한 다양한 방법들 중$TiO_2$ 나노 파우더의 표면 개질 및 페이스트의 분산성 향상을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기존 나노 파우더의 표면 개질법으로는 액상 공정인 졸겔법이 있으나 표면 처리 공정에서의 응집현상은 아직 해결해야 할 과제 중 하나이다. 이에 본 연구에서는 진공증착방법인 ALD법을 이용하여 염료감응형 태양전지용$TiO_2$ 나노 파우더의$SiO_2$ 산화물 표면처리를 통한 분산특성을 파악하였다. 기존 ALD법의 경우 reactor의 온도가$300{\sim}500^{\circ}C$ 정도의 고온에서 공정이 이루어졌지만 본 실험에서는 2차 아민계촉매(pyridine)을 사용하여 reactor의 온도를$30^{\circ}C$ 정도의 저온공정에서$SiO_2$ 산화물을 코팅을 하였다. MO source로는 액체상태의 TEOS$(Si(OC_2H_5)_4)$ 를, 반응가스로는$H_2O$ 를 사용하였고, 불활성 기체인 Ar 가스는 purge 가스로 각각 사용 하였다. ALD 공정에 의해 표면처리 된$TiO_2$ 나노 파우더의 분산특성은 각 공정 cycle에 따라 FESEM을 통하여 입자의 형상 및 분산성을 확인하였으며 입도 분석기를 통하여 부피의 변화 및 분산 특성을 확인하였다. 공정 cycle 이 증가함에 따라 입자간의 응집현상이 개선되는 것을 확인 할 수 있었으며, 100cycles에서 응집현상이 가장 많이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 표면 처리된$SiO_2$ 산화막은 XRD를 통한 결정 분석 및 EDX를 통한 정성 분석을 통하여 확인하였다. -
염료감응형 태양전지의 구성체 중 전극으로 연구 되어 지고 있는
$TiO_2$ 는 기존에 대량 생산이 가능한 spin coating법, screen printing법, spray법의 연구가 이루어져 왔으나 고 효율 태양전지에 쓰이는 전극 시스템에 비해 고 분산성을 지닌$TiO_2$ 페이스트를 제조 하는데 어려움이 있다. 그리고 플렉시블 디스플레이 소자의 응용을 위해서는 소자 공정 온도인$250^{\circ}C$ 이하의 공정 온도가 요구 되어 지므로 고온공정인 CVD법은 이에 적합하지 않다. 이에 본 연구는 진공 증착 방법인 광원자층증착법을 이용하여$150^{\circ}C$ 이하의 저온공정온도에서도 적용이 가능한$TiO_2$ 박막을 185nm의 UV light를 조사하여 glass 기판위에 제조 하고 그에 따른 박막의 물성 분석을 하였다. Mo source로는 titanium tetraisopropoxide(TTIP)와 reactant gas 로는$H_2O$ 를 사용하였으며 불활성 기체인 Ar 가스는 purge 가스로 각각 사용하였다.$100^{\circ}C{\sim}250^{\circ}C$ 공정온도를 변수로$TiO_2$ 박막을 제조 하였으며 제조된$TiO_2$ 박막의 물성 분석을 위해 FESEM, TEM을 이용하여 표면 및 두께를 분석하였다. 또한$100^{\circ}C$ 400 cycles에서 약 12nm 막 두께를 관찰 할 수 있었으며 그 결과 박막의 성장률이$0.3{\AA}$ /cycle 임을 확인 할 수 있었다. 그리고 UV-VIS을 이용하여 박막의 좌외선에 대한 흡수도 및 투과도 분석을 하였다. 또한 XPS 성분 분석을 통하여$100^{\circ}C$ 의 저온 공정에서 형성된 박막이$TiO_2$ 임을 확인 하였다. 이러한 결과에서 185nm의 UV light에 의한 광원자층 증착법으로$100^{\circ}C$ 의 저온에서도$TiO_2$ 박막이 증착 되는 것을 확인 할 수 있었다. -
Silicon is commercially prepared by the reaction of high-purity silica with wood, charcoal, and coal, in an electric arc furnace using carbon electrodes, so called the metallurgical refining process, which produces ~98% pure Si (MG-Si). This can be further purified to solar grade silicon (SoG-Si) by various techniques. The most problematic impurity elements are B and P because of their high segregation coefficients. In this study, we explored the possibility of the using Cat-CVD for Si purification. The existing hot-wire CVD was modified to accommodate the catalyzer and the heating source. Mo boat (1.5 cm
${\times}$ 1 cm${\times}$ 0.2 cm) was used as a heating source. Commercially available Si was purchased from Nilaco corporation (~99% pure). This powder was kept in the Mo-boat and heated to the purification temperature. In addition to the purification by cat-CVD technique, other methods such as thermal CVD, plasma enhanced CVD, vacuum annealing was also tried. It is found that the impurities are reduced to a great extent when treated with cat-CVD method. -
Gong, Dae-Yeong;Jung, Woo-Won;Yang, Doo-Hwan;Kim, Sun-Yong;Lee, Yong-Woo;Ko, Ji-Soo;Choi, Byoung-Deok;Yi, Jun-Sin 384
최근 태양전지 개발이 본격화 되면서 태양전지 웨이퍼 표면에서의 재결합에 의한 손실을 줄이고 반사도를 감소시키기 위한 ARC 개발이 활발히 진행되고 있다. 이를 위해 널리 사용하는 ARC 물질로 수소화된 실리콘 질화막이 있다. 수소화된 실리콘 질화막은 PECVD 법으로 저온에서 실리콘 기판 위에 증착 가능한 장점이 있다. 또한 실리콘 질화막의 광학적, 전기적인 특성은 화학적 조성비에 의해 결정되며 증착온도 가변에 따라 균일도 및 굴절률 조절을 가능케 하여 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 수소화된 실리콘 질화막을 태양전지에 적용하기 위해 질소 가스 분위기에서 PECVD를 이용하여 증착하고 그 특성을 분석하였다. 박막은 0.8 Torr의 압력에서$150^{\circ}C{\sim}450^{\circ}C$ 의 기판 온도로 증착되었으며 이때의 RF power은 100W ~ 300W로 가변 하였다. 증착된 박막은 1.94 에서 2.23의 폭넓은 굴절률 값을 가지고 있었다.$SiH_4/NH_3$ 가스 비의 증가에 따라 박막 두께와 굴절률이 감소함을 확인 할 수 있었다. 이는$NH_3$ 가스의 상대적인 증가에 따라 Si 생성을 선행하는$SiH_4$ 가스의 부분압이 제한되기 때문이고, 이러한 결과로 박막내에 질소 원자가 증가함에 따라 N-H 결합이 증가하여 n-rich인 박막 상태가 되기 때문으로 분석된다. 증착된 실리콘 질화막의 소수반송자 수명 측정 결과 굴절률 2.23인 박막의 경우 약 87 us의 수명을 나타냈으며, 굴절률이 1.94로 줄어듦에 따라 소수반송자 수명 역시 79 us로 감소하였다. 수소화된 실리콘 질화막은 n-rich 보다 Si-rich 인 경우 effective 반송자 수명을 증가시켜 표면 재결합 속도를 줄이는데 유용함을 확인하였다. 또한 증착온도가 증가할수록, RF power가 증가 할수록 소수반송자 수명 역시 증가하였다. 반사도의 경우$SiH_4$ 의 비율이 증가할수록 반사도가 감소함을 확인 하였으며, 증착온도 증가에 따라, RF power 증가에 따라 반사도가 감소하였다. 결과적으로$450^{\circ}C$ 의 기판온도와 300W의 RF power에서 증착된 실리콘 질화막의 경우 가장 우수한 전기적, 광학적 특성을 보여주었다. -
Uniform polyaniline nanofibers (PANI NFs), and chemically doped sulfamic acid(SFA) PANI NFs, synthesized via template free interfacial polymerization process, were used as new counter electrodes materials for the fabrication of the highly-efficient dyesensitized solar cells (DSSCs). The PANI NFs based fabricated DSSCs exhibited a solarto-electricity conversion efficiency of ~ 4.02% while, the SFA doped PANI NFs based DSSC demonstrated ~ 27% improvement in the solar-to-electricity conversion efficiency. The obtained solar-to-electricity conversion efficiency for SFA doped PANI NFs based DSSC was 5.47% under 100mW/
$cm^2$ (AM1.5). The enhancement in the conversion efficiency was due to the incorporation of SFA into the PANI NFs which resulted to the higher electrocatalytic activity for the$I^{3-}/I^-$ redox reaction. -
TCO/p/i/n 구조의 비정질 실리콘 박막 태양전지의 제작에 있어서 TCO계면과 p층사이의 이종접합에서의 큰 밴드갭 차이는 p층으로부터의 정공 재결합을 통하여 효율 저하의 원인이 된다. 이러한 재결합은 넓은 밴드갭을 가진 물질을 완충층으로 삽입함으로써 개선되어 질 수 있다. 본 논문에서는 비정질 실리콘 보다 넓은 광학적 밴드갭을 가지는 a-SiOx 박막을 완충층으로 사용하여 TCO/P 계면에서의 재결합 감소에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. a-SiOX 박막 내에 포함된 산소의 양에 따라 밴드갭을 조절하여 1.8eV~2.0eV 사이의 완충층을 삽입하여 박막태양전지의 개방전압, 단락전류, 효율 등에 끼치는 영향을 ASA 시뮬레이션을 통하여 알아보았다.
-
PV module is manufactured by several steps such as cell sort, tabbing & string, lay-up, lamination processes. In oder to manufacture PV module, solar cell must be placed in high temperature. Soldering Process in high temperature is important because it directly influences electric output performance changes of solar cell in solar cell module. We consider applying momentary high temperature, while soldering solar cell, and expect change electric characteristics of PV module. In this paper, we measure electric output characteristics of solar cells after those are applied with high temperature changes for two seconds. From these results, we confirm with application of high temperature,
$I_{sc}$ increase and$V_{oc}$ slightly decreases. -
Baek, Sang-Hun;Kim, Kyung-Min;Lee, Jeong-Chul;Park, Sang-Hyun;Song, Jin-Soo;Yoon, Kyung-Hoon;Wang, Jin-Suk;Cho, Jun-Sik 390
마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 n-i-p 구조의 플렉서블 실리콘 박막태양전지용 ZnO/Ag 후면전극을 stainless steel 기판위에 제조하고 증착온도와 Ag 박막의 두께 변화에 따른 광학적 특성변화를 조사하였다. ZnO/Ag 구조의 후면전극은 RF와 DC 마그네트론 스퍼터링으로 Ag 금속 및 ZnO:Al($Al_2O_3$ 2.5%) 세라믹 타겟을 이용하여 각각 제조하였으며 증착온도는 상온${\sim}500^{\circ}C$ 로, Ag 박막두께는 100 ~ 500 nm로 변화시켰다. 증착조건 변화에 따라 제조된 후면전극의 표면거칠기 및 형상변화를 Atomic Force Mircroscope (AFM)와 Scanning electron miroscopy (SEM)으로 분석하였으며 이에 따른 반사도 변화를 UV-visible-nIR spectrometry 측정을 통하여 조사하였다. 증착온도가 증가함에 따라 Ag 박막의 표면 거칠기는 점차로 증가하였으며 증착된 후면전극의 반사도도 함께 증가함을 알 수 있었다. Ag 박막의 두께 변화에 따른 반사도 변화와 n-i-p 구조의 플렉서블 실리콘 박막태양전지에 미치는 영향을 조사하였다. -
Kim, Sung-Jin;Park, Sung-Bum;Jin, Mi-Jin;Cho, Soo-Jeong;Choi, Soon-Hee;Choi, Byung-Ho;Jeong, Soon-Wook 391
결정질 실리콘 태양전지의 통합화에는 최근 열전소자와의 통합화를 통한 연구가 진행이 활발해지고 있으며, 이 경우 주로 태양전지와 열전소자의 박막화를 이용한 방법이 주를 이루고 있다. 이 경우 모듈화를 위해서는 in-line system을 이용한 방법이 강구되고 있으며, 솔라셀과 열전소자를 Tandem 구조에 적용할 경우 미국의 연구소 및 대학의 simulation에 의하면 에너지변화효율을 65%까지 올릴 수 있다는 보고가 되어 지고 있다. 그러나 이 경우 새로운 시설 및 기술의 확보에 큰 자본을 투입해야하는 경제적인 문제가 있다. 또한 최근의 silicon 결정질 solar cell 원료의 가격이 1년전에 비해 1/4로 급격하게 떨어진다는 점에서 박막화에 대한 투자는 일부나라에서 정체의 수준까지 다다르게 되었다. 따라서 본 연구에서는 40X40X3mm 크기의 열전소자를 결정질 silicon 솔라셀에 부착하는 방법으로 통합화를 시도하였으며, 모듈화에는 EVA film을 사용하지 않는 방법을 이용한 batch 법으로 모듈을 제작하고, 그 특성을 비교하였다. 그 결과 통합된 솔라셀-열전 모듈의 에너지변환효율은 동일한 크기의 솔라셀을 사용하여 제작한 모듈에 비해서$60^{\circ}C$ 에서 공냉을 이용하여 측정한 결과 약 8% 개선효과가 있었으며, 보다 더 나은 결과를 도출하기위해 열전소자쪽에 냉각수나 냉각판을 설치하는 시도가 요구된다. -
결정질 실리콘 태양전지의 모듈화에는 일반적으로 저철분 강화유리를 사용하고 있으며, 이 경우 모듈화를 위해서는 3-5mm 두께의 강화유리를 EVA film을 사용하여 유리와 solar cell을 접착하는 방법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 0.7mm 두께의 강화 유리를 사용하고, EVA film을 사용하지 않는 방법으로 초경량의 모듈을 제작하고, 그 특성을 비교하였다. 그결과 박판강화유리를 이용한 경량 실리콘 태양전지의 모듈화의 가장 큰 문제점으로는 강화유리의 두께가 아주 얇기 때문에 발생하는 module의 bending 현상에 의한 silicon cell의 파괴가 일어나는 경우가 있었으며 이를 위한 bending 방지기술의 개발이 요구되는 것으로 나타났다. 개선효과로는 솔라셀 모듈의 에너지변환효율은 동일한 솔라셀을 사용하여 일반 3mm 급의 저철분강화유리로 제작한 모듈에 비해서 약 20% 개선효과가 있었으며, 경량화에는 Al계 금속 지지대를 제외한 모듈만을 비교하여 무게의 감량을 비교한 결과 70%이상의 감량 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 상기 결과로부터 본 연구를 통한 개발품은 BIPV형 solar cell module로 이용가치가 기대된다.
-
유기물 기반 태양전지의 낮은 전하수송 효율 문제(전하이동거리 약 ~20nm)를 개선하기 위해서는 생성된 전자-홀 쌍이 빠르게 전극 층으로 이동하도록 태양전지 의 층 구조 및 특성을 제어하는 것이 중요하다. 그 방안으로 무기물 반도체인 산화아연을 나노구조물 형태로 제어하여 전자 이동층(Electron Conductive Layer) 으로 도입, 생성된 전자의 이동 가능한 면적을 넓히고 전자수송효율을 높여 유무기 복합체 태양전지의 Fill Factor를 향상시켰다. 또한 제조된 산화아연 나노구조물의 산소플라즈마 처리와 같은 표면 처리를 통하여 유기물 층과의 흡착성을 높이고 나노구조물 표면에 oxygen을 침투시켜 전자 이동도를 향상시켰다.
-
Oh, Seung-Hwan;Shim, Hee-Sang;Park, Dong-Won;Jeong, Yon-Kil;Lee, Jae-Kwang;Moon, Seung-Hyeon;Kim, Dong-Yu 394
Water solubility of conjugated polymers may offer many applications. Potential applications of water-soluble conjugated polymers include the polymer light-emitting diode and new materials for nano and micro hollow-capsules, and bio- or chemo-sensors. We synthesized neutral polyfluorenes containing bromo-alkyl groups by the palladium catalyzed Suzuki coupling reaction. Bromo-alkyl side groups in neutral polyfluorenes were quaternized by tri-methyl amine solution. The electrochemical and optical properties of water-soluble conjugated polymers are discussed. This novel synthesized water-soluble conjugated polymers were used as a interfacial dipole layer between active layer and metal cathode in polymer solar cell for enhancement of open-circuit voltage (Voc), which is one of the most critical factors in determining device characteristics. We also investigated the device performance of polymer solar cell with different metal cathode such as Al, Ag, Au and Cu. In polymer solar cell, novel cationic water-soluble conjugated polymers were inserted between active layer and high-work function cathode (Al, Ag, Au and Cu). -
$CuInSe_2$ 계 태양전지는 동시 증발공정으로 최고 효율 약 20%를 얻었으나, 동시 증발법은 대면적화 및 조성 균일도 조절에 어려움이 있다. 이에 반해 스퍼터링 및 셀렌화 공정은 동시 증발법에 비해 대면적의 조성 조절 및 생산속도가 뻐른 장점이 있다. 이에 따라 스퍼터링 및 셀렌화 공정을 통해 CIS 태양전지를 양산화 하려는 시도가 전세계적으로 활발히 진행중이다. 그러나 연구소 및 학교를 중심으로 연구가 진행되어 박막 증착 공정 및 단계별 박막 특성이 많은 부분 밝혀진 동시 증발공정에 비해, 몇몇 기업을 중심으로 연구가 진행되고 있는 스퍼터링/셀렌화 공정의 경우 공정 조건 및 이에 따른 박막 특성/형성기구에 대한 정보가 거의 없는 상태이다. 따라서 본 연구에서는 CuIn 및 Cu 타겟을 동시 스퍼터링하여 전구체를 만든후 이를 셀렌화하여 CIS 박막을 성장시키고, 특히 열처리 단계별 상분석을 통해 CIS 형성기구를 고찰하고자 하였다. -
Chalcopyrite semiconductor
$CuInSe_2$ nanoparticles were prepared using a low temperature colloidal route by reacting the starting materials (CuI,$InI_3$ and$Na_2Se$ ) in solvents. After synthesised$CuInSe_2$ nanoparticles precursors were mixed with organic binder for the viscosity of the precursor slurry to be suitable for the doctor blade method. The mixture of$CuInSe_2$ and binder was deposited onto molybdenum-coated sodalime glass substrates to form thin film. The precursor thin films were preheated on the hot plate to remove remaining solvents and binder material. After subsequent thermal processing of the thin film under a selenium ambient,$CuInSe_2$ absorber layer with grain size significantly lager than that of the nanoparticles was formed. -
Jeong, Dae-Young;Kim, Chan-Seok;Song, Jun-Yong;Wang, Jin-Suk;Park, Sang-Hyun;Lee, Jeong-Chul 397
c-Si wafer에 HWCVD로 증착된 a-Si:H 박막은 초기에 낮은 passivation 특성을 가지나 열처리 공정을 통해 효과적인 passivation을 가진다. 열처리 공정은 온도와 시간에 따라 큰 차이를 보인다. 이에 열선CVD를 이용하여 n type의 c-Si 기판에 a-Si:H을 증착하여 열처리 온도에 따른 Minority carrier Lifetime를 QSSPC를 통해 passivation 특성을 측정하였다. 온도는$150^{\circ}C{\sim}270^{\circ}C$ 로 변화하여 측정하였다. 또한 열처리 시간을 10분씩 증가시켜 열처리 시간에 따른 passivation을 연구, 1ms에 이르는 Minority carrier lifetime을 얻었다. -
Kim, Hyun-Jong;Moon, Ji-Hyun;Park, Sang-Hyun;Cho, Jun-Sik;Yoon, Kyung-Hoon;Song, Jin-Soo;O, Byung-Sung;Lee, Jeong-Chul 398
텐덤 구조의 양자점 태양전지에서 양자점의 크기에 따라 에너지 밴드갭이 달라 넓은 대역의 태양광을 이용할 수 있다. 이러한 양자점의 크기는 증착 두께의 제어로 조절이 가능하다. Si과 C target을 이용한 RF Co-sputtering 법으로 각각 증착시간을 다르게 하여, SiC/$Si_{1-x}C_x$ (x~0.20)인 실리콘 양자점 초격자 박막을 제조하고,$1000^{\circ}C$ 에서 20분간 질소 분위기에서 열처리를 하였다. Grazing incident X-ray diffraction(GIXRD)를 통해서 Si(111)과$\beta$ -SiC (111)이 생성되었음을 확인하였고, High resolution transmission electron microscopy(HRTEM) 사진으로 양자점의 크기와 분포 밀도를 확인할 수 있었다. Photoluminescence(PL)에서 1.4, 1.5, 1.7, 1.9eV의 Peak이 확인되었다. -
CIS계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성 및 Ga 조성 조절을 통한 밴드갭 조절이 용이해 고효율 박막 태양전지로 각광 받고 있다. CIS 태양전지의 광 흡수층 제조 방법으로는 여러 가지 방법이 있지만 본 연구에서는 가장 높은 에너지 변환 효율을 달성한 Co-Evaporation 방법을 사용하기로 하였다. 미국의 NREL의 경우 Co-Evaporation 방법을 사용해 20%의 에너지 변환 효율을 달성한 바가 있다. 하지만 이러한 효율의 태양전지는 실험실에서 연구용으로 제작한 아주 작은 면적으로 태양전지 양산화에 그대로 적용하기는 힘들다. 따라서 CIGS 태양전지의 양산화 적용을 위해 대면적화가 필수적이다. 본 연구에서는 기존의 3 stage 방식을 이용해 광흡수층을 증착하여 최적화 조건을 연구하였다. 또한 기판의 면적 증가에 따라 효율과 Voc, Jsc, F.F가 얼마나 감소하는지 실험하여 보았다. 기판은 soda lime glass를 사용 하였으며 후면 전극으로 약
$1{\mu}m$ 두께의 Mo를 DC Supptering 방법을 이용해 증착하였다. 다음으로 약$2{\mu}m$ 이상의 광흡수층을 Co-Evaporation 방법을 이용하여 증착 하였으며 buffer층으로는 약 50nm의 CdS층을 CBD방법을 이용하여 제조 하였다. TCO층으로 약 50nm의 i-ZnO와 약 450nm의 Al-ZnO를 RF Sputtering 방법을 이용하여 증착 하였다. 마지막으로 앞면 전극으로 약$3{\mu}m$ 의 Al을 Thermal Evaporation 방법으로 증착하였다. 태양전지 소자의 면적은$0.49cm^2$ ,$25cm^2$ ,$100cm^2$ 로 각각 면적을 달리하며 효율을 비교 분석하였다. -
Jung, Sung-Hun;Ahn, Se-Jin;Yun, Jae-Ho;Gwak, Ji-Hye;Cho, A-Ra;Yoon, Kyung-Hoon;Kim, Dong-Hwan 400
Despite the success of Cu(In,Ga)$Se_2$ (CIGS) based PV technology now emerging in several industrial initiatives, concerns about the cost of In and Ga are often expressed. It is believed that the cost of those elements will eventually limit the cost reduction of this technology. One candidate to replace CIGS is$Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe), fabricated by co-evaporation technique. Co-evaporation technique will be one of the best methods to control film composition. This type of absorber derives from the$CuInSe^2$ chalcopyrite structure by substituting half of the indium atoms with zinc and other half with tin. Energy bandgap of this material has been reported to range from 0.8eV for selenide to 1.5eV for the sulfide and large coefficient in the order of$10^{14}cm^{-1}$ , which means large possibility of commercial production of the most suitable absorber by using the CZTSe film. In this work, Effects of substrate temperature of$Cu_2ZnSnSe_4$ absorber layer on the performance of thin films solar cells were investigated. We reported on some of the absorber properties and device results. -
정부는 신재생에너지 보급지원을 위해 2002년도부터 발전차액지원제도를 시행해 오고 있다. 본 연구에서는 발전차액지원제도와 관련된 에너지관리공단의 내부 자료를 이용하여 119개의 태양광발전사업의 실증평가를 시행하였다. 실증분석을 위해 단위투자비당 발전량을 지수화하고 투자비 대비 효율을 산출하였다. 또한 이 분석을 위해 일사량, 설비용량, 모듈 인버터 투자비 등을 고려하였다. 분석결과 투자대비 효율 산정결과에 일사량과 단위 설비용량당 모 듈 인버터 투자비의 영향이 크게 나타난 것으로 확인되었다. 단위 투자비당 발전량을 분석한 결과 전라도의 태양광발전소의 효율은 분석 대상인 24개 지역의 평균보다는 높으나 발전소별 편차가 높게 나타난다는 점은 향후 보급사업을 평가하는 경우 추가적으로 고려되어야 할 문제라고 판단된다. 기타 자료분석 결과에 따라 효율관리를 위한 대안을 제시하였다.
-
공기열원 히트펌프시스템의 문제점, 즉 열효율, 안정성, 착상에 대한 현황을 파악하고 이를 해결하기 위한 연구를 수행하였다. 열효율과 안정성을 위해 기존 시스템을 보완한 8행정 냉매사이클시스템 개발과 제어시스템의 개발을 통해 히트펌프 시스템의 효율을 2배 정도 증가시키고, 안정성을 높이며, 착상 문제를 최소화할 수 있도록 하였다. 개발된 공기열원 히트펌프시스템의 COP는 평균 5정도이고, 안정적으로 운용되는 외부 온도는
$-10^{\circ}C$ 에서$55^{\circ}C$ 까지이다. 토출되는 온수의 온도는$50{\sim}60^{\circ}C$ 정도이다. 평균 제상시간은 1분 이내이다. 앞으로 개발해야 할 문제는 외부 온도$-10^{\circ}C$ 이하지역에서 보조열원 없이 난방을 할 수 있고 친환경 냉매를 사용하며 COP가 7이상인 고효율 히트펌프시스템를 실용화하는 것이다. -
In this research, the intensity of solar energy, which was injected to the different angle plane every hour day by day, was technically documented and quantitatively analyzed through actual observations. In order to group every days into days with similar intensity, graph was drawn with respect to time for every day and each area value under the curve was calculated. Then, the search for grouped days having similar intensity curve patterns was carried out and the optimum incident angle of absorber plate was derived to maximize the efficiency of solar energy systems.
-
Since the solar radiation is main input for sizing any solar photovoltaic system and solar thermal power system, it will be necessary to understand and evaluate the insolation data. The Korea Institute of Energy Research(KIER) has begun collecting horizontal global insolation data since May, 1982 and direct normal insolation data since December 1992 at 16 different locations. Because of a poor reliability of existing data, KIER's new data will be extensively used by solar energy system users as well as by research institutes. Among some significant results, the yearly averaged horizontal global insolation was turned out 3.61 kWh/
$m^2$ /day and the yearly mean 5.38 kWh/$m^2$ /day of the direct normal insolation was evaluated for clear days. -
The application of solar energy, in the field of alternative energy, was on the increase tendency. In the case of advanced nations, through continuous R&D, solar hot water heater with high efficiency has been used for the house and the industrial process on business, advanced nations were reached up the experimental stage of solar generation system. But, the actual circumstance of the domestic has been not accomplished the popularization of solar hot water heater and the settlement of it which is the fundamental stage of the solar energy usage. This trouble, the domestic was flooded with small enterprise for producing solar hot water heater, was caused by the popularization and the production without verification of performance. To supply the monitoring program for evaluating solar hot water heater, this research was purpose to improve the technical development of the enterprise for producing solar-heat hot-water-boiler and served as an aid for the enlargement and the popularization on solar energy.
-
Renewable energy or green energy is a hot issue in theses days. Since wind resource can be endlessly supplied by nature, researchers and common people are interested in study how to use that resource at home or company. Especially, many architects have tried to integrate wind power generator for a part of building. So in this paper, three buildings installed wind power turbine are targed to CFD analysis and these buildings are Bahrain trade center, Discovery tower, and Pearl river tower. Bahrain trade center is the first builidng installed real wind turbine, Discovery tower is constructing at Texas, and Pearl river tower is designed and proved by china researchers. These buildings have very different type of wind power turbine and each turbine has different conditions for best power generation. Therefor this paper will focus on characteristic shape of buildings, wind power turbine type, and expected purpose of construction. Moreover, CFD analysis will show wind flow pattern and wind speed while wind is passing through wind turbine of three tall buildings. CFD analysis for three buildings make comparison the wind flow patterns with experimental result.
-
This paper describes the structural design of small wind turbine blade by using design of experiments. Blade structure consists of skin, spar and foam. The materials for skin and spar are a kind of Glass/Epoxy and form is polyurethane. It has 7 lay-ups with different ply angle. A factorial design is applied to design the ply angles considering manufacturing constraints and to investigate the safety factor which is calculated by structural analysis. In order to perform the structural analysis, the commercial software ABAQUS is used. Tsai-Wu failure criterion is chosen to compute safety factor. The determination of the significance of effects in the experiments is made through the analysis of variance. The results show that ply angle at skin affects the safety factor of wind turbine blade. And from this result, optimal ply angles of composite blade are achieved.
-
POSTECH Graduate School of Wind Energy is trying to upgrade the PMSG used for Unison U50 to 900 kW class. Intensive optimization efforts are carried out the reduce the axial size and total weight of the generator while increasing the rated output to 900 kW. The generator features 3.32m stator inner radius, 671mm stator length, 84 pole, 25 rated rpm and 31.6kN/
$m^2$ shear force density. To reduce the gross weight, the stronger magnetic material is applied with optimal magnet size resulting lowest cogging torque. Also, instead of stator skewing the stator, the magnet position along the circumference is optimized to further reduce the cogging torque. This scheme eliminates the stator skewing procedure and may enhance the productivity. This method also reduces the total harmonic distortion. In this report, upgrade method, no-load line to line voltage and phase voltage, cogging torque, loss calculations and thermal analysis are presented. -
풍력 터빈 블레이드용 익형의 경우 운용 조건에서 높은 양항비를 가지도록 설계되나 풍속, 풍향의 변동에 의해 운용조건에 변화가 발생할 경우 성능의 저하가 발생할 수 있다. 따라서 운용조건의 변동이 발생하더라도 공력 성능이 크게 변하지 않는 익형이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 운용조건의 불확실성을 고려하여 풍력 터빈 블레이드용 익형의 신뢰성 기반 강건 최적 설계를 수행하였다. 익형 설계를 위해서 여러 익형 형상 변수들을 고려할 수 있는 익형 모델링 함수를 정의하였고 기저형상으로는 NREL에서 개발한 S809 익형을 사용하였다.
-
Conceptual study of an open-circuit type low-speed wind tunnel for test of wind turbine blade is conducted. The tunnel is constituted of a settling chamber, a contraction, closed and open test sections, a diffuser, two corners, a cross leg and a fan and motor. For the performance test, the closed test section width of 1.8 m, height of 1.8 m and length of 5.25 m is selected. The open test section with dimension width of 1.8 m, height of 1.8 m and length of 4.14 m is adopted for aeroacoustic test. The contraction ratio is 9 to 1 and maximum speed in the closed test section is 67 m/sec. Input power in the tunnel is about 238 kW and its energy ratio is 3.6. The wind tunnel designed in present study will be an effective tool in research and development of wind turbine.
-
Wind speed is measured on the nacelle at the location of wind turbines are installed. The wind speed is transformed to inlet wind speed at the front of hub using newly developed algorithm derived from energy conservation. Wind energy potential is analyzed using the inlet air velocity in the region of Bieung-do wind farm. As results, wind speed depending on the month, yearly averaged wind speed, wind speed distribution, and energy density are showed in this study. Bieung-do area is close to Saemankeum, and the analysis of wind energy potential in Bieung area will be helpful to understand and develop wind energy industry in Saemankeum area.
-
As a result of increasing environmental concern, the penetration of renewable power on power systems is now increasing. Wind energy can be considered as the most economical energy sources to generate electricity without depletion of fossil fuel. The penetration of wind energy from wind farm is getting larger and larger, so we need adequate control strategies for wind farm. To devise adequate control strategies for wind farm, time domain simulation analysis needs to be performed. This presents a Simultaneous Implicit-based time domain simulation algorithm for wind farm with DFAG (Doubly Fed Asynchronous generator) connected to the external power systems. This paper shows an illustrative example with a 5-bus test system.
-
Cogging Torque is induced by the magnetic attraction between the rotor mounted permanent magnet(PM) and the stator teeth. This torque is an unwanted effect causing shaft vibration, noises, metal fatigues and increased stator length. A variety of techniques exist to reduce the cogging torque of PM generator. Even though the cogging torque can be vanished by skewing the stator slots by one slot pitch or rotor magnets, manufacturing cost becomes high due to the complicated structure and increased material costs. This paper introduces a new cogging torque reduction technique for PM generators that adjusts the azimuthal positions of the magnets along the circumference. A 900 kW class PMSG model is simulated using a three dimensional finite element method and the resulting cogging torques is analyzed using the Maxwell tensor stress tensor. Using the 3D simulation, the end contribution of the cogging torque is accurately calculated.
-
The optimum design and the performance analysis software called POSEIDON for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) was developed by use of BEMT. The Prandtl's tip loss theory was adopted to consider the blade tip loss. The aerodynamic characteristics of NACA 63415 airfoils were predicted via X-FOIL and the post stall characteristics were estimated by the Viterna's equations. All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the Velux wind tunnel test results. The rated power of the testing rotor is 5kW at design conditions. The power, estimated by use of predicted lift and drag coefficient via X-FOIL becomes a little higher than experimental one.
-
A new blade has been developed to apply to Doosan 3MW offshore wind turbine named as WinDS3000TM. The 3MW blade has been designed by the concept of slim external shape and optimized structure. High-performance glass fiber reinforced epoxy composites were used as the main material of the blade. The blade was manufactured using vacuum infusion process in order to increase the fiber volume fraction and to reduce micro-porosities. The blade has successfully passed the full-scale blade static test for certification. During the test, micro-failure signal and strain change of the blade were measured using acoustic emission sensors and strain gages. The blade has robust structure and weighs lighter compared to conventional blade since the new blade was designed by optimization process. The 3MW blade will be commercially applied to WinDS
$3000^{TM}$ in 2010. -
본 연구에서는 소형 플랩을 채용하여 능동하중제어를 이루고자하는 풍력 블레이드의 적용을 염두해 둔 에어포일 설계를 수행하였다. 블레이드 팁 부분에 플랩을 적용하고자 하는 경우 플랩의 구동장치, 연결 부위 등의 장치 설치를 위한 공간이 블레이드 내부에 필요하다. 이를 위하여 기존의 에어포일의 성능을 유지하면서 뒷전의 두께비가 증가된 에어포일 형상의 설계가 필요하다. 최적설계를 위하여는 MIGA(Multi- Island Genetic Algorithm)을 채용하였으며 에어포일의 성능 계산을 위하여는 Xfoil을 결합하였다. 또한 형상 생성을 위하여 Hick-Henne 형상 함수를 이용하였다. 위와 같은 방법으로 설계된 에어포일은 코드길이 85% 위치에서 두께비 6.3%,양항비 133을 가지게 되어 기본으로 설정한 DU180 에어포일에 비해 성능과 필요 두께비를 모두 능가하는 에어포일이 되었다.
-
The wind speed measurement is performed using SODAR and LIDAR to evaluate availability of remote sensing in assessment of wind resource. The intercomparison comprises time series, correlation analysis and recovery rate. It shows that LIDAR is more effective than using SODAR to measure wind speed in ambient disturbance.
-
we studied a data acquisition and control system of a wind turbine for measuring and controlling a voltage fluctuations of a wind turbine system. The wind turbine system is installed out control area. So, it is so important for supervising to wind turbine of a maintenance, wind speed, optical resources wind turbine output, wind speed, wind direction, over voltage of a generator. This system can be supplied a data of over voltage, under voltage, voltage fluctuations of a wind turbine for controlling an EMS : Energy Management System or a SCADA : Supervision Control and Data Acquisition at a constitute of a wind farm. The of voltage fluctuation system of a wind turbine is improving an electric power supply power quality of a distribution line and unspecified individuals of used wind turbine.
-
This study investigates the wake effect of an island to develop the offshore wind farm. The main wind direction can be determined from the data processing of the QuikSCAT satellite data around the Wi-do island at south-west sea of the Korean peninsula. Computational fluid dynamics is adopted to analyze the wake effect. From this study the velocity defects due to the wake are revealed. In particular about 5% velocity defect is observed at 80m hub height from the sea surface.
-
Wind power is one of the most reliable renewable energy sources and the installed wind turbine capacities are increasing radically every year. Although wind power has been favored by the public in general, the problem with the impact of wind turbine noise on people living in the vicinity of the turbines has been increased. Low noise wind turbine design is becoming more important as noise is spreading more adverse effect of wind turbine to public. This paper demonstrates the design of 10 kW class wind turbines, each of three blades, a rotor diameter 6.4m, a rated rotating speed 200 rpm and a rated wind speed 10 m/s. The optimized airfoil is dedicated for the 75% spanwise position because the dominant source of a wind turbine blade has been known as trailing edge noise from the outer 25% of the blade. Numerical computations are performed for incompressible flow and for Mach number at 0.145 and for Reynolds numbers at
$1.02{\times}10^6$ with a lift performance, which is resistant to surface contamination and turbulence intensity. The objective in the low design process is to reduce noise emission, while sustaining high aerodynamic efficiency. Dominant broadband noise sources are predicted by semi-empirical formulas composed of the groundwork by Brooks et al. and Lowson associated with typical wind turbine operation conditions. During the airfoil redesign process, the aerodynamic performance is analyzed to minimize the wind turbine power loss. The results obtained from the design process show that the design method is capable of designing airfoils with reduced noise using a commercial 10 kW class wind turbine blade airfoil as a basis. The new optimized airfoil clearly indicates reduction of total SPL about 3 dB and higher aerodynamic performance. -
Offshore wind energy is gaining more and more attention during this decade. For the countries with coast sites, the water depth is significantly large. This causes attention to the floating wind turbine. Offshore wind turbines are designed and analyzed using comprehensive simulation codes that account for the coupled dynamics of the wind inflow, aerodynamics, elasticity and controls of the wind turbine, along with the incident waves, sea current, hydrodynamics, and foundation dynamics of the support structures. In this work, a three-bladed 5MW upwind wind turbine installed on a floating spar buoy in 320m of water is studied by using of fully coupled aero-hydro-servo-elastic simulation tool. Specifications of the structures are chosen from the OC3 (Offshore Code Comparison Collaboration) under "IEA Wind Annex XXIII-subtask2". The primary external conditions due to wind and waves are simulated. Certain design load case is investigated.
-
There have been many academic researches on the aerodynamic design of wind turbine based on blade element method (BEM) and momentum theory (MT, or actuating disk theory). However, in the real world, the turbine blade design requires many additional constraints more than theoretical analysis. The standard procedure is studied in the present paper to design new blades for the wind turbine system ranged from the small size from 1 to 10 kW. From the experience of full design of a 10 kW blade, the authors tried to set up a standard procedure for the aerodynamic design based on IEC 61400-2. Wind-turbine scale, rotating speed, and geometrical chord/twist distribution at the segmented span positions are calculated with a suitable BEM/MT code, and the geometrical shape of tip and root should be modified after considering various parameters: wing-tip vortex, aerodynamic noise, turbine efficiency, structural safety, convenience of fabrication, and even economic factor likes price, etc. The evaluated data is passed to the next procedure of structural design, but some of them should still be corresponded with each other: the fluid-structure interaction is one of those problems not yet solved, for example. Consequently, the design procedure of small wind-turbine blades is set up for the mass production of commercial products in this research.
-
Park, Kyung-Hyun;Jun, Sang-Ook;Kim, Sang-Hun;Jung, Ji-Hun;Lee, Ki-Hak;Jeon, Yong-Hee;Choi, Dong-Hoon;Lee, Dong-Ho 474
본 연구에서는 5MW급 수평축 풍력발전 블레이드에 대한 정격풍속과 낮은 풍속 영역을 고려하여 풍속에 대한 다점 최적설계를 수행하였다. 다점 최적설계를 수행하기 위해 블레이드 해석은 Blade Element and Momentum theory를 이용 하였으며, 설계 시 적용된 기저형상은 NREL에서 제안한 5MW급 풍력터빈 블레이드이다. 최적화 과정을 통해 얻어진 최적해의 집합에 대하여 L2 Norm을 통한 파레토분석을 하였으며, 이를 통해 기저형상의 연간 에너지생산량과 설비 이용률을 보다 향상 시킬 수 있었다. -
As a first step for aerodynamic analysis of vertical axis wind turbine, dynamic stall characteristics of airfoil was investigated. Dynamic stall of wind turbine airfoil is caused by severe variation of angle of attack and relative velocity of flow around airfoil. Angle of attack and relative velocity can be expressed with tip speed ratio. Variation of angle of attack is strongly dependent on the tip speed ratio. For tip speed ratio, 1.4 and free stream velocity, 15m/s, dynamic stall characteristics of wind turbine airfoil is compared with those of oscillating airfoil having same angle of attack variation.
-
This paper is foundation paper about national wind map verification using remote sensing, based on analysis of comparison between numerical simulation and remote sensing on complex coastal area of regional coast. As a result analysis using NCAR/NCEP, wind direction of numerical simulation and remote sensing is same. but, wind direction of some case is showed different. Such as this result, if it would be used without verification of analyzed data, present ability of occurring lots of error, and it will be verified based on using survey data or atmospheric data.
-
분산전원의 양적,질적 성장이 가속화되고 전력계통과의 활발한 연계가 예상되는 시기에 기존계통과는 달리 수용가에 전력품질측면으로 미치는 영향에 대한 심층적인 분석과 대안책을 마련하지 않는다면 수용가의 전기안전을 장담할 수 없게 되었다. 따라서 이에 본 논문은 분산전원중에서 풍력발전단지가 전력계통에 연계시 수용가에 미치는 영향을 실측 데이터를 이용해서 전력품질 영향을 분석하였으며, 풍력발전단지가 충분히 발전을 할 때, 인근 수용가의 고조파 패턴은 주로 영향을 받는다는 사실을 확인 할 수 있었다.
-
We investigated wind environment impact of the building of the KIER Waljeong Station in Jeju Island. From the preliminary qualitative analysis using the VirtualWind simulator, we confirmed that an influence caused by the 11m-tall 30m-aparted building on the 1.5MW wind turbine at Waljeong Station in not negligible. As a next step, VirtualWind simulation and the 100m met-tower measurement at the Waljeong Station is going to be compared to identify a building effect quantitatively.
-
Wind turbines produce aerodynamic noise which fluctuate periodically at a blade passing frequency. This sound characteristic is called amplitude modulation, or swishing sound. Several previous studies claimed that this amplitude modulation has a possibility to increase noise annoyance. Thus, this study performed a listening test to find the relationship between the amplitude modulation in wind turbine noise on noise annoyance. The stimuli for the listening test was recorded from a 1.5MW wind turbine in Jeju island. The result of the listening test shows that the amplitude modulation in wind turbine noise significantly increase noise annoyance. Moreover, this study analytically examined the effect of amplitude modulation on noise perception. The result indicates that amplitude modulated sound can be easily perceived even though the background noise level is higher than the sound level of the signal.
-
Nowadays in Republic of Korea, there is no distinct reference for the related design technology of rotor blade of wind turbine. Therefore the optimum design and evaluation of performance is carried out with foreign commercial code softwares. This paper shows in-house code software that evaluates the aerodynamic design of wind turbine rotor blade using blade element-momentum theory (BEMT) and processes that is applied through various aerodynamics theories such as momentum theory, blade element theory, prandtl's tip loss theory and strip theory. This paper presents the results of the numerical analysis such as distribution of aerodynamic properties and performance curves using in-house code POSEIDON.
-
Recently, small vertical axis wind turbine attracts attention because of its clean, renewable and abundant energy resources to develop. Therefore, a cross-flow type wind turbine is proposed for small wind turbine development in this study because the turbine has relatively simple structure and high possibility of applying to small wind turbine. The purpose of this study is to investigate the effect of the turbine‘s structural configuration on the performance and internal flow characteristics of the cross-flow turbine model using CFD analysis. The results show that guide nozzle should be adopted to improve the performance of the turbine. Optimization of the nozzle shape will be key-importance for the high performance of the turbine.
-
풍력터빈 블레이드 풍동시험의 경우 사용가능한 시험설비의 크기제한으로 인해 축소모델 사용이 불가피하며, 이로 인해 풍동시험에서는 실물 블레이드에 비해 10% 미만의 낮은 Re수에서 시험이 수행된다. 축소모델 블레이드 풍동시험 결과를 활용하여 실물 블레이드의 성능(토크)를 추정하기 위한 축소효과 보정기법을 2008년 제시하였으며, NREL Phase VI 모델 시험결과에 적용하였다. 당시 제시된 보정기법은 단일익형을 전체 블레이드에 사용한 사례이며 축소효과 보정을 위해 Re수에 따른 익형의 양력계수 변화만을 적용하였다. 본 논문에서는 당시 제안된 축소효과 보정기법을 익형의 양력계수 및 항력계수를 포함한 형태로 수정하였으며, 블레이드에 다수의 익형이 사용되었을 경우에 대해 확장하였다. NREL Phase VI 12% 시험모델의 경우 익형의 양력계수 기울기에 의한 보정량은 약 15% 정도이며, 항력계수 변화에 의한 보정량은 약 5% 정도로 나타났다. 블레이드에 다수의 익형이 사용되었을 경우 설계 또는 전산해석을 통해 구한 반경별 토크 함수를 적용하여 블레이드 축소효과를 보정할 수 있다.
-
When we urgently need to develop and supply an alternative energy, wind power is growing with much interest because it has relative low cost for generating power and small area for wind turbine. To estimate the wind power resource, it is necessary to make an observation first. Although the large wind farm and resources are near coast and mountain area, the wind energy in urban area has the strong thing of direct access to power generator. In this study, we estimate the probability of wind energy in urban mountain area using A2C (Atmospheric to CFD) model, which is used for horizontally urban scale phenomena. In the steady state results, the site C is most suitable for wind power in the point of the only wind speed. But, estimating the TKE and vertical wind shear, the site B is showing the better results than the site C.
-
In order to investigate of possibility for developing urban wind power, wind profile and wind power density are estimated using Sodar and Lidar based on surface. Since poor performance of Sodar and Lidar are often shown in a paticular meteorological condition, inter-comparison and validation with radio-sonde for each of instruments are performed. As a result, Lidar shows a good performance and wind data from Lidar are used to analyze wind profile and wind power density. It can be found that a wind power system mounted tall building in urban area is very attractive.
-
The object is to optimize the best condition of organosolv pretreatment process with sulfuric acid as a catalyst. As a material, Pitch pine (Pinus rigida) was ground and sieved through 40-mesh screen, and Celluclast and
$\beta$ -glucosidase were used as enzymes for enzymatic hydrolysis. Pretreatment processes were carried out in the minibomb, and 20 g of materials with 200 ml of 50% ethanol solution (v/v) with 1% sulfuric acid as a catalyst. Pretreatment temperature was varied from$150^{\circ}C$ to$190^{\circ}C$ , and time was varied from 0 to 20 min. Then, residual materials were used for enzymatic hydrolysis. The best conditions were selected by estimating followed enzymatic hydrolysis rate and degradable rates after pretreatment process. The highest value of enzymatic hydrolysis rate was obtained as 55 - 60% at 160 and at$180^{\circ}C$ , but the value decreased under more severe conditions. As the residual rates decreased under severe conditions, it infered that the decrease of sugar contents limits enzymatic hydrolysis rates. Combined with enzymatic hydrolysis rate, degradable rates and H-factors, the temperatures at$160^{\circ}C$ for 20 min and at$180^{\circ}C$ for 0 min were concluded as the optimized conditions where have the lowest H-factor value for considering energy input. -
다양한 유기성 폐자원이 혐기성 소화 공정 수소 생성에 미치는 영향을 고찰하기 위해 혼합균주를 사용하여 혐기 발효 회분식 형태 연구하였다. 폐자원은 부패 과일 폐수로 각각 사과, 배, 옥수수가루 및 황산염이 함유된 유기폐수 (황산염 농도 <= 1000 mg/L)를 이용하였다. 최대 수소 생성(547.1 mL)은 부패된 사과 폐수에서 나타났으며, 유입 농도는 132.2 g COD/L이다. 황산염 함유 폐수 적용결과, 황산염 농도에 관계없이 수소가 발생하였고, 잔존황산염은 pH 5.3-5.5에서 96-98 %로 나타나 황산염 환원은 발생되지 않았다. 모든 실험 조건에서 유기산은 HBu > HAc > HPr로 발생하였다. 본 연구결과 다양한 유기 폐자원에서 발효공정을 통해 수소 발생이 가능한 것으로 사료된다.
-
Lignocellulosic biomass is the most abundant organic material on earth and also promising raw material for bioenergy production. Agricultural residues in the process of bio-oil extraction, is an abundant and low-cost lignocellulosic material. The technology for conversion of lignocellulosic biomass resources to fuels and chemicals, such as ethanol, has been under development for decades. One of the well-studied technologies that are currently being commercialized is to use a dilute acid-catalyzed pretreatment followed by enzymatic hydrolysis and fermentation to produce ethanol. In this work, the dilute-acid hydrolysis of agricultural residues was optimized through the utilization of statistical experimental design. Evaluation criteria for optimization of the pretreatment conditions were based on high xylose recovery and low inhibitor contents in the hydrolyzates. The purpose of this study was to gain a more accurate understanding of the quantities of acid required for effective hydrolysis and the reactivity trade-offs with reaction time and temperature that will enable overall process optimization.
-
Kim, Dae-Ho;Choi, Jin-Ju;Vijayan, M.T.;Jung, Sun-Shin;Park, Sung-Su;Lee, Kun-Dae;Kim, Bo-Hyun 512
본 연구는 자유지방산을 포함하고 있는 저품위 유지로부터 바이오디젤을 합성하는데 있어서 외부가열 방법 대신에 마이크로파를 이용한 내부 직접가열 방법으로 고체촉매 반응을 가속화한 연구에 관한 것이다. 대두유를 원료로 KOH 균일촉매를 이용한 전이에스테르화 실험에서는 섭씨 60도 상압조건에서 반응시간 3분에 95.4%의 전환율을 획득했다. 올레산과 고체산촉매를 이용한 자유지방산 제거 실험에서는 섭씨 60도 상압조건에서 solvent free 방식의 S-ZrO2는 반응시간 20분만에 93.7%의 제거율을 보였고 Rohm&Hass사의 Amberlyst-15dry 촉매는 반응시간 30분에 82.0%의 제거율을 보였다. 또한 바이오디젤 합성에 사용된 마이크로파의 총 에너지를 측정한 결과 외부가열 방법에 비해 약 1/3 수준임을 확인했다. 이것은 기존의 heat bath를 이용한 실험결과들과 비교할 때 반응속도가 약 10배 정도 향상되면서도 에너지효율이 높다는 것을 확인한 결과로서, 저품위 유지를 원료로 하는 바이오디젤 생산공정에서 마이크로파가 매우 효율적인 가열수단이 될 수 있음을 보여주었다. -
최근 바이오디젤의 원료로 미세조류가 많은 관심을 끌고 있다. 미세조류는 물, 이산화탄소와 태양광을 이용해 광합성 성장이 가능하며, 지질(오일) 성분이 풍부하여 바이오디젤의 원료로 이용할 수 있다. 미세조류는 단위 면적당 오일 생산량이 곡물류의 50-100배 이상이며, 이산화탄소를 기질로 이용하므로 온실가스 직접 저감이 가능하다. 또한 배양시 비경작지나 황무지를 사용할 수 있으므로 기존 식용작물과 경쟁하지 않으며, 하수, 해수, 폐수 등 다양한 물자원을 이용할 수 있다. 본 연구에서는 고농도
$CO_2$ 에 내성을 지닌 Chlorella sp. KR-1을 대상으로 1 L 규모 기포탑 광생물반응기에서 균체 성장 및 지질(바이오오일) 합성에 대한$CO_2$ 농도, 가스 공급속도, 질산염 농도 등 환경 및 영향 조건의 영향을 조사하였다. 가스 공급속도 0.4 L/min에서$CO_2$ 농도를 0.03-20% 범위에서 조사하였을 때 최대 균체성장은$CO_2$ 10%에서 관찰되었다. 균체내 지방산 함량은$CO_2$ 농도 0.03%에서 가장 낮았고, 5-20% 범위에서는$CO_2$ 농도 증가에 따라 감소하는 경향이 관찰되었다. 가스 공급속도를 0.2 L/min에서 0.8 L/min으로 증가시켰을 때 최대 균체농도는 0.6-0.8 L/min의 범위에서 관찰되었고, 생체내 최대 지방산 함량은 0.4 L/min에서 관찰되었다. Nitrate 농도 1-20 mM 범위에서 최종 균체농도는 nitrate 농도 증가에 따라 10mM까지 증가하였으나 그 이상에서는 증가하지 않았다. 반면 지방산 함량은 nitrate 농도 증가에 따라 감소하는 경향이 관찰되었다. 본 실험에서 얻은 최대 지방산 생산량은 1,100 mg/L이었으며, 주요 지방산은 C10:0(1.7%), C16:0(28.5%), C18:0(11%), C18:1n9c(25.9%), C18:2n6c(26.3%), C18:3n3(6.6%)이었다. 현재 100 L 규모 광생물반응기에서 석탄발전소 배가스($CO_2$ 12-15%, SOx 50ppm, NOx 100ppm)를 이용한 바이오오일 생산 실험이 진행 중이다. -
Anaerobic biodegradability(AB), which can be determined with the ultimate methane yield by the decomposition of organic materials, is one of the important parameters for the design and the operation of anaerobic digestion plant. In this study, Biochemical Methane Potential(BMP) test has been carried out to evaluate the methane yield of agro-industrial biomasses such as cattle manure, Italian ryegrass(IRG), Oats, Rye and Barley as the forage crops, Rush, the sludges produced from milling and slaughterhouse wastewater treatment plant(SMWTP, SSWTP). In the condition of thermophilic anaerobic digestion, the ultimate methane yield and anaerobic biodegradability of forage crops ranged from 0.367 to
$0.452LCH_4$ /gVS of methane yield with AB having the range of about 77.0 to 87.3%. On the other hand, that of other substrate showed low figures compared with the forage crops because of low VS content and C/N ratio. Therefore, the forage crops could be used as a good substrate to produce much more the methane in anaerobic digestion. -
투과증발은 저 에너지 분리기술로서 공비혼합물의 분리 및 유기화화물을 선택적으로 분리하는 공정에 활용되고 있다. 투과증발공정을 위한 막으로 쓰이는 대표적인 고분자 재료인 친수성 고분자 PVA(Poly(vinyl alcohol)는 하이드로실 그룹을 포함하고 있어 물에 대한 선택도가 뛰어난 장점을 가지고 있다. 그러나 PVA는 물에 대한 친화력이 높아 투과증발막으로 적용하기 위해서는 내수성을 향상시키기 위하여 가교시킨후 투과증발막으로 사용가능하다. 본 연구에서는 PVA 분리막을 투과증발막으로 적용하기 위하여 PVA를 전기방사에 의해 나노섬유로 제조하고 제조된 나노섬유가 수용액에서 내수성을 갖게 하기 위해 10-70%의 KOH수용액에 가교화 하여 특성을 알아보았다.
-
Koo, Bon-Wook;Gwak, Ki-Seob;Park, Na-Hyun;Jeong, Han-Seob;Choi, Joon-Weon;Yeo, Hwan-Myeong;Choi, In-Gyu 520
Organic by-products derived from cellulose and lignin during organosolv pretreatments of yellow poplar wood (Liriodendron tulipifera) in the presence of$H_2SO_4$ and NaOH as catalysts, respectively, were subjected to various analyses to elucidate their effects on further performance of biological ethanol fermentation and provide preliminary data for the structure and utilization of organosolv lignin. Monomeric sugars amounted to ca. 2.2-7.7% in the organosoluble fraction of the organosolv pretreatment with$H_2SO_4$ , while significantly low amount of sugars (0.2-0.3%) were determined in that of the organosolv pretreatment with NaOH. In case of addition of$H_2SO_4$ during organosolv pretreatment of biomass, a fermentation of the organosoluble fraction could be considered as an essential process to increase an efficiency of biomass utilization as well as yield of bioethanol. Precipitates, insoluble by-products in the solvent mixture, were also cficiency oed by diverse analytical methods and revealed that these were typically composed of a lignin moiety regardless of catalyst. According to the results of nuclear magnetic resonance (NMR), Fourier Tcinsform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and Gel permeation chromatograp r (GPC), the main components of precipitates seem to be lignin polymers. However, their structures could be slightly modified during pretreatment and mixed with some carbohydrates by chemical bonds and/or physical associations. -
본 연구에서는 식물성유지와 메탄올로부터 전이에스테르화 반응에 의해 바이오디젤 제조에 사용되는 비균질촉매로 사용하기 위하여 NaX 제올라이트 촉매에 염기도를 향상시키기 위하여 KOH를 담지하여 담지량에 따른 바이오디젤 제조특성을 조사해보았다. KOH 담지량을 10wt% - 70wt%로 달리하여 Incipient wetness 방법으로 담지한후
$500^{\circ}C$ 에서 소성하여 촉매를 제조하고, 제조된 KOH의 담지량이 다른 KOH/NaX 제올라이트 촉매는 SEM, XRD, BET등을 통해 촉매특성을 평가하였고, 생성된 지방산 메틸에스테르는 가스크로마토그래피로 순도를 측정하였다. NaX 제올라이트 촉매에 KOH 담지량이 높은 경우와 촉매량이 많은 경우 바이오디젤제조에 유리하였고, 특히 반응시간과 반응온도는$120^{\circ}C$ , 2시간동안 반응한 경우 가장 좋은 지방산 메틸에스테르의 수율을 얻을 수 있었다. -
바이오디젤은 식물성 기름이나 동물성 지방과 같은 재생 가능한 원료로부터 전이에스테르화 반응을 통해 생산되는 대체 연료이다. 본 연구에서는 NaX 제올라이트 촉매에 염기성 물질인 KOH를 담지한 후 소성온도에 따라 제조된 촉매를 사용하여 바이오디젤 제조 특성을 조사하였다. 제조된 촉매의 결정구조와 성분을 분석하기위해 XRD, SEM 을 이용하였으며, 표면적을 측정하기 위해 BET 를 사용하였다. 실험결과 소성온도가
$500^{\circ}C$ 일 때 30wt% KOH/NaX 제올라이트 촉매내 K 함량이 가장 높았고, 이때 70%이상의 높은 바이오디젤 수율을 얻을 수 있었다. -
1세대 바이오디젤인 fatty acid methyl ester(FAME)의 문제점을 극복하기 위하여 많은 연구가 진행 중 이다. 소위 차세대 바이오디젤은 triglyceride의 산소 화합물을 제거하여 정유 공정을 통해 생산된 디젤과 동일한 특성을 지닌 탄화수소로 전환시킨 오일이다. 이를 위하여 수소를 첨가하여 산소를 제거 시키는 Hydrodeoxygenation(HDO) 반응이 필요하다. 고온(
$300-400^{\circ}C$ ), 고압(50-100 bar)의 혹독한 조건에서 높은 수율과 안정성을 보이는 촉매 개발이 필요하다. 이를 위하여 반응물중의 산소를 효과적으로 제거하기 위하여 산소 전달능이 뛰어난$CeO_2$ 담체에 열안정성을 높이는$ZrO_2$ 를 조합한$Ce-ZrO_2$ 담체를 선정하였으며 수소첨가 탈산소 반응에 활성을 나타낼 것으로 예상되는 니켈을 활성성분으로 선정하였다. 본 연구에서는 15%Ni-$Ce_{(1-x)}Zr_{(x)}O_2$ ($0{\leq}x{\leq}1$ )촉매를 공침법(co-precipitation)으로 제조하였으며$500^{\circ}C$ 에서 소성하였다. 촉매 특성분석은 XRD, BET, H2-TPR을 이용하였다. -
Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) power plant converts coal to syngas, which is mainly composed with hydrogen and carbon monoxide, by the gasification process and produces electric power by the gas and steam turbine combined cycle power plant. The purpose of this study is to investigate the influence of gasification process to type and structure of gasifier. For this purpose, the performance characteristics of gasification reaction are analyzed with the operation characteristic of pilot-scale 2-stage coal gasifier. It is found that gasification reaction, floating characteristic of melted slag, particle stick of inside of the gasifier, particle stick and deposit of Syngas cooler are the causes in the different performance characteristics.
-
The gasification technology is a very flexible and versatile technology to produce a wide variety products such as electricity, steam, hydrogen, Fisher-Tropsch(FT) diesels, Dimethyl Ether(DME), methanol and SNG(Synthetic Natural Gas) with near-zero pollutant emissions. Gasification converts coal and other low-grade feedstocks such as biomass, wastes, residual oil, petroleum coke, etc. to a very clean and usable syngas. Syngas is produced from gasifier including CO,
$H_2$ ,$CO_2$ ,$N_2$ , particulates and smaller quantities of$CH_4$ ,$NH_3$ ,$H_2S$ , COS and etc. After removing pollutants, syngas can be variously used in energy and environment fields. The pilot-scale coal gasification system has been operated since 1994 at Ajou University in Suwon, Korea. The pilot-scale gasification facility consists of the coal gasifier, the hot gas filtering system, and the acid gas removal (AGR) system. The acid gas such as$H_2S$ and COS is removed in the AGR system before generating electricity by gas engine and producing chemicals like Di-methyl Ether(DME) in the catalytic reactor. The designed operation temperature and pressure of the$H_2S$ removal system are below$50^{\circ}C$ and 8 kg/$cm^2$ . The iron chelate solution is used as an absorbent.$H_2S$ is removed below 0.1 ppm in the H2S removal system. -
오일샌드는 아스팔트와 같은 중질유를 10% 이상 함유한 모래 또는 사암으로서, 겉으로 보기에는 시커먼 흙이나 모래처럼 보이나 내부에는 모래(점토)와 같은 광물질이 70~80%, 에너지원으로 활용이 가능한 중질유 성분인 bitumen이 10~18%, 물이 3~5% 정도 혼합되어 있다. 본 연구에서는 이러한 오일샌드 활용방안 개발을 위하여 오일샌드로부터 bitumen의 추출 및 증류 특성에 대한 시험을 진행하였으며, 가스화를 통한 합성가스 제조, 합성가스 중 분진제거 및 탈황, CO/
$H_2$ 비 제어를 위한 합성가스 전환 등의 시험을 진행하였는데, pilot급 시스템을 이용한 합성가스 제조 시험 결과 중질잔사유를 5~7 kg/h 공급하는 조건에서 CO 40~50%,$H_2$ 20~30%,$CO_2$ 10~20% 조성의 합성가스 18~22$Nm^3$ /h를 제조하였다. -
$SF_6$ 는 이산화탄소의 23,900배의 지구온난화지수를 가지는 온실가스로서 절연성이 뛰어나 산업 분야에 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 질소+$SF_6$ 로 구성된 혼합기체로 부터$SF_6$ 를 효과적으로 분리/회수하기 위하여 가스 하이드레이트 형성을 이용한 방법을 제안하였다. 본 실험은 275-290 K의 온도범위와 3-30 bar의 압력범위에서 질소 +$SF_6$ (10, 30, 50, 70%)의 혼합기체를 사용하여 각 조성에 따른 하이드레이트(H)-물(LW)-기상(V)의 3상 평형점을 측정하였다. 또한, 고체의 하이드레이트 내부에 포집된 혼합기체의 조성과 포집되지 않은 기상의 조성을 분석함으로써 하이드레이트 형성을 이용한 공정에서의 기체분리효율을 파악할 수 있었다. 또한, 하이드레이트 생성반응 동안 시간에 따른 혼합기체의 조성변화를 측정하였다. 276.15 K에서 50%의$SF_6$ 가 포함된 혼합기체가 하이드레이트를 형성을 경우 하이드레이트상에는 85%의$SF_6$ 가 포집다는 것을 알 수 있었다. 본 실험에서 얻어진 결과는 하이드레이트를 이용한$SF_6$ 분리 공정의 중요한 기초 자료가 되며 다른 혼합 기체의 분리 공정에도 응용될 수 있을 것이다. -
최근 천연가스 개발의 중요성이 대두되면서 심해저 퇴적층에 존재하고 있는 천연가스 하이드레이트 개발에 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 심해저 퇴적층에 부존하는 가스 하이드레이트 조건과 유사하게 하기위해 3 wt% 농도의 염수를 다공성 실리카 젤 기공에 넣어 사용하였다. 기공의 직경에 따른 영향을 알아보기 위해 기공 직경이 각각 6.0, 15.0, 30.0 nm인 실리카 젤을 사용하여, 천연가스 주성분인 에탄, 프로판, 메탄+프로판 하이드레이트의 3상 (H-Lw-V) 평형을 측정하였다. 그 결과 기공의 크기가 작아질수록 각각의 벌크 상태의 에탄, 프로판, 메탄+프로판 하이드레이트에 비해 하이드레이트의 평형조건이 온도는 낮아지고 압력이 높아지는 저해효과가 커짐을 알 수 있었다. 실험값으로 부터 기공 내의 물과 하이드레이트상 사이의 계면장력 값을 Gibbs-Thomson식에 의해 구할 수 있으며, 열역학 계산을 통하여 실험값과 비교하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 심해저 천연가스 개발, 이산화탄소 심해저장 등의 가스 하이드레이트 응용 연구에 유용한 기초 자료가 될 것이다.
-
Methane hydrate is crystalline ice-like compounds which formed methane gas enters within water molecules composed cavity at specially temperature and pressure condition, and water molecule and each other from physically-bond.
$1m^3$ hydrate of pure methane can be decomposed to the maximum of$172m^3$ at standard condition. If these characteristics of hydrate are reversely utilized, natural gas is fixed into water in the form of hydrate solid. Therefore the hydrate is considered to be a great way to transport and store natural gas in large quantity. Especially the transportation cost is known to be 18~24% less than the liquefied transportation. However, when methane hydrate is formed artificially, the amount of consumed gas is relatively low due to a slow reaction rate between water and methane gas. In this study, for the better hydrate reaction rate, there is make nano fluid using ultrasonic dispersion of carbon nano tube. and then, Experiment with hydrate formation by nano fluid and methane gas reaction. The results show that when the carbon nano tubes of 0.004 wt% was added to pure water, the amount of consumed gas was about 300% higher than that in pure water and the hydrate formation time decreased. -
LFG는 약 4,500kcal/
$m^3$ 의 높은 발열량을 가지는 에너지원으로 활용이 가능한 동시에 GWP가 21인$CH_4$ 를 제거함으로써 탄소배출권(CERs) 확보를 통해 CDM 또는 ET 시장에서 유리한 위치를 선점할 수 있다. LFG의 활용기술에는 발전과 중질가스 및 고질가스 형태의 연료로 생산하는 방식이 있다. 하지만 기존의 기술은 LFG의 발생량이 일정규모 이상인 매립지에서 경제성을 가지기 때문에 국내에서는 14곳의 대형 매립지에서만 에너지원으로 활용하고 있다. 그 외 중소규모 매립지에서는 대기중으로 방출하거나 소각하여 처리하므로 가용한 에너지원이 버려지고 있을 뿐만 아니라 지구온난화에 영향을 미친다. 본 연구에서는 중소규모 매립지에서 발생하는 LFG를 경제성을 가지는 에너지원으로 활용하기 위하여 하이드레이트화를 이용한$CH_4$ 분리, 정제, 수송 연구를 진행하였으며, 이러한 연구의 일환으로 pure$CH_4$ 를 대상으로 하이드레이트 형성 시 구동력(driving force)에 따른 induction time, growth rate, gas consumption 측정을 통하여 LFG를 이용한 가스 하이드레이트 생산을 위한 운전조건 선정을 위한 기본 자료로 사용하고자 한다. -
지구온난화는 범지구적 환경문제로 매우 빠른 속도로 진행되면서 그 심각성을 더해가고 있다. 특히 해수면 상승이나 대형 태풍, 홍수, 가뭄 등의 이상기후가 빈번하게 발생되며 생태계에도 심각한 타격을 주고 있다. 이러한 지구온난화를 유발하는 물질들에 대해 도쿄의정서(Annex A)에 6대 온실가스(
$CO_2$ (이산화탄소), 메탄($CH_4$ ),$N_2O$ (아산화질소), PFC(불화탄소), HFC(수소화불화탄소),$SF_6$ (육불화황))로 정의 하여 규제대상으로 분류하고 있다.$CO_2$ 를 제외한 Non-$CO_2$ 온실가스들은 배출량이$CO_2$ 에 비해 매우 낮지만 GWP(지구온난화지수)가 매우 커 지구온난화에 미치는 영향이 상당하다. 최근 이산화탄소 이외에 지구온난화 문제를 일으키는 온실가스에 대한 많은 관심으로 대상가스의 처리 또는 재활용을 위한 신기술 및 신공정 개발에 박차를 가하고 있다. 온실가스 중 HFCs는 GWP가 1300으로 미량의 배출로도 심각한 기후변화를 일으킬 수 있는 물질로, 우리나라의 경우 1990년 이후 HFCs 배출량 증가율은 연 평균 4.9% ~ 13.8%이다. 국내외 온실가스 처리기술은 대부분 CO2에 대한 연구개발 및 실증화가 지배적이고, non-CO2에 대한 처리기술 개발수준은 미흡할 뿐만 아니라 본 연구 대상인 HFCs 의 경우에는 처리기술 연구개발이 전무하다. 특히 HFCs는 냉매 또는 발포제로 사용되는데 일반적으로 사용 후 특별한 처리과정 없이 대기중으로 배출된다. 본 연구에서는 non-CO2 가스인 HFC-134a 를 대상으로 혼합가스에서 분리 회수를 위해 하이드레이트 기술을 접목시켜 경제적, 친환경적인 기술개발을 목적으로 한다. kinetic 반응장치와 고압반응기 및 magnetic drive system 을 이용하여 stirring speed와 driving force에 따른 HFC-134a 하이드레이트 형성속도의 상관관계를 제시하고자 한다. -
A web GIS based database system of thermophysical property of rocks in Korea is under construction. Rock samples were randomly collected over the whole country and sample spacings were generally 1 to 10 km. Thermal diffusivity, spedific heat, thermal conductivity, specific heat, density and porosity were measured on a collection of 1,560 rock samples in the laboratory. The sampled rocks were classified into igneous, metamorphic and sedimentary rock types and the variables were statistically studied. The thermal conductivity were compared with thermal diffusivity, porosity and dry density to define any correlations and the distribution of thermal conductivity is characterized by the geostatistical analysis. The optimal mapping of thermal conductivity is very useful as a practical design component for any geothermal systems.
-
개별 대수층에 냉수와 온수를 저장하여 수자원과 냉난방 열원으로 활용하는 방안에 대한 평가를 지열-지하수 부정류 모델링을 통해 수행하였다. 저장 및 회수 가동 시간이 증가함에 따라서 각각의 대수층 내에 온열과 냉열이 축열되는 현상이 확인되었으며, 지하수 유동에 의해 축열된 수체가 지하수 흐름방향으로 이동하는 현상을 확인 하여 지하수 유동이 축열 정도를 결정하는 요인이 될 수 있음을 확인하였다. 설정된 모델에 대하여, 두 개의 개별 대수층 사이의 열 간섭은 거의 없는 것으로 나타났다. 주입과 양수의 가동 횟수가 증가되면, 대수층 축열 효과는 증대되는 것으로 나타났다. 열-지하수 모델링을 통한 온도 예측은 실제 냉난방의 효율성을 결정짓는 수온을 정량적으로 계산할 수 있는 유용한 기술로 평가됨과 더불어, 수자원의 지하 저장을 통해 효율적으로 물을 확보하고 관리할 수 있는 방안이 될 수 있을 것으로 기대된다.
-
Alluvium is sedimentary stratum and composed of gravel, sand, silt, clay. Permeability of alluvium is the higher. If alluvium have lots of aquifer, will be of great use heat source and heat sink of heat pump. Alluvium aquifer contain the thermal energy of surrounding ground. Also geothermal heat pump using alluvium aquifer reduce expenses than general geothermal heat pump, because geothermal heat pump using alluvium aquifer make use of single well. In this study geothermal heat pump using alluvium aquifer was installed and tested for a building. The heat pump capacity is 30USRT. Temperature of ground water is in
$12{\sim}17^{\circ}C$ annually and the quality of the water is as good as living water. The heat pump cooling COP is 4.4 ~ 4.7. The system cooling COP is 3.25 ~ 3.6. This performance is as good as BHE type ground source heat pump. -
The present study conducted comparative evaluation of wet dry floor heating systems using geothermal heat pump. Circulation hot water from geothermal heat pump which is
$10{\sim}15^{\circ}C$ lower than that from boiler was used. In order to access indoor temperature ($25^{\circ}C$ ) it took 74 minutes for dry type and 247 minutes for wet type. Average floor temperature was$23.89^{\circ}C$ for wet type and$32.66^{\circ}C$ for dry type. Energy saving rate gradually increased by 66% after 138 minutes. In the results, for floor heating system using low temperature circulation water, wet type was not enough to meet stable and comfortable radiant floor heating due to low floor temperature and access time to indoor set temperature. While dry type was practicable for stable floor heating due to fast rise of indoor set temperature and comfortable floor temperature. -
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. -
지층 내에 발달한 고투수성 단층은 유체, 에너지, 그리고 용질이 이동하는데 있어서 중요한 역할을 하는 지질구조이다. 따라서 고투수성 단층 주변부에서는 온천, 지열 이상대, 그리고 금속 광상 등이 형성될 가능성이 크다. 이 연구에서는 열-수리적 거동 모델링을 통하여 단층에 의한 온천 또는 지열 이상대의 형성 원인을 확인하였다. 단층의 구조에 따른 지하수 유동과 이에 따른 지층 내 열적 상태를 확인하기 위해서 단층 구조가 다른 3가지의 경우에 대해서 2차원 열-수리적 거동 정류 모델링을 수행하였다. 모델링 결과 단층 구조가 다른 3가지의 모든 경우에서 단층의 투수율이 커지면 단층대에서의 용출 온도가 초기 온도 보다 높아지는 경향을 확인 할 수 있고, 경우에 따라서 모암의 투수율 역시 용출온도에 영향을 미치는 것을 확인 하였다. 따라서 심부지열 개발을 위한 연구지역에 대해 보다 정확한 예측 모델링을 수행하기 위해서는 단층의 구조, 단층과 모암의 투수율, 그리고 수리지질학적 정보 등이 매우 중요하다고 할 수 있다.
-
This thesis identified basic design elements(Sustained Yield, Depth of Well, Separation Distance between wells) regarding installation of Standing Column Well, Geothermal Heat pump System by dynamic analysis.
-
Knowledge of ground thermal properties is most important for the proper design of large scale BHE(borehole heat exchanger) systems. The type, pipe size and thermal performance of the BHE is highly dependent on the ground source heatpump system-efficiency and instruction cost. Thermal response tests with mobile measurement devices were developed primarily for insitu determination of design data for large diameter BHE for triple-U spacer apply. The main purpose has been to determine insitu values of effective ground thermal conductivity and thermal resistance, including the effect of ground-water flow and natural convection in the boreholes. The test rig is set up on a some trailer, and contains a circulation pump, a inline heater, temperature sensors, flow meter, power analysis meter and a data logger for recording the temperature, fluid flow data. A constant heat power is injected into the borehole through the tripl-U pipes system of test rig and the resulting temperature change in the borehole is recorded. The recorded temperature data are analysed with a line-source model, which gives the effective insitu values of rock thermal conductivity and borehole thermal resistance of large diameter BHE for spacer apply.
-
Kang, Youn-Ku;Ryou, Young-Sun;Kim, Young-Hwa;Sung, Moon-Seok;Kim, Jong-Koo;Jang, Jae-Kyoung;Lee, Hyoung-Mo 587
The districts of underground geologic structure in Jeju island where underground air is distributed are lava cave, pyroclastic, open joint, and crushing zone. Such districts are identified to secure an enough airflow when air ventilation layer is to secure 25-35m in depth. In Jeju, Ground air is used for heating greenhouse and fertilizing natural$CO_2$ gas by suppling directly into greenhouse. But the heating method by suppling ground air into greenhouse directly bring about several problem. The occurrence of disease of the crops by high humidity is worried because the underground air which becomes discharge from underground air layer has over 90% relative humidity. The underground air is inadequate in heating for crops which need high temperature heating such as mangos, Hallbong and mandarin orange because the temperature of it is$15{\sim}18^{\circ}C$ . Also There is worry where the ventilation loss becomes larger because the air pressure inside greenhouse is high by supplying underground air directly. In this study the heat pump system using underground air as heat source was developed and heating performance of the system was analysed. Heating COP of the system was 2.5~5.0 and rejecting heat into greenhouse and extracting heat from underground air were 40,000~27,000 kcal/h, 30,000~18,000 kcal/h respectively. -
Tidal current power system is one of ocean renewable energies that can minimize the environmental impact with many advantages compared to other energy sources. Not like others, the produced energy can be precisely predicted without weather conditions and also the operation rate is very high. To convert the current into power, the first device encountered to the incoming flow is the rotor that can transform into rotational energy. The performance of rotor can be determined by various design parameters including numbers of blade, sectional shape, diameter, and etc. The stream lines near the rotating rotor is very complex and the interference effects around the system is also difficult to predict. This paper introduces the experiment of rotor performance and also the effect of design parameter on the performance of HAT rotor by CFD.
-
Recent developments such as concern over global warming, depletion of fossil fuels and increase in energy demands by the increasing world population has eventually lead to mass production of electricity using renewable sources. Apart from wind and solar, ocean holds tremendous amount of untapped energy in forms such as geothermal vents, tides and waves. The current study looks at generating power using waves and the focus is on the primary energy conversion (first stage conversion) of incoming waves for different models. Observation of flow characteristics and the velocity in the augmentation channel as well as the front guide nozzle are presented in the paper. A numerical wave tank was used to simulate the waves and after obtaining the desired wave properties; the augmentation channel plus the front guide nozzle and rear chamber were integrated to the numerical wave tank. The waves in the numerical wave tank were generated by a piston type wave maker which was located at the wave tank inlet. The inlet which was modeled as a plate wall moved sinusoidally with the general function, x=asin
$\omega$ t The augmentation channel consisted of a front nozzle, rear nozzle and an internal fluid region representing the turbine housing. The analysis was performed using the commercial CFD code ANSYS-CFX. -
A general purpose viscous flow solver Ansys CFX is used to study a Savonius type wave energy converter in a 3D numerical viscous wave tank. This paper presents the results of a computational fluid dynamics (CFD) analysis of the effect of blade configuration on the performance of 3 bladed Savonius rotors for wave energy extraction. A piston-type wave generator was incorporated in the computational domain to generate the desired incident waves. A complete OWC system with a 3-bladed Savonius rotor was modeled in a three dimensional numerical wave tank and the hydrodynamic conversion efficiency was estimated. The flow over the rotors is assumed to be two-dimensional (2D), viscous, turbulent and unsteady. The CFX code is used with a solver of the coupled conservation equations of mass, momentum and energy, with an implicit time scheme and with the adoption of the hexahedral mesh and the moving mesh techniques in areas of moving surfaces. Turbulence is modeled with the k.e model. Simulations were carried out simultaneously for the rotor angle and the helical twist. The results indicate that the developed models are suitable to analyze the water flows both in the chamber and in the turbine. For the turbine, the numerical results of torque were compared for all the cases.
-
Development of renewable energy is very important because of environmental problems caused by greenhouse effect. This is due to the use of fossil fuels which has serious consequences. Therefore, development of small hydropower can be a good countermeasure for the problems. The small hydropower is clean energy because the small hydropower generates few
$CO_2$ . Moreover, as the energy density by the small hydropower is high, it is economical for a society which wants to introduce the system. The purpose of this study is to improve the turbine performance. This study is about tubular-type hydro turbine among renewable energy that is based using the different water pressure level in pipe lines. The analysis was performed using the commercial CFD code ANSYS-CFX. -
Uldolmok tidal current power plant was constructed on May 2009 at Jindo Gun in Korea. However it had much trouble in installing structure due to the extremely fast tidal current velocity(max. 5.5m/sec) and the jacket type plant structure. Therefore in this paper, The characteristics of tidal current and sea bed topography at Uldolmok tidal current plant site are investigated, and the detailed foundation work process of the plant is described.
-
The effects of design parameters for small scale hydro power(SSHP) plants due to rainfall condition have been studied. The model to predict hydrologic performance for SSHP plants is used in this study. The results from analysis for rainfall conditions based on KIER model show that the capacity and load factor of SSHP site had large difference between the period. Especially, the hydrologic performance of SSHP site such as design flowrate due to rainfall condition of recent period varied sensitively. And also, the methodology represented in this study can be used to decide the primary design specifications of SSHP sites.
-
Im, Yu-Bin;Kwk, Do-Hwan;Wahab, Rizwan;Lee, Hyun-Choel;Kim, Young-Soon;Yang, O-Bong;Shin, Hyung-Shik 619
Recently, silica nanostructures are widely used in various applicationary areas such as chemical sensors, biosensors, nano-fillers, markers, catalysts, and as a substrate for quantum dots etc, because of their excellent physical, chemical and optical properties. Additionally, these days, semiconductor silica and silicon with high purity is a key challenge because of their metallurgical grade silicon (MG-Si) exhibit purity of about 99% produced by an arc discharge method with high cast. Tremendous efforts are being paid towards this direction to reduce the cast of high purity silicon for generation of photovoltaic power as a solar cell. In this direction, which contains a small amount of impurities, which can be further purified by acid leaching process. In this regard, initially the low cast rice-husk was cultivated from local rice field and washed well with high purity distilled water and were treated with acid leaching process (1:10 HCl and$H_2O$ ) to remove the atmospheric dirt and impurity. The acid treated rice-husk was again washed with distilled water and dried in an oven at$60^{\circ}C$ . The dried rice-husk was further annealed at different temperatures (620 and$900^{\circ}C$ ) for the formation of silica nanospheres. The confirmation of silica was observed by the X-ray diffraction pattern and X-ray photoelectron spectroscopy. The morphology of obtained nanostructures were analyzed via Field-emission scanning electron microscope(FE-SEM) and Transmission electron microscopy(TEM) and it reveals that the size of each nanosphares is about 50-60nm. Using the Inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS), Silica was analyzed for the amount of impurities. -
기존의 지능형 홈은 주거환경에서의 사용자의 편의성이 중심이 된 IT기술 기반의 홈 네트워크 중심 기술이었기 때문에 에너지 절감 측면에서의 기술 적용은 거의 이루어지지 않았으며 적용된 기술 또한 기술적 수준이 매우 미흡하였다. 본 논문에서는 이러한 주택 환경에서 에너지 절감 효율을 끌어올리기 위한 요소 인프라 기술을 유도해 내기 위해 실제 사용자의 생활 행위 패턴을 에너지 절감을 위한 구성 요소로 파악하여 실제 이러한 생활 패턴을 정형화 할 수 있는 데이터 베이스를 구축하기 위한 할 수 있는 테스트 모델을 셋업하였다. 이를 위해 복도, 출입구 그리고 현재 근무 중인 테이블에 조도 센서와 인체 감지 센서를 설치하였는데 조도 센서와 인체감지 센서는 하나의 그룹을 이루며 생활패턴을 파악하고 조도 값에 따라 실내등을 소등할 수 있도록 한다. 개개의 센서 노드에서 수집된 센싱 데이터는 브릿지에 있는 베이스 노드로 수집되고 이는 인터넷망을 통해 서버로 전달되어 DB 구축되어 진다. 이러한 시뮬레이션 테스트 모델을 통해 에너지 소비 상태를 파악하고 정형화 함으로써 에너지 절감을 위한 기술 구현이 가능해 진다.
-
주택내에서 사용되고 있는 기존의 에너지 사용량 관리 시스템의 경우는 단순한 전기 에너지 관리 시스템이기 때문에 현재와 같이 에너지를 사용하는 가전 정보기기의 증가 및 사용자 요구사항을 반영하기에는 매우 미흡하였다. 또한 최근 에너지 고갈에 대한 우려로 인해 에너지 수급 불안 및 유가 급등 등으로 국가 경쟁력 확보 차원에서 주택 내 에너지 절감 기술에 대한 필요성이 함께 증가하고 있기 때문에 기존의 방식처럼 해당 기기를 통해 전력 사용량을 모니터링 하거나 단순 제어하는 방식에서 벗어나 거주자의 기능성과 편리성을 유지하면서 주택 내의 에너지를 효율적으로 절감하기 위한 지능적 제어 방법을 제안하고자 한다.
-
외부의 전기적인 에너지원 없이 기계적인 힘에 의해 구동되는 투명하고, 유연한 에너지 발생 압력센서를 제작하기 위하여 일차원 산화아연 나노선 기반의 압전소자를 제작하였다1). 산화아연 나노선은 유연한 플라스틱 기판에 습식화학 방법을 이용하여 성장시켰다. 이 방법은 간단한 공정과, 저온 성장공정, 대면적 성장, 대량생산이 가능한 방법이다. 산화아연 나노선의 끝 부분과의 접촉을 위한 상부 전극으로는 PdAu 와 ITO가 증착된 유연한 플라스틱 기판을 사용하였다. 90 % 이상의 높은 투과율을 가진 산화아연 나노선과 ITO 상부전극을 이용하여 투명하고 유연한 에너지 발생소자를 제작하였다. 이를 이용하여 외부에서 작용하는 힘,상부전극의 형상 및 일함수와 나노발전소자의 출력과의 상관관계를 조사하였다. 제작된 투명하고 유연한 나노발전소자의 경우 0.9 kgf에서 1A/
$cm^2$ 의 전류가 발생한 것을 확인하였다. -
In this work, the activated carbons (ACs) with high porosity were synthesized from pitch by KOH chemical activation. The structure and surface properties of ACs were characterized by means of elemental analysis, X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). And, the influence of the KOH-to-pitch ratio on the porosity of the ACs was investigated using the nitrogen adsorption isotherms at 77 K and a scanning electron microscopy (SEM). As a result, pitch could be successfully converted into ACs with well-developed micro and mesopores. The specific surface areas and pore volumes were increased with an increase of the KOH-to-pitch ratio. Furthermore, it was found that the addition of KOH led to the transformation of the micropores to the meso- and macropores. In the application to electric double layer capacitors (EDLC), the pitch-based ACs showed a higher capacitance per weight and per volume, and an excellent electrochemical stability in the high voltage region.