에너지 생성에 따른 탄소배출문제로 국제 에너지 기구는 세계 주요국의 에너지 효율을 15~30[%]이상 향상시키도록 권고하고 있으며, 국내 에너지 정책 동향도 에너지 절감 및 탄소 배출에 대해 정부에서 인센티브 및 페널티 프로그램을 제고하는 방향으로 가고 있다. 각국의 산업 현장에서 유체 이송용 펌프가 전기에너지의 20[%]를 소비하고 있는 실정으로, 주요 에너지 낭비 요인으로는 장시간 운전에 따른 효율 저하, 부적절한 설계 및 설비 등이 있다. 이러한 낭비를 줄이기 위해 펌프의 효율을 측정하여 펌프의 운전 상태를 진단하고자, 본 논문에서는 열역학적 방법으로 온도와 압력센서만을 활용하여 펌프의 최고 효율점을 측정할 수 있는 방법을 제시하고 실제 펌프의 효율을 계산하여 펌프제조사에서 제공한 성능곡선과 비교한 결과 유사한 성능곡선을 얻어 그 유효성을 확인하였다.
글로벌 기후변화 및 에너지 부족이라는 문제는 단순한 어려움이 아니라, 인류 생존의 위협이라는 문제로 다가오고 있다. 이에 따라 국제 환경에서도 탄소배출 규제라는 공감대가 형성되어 향후 점차 에너지 소비 및 탄소배출 저감이라는 문제가 더욱 강조될 것이다. 이러한 즈음에 맞추어 국내 전체 에너지의 25%를 차지하고 있는 건물 에너지 소비에 대한 관리 분야는 국가적으로도 관심을 소홀이 할 수 없는 부분이다. 이에 지식경제부에서는 100대 전략 후보기술에 "건물 및 집단 에너지 최적 운영 시스템" 분야를 선정해 놓고 있다. 이에 본 고에서는 건물 에너지관리 기술에 대한 현황 및 동향에 대하여 알아보고, 최근 건물 에너지관리 분야에서 주요 기술로 인식되고 있는 통합관제센터에서 다수 건물의 에너지를 모니터링하고 관리함으로써 건물 관리 측면에서 경제성을 제공하고, 통합관제센터의 에너지 전문가 또는 전문가 시스템에 의해 에너지 최적화 방안을 도출해내는 원격 에너지관리 시스템 기술에 대하여 알아본다. 이를 위해 현재 대표적인 연구개발 사례로 고효율 건물 에너지 감응형 EMM 플랫폼 기술개발에 대하여 알아보도록 한다.
본(本) 연구에서는 에너지절약을 위한 주요 정책수단(政策手段)인 저리융자나 세제감면 또는 특별감가상각 인정 등 에너지절약 비용측면의 금융 세제지원이라는 과인성(課引性)정책과, 에너지수요조절를 위한 에너지가격 규제해제(energy price deregulation)나 에너지세(稅)의 추가부과 등 가격관리(조세) 정책의 경제적 효과를 비교 분석하였다. 그리고 에너지세(稅)부과의 경우 과세단계별 효과분석을 통하여 바람직한 과세포인트를 선택하고, 이를 통하여 현행 에너지절약 지원(支援)정책이나 에너지가격 및 조세체계에 대한 개선방향을 모색하였다. 분석결과, 약간의 물가상승 압박효과를 감수하더라도 에너지가격통제 해제나 에너지세 부과가 금융 세제지원제도에 비하여 에너지절약에 있어 그 효과가 크게 나타났다. 또한 에너지과세의 경우 그 대상과 실행시기에 대해서도 신축성을 기하는 것이 바람직한 것으로 나타나 에너지의 소비감소라는 효율성 측면과 함께 수반되는 물가압박요인을 고려하여 신중히 결정되어야 할 것으로 보인다. 그렇지만 단기적으로 에너지가격의 상승을 감수하더라도 DSM 프로그램비용을 자본화해 나감으로써 점진적으로 가격상승요인을 흡수하고 효과적인 에너지소비의 절약을 통하여 국민경제의 에너지비용을 줄여나갈 수 있는 종합적인 에너지대책이 마련되어야 할 것이다.
최근에 에너지 효율적이며 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하기 위한 많은 라우팅 기법의 연구가 진행되고 있다. 하지만 현재까지 무선센서네트워크에서의 표준 라우팅 기법이 없는 상황에서 신뢰성을 제공하기 위한 새로운 라우팅 기법을 제안하는 것은 실용적이지 않으며 비효율적이다. 본 논문에서는 신뢰성 있는 데이터 전송을 범용적으로 보장하기 위해서 기존의 라우팅 기법의 신뢰성 및 확장성을 제공하는 모듈기법인 DRDT(Delay-based Reliable Data Transmission)를 향상시킨 ADRDT(Advenced Delay-based Reliable Data Transmission) 기법을 제안한다. ADRDT는 수신노드가 불안정한 링크상태로 인해 데이터 수신을 실패하는 경우 데이터를 오버히어링한 헬퍼노드(helper node)의 협력적인 재전송을 통해 신뢰성을 제공한다. 헬퍼노드는 수신노드의 이웃노드가 데이터를 오버히어링할 때 딜레이를 이용한 분산적 방법을 통해 동적으로 선정되며, 수신노드와의 링크상태를 고려하기 때문에 효과적으로 재전송 횟수를 감소시킨다. 제안 기법은 기존 기법과 비교해 전송 비용을 약 16.5% 감소시킨다.
우리나라를 포함하여 전 세계적으로 기후변화로 기인하는 기상변동성 증가 등의 원인으로 물, 식량, 에너지의 시공간적 불균형이 발생할 것으로 전망되고 있다. 특히 미국 캘리포니아 2012-2015 대가뭄, 우리나라의 2013-2015 대가뭄 등 물부족의 위험 가능성이 증폭됨에 따라, 이와 관련된 에너지와 식량 등의 연계자원들도 기존의 방법과 같이 관리되고 활용하는 것에 한계점이 도달하고 있다. 기후변화와 같이 기상학적 스트레스 증가와 더불어, 국제적으로 인구증가 및 도시화가 확대될 것으로 전망되며, 한국, 미국, 중국, 인도 등에서 물안보에 대한 우려가 현실로 다가오고 있으며, 세계경제포럼(world economic forum)의 "전 지구적 위험도 인지 조사"에서도 물, 식량, 에너지 위기에 대한 심각성을 강조하고 있다. 물, 식량 그리고 에너지는 서로 밀접한 연관성을 가지고 있으며, 개별 분야에서의 문제는 그 자체의 위기로 그치지 않고 다른 타 분야의 위험도를 증폭시키는 원인으로 작용하게 된다. 과거와 다르게 교통, 물류 등의 발달로 물, 식량 및 에너지의 국가간 의존도가 더욱 증가하는 방향으로 전개되고 있으며, 세 가지 자원의 연계성 강화는 결국 상호위기를 선제적으로 대응할 수 있는 방법으로 전망된다. 따라서 물안보 및 물복지 실현을 위한 물과 에너지의 저비용, 고효율의 최적화 방안은 상당히 중요한 요인이 될 수 있다. 이를 위해 본 논문에서는 자원간 Trade-off, 평가 등 에너지소비를 줄이고 에너지 효율성을 증가하며 에너지 절약형 기술에 개발에 중점을 두는 방안을 찾아야 한다. 또한 원예시설 및 관개 기술의 개선에 따른 물과 에너지 소비량 비교 분석, 시설원예 산업의 에너지 생산성 및 절약형 기술 등 에너지-물-식량 분야의 상호연결을 정량화하고 최적화하는 방안들을 지속적으로 모색해야 할 필요가 있다.
센서 네트워크 관련 여러 연구 중 대표적인 것이 센서 노드로 클러스터를 구성하여 센서 노드의 에너지효율을 높이는 것이다. 그러나 기존의 연구는 센서에서 취득한 환경정보에 의한 센서 노드의 동작을 고려하지 않았다. 따라서 센서 노드는 환경정보와 무관하게 TDMA 스케줄을 설정하고 에너지 비효율적으로 동작했다. 본 논문에서는 다양한 응용 환경에 유연하게 적용할 수 있는 클러스터 기반 에너지 효율적인 스케줄링 기법을 제안했다. 이 기법은 환경정보인 응용 계층에서 취득한 정보를 하위 MAC 계층에 반영하여 클러스터의 스케줄을 설정하게 된다. 응용 계층의 정보는 클러스터 헤드에서 감지한 데이터와 비교하여 유사성 정도에 따라 스케줄링을 계획한다. 유사성 결과에 따라서 데이터 전송을 결정하게 되므로 환경의 특징 반영이 가능하고 에너지 효율적인 동작이 가능하다. 제안된 기법이 클러스터를 이용한 대표적인 방법인 LEACH 및 LEACH-C 프로토콜과 비교하여 에너지 효율적인 측면에서 우수함을 시뮬레이션을 통하여 보였다.
무선 센서 네트워크는 제한된 에너지를 갖는 배터리에 의해 가동되며 한번 배치되면 사용자가 접근할 수 없고 배터리 교환이 불가능하다. 따라서 네트워크의 수명을 늘리기 위하여 네트워크 디자인 시에 에너지 효율성이 매우 중요하게 고려되어야 한다. BCDCP 기법에서는 모든 센서가 CH(클러스터 헤드)로 데이터를 보내고 CH는 BS(베이스 스테이션)로 취합된 데이터를 송신하는 효율적 클러스터링 프로토콜이지만 규모가 큰 네트워크에서는 적합하지 않으며 노드들의 물리적 위치를 고려하지 않기 때문에 효율성이 떨어진다. UCR 기법의 경우 BS에와 노드들의 거리만을 고려하기 때문에 BS에 가까운 노드가 빨리 죽는 문제가 있다. 본 논문에서는 균형된 에너지 소비를 통하여 네트워크 수명을 늘리기 위한 삼각모양 클러스터 라우팅 프로토콜(TSCRP- Triangular Shape Cluster Routing Protcol)을 제안한다. 본 기법은 비교적 간단하게 운영되기 때문에 헤드 선출에 필요한 오버헤드가 적고 센서들의 에너지 보유량뿐만이 아니라 센서들과 BS간의 거리를 유기적으로 결합하여 리더 노드를 선정하기 때문에 다른 기법에 비해 효율적이다. 실험에 의하면 TSCRP가 LEACH, BCDCP, UCR보다 우수한 것으로 나타났다.
사물인터넷은 다양한 기기들이 서로 연결되어 효율적인 에너지 소모와 높은 보안을 유지하기 위해 경량의 메시징 프로토콜인 MQTT와 암호화 프로토콜인 SSL/TLS를 사용한다. SSL/TLS의 cipher suite 협상 단계에서 기기에 고정된 cipher suites로부터 선호도가 가장 높은 cipher suite를 선택한다. 선택된 cipher suite는 해당 통신 중에 필수적으로 제공받아야 하는 무결성, 기밀성을 제공하지만 필요 이상으로 높은 강도의 보안성을 제공할 수 있다. 이러한 한계는 에너지를 필요 이상으로 소비하게 만들 수 있으므로 본 논문에서는 SSL/TLS를 사용한 기기들의 에너지 효율성을 향상시키는 퍼지 기반 cipher suite 결정 기법을 제안한다. 실험을 통해 제안 기법은 기존 기법보다 에너지 효율성이 평균 36.03% 향상되었다.
에너지에 대한 수요가 급증하게 되면서 에너지의 효율적인 운영관리가 대두되기 시작하였다. 따라서 기존 전력 및 신재생에너지 기술에 ICT 기술이 융합된 스마트그리드 기술이 전 세계적으로 각광받기 시작하였다. 스마트그리드 기술은 사용자와 공급자에게 양방향 정보교환을 통하여 더욱 합리적인 의사결정이 가능하게 하였으며, 이러한 의사결정은 에너지의 효율적인 공급과 효율적인 사용으로 인한 에너지 낭비제거 그리고 에너지 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 스마트그리드의 경우 ICT 기반의 네트워크를 통하여 정보를 공유를 하고 있기 때문에 사이버 침투에 취약하다는 약점이 있다. 그래서 이러한 약점을 보완하기 위하여 보안과 관련한 연구도 활발히 진행되어야 한다. 이번 본 고에서는 스마트그리드 보안 취약점과 그에 따른 사례들을 살펴보고 이에 대한 대응방안에 대하여 간략히 기술하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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