Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 신재생 에너지 (Renewable Energy) 제 1 장 재생에너지 (Renewable Energy)

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1 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 신재생 에너지 (Renewable Energy) 제 1 장 재생에너지 (Renewable Energy)

2 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 제 1 장 재생에너지 (Renewable Energy) ■ 신 · 재생 에너지 (New & Renewable Energy) - 무공해, 무한정의 다양한 자연에너지의 특성과 이용기술을 활용하여 화석연료를 사용하는 기존 에너지를 대체하는 에너지 - 신 · 재생에너지, 신에너지, 미래에너지, 미활용에너지 ■ 우리나라는 석유, 석탄, 원자력, 천연가스가 아닌 11 개 분야 에너지 (“ 신에너지 및 재생에너지 개발 이용 보급 촉진법 제 2 조 ”) - 재생에너지 8 개 분야 : 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물 에너지 - 신에너지 3 개 분야 : 연료전지, 석탄액화 · 가스화, 수소에너지

3 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 재생에너지 태양에너지풍력에너지 수력 ( 대수력포함 ) 지열해양에너지 가연성재생에너지 와폐기물 고형 바이오매스 목탄 ( 숯 ) 바이오가스 액체 바이오연료 도시폐기물 IEA 의 재생에너지 분류

4 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 재생에너지 태양에너지풍력에너지수력지열바이오매스폐기물에너지해양에너지 미국의 재생에너지 분류 재생에너지 태양에너지풍력에너지수력지열바이오매스폐기물에너지매립지가스바이오가스해양에너지 유럽연합의 재생에너지 분류

5 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 신에너지 태양에너지풍력에너지폐기물에너지바이오매스연료전지 청정에너지 자 동차 천연가스 열 병합발전 미이용에너지 일본의 신에너지 분류

6 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 한국의 재생에너지 분류 태양광 태양열 지열 바이오 매스 해양 에너지 폐기물 에너지 소수력 풍력 석탄 액화가스 연료 전지 수소 에너지 재생에너지 신에너지

7 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 친환경 에너지 자연에너지 태양에너지 ( 태양광, 태양열, 태양전지 ) 해양에너지 ( 파력, 조력, 해양온도차 ) 풍력 소수력 바이오매스 지열 신에너지 석탄의 신이용기술 ( 석탄의 액화, 가스화 ) 신발전 기술 ( 연료전지, MHD 발전, 고효율가스터빈 ) 에너지 이용합리화 ( 전력저장, 히트펌프, 열저장, 고효율 전력기기 ) 신연료 ( 메탄올, 수소 에너지 ) 재활용에너지 폐기물 재생에너지 ( 가연성 쓰레기, 폐타이어, 폐유 및 폐유기용제 ) 친환경 및 대체에너지

8 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 비재생에너지 (Nonrenewable Energy) ■ 석탄 (Coal) - 여러 가지 식물원이 땅 속에 묻혀져 오랜 세월이 흘러서 생성됨 - 이탄 => 갈탄, 역청탄, 무연탄 - 다른 화석연료의 에너지원보다 매장량이 풍부 - 석유에 비해서 단위질량당 발열량이 다소 낮음 - 고체형태로서 취급하기 불편함. - 공해요인이 되는 불순물을 다량 포함 - 석유의 대량생산에 의하여 주요한 에너지로의 가치를 상실 그림 1-6 비재생에너지

9 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 그림 1-7 연도 / 지역별 석유 및 액화가스 생산량 현황 및 2004 시나리오 ■ 석유 (Oil) - 현대 사회에서 가장 많이 사용하는 주 에너지원 - 석유라는 원유 + 석유제품 => 원유 - 석유와 가스는 함께 매장, 가스가 용해된 상태에서 경질유와 결합 - 액체이며 석탄보다 취급이 용이하고 열효율이 높다.

10 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 ■ 천연가스 (Natural Gas) - 천연가스의 생성과정은 석탄과 유사 - 석유가 생산될 때 함께 섞여 생산, 또는 별도로 생산 - 천연가스의 주요성분은 80~85% 가 메탄가스 - 공해물질의 함량이 적어 에너지원으로 이용가치가 높음 - 기체상태 => 저장문제와 운송문제가 수반 => 천연가스 액화기술 개발 => 대량저장, 원거리 대량 수송이 가능 - 액화천연가스 (LNG; Liquified Natural Gas). 천연가스가 생성될 때 포함된 수분과 질소 같은 불순물을 제거한 후, -162 °C 로 액화시킨 상태로 수송하여 다시 기화시켜 사용. 1996 년 국내에 최초로 도입, 사용량이 증가하는 추세. 공해요인이 거의 없는 청정에너지. 폭발범위가 적어서 위험성 측면에서 어느 정도 보장이 가능, 높은 발열량에 따라 그 이용범위가 다양

11 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지. 도시가스인 가정용 연료, 발전용 또는 산업용 가스 보일러의 연료. LNG 냉열 ( 공기를 액화시켜 액체산소, 액체질소, 액체 드라이아이스 생산, 식품의 냉동 및 냉장, 고무, 플라스틱, 금속을 저온분쇄하여 가공처리 시 이용 ) ■ 원자력 (Nuclear) - 우라늄의 핵분열에 의한 질량 감소 분 만큼의 에너지를 이용 - 원자폭탄을 서서히 반응시키는 물리적인 현상 - 원자력발전 ( 원자의 핵분열에서 발생하는 반응열을 이용하여 전기를 생산 ) - 원자력선 ( 원자로 열을 동력으로 생산 ) - 열을 직접 이용하는 원자력 제철, 지역난방, 해수의 담수화 - 핵폐기물 처리문제, 안전문제가 심각히 대두

12 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 그림 1-8 재생에너지 재생에너지 (Renewable Energy) ● 태양열 ● 태양광 ● 풍력 ● 수력 ● 지열 ● 바이오매스

13 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 환경 문제 오존층 (Ozone Layer) 대류권 : 지구표면으로부터 10 km 고도까지, 모든 인간활동의 영역 성층권 : 지구표면으로부터 10 ~50 km 사이 그림 1-9 대기오존

14 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 오존 (O 3 ) : 푸른색, 강한 냄새를 갖고 있음 - 1,000 만 개의 공기분자 중에서 200 만 개가 보통의 산소, 3 개가 오존 - 햇빛 복사의 일부를 흡수, 특히 UVB 라는 자외선 빛의 일부를 흡수 - UVB : 피부암, 백내장, 일부 농작물과 재료, 해양생명체에 해를 끼침 - 오존의 농도는 태양흑점, 계절, 위도에 따라 자연적으로 변동 산소 (O 2 ) : 무색, 무취 그림 1-10 오존층 파괴 과정

15 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 그림 1-11 CFC 종류

16 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 그림 1-12 지구의 오존, 화산폭발, 태양 사이클 그림 1-13 2003 년 가을의 남극 오존층 수준 (Source : NOAA TOVS satellite)

17 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 그림 1-14 온실효과 기후 (Weather) 온실효과 (Greenhouse effect) : 대기의 온실가스 ( 수증기, 이산화탄소, 다른 기체들 ) 는 배출되는 에너지의 일부를 가두어서 온실의 유리패널과 같이 열을 유지 온실효과 → 지구의 표면온도가 알맞은 환경인 15.6 °C 가 됨 화석연료의 연소, 인간활동 → 이산화탄소의 농도를 증가 → 온실가스 농도 증가

18 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 그림 1-15 지구의 평균 표면온도 ( 육지와 해양 ) 연간 편차 변화 (1880-2008) 및 표면온도 편차의 세계지도 ( 온도, ℃ ) (Source: Goddard Institute for Space Studies, Surface Temperature Analysis) 그림 1-16 서울 평균기온의 경년 변화도 (Source: 기상청 날씨정보 )

19 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 재생에너지의 중요성 환경에 더욱 친화적이다. 지속성을 가지며, 고갈되지 않는다. 지속성 (Sustainability) : “ 자체 수요를 충족하기 위하여 향 후 생산능력의 손상이 없이 현재의 수요 ” 를 충족 지역적으로 개발 → 에너지에 소비되는 비용은 그 나라에 남음 → 더 많은 일자리를 창출하며, 경제성장을 촉진 에너지 안보 (security) : 경제적 안보, 국가적 안보

20 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 표 1.1 미국의 재생에너지 소비, 2003-2007 ( 단위 : Quadrillion Btu) 에너지 원 20032004200520062007 재생에너지 6.1506.2616.4446.9226.830 기존의 수력 2.8173.0233.1543.3743.615 지열에너지 0.3310.3410.343 0.353 바이오매스 2.8252.6902.7032.8692.463 태양에너지 0.0640.0650.0660.0720.080 풍력에너지 0.1150.1410.1780.2640.319 Btu (British Thermal Unit) : 1 Btu = 1,055 J = 252 cal 재생에너지 시장

21 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 그림 1-17 2007 년 미국에서 사용한 에너지원별 비율

22 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 단위 200520062007 새로운 재생에너지 용량 투자 ( 연간 ) billion $405571 재생에너지 전력용량 ( 현재, 대수력 제외 ) GW182207240 재생에너지 전력용량 ( 현재, 대수력 포함 ) GW9309701,010 풍력에너지 용량 ( 현재 ) GW597495 계통연계형 태양전지 용량 ( 현재 ) GW3.55.17.8 태양광전지 생산 ( 연간 ) GW1.82.53.8 태양열 온수 용량 ( 현재 ) GWth88105128 에탄올 생산 ( 현재 ) billion litters333946 바이오디젤 생산 ( 현재 )billion litters3.968 표 1.2 재생에너지 관련 전 세계 주요 통계수치 변화

23 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 Top 5 국가 #1#2#3#4#5 2006 년 연간 총량 새로운 용량 투자 GermanyChinaUnited StatesSpainJapan 풍력에너지 추가 United StatesGermanyIndiaSpainChina 태양광 전지 추가 ( 계통연계 ) GermanyJapanUnited StatesSpainSouth Korea 태양열 온수기 추가 ChinaGermanyTurkeyIndiaAustria 에탄올 생산 United StatesBrazilChinaGermanySpain 바이오디젤 생산 GermanyUnited StatesFranceItalyCzech Republic 2006 년 현재 용량 재생에너지 전력용량 ChinaGermanyUnited StatesSpainIndia 소수력 ChinaJapanUnited StatesItalyBrazil 풍력에너지 GermanySpain/United StatesIndiaDenmark 바이오매스에너지 United StatesBrazilPhilippinesGermany/Sweden/Finland 지열에너지 United StatesPhilippinesMexicoIndonesia/Italy 태양광 전지 ( 계통연계 ) GermanyJapanUnited StatesSpain Netherlands/ Italy 태양열 온수기 ChinaTurkeyGermanyJapanIsrael 표 1.3 재생에너지 보급량 관련 분야별 Top 5 국가순위

24 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 국가 / 지역 2006 년 현재목표국가 / 지역 2006 년 현재목표 세계전체 18%- 기타 선진국 /OECD 국가들 EU-2514%21%(2010)Australia7.9%- EU 국가들 Canada59%- Austria62%78%(2010)Israel-5%(2016) Belgium2.8%6.0%(2010)Japan*0.4%1.63%(2014) Czech Republic4.2%8.0%(2010)Korea1.0%7%(2010) Denmark26%29%(2010)Mexico16%- Finland29%31.5%(2010)New Zealand65%90%(2025) France10.9%21%(2010)Switzerland52%- Germany11.5%12.5%(2010)United States9.2%- Greece13%20.1%(2010) 개발도상국 Hungary4.4%3.6%(2010)Argentina*1.3%8%(2016) Ireland10%13.2%(2010)Brazil*5%- Italy16%25%(2010)China17%- Luxembourg6.9%5.7%(2010)Egypt15%20%(2020) Netherlands8.2%9.0%(2010)India4%- Poland2.6%7.5%(2010)Malaysia-5%(2005) Portugal32%45%(2010)Morocco10%20%(2012) Slovak Republic14%31%(2010)Nigeria-7%(2025) Spain19%29.4%(2010)Parkistan-10%(2015) Sweden49%60%(2010)Thailand7%- United Kingdom4.1%10%(2010) 표 1.4 국가별 전기생산량에서 재생에너지의 공급비중 (2006 년 현재와 목표, %) * 주 ) Argentina, Brazil, Japan 은 대형 수력발전을 포함하지 않은 숫자임 ( 대형 수력발전을 포함하면 35%, 75%, 10% 임 )

25 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 그림 1-18 세계 에너지 소비시장 (1980-2030) ( 단위 : 1 Quad. Btu) (Source: International Energy Outlook 2008: IEO2008) 세계 에너지 수요와 경제 전망

26 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 그림 1-19 세계 에너지 소비시장 : OECD 국가와 비 OECD 국가 (1980-2030) ( 단위 : 1 Quad. Btu) 1.Energy Information Administration(EIA), International Energy Annual 2005 (June-October 2007) 2.EIA, World Energy Projections Plus(2008)

27 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 에너지원별 세계 에너지 소비량 전망 그림 1-20 에너지원별 사용되는 세계 에너지 시장 (1990-2030) ( 단위 : 1 Quad. Btu) (history, projection)

28 Renewable Energy 제 1 장 재생에너지 Exponential Growth & Resource Depletion Year EndAmountYear EndAmount 0$ 1,00012$ 3,138 1$ 1,10013$ 3,453 2$ 1,21014$ 3,798 3$ 1,33115$ 4,178 4$ 1,46416$ 4,596 5$ 1,61017$ 5,056 6$ 1,77118$ 5,562 7$ 1,94819$ 6,118 8$ 2,14320$ 6,730 9$ 2,35721$ 7,403 10$ 2,59422$ 8,143 11$ 2,854 Table 1.2 Money in the bank – an example of 10 % annual exponential growth * Useful approximate relationship between the doubling time (in years) and the percentage growth Doubling time = 70 yr / % growth rate