신재생 에너지 2015. 09. 14.

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1 신재생 에너지

2 1. 에너지 에너지란? - 일을 할 수 있는 힘 - 어원은 그리스어인 '에르곤＇에서 나온
'에네르게이아'이며, '일을 하는 능력'이라고 정의

3 1. 에너지 - 화석연료 화석 연료(Fossil fuel) 오래전 서식했던 유기체의 잔존물로 인하여 생성된 에너지 자원 장점
- 에너지원 중에 값이 저렴에너지의 전환이 용이 - 화력발전소를 지을 때 비교적 저렴한 가격에 도시인근지역에 입지 조건의 구애 없이 바로 건설이 가능 단점 - 화석연료 연소시 이산화탄소(지구온난화)와 각종 오염물질이 배출되어 환경오염 - 화석연료 고갈 - 지역별 매장량의 편차

4 1. 에너지 - 화석연료

5 1. 에너지 – 화석연료 - 석탄 석탄은 태고에 지각변동으로 매몰된 식물체 위에 점차 두꺼운 퇴적물이 덮혀 산소공급이 중단된 상태하에 분해작용을 거쳐 생성 식물에 셀룰로오스 성분으로 들어있던 H, N, O 등의 대부분과 C성분의 일부가 메탄가스(CH4),암모니아(NH3), 수분 등으로 변하여 달아나고 남은 탄소가 주성분

6 1. 에너지 – 화석연료 - 석탄 약 3억년 전~2,500만년 전에 살았던 식물들이 땅속에서 분해되어 생성
식물들이 지각 변동이나 기상 현상으로 수중으로 퇴적. 산소를 충분히 공급받지 못하여 서서히 분해 퇴적층이 지속적인 열과 압력을 받아 대부분의 H, N, O와 C성분의 일부가 날아가고 탄소가 주성분으로 남게 됨(석탄화 과정) 탄화 작용은 토탄  갈탄  역청탄  무연탄 순으로 진행되고, 탄화 작용이 진행되면서 탄소의 비율이 증가

7 1. 에너지 – 화석연료 - 석유 원유(原油)는 지하의 유전(油田)에 고인 천연의 광유(鑛油)로 이를 정제(精製)하여 여러가지 석유제품을 얻게되는데 석유(石油)란 원유와 석유제품을 함께 일컫는 명칭 석유는 탄소와 수소의 결합상태에 따라 여러가지 탄화수소가 되는데 가장 간단한 탄화수소는 메탄으로서 탄소1개와 수소4개가 결합한 분자이고 좀더 크고 복잡한 탄화수소의 분자에서는 골격을 이루는 탄소들이 사슬모양(헥산), 고리모양(벤젠)으로 연결 이 원유는 해저에 가라앉은 유기물의 부패로 100만년이상의 세월이 걸려서 만들어진 이후에 형성된 암반에 퇴적물로

8 1. 에너지 – 화석연료 - 석유 석유의 생성 과정  
호수나 바다에 살던 생물이 물속으로 가라앉고 그 위에 모래, 진흙 등이 쌓인다.  오랜 시간 동안 그 위에 지층이 쌓여 압력을 받고, 지각의 아래에서 올라오는 열을 받아 수분은 날아가고 암석을 형성  지속적으로 압력과 열을 받아 유기물들이 분해되어 석유의 성분만 남는다.

9 1. 에너지 – 화석연료 - 천연가스 천연가스의 생성과정은 석탄과 유사하며, 석유가 생산될 때 함께 섞여서 생산되기도 하나 대부분 별도로 생산 천연가스의 주요성분은 80∼85%가 메탄(CH4)가스로 되어 있는 반면에 공해물질의 함량이 지극히 적다는 이점 때문에 에너지원으로서 이용가치를 높이 평가받고 있음

10 2. 신재생에너지

11 IEA 정의 : Renewable energy(재생에너지)
“Energy derived from natural processes (e.g. sunlight and wind) that are replenished at a faster rate than they are consumed.” 소비되는 것 보다 더 빠른 속도로 재 보충되는, 자연적 과정(예 : 햇빛 및 바람)에서 얻어지는 에너지 2. 신재생에너지

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13 2. 신재생에너지

14 2. 신재생에너지 (친환경성) 기후변화대응, 온실가스 감축 수단
- CO2 감축 기여도 : 에너지효율 개선(39.6%) > 신재생에너지 보급(23.4%) > CCS 보급(16.9%) 순(IEA ETP) - (에너지안보) 석유파동, 고유가 등 에너지위기 상시화 국내 자급이 가능한 에너지원 개발은 절대 절명 과제

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16 2. 신재생에너지

17 2. 신재생에너지 – 재생 에너지 태양광 태양광 발전 －태양광 전지를 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 전환
－계산기, 손목시계, 인공위성, 발전소 등에 이용 ▲태양광 발전

18 2. 신재생에너지 – 재생 에너지 태양열 태양열 발전 －햇빛을 집열 장치를 통해 집중시켜 얻은 열을 이용해 전기를 생산
－물을 가열하여 얻어진 수증기로 발전기의 터빈을 돌려 전기 생산 ▲태양열 발전

19 2. 신재생에너지 – 재생 에너지 풍력 바람이 날개를 돌리면 날개에서 발생한 운동 에너지가 발전기를 돌려 전기를 생산
초속 4m 이상의 바람이 비교적 자주 불어오는 곳을 선택하여 설치

20 2. 신재생에너지 – 재생 에너지 수력 원리: 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐를 때 물이 가진
에너지로 터빈을 돌려 전기를 생산 장점 : 발전 비용이 적고 공해가 없다. 단점 : 생태 환경에 영향을 줌 ▲수력 발전의 원리

21 2. 신재생에너지 – 재생 에너지 해양에너지 해양에너지는 해양의 조수·파도·해류·온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 기술로써 전기를 생산하는 방식은 조력·파력·조류·온도차 발전 등이 있음 조력발전조석간만의 차를 동력원으로 해수면의 상승하강운동을 이용하여 전기를 생산하는 기술 파력발전연안 또는 심해의 파랑에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술 조류발전해수의 유동에 의한 운동에너지를 이용하여 전기를 생산하는 발전기술 온도차발전해양 표면층의 온수(예 : 25∼30℃)와 심해 500∼1000m정도의 냉수(예 : 5∼7℃)와의 온도차를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술

22 2. 신재생에너지 – 재생 에너지 해양에너지 - 조력 원리: 밀물과 썰물의 높이 차이로 발생하는 에너지로 전기를 생산,
밀물이 밀려왔을 때 물을 가두었다가 썰물 때 물을 방출하여 발전기를 돌린다. 장점 : 지속적으로 발전할 수 있다. 조수 간만의 차가 3m이상이어야 적합 조력 발전의 원리▶

23 2. 신재생에너지 – 재생 에너지 해양에너지 - 파력

24 2. 신재생에너지 – 재생 에너지 해양에너지 - 해수온도차

25 2. 신재생에너지 – 재생 에너지 지열 지열에너지는 물, 지하수 및 지하의 열 등의 온도차를 이용하여 냉ㆍ난방에 활용하는 기술
태양열의 약 47%가 지표면을 통해 지하에 저장되며, 이렇게 태양열을 흡수한 땅속의 온도는 지형에 따라 다르지만 지표면 가까운 땅속의 온도는 개략 10℃∼20℃정도 유지해 열펌프를 이용하는 냉난방시스템에 이용 우리나라 일부지역의 심부(지중 1 ~ 2 km) 지중온도는 80 ℃ 정도로서 직접 냉난방에 이용 가능

26 2. 신재생에너지 – 신 에너지 석탄액화·가스화 석탄가스화·액화 기술(Gasification and Liquefaction)은 저급연료(석탄 및 중질 잔사유)를 산소 및 스팀에 의해 가스화 시켜 얻은 합성가스(일산화탄소와 수소가 주성분)를 정제하여, 전기, 화학물질, 액체연료 및 수소 등의 고급에너지로 전환시키는 종합 기술

27 2. 신재생에너지 – 신 에너지 수소에너지 수소에너지의 특징
1) 수소의 연소 과정 : 2H2 + O2 → 2H2O + Energy(28,670 Kcal/kg) CF) 메탄=11,950 Kcal/kg, 프로판=3,640 Kcal/kg, 부탄=10,930 Kcal/kg 2) 수소는 연소 시에 극소량의 (질소)가 생성되는 것을 제외하고는 공해물질이 배출되지 않음. 3) 또한 수소는 이 세상에서 가장 풍부한 화학원소로서 지구 표면을 덮은 (바다) 에는 13억7천만㎦의 물이 있고 그 속에는 엄청난 양의 수소가 들어있음 4) 수소에너지는 현재의 에너지 설비를 그대로 사용할 수 있음 5) 수소는 (가스)나 (액체)상태로 저장하여 수송할 수 있음 수소에너지의 문제점 1) 수소 에너지는 사용상 폭발 위험이 있어 안정성이 큰 문제 2) 물을 분해하여 수소를 얻으려면 더 많은 양의 에너지가 소모됨 3) 수소 저장이 곤란 : 수소의 액화온도가 (영하 240도)임

28 2. 신재생에너지 – 신 에너지 연료전지 연료전지는 수소와 산소로부터 전기 및 열을 발생하는 전기화학적 장치 특징
1)기존의 연료는 (직접연소)를 통해 에너지를 얻었지만 연료전지는 전기화학적반응 원리를 이용하여 직접 전기를 생산함 2) 동력 효율은 상대적으로 높게 나옴 3) 반응 후 부산물 : (물), (에너지) 4) 일반 전지와 달리 연료가 계속해서 공급되는 한 연속적인 출력 생산이 가능 연료전지(FC)의 장점 1)다른 에너지원에 비해 시스템 효율 높음(전기 에너지 + 열에너지 동시 발생) 2) 별도의 구동부가 존재하지 않아 소음 없음 3) 질소산화물(NOX)을 배출하지 않아 친환경적임 4) 메탄올, 수소, 휘발유 등 다른 원료 사용 가능 연료전지(FC)의 단점 1) 연료전지의 가격이 비싸다 2) 현재까지 기술로는 내구성과 신뢰성이 부족

29 징점 단점 태양열  무공해  무한량  무가격 밀도가 낮고, 간헐적임 비경제적 에너지량과 질의 관계가 정비례하지 못함 태양광    간단히 설치할 수 있습니다. 유지 비용이       소음과 진동등이 없어 환경 오염을    일으키지 않습니다. 수명은 20년 이상으로 많은 공간이 필요   태양전지의 재료는 아직까지 값이 비싼 반    도체 재료인 실리콘을 많은 비용이 듭니다. 바이오 매스 지구온난화 진행억제에 기여 메탄가스이산화탄소로 전환하는 부가적인 유익한 효과 잠재적 에너지의 가치가 높다. 산림고갈의 우려 바이오매스의 생물학적 공정이 복잡 풍력 무한정의 청정에너지원 풍력발전시설은 가장 비용이 적게 들고, 건설 및 설치기간이 짧습니다.    토지 이용의 효율성 바람이 항상 부는 것이 아니기 때문에 에    너지를 저장하기 위한 충전기술이 사용되    어야하고 이는 비용이 많이 든다. 소수력 발전원가 저렴 무공해 수몰 보상 지역적 편재 지열 발전 비용이 저렴함 깨끗함 우리나라에는 적격지가 없음 해양 에너지 조력발전 : 파력발전 해양온도차발전    - 깨끗함.    - 양이 무한함.    - 에너지 공급량이 규칙적임 조력발전 : 수몰 지역 발생해안 생태계에 영향 시설 규모가 크다. 파력발전 발전량에 비해 시설비가 비쌈. 에너지 밀도가 작음. 소비자와의 거리가 멀다. 해양온도차발전 : 소비자와의 거리가 멀다.에너지 밀도가 작음. 시설비가 비쌈. 폐기물 에너지 원료(폐기물)의 가격이 낮거나 도    리어 처리비를 받을 수 있어 에너    지 회수의 경제성이 비교적 높습니다. 폐기물양 감소 환경오염의 방지 효과를 거둘 수 있습니다. 고도의 기술과 연구 개발이 요구. 폐기물 에너지화 과정에서 또 다른 환경    오염(공해)을 유발 문화나 산업의 특성에 따라 다른 많은 처리    기술이 필요

30 연료 전지 저공해 고효율 에너지원 차세대 에너지원 새로운 시장. 발전소 건설비용    (기존의 화력 발전소 건설에    는 kW당 1,200$이 소요되나,    연료전지 발전소 건설에는    현재 3,000$ 이상이 필요 연료전지의 수명과 신뢰성    을  향상시키는 기술적 연구    개발이 더 이루어져야 합니다. 석탄 액화 가스화 석탄 :    - 부존량이 풍부    - 편재성이 석유보다 적음    - 가격이 저렴함 가스 :    - 불순물 거의 없음    - 연소조정 편리    - 연소장치 간단    - 석유와 유사특징 석탄 :    - 취급의 불편    - 재의 처리문제    - 공해 대책이 필요    - 수송시설(infrastructure)    - 노동력 확보 가스 :    - 기체로서 저장과 해상수송      상의 제한    - 거액투자 소요(LNG)    - 고가격(LNG/LPG) 수소 에너지 저장    이 용이하다. 수소는 궁극적으로는 무한정인 물을 원료로 하    여 제조할 수 있으며, 사용후에는 다시 물로 재    순환이 이루어진다. \ 분야에 이용   

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