에너지공학의 기초 연습문제 풀이

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에너지공학의 기초 연습문제 풀이에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

이오매스가 아니라고 할 수 있다. 그러나 이와 같은 생태학의 용어법과는 달라서 산업계에서는 유기계 폐기물도 바이오매스에 포함시키는 것이 보통이다.
바이오매스 자원은 재생이 가능하며 또 광역분산형의 자원으로서 지 역 에너지원으로서 주목되고 있다. 에너지원으로서의 바이오매스의 장점은 에너지를 저장할 수 있다는 점, 재생이 가능하다는 점, 물과 온도조건만 맞으면 지구상 어느 곳에서나 얻을 수 있다는 점, 최소의 자본으로 이용기술의 개발이 가능하다는 점, 그리고 원자력의 이용 등과 비교할 때 환경보전적으로 안전하다는 점 등이다.
한편, 단점으로서는 넓은 면적의 토지가 필요하다는 점, 토지 이용면에서 농업과 경합한다는 점, 자원부존량의 지역차가 크다는 점, 비료, 토양, 물, 그리고 에너지의 투입이 필요하다는 점, 문란하게 개발하면 환경파괴를 초래한다는 점 등을 들을 수 있다. 또 바이오매스의 생산, 수집, 운반, 변환에 관련한 기술적 문제, 경제성과 에너지바란스(투입에너지에 대한 산출에너지의 비율)에 대한 문제도 있다. 이와 같이 바이오매스에너지의 이용 · 개발은 대단히 많은 문제를 안고 있으며, 또 바이오매스자원의 부존량은 지역에 따라 큰 차이가 있다. 바이오매스가 지역의 에너지원으로서 얼마나 중요한가를 판단하기 위하여는 이들 문제를 다각적으로 검토할 필요가 있다.
바이오매스의 연료화
바이오매스를 에너지원으로 이용하는 방법에도 여러 가지가 있다. 바이오매스의 직접연소는 바이오매스의 용도중에서 가장 저위의 것이다. 그러나 오늘날세계 연간 에너지공급량의 1/6은 바이오매스로부터 이며 벌채된 수목의 약 절반이 요리용과 난방용으로 이용되고 있는 것도 사실이다.
바이오매스에서 온 유기물을 연료화할 경우의 변환방법과 생성물을 정리하여 보면 다음과 같다.
생물자원의 연료화 방법과 생성물
자 원
방 법
생 산 물
건조 바이오매스
(목재, 폐재 등)
직접연소 가스화
열, 전기, 가스연료, 메타놀,
암모니아,기름, 가스, 목탄
함수 바이오매스
(분뇨, 폐액, 수초) 탄 수 화 물
혐기성 발효 발효, 화학적 분해
메탄, 에타놀 에 타 놀
(당분, 전분, 셀룰로스)
에너지 식물 바이오매스, 물
추출, 분해 광합성반응
탄화수소, 유지 수소
고형연료는 가장 오래된 이용방법이지만 연료의 균질성과 에너지 밀도가 높고, 취급이 용이하다는 점 등에서 보면 연료의 유체 화쪽이 이점이 많다. 그러기 위해서 여러가지 전환기술이 개발되어 있는데 가장 보급되어 있는 것이 알콜화(액체화)와 메탄의 생성(가스화)이다.
바이오매스는 다소간의 수분을 포함하며 유기계 폐기물 중에서도 분뇨, 폐액 등은 특히 수분이 많다. 이수분을 증발시키려면 대량의 에너지가 필요하다. 그러나 메탄의 발효는 물을 포함하는 유기물로부터 연료에 해당되는 부분을 기체의 형태로 농축, 분리할 수가 있기 때문에 분리 그 자체에는 에너지가 필요하지 않다. 또 알콜발효에서는 물보다 비등점이 낮은 알콜을 증류, 분리하기 때문에 물을 증발시키는 것보다는 에너지 절약적 이다. 특히 메탄의 생성에는 많은 돈이 필요하지 않으므로 중국에서는 1970년대에 많은 바이오가스 시설을 건설하여 1979년에는 700만개소가 가동되었다고 한다.
연료화의 대상이 되는 주요 바이오매스 자원
세계 각국에서 연료화의 대상이 되는 주요 바이오매스 자원을 들면 다음과 같다.
-목질계(목재, 폐재) :특히 고성장 수종 (포플 러, 버드나무, 아카시아 등)
-당질계 :사탕수수, 과실폐액 등
-전분질계: 고구마, 강냉이 등
-에너지식물
-초본식물 (草本植物)
-수생식 물(水生植物)
-해조(海藻)
-조류(藻類)
-광합성 세균
유기계 폐기물, 농산폐기물, 임산폐기물, 축 산폐기물, 산업폐기물, 도시 쓰레기 등 이상과 같이 바이오매스와 유기계폐기물은 거의 모든 부분을 직접 또는 변환하여 연료화할 수가 있다.
2.5 태양열에 의한 냉난방시스템을 설명하여라.
태양열 냉난방시스템의 경우 동계 난방은 직접난방과 동일한 형태이지만 여름에는 집열된 태양열을 흡수냉동기의 동력원으로 이용한다. 이 시스템의 구성은 집열기, 고온축열조, 냉동기, 냉각탑, 보조보일러, 저온축열조, 실내 냉난방장치 및 열을 전달하는 열매체로 이루어진다. 이 중에서 중요한 역할을 하는 흡수냉동기는 열을 가하여 물체를 냉각하는 장치이고, 그 동작원리는 다음과 같다.
식염을 공기중에 방치하면 공기중의 습기를 흡수하여 소위 조해(潮解)라는 현상이 일어난다. 공기 중의 습기가 흡수되면 온도가 내려가기 때문에 공기는 주변으로부터 다시 습기를 흡수하게 되지만 이때 주변으로부터 기화(氣化)의 잠열을 빼앗게 된다. 습기를 흡수한 식염에 열을 가하면 건조되면서 수분을 방출하기 때문에 이 식염을 다시 습한 공기에 두면 새로운 습기를 흡수하게 된다. 흡수냉동기는 이러한 원리를 기초로 하고 있다.
암모니아 수용액을 냉매로 이용한 경우 냉매증기의 압축은 기계적 방법이 아니고, 용매로의 흡수 및 용약으로부터 방출에 의하여 행하여진다. 즉, 농도가 짙은 암모니아 용액은 가열기로 가열되어 농도가 짙은 암모니아 증기를 발생하고, 남은 용액은 암모니아 농도가 낮은 용액으로 된다. 농도가 짙은 암모니아 증기는 응축기에서 액화된 후, 팽창변(膨脹弁)을 통하여 팽창되고 냉동효과를 발휘하여 저온, 저압의 암모니아 증기로 된다. 한편, 가열기에서 농도가 약하게 된 암모니아 용액은 강압되어 흡수기로 보내지고, 흡수기에서 증발기로부터 발생한 암모니아 증기를 흡수항 다시 농도가 짙은 암모니아 용액으로 된 후, 다시 가열기로 보내진다.
0℃이상의 고온 영역의 대형 흡수기에서는 염화리튬(LiCl) 또는 브롬리튬(LiBr)의 수용액이 이용되고, 물이 냉매로 된다. 0~-25℃의 중온용으로써는 암모니아수, -25~-50℃의 저온용으로써는 암모니아수, 을 이용한 1단 혹은 2단 흡수식이 이용된다.
흡수냉동기에 필요로 한 열원의 온도는 80~120℃이며, 집열에는 집광형 또는 고열성의 평판집열기가 필요하다. 80℃이상의 온도를 얻는 집열설비 및 높은 단열성능을 가진 배관이나 축열조 등을 구비하는 것은 경제성, 주택구조를 고려하여 검토할 필요가 있다.

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