초록 ▼

1세부과제 : 고효율 및 고신뢰성 AMTEG 요소기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
- AMTEC은 기계적 구동부 없이 열에너지로부터 직접 전기에너지를 만드는 열전발전장치의 하나로, 전하담체의 이동을 전해질을 통해 진행하는 정적 열변환 발전기술임.

- AMTEC은 고효율로 MW급의 대용량의 열전변환기 활용은 물론 열병합으로 복합 이용 시에는 70%이상의 에너지 이용률을 향상시킬 수 있는 특징을 갖고 있음. 특히 단위질량당 출력밀도가 태양광 발전, 스터링 엔진에 약 2~3배 정도이

1세부과제 : 고효율 및 고신뢰성 AMTEG 요소기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
- AMTEC은 기계적 구동부 없이 열에너지로부터 직접 전기에너지를 만드는 열전발전장치의 하나로, 전하담체의 이동을 전해질을 통해 진행하는 정적 열변환 발전기술임.

- AMTEC은 고효율로 MW급의 대용량의 열전변환기 활용은 물론 열병합으로 복합 이용 시에는 70%이상의 에너지 이용률을 향상시킬 수 있는 특징을 갖고 있음. 특히 단위질량당 출력밀도가 태양광 발전, 스터링 엔진에 약 2~3배 정도이므로 태양열 발전 및 고온폐열을 이용한 전원기술에 광범위하게 응용이 가능하고 액체금속의 순환을 위한 모세관윅을 채용함으로서 기계적인 요소가 불필요하므로 장치의 안정성이 큰 장점을 갖고 있음.

- AMTEC의 구성요소에 있어서 가장 핵심적인 요소기술로는 셀을 구성하고 있는 전해질, 전극과 셀의 밀봉을 위한 접합기술, 집전기술 그리고 알칼리금속의 순환기술 등이 있으며 이러한 핵심 요소기술들이 집적되는 원천구조체 설계 기술 등과의 융합기술이 필요함.

- AMTEC에 관한 기술개념은 1962년 Ford사의 Kummer에 의해 이론이 처음으로 창안되어 1985년도에 기술 공개를 하였고 NASA에서 우주용 전원 공급 장치로서 사용하기 위해 AMTEC에 대한 연구를 추진하기 시작하였음.

- 1960년대 초반에서 1980년대 중반까지는 국립연구소, 학교 및 기업을 중심으로 연구가 진행되었으나, 1980년대 후반부터는 우주용 전원으로 사용하기 위한 연구가 추진되기 시작하였음.
- 특히 NASA를 중심으로 DOE 및 DOD에서 우주용 전력기술개발에 막대한 재정지원을 하였으며, ERIM(Environmental Research Institute of Michigan), JPL(Jet Propulsion Laboratory) 등에서 연구를 추진하였음.

- 미국 내의 AMTEC개발회사인 ENCEL이 우주용 AMTEC 셀을 개발해 왔으며 최근에는 지상용으로 개발에 착수하여 머지않아 지상용으로 AMTEC기술이 실용화될 것으로 기대되고 있음.

- 일본 Moonlight Plan(1980~1992), New Sunshine Plan(1992~2002) 계획에 의거 MITI, NASDA 지원하였으며, ETL, IHI, MHI 등에서 연구를 하였으며 전력저장용으로 사용하도록 BASE 튜브를 상품화하여 분산형 장치로 활용 (METI, NEDO 지원)

- 최근의 AMTEC연구는 시바우라대학에서 2007년도에 나트늄 순환에 윅을 사용한 AMTEC의 성능평가 연구를 행하였으며,연구결과에서 가열온도와 냉각 온도변화에 따른 전압, 전류 및 출력에 대한 결과를 도출하였음.

- 최근 독일, 중국 및 인도에서 태양열을 이용한 AMTEC 개발에 대한 기초 연구가 진행 중임.

- AMTEC에 대한 국내 연구는 일부 연구소에서 개발을 시도한 적은 있지만 본격적으로 착수된 연구실적은 없으며 , 유일하게 한국에너지기술연구원에서 2012년부터 현재까지 수행중임 .

2세부과제 : UV LED 광원과 Light guide를 사용한 에너지절약형 하이브리드 광화확반응 모듈 집적화기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
○ 광촉매의 광원으로 인공 자외선광원(mercury lamp, xenon lamp 등) 사용시 짧은 수명(~1,000h)과 높은 에너지 비용이 큰 장애요인이나 최근 저에너지형 UV-LED의 양산화로 환경분야 시장에 활용분야가 증가하고 있으며 이에 대한 에너지 효율형 응용기술 개발이 필요함.

○ 빛에너지를 이용해야 하는 반응 특성상 광촉매 소재 집적화(모듈화 및 적층화 등)를 위한 반응시스템의 공간적,구조적 어려움이 존재.
- 빛에너지를 유도하기 위해 광섬유(optical fiber)활용 연구도 진행되었으나 효율이 낮음
- 최근 에너지/환경 분야에서 광촉매 활용은 파우더형태의 슬러리 반응에서 다양한 촉매 성형/가공, 고정화 기술이 개발 중으로 광전달 소재의 응용이 이루어질 경우 다양한 응용분야 창출이 예상됨.

○ 인공광원의 짧은 수명과 에너지 비용을 해결하기 위해 기존 UV광원을 UV-LED로 단순 대체하려는 연구가 진행되고 있으나 전체 시스템을 모듈하, 적층화하는 연구는 공간적 제약 등의 문제가 존재함.

○ TV나 모니터 등의 백라이트에 사용되고 있는 직하형 방식과 엣지형에 쓰이는 Light guide 기술을 이용하여 이러한 공간적 제약 문제를 해결하려고 함.

○ 기존 Light guide는 가시광을 전달하는 소재로 폴리메틸메타크릴레이트 등 플라스틱 계열의 사용되고 있으나 광촉매에 사용되는 UV에서는 경화되어 광효율이 떨어지게 되어 UV용으로 새로운 Light guide 소재를 개발하여야 함.

○ 기존 연구과제들은 광촉매의 성형화 등에 집중되어 있고 UV LED 및 Light guide를 사용하여 광화학반응 시스템을 집적하하는 연구는 없었음.

○ 본 과제는 UV-LED 및 Light guide기술, 촉매 구조체 성형기술 및 광촉매반응기 설계기술을 융합하여 UV-LED 및 Light guide(UV-LLG) 광화학반응 모듈을 집적화하여 기존 시스템에 비해 고효율,장수명 및 소형화가 핵심 기술임.

3세부과제 : 양방향 거래를 위한 건물 복합 에너지수요관리 핵심 기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
□ 에너지 기술의 패러다임 변화에 대응
- 정부는 "제2차 에너지기본계획(2014)"에 따라 수요관리 중심의 에너지 정책 전환을 선포하였고 '35년 에너지수요의 13%, 전력수요의 15%를 절감하는 것을 목표로 함.
□ 에너지 관리기술 시스템의 성장에 대비
- 세계 EMS 시장은 가정용(HEMS), 건물용(BEMS) 및 산업용(FEMS)을 포함해서 '13년 총 136억달러 규모에서 연평균12.4% 증가하여 '20년에는 총 308억달러 규모로 성장할 전망임 (Navigant Research, '13-'15 발표 취합).
□ 열과 전기의 결합 산업의 성장성에 대비
- 열병합 발전은 열과 전기를 공급하는 시스템으로 2020년까지 유럽의 경우 총 발전용량의 10%에 진입할 것으로 예측되고 있으며 우리나라도 2017년까지 2700MW 보급을 추진하고 있음.
- 최근에는 난방 및 전력에너지에 냉방까지 함께 공급되는 Tri-generation 시스템의 활용이 주목되고 있어 향후 열과 전기의 복합 발전 형태는 더욱 증가할 전망임..
□ 새로운 토탈 에너지 통합관리 기술의 필요성
- Smart City 등으로 대표되는 향후의 세계에서는 열과 전기 그리고 다양한 연료들에 대해 복합적인 에너지관리를 할 기술적인 필요가 증가하게 됨. 결국 그림과 같이 전기, 열, 연료 그리고 정보를 복합적으로 연계해서 에너지의 사용자가 요구하는 형태와 유형으로 공급하게 됨.
- 이 기술들은 기존의 전력망에 연결되므로 전력망과의 연계 기술을 확장 포함하는 형태가 됨. 이러한 복잡성으로 인하여 아직 국외 및 국내에서 심도 있게 연구된 사례가 미비하지만 그 중요성을 예측하여 볼 때 관련 분야들의 융합연구가 필요.

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 3목차 ... 5I 고효율 및 고신뢰성 AMTEC 요소기술 개발 ... 7 목차 ... 9 I 일반현황 ... 11 II 과제의 목표 및 내용 ... 12 III 추진 전략 ... 14 IV 추진 실적 ... 16 V 향후 계획 ... 38 VI 연차평가의견 및 보완 대책 ... 39II UV LED 광원과 Light guide를 사용한 에너지절약형 하이브리드 광화학반응 모듈 집적화기술 개발 ... 41 목차 ... 43 I 일반현황 ... 45 II 과제의 목표 및 내용 ... 46 III 추진 전략 ... 48 IV 추진 실적 ... 51 V 향후 계획 ... 66 VI 연차평가의견 및 보완 대책 ... 66III 양방향 거래를 위한 건물 복합 에너지수요관리 핵심 기술 개발 ... 69 목차 ... 71 I 일반현황 ... 73 II 과제의 목표 및 내용 ... 74 III 추진 전략 ... 76 IV 추진 실적 ... 78 V 향후 계획 ... 104 VI 연차평가의 견 및 보완 대책 ... 105끝페이지 ... 105