녹색 사회기반시설을 위한 열 에너지 하베스팅에 관한 연구

Abstract

현대사회는 산업화 시대를 거치며 대량의 화석연료 사용으로 인한 지구환경파괴에 대한 문제를 인식하기 시작하였다. 우리나라는 이러한 온실가스 배출에 대한 환경위기와 동시에 자원위기에 동시에 직면하고 있다. 이를 극복하고자 최근 정부에서는 새로운 경제성장 패러다임의 전환과 장기적 신성장 동력 창출을 위한 저탄소 녹색성장을 발표하였다. 이러한 시대의 변화와 흐름에 따라 국가 성장의 근간이 되고 있는 사회기반시설은 지능화와 더불어 녹색화로의 전환이 요구되고 있다. 특히 사회기반시설에서 발생되고 있는 열은 많은 문제점의 원인이 되고 있으나, 새로운 관점에서 보았을 때 활용 가능한 에너지원이 될 수 있다. 이러한 열의 활용은 탄소배출이 없는 청정 재생에너지로서의 가치와 동시에 열에 의한 사회기반시설의 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 논문에서는 각각의 사회기반시설에서 발생되고 있지만 버려지고 있는 열 에너지원의 활용 가능성 및 적용성을 분석하고, 효율적인 활용방법에 관한 연구를 수행하였다. 열 에너지는 에너지 변환이 없이 열 에너지 자체로서의 활용이 가장 효율성이 크기 때문에 냉난방이 요구되는 공간에서의 냉난방에너지로의 이용이 가장 효율적이나 열전소자를 이용하여 전기에너지로의 활용은 지속성과 무소음, 무진동, 소형화가 가능하여 전기에너지가 이용되는 모든곳에서의 활용이 가능하다. 이에 따라 상온에서 가장 효율이 좋은 것으로 알려진 Bi-Te계열의 열전소자를 사용하여, 주변환경 조건에 따른 전기적 특성실험을 통해 발생되는 전력량을 측정하여 열-전기 변환의 가능성을 검증하였으며 열원의 온도차 및 변환면적에 따른 발전예측 수식모델을 도출하였다. 또한 아스팔트 포장도로 및 건축물의 내외피 온도차를 이용한 열전발전 실험을 통해 발생되는 전력량을 측정하여 정부의 저탄소 녹색성장과 시대 흐름에 부합할 수 있는 녹색사회기반시설을 위한 효율적인 열 에너지 하베스팅 방안을 제시하였다.