창의설계 프로젝트 Energy Transfer(Creative Design Project 1)

목차

1. 초록

2. 서론
　2.1. 기존 제품의 소개 및 문제점
　2.2. 본 프로젝트에서의 해결 방안

3. 시제품 설계의 핵심 ideas 및 기계공학적 설명

4. 설계 및 제작과정
　4.1. Brainstorming에서 나온 여러 가지 아이디어들
　　4.1.1 물레방아 형태를 가진 Blade2 Idea
　　4.1.2 거대한 날개를 가진 풍차형태의 Blade1, 2 Idea
　　4.1.3 항공기용 프로펠러를 모델로 만들어본 Blade1, 2 Idea (재료 : 아크릴판)
　　4.1.4 항공기용 프로펠러를 모델로 만들어본 Blade1, 2 Idea (재료 : 발사목)
　4.2 최종 결과물 및 제작 과정

5. 평가 결과 및 성과 분석

6. 각 단계별 에너지 변환 효율 계산

7. 에너지 변환에 대한 기계공학의 중요성 고찰

8. 다른 신재생 에너지 조사 및 기계공학의 역할 논의
　8.1 태양광 에너지
　8.2 태양열 에너지
　8.3 수소 에너지
　8.4 바이오 에너지
　8.5 석탄 가스 액화 에너지

9. 참고 문헌 및 재활용품 출처

본문내용

터와 전력을 공급하였는데 그 만큼의 결과 값의 차이가 난다는 얘기는 디자인이 에너지 변환효율에 미치는 영향을 확실히 보여준 것 이라고 할 수 있다. 브레인스토밍을 통해 나온 여러 아이디어 중 괜찮다고 생각되는 아이디어를 만들어서 직접 실험해 보았지만 효율이 굉장히 많이 떨어졌다. 처음에 생각한 물레방아 형태의 블레이드는 힘을 받는 부분에 바람을 집중시켜야 했다. 그래서 힘만 집중시키면 효율이 많이 생길 줄 알았지만 집중시키기 위해 블레이드를 작게 하는 경우 바람의 세기가 감소하고, 관을 좁게 만드는 경우 와류가 많이 발생해 효율을 많이 떨어뜨렸다. 또, 블레이드의 크기를 크게 하는 경우 비용적인 문제와 크기대비 효율이 많이 감소해 좋지 않은 결과를 가져왔다. 위의 얘기에서 알 수 있듯이 효과적인 기계공학적 디자인을 통해 효율을 증가시킬 수 있게 해야 한다. 아무리 이론적인 배경과 훌륭한 아이디어가 있더라고 공학적으로 기계 메커니즘의 디자인적 설계가 되지 않으면 이빨 빠진 호랑이처럼 쓸모가 없는 것이 될 수 있다. 에너지 변환에서 그 에너지를 최대한 효율적으로 손실 없이 전환하기 위해서 기계공학적 요소가 매우 중요하다고 할 수 있다.
8. 다른 신재생 에너지 조사 및 기계공학의 역할 논의
신재생 에너지
기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지이다. 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원을 그 특성으로 한다. 신재생에너지는 유가의 불안정과 기후변화협약의 규제 대응 등으로 그 중요성이 커지게 되었다. 한국에서는 8개 분야의 재생에너지(태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지)와 3개 분야의 신에너지(연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지), 총11개 분야를 신재생에너지로 지정하고 있다. 그 중에서 5개만 조사해 어떠한 특징이 있는지 살펴보자.
8.1 태양광 에너지
태양광 발전은 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다.
(햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식)
태양광 발전시스템은 태양전지로 구성된 모듈과 축전지 및 전력변환장치로 구성된다.
태양전지 : 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것이다.
금속과 반도체의 접촉을 이용한 것으로는 셀렌광전지, 아황산구리 광전지가 있고, 반도체 pn접합을 사용한 것으로는 태양전지로 이용되고 있는 실리콘광전지가 있다.
8.2 태양열 에너지
태양광선의 파동성질을 이용하는 태양에너지 광열학적 이용분야로 태양열의 흡수·저장·열변환 등을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술이다.
태양열 이용기술의 핵심은 태양열 집열 기술, 축열 기술, 시스템 제어기술, 시스템 설계기술 등이 있다.
집 열 부 : 열 시점과 집열량이 이용시점과 부하량에 일치하지 않기 때문 필요한 일종의 버퍼역할을 하는 열저장 탱크
이 용 부 : 태양열 축열조에 저장된 태양열을 효과적으로 공급하고 부족할 경우 보조 열원에 의해 공급.
제어장치 : 태양열을 효과적으로 집열 및 축열하고 공급, 태양열 시스템의 성능 및 신뢰성 등에 중요한 역할을 해주는 장치.
8.3 수소 에너지
수소에너지기술은 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리, 생산해서 이용하는 기술이다.
수소는 물의 전기분해로 가장 쉽게 제조할 수 있으나 입력에너지(전기에너지)에 비해 수소에너지의 경제성이 너무 낮으므로 대체전원 또는 촉매를 이용한 제조기술 연구 중이다.
※ 에너지 보존 법칙상 입력에너지(수소생산)가 출력에너지(수소이용)보다 큰 근본적인 문제가 있음
수소는 가스나 액체로 수송할 수 있으며 고압가스, 액체수소, 금속수소화물 등의 다양한 형태로 저장 가능하다.
8.4 바이오 에너지
바이오에너지 이용기술이란 바이오매스(Biomass, 유기성 생물체를 총칭)를 직접 또는 생·화학적, 물리적 변환과정을 통해 액체, 가스, 고체연료나 전기·열에너지 형태로 이용하는 화학, 생물, 연소공학 등의 기술을 일컬어는 용어이다.
※Biomass란 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체·균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체
8.5 석탄 가스 액화 에너지
가스화 복합발전기술(IGCC:Integrated Gasification Combined Cycle)은 석탄, 중질잔사유 등의 저급원료를 고온·고압의 가스화기에서 수증기와 함께 한정된 산소로 불완전연소 및 가스화 시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스를 만들어 정제공정을 거친 후 가스터빈 및 증기터빈 등을 구동하여 발전하는 신기술이다.
석탄이용기술은 가스화부, 가스정제부, 발전부 등 3가지 주요 Block과 활용 에너지의 다변화를 위해 추가되는 수소 및 액화연료부 등으로 구성 된다.
신재생 에너지에서의 기계공학의 역할
신재생에너지에 대한 다양한 물리적 역학적 아이디어가 있지만 효과적으로 에너지를 활용하기 위해서는 여러 가지 에너지에 대한 정확한 개념에 대한 이해 및 효율적인 기계공학적 디자인이 필수다. 운동에너지, 위치 에너지뿐만 아니라 풍력에너지, 열에너지, 빛에너지 등 여러 가지 에너지의 정확한 이해 없이는 효율적인 에너지사용이 불가능 할 듯이다. 또한 물리 화학적 이론배경이 있더라도, 그것을 정확히 구현하지 못하면 아무런 의미가 없다. 따라서 기계공학은 이론적 배경을 바탕으로 에너지 효율을 최고 높일 수 있는 방안의 디자인을 하는 것이 중요하다.
9. 참고 문헌 및 재활용품 출처
1. 장종훈, 『풍력터빈의 기초』, 2010
2. 박광현, 정해상 『덴마크 독일 모델의 풍력 발전 기술』, 2007
3. 한국에너지기술연구원, 『저풍속형 풍력발전기 핵심기술 개발( I )』, 2006
4. 연세대학교 제1공학관 (알루미늄 음료수캔, 지지대, 정수기 물통 등의 재활용품 출처)
5. 한국에너지관리공단 신재생 에너지 센터(http://www.energy.or.kr/knrec/index.asp)

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