[에너지단열경제]정두수 기자
에너지란, 신재생에너지란
우리가 실생활에서 쉽게 사용하고 있는 에너지에 대해서 대략적인 개념은 알지만 정확하게 정의를 내리는 사람이 별로 없다.
또 요즘 유행처럼 번지는 신재생에너지는 무얼 뜻하고 어떤 형태로 운용되는지에 대한 개념도 마찬가지다.
에너지와 신재생에너지를 쉽게 풀어 본다.
에너지란 물리적인 일을 할 수 있는 능력을 말한다.
에너지의 크기는 물체가 할 수 있는 일의 양을 의미하며 단위는 일의 단위와 같이 줄([J]: joule)을 사용한다.
여기에서 일은 힘과 힘이 작용하는 방향으로의 이동거리의 곱으로 정의되는 물리적 일을 의미한다.
높은 곳의 물을 떨어뜨려서 물레방아를 돌릴 수 있고, 달려오는 자동차는 충돌을 통해서 정지된 자동차를 미는 사례에서 보듯이 높은 곳에 있는 물체나 속도를 가지는 물체는 일을 할 수 있는 에너지를 가진다. 높은 곳에 있는 물체가 낙하하면 다른 물체에 힘을 가하여 일을 하며, 또 어떤 속도로 운동하는 물체는 그 운동을 방해하려는 다른 물체에 힘을 미쳐서 일을 할 수 있다.
이러한 에너지를 정량화(定量化)하기 위해서 높은 곳에 있는 물체에 대해서 기준 높이로부터의 높이차와 질량에 비례하는(중력에 의한) 위치에너지를 정의하며, 운동체에 대해서는 물체 속도의 제곱과 질량에 비례하는 운동에너지를 정의하고 있다.
중력에 의한 위치에너지 외에도 탄성체의 변형에 의해서 탄성체에 저장되는 탄성위치에너지, 전기력에 의한 위치에너지(흔히 전압 혹은 전위라 부른다) 등의 위치에너지도 정의된다. 이러한 위치에너지와 운동에너지의 합을 역학적에너지라고 한다.
그 밖에 자연계에는 여러 물리적 상태에 따라 그 크기가 결정되는 많은 에너지 형태가 있다. 열에너지, 화학에너지, 소리에너지, 빛에너지 등이다.
아인슈타인의 상대성이론에 따르면 질량과 에너지는 등가이다. 따라서 물체의 질량이 감소하면 그에 해당하는 에너지가 발생한다. 핵융합과정에서 발생하는 질량 감소를 이용하여 핵융합발전을 하는 것이 여기에 해당된다.
<신재생에너지>
신재생에너지는 신에너지와 재생에너지를 합쳐 부르는 말이다
정부에서는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생이 가능한 에너지로 변환시켜 이용하는 에너지를 말하며 총 11개 분야를 지정하고 있다.
재생에너지에는 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지의 8개 분야가 있고, 신에너지에는 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지의 3개 분야가 있다.
신재생에너지는 발전소를 건설할 때 자연환경의 영향을 많이 받고 초기투자 비용에 비해 경제성이 낮은 단점도 있지만 여러 가지 장점이 많아 미래의 에너지로 각광을 받고 있다.
화석 연료와 달리 재생이 가능하기 때문에 고갈되지 않고 오염 물질이나 이산화탄소 배출이 적어 환경 친화적이다.
또 비교적 지구 상에 고르게 분포해 석유나 석탄 등의 화석 연료와 달리 연료의 지역 편중에서 벗어날 수 있는 장점이 있다.
화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 중요성이 언급되면서 신재생에너지에 대한 관심은 높아질 수 밖에 없다.
<신재생에너지 종류>
가. 재생에너지
1. 태양광
태양광발전시스템(태양전지, 모듈, 축전지 및 전력변환장치로 구성)을 이용하여 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술.
빛 에너지는 실리콘 반도체에서 전기 에너지로 바뀌는데 이러한 것을 태양 전지라고 부르고, 태양광을 이용한 발전을 할 수 있다.
태양 에너지를 전기로 바꿀 수 있는 능력을 나타내는 변환 효율은 약 10-18%이고, 반도체의 값이 비싸다는 제한점을 가지고 있다.
2. 태양열
태양열이용시스템(집열부, 축열부 및 이용부로 구성)을 이용하여 태양광선의 파동성질과 광열학적성질을 이용분야로 한 태양열 흡수·저장·열변환을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술.
산란이나 흡수 없이 지표면에 도달하는 태양열의 양은 적도 부근에서 약 1,353w/㎡(평방미터 당 1,353와트)에 이른다.
3. 풍력
풍력발전시스템(운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치 및 제어장치로 구성)을 이용하여 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생하는 유도전기를 전력계통이나 수요자에게 공급하는 기술
4. 바이오에너지
태양광을 이용하여 광합성되는 유기물(주로 식물체) 및 동 유기물을 소비하여 생성되는 모든 생물 유기체(바이오매스)의 에너지.
이용 기술이 개발됨에 따라 바이오매스는 열, 수소, 메탄, 에탄올, 디젤을 만들 수 있다.
5. 페기물에너지
사업장 또는 가정에서 발생되는 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐기물을 열분해에 의한 오일화기술, 성형고체연료의 제조기술, 가스화에 의한 가연성 가스 제조기술 및 소각에 의한 열회수기술 등의 가공·처리 방법을 통해 연료를 생산.
폐기물 에너지는 태양광의 10%, 풍력의 66% 수준의 낮은 생산단가에 비해 폐기물 에너지화로 인한 경제적 가치는 일자리 창출효과와 폐기물처리비용 절감, 원유대체효과, 온실가스 감축효과 등이 크기 때문에 가장 효율적인 신재생에너지 확대방안으로 꼽히고 있다.
특히 우리나라는 도시 인구밀집도가 높고 서비스 산업이 발달해 플라스틱·비닐류·목재류·음식물쓰레기 등 에너지원으로 활용 가능한 폐자원이 많이 나오는데다 세계 최고의 분리수거 수준을 보이고 있어 에너지화 하기에 좋은 여건을 갖추고 있다.
6. 지열
지표면으로 부터 지하로 수m(미터) 에서 수㎞(킬로미터)깊이에 존재하는 뜨거운 물(온천)과 돌(마그마)을 포함하여 땅이 가지고 있는 에너지를 이용하는 기술.
화산 활동이 활발해 지열 에너지가 풍부한 아이슬란드의 경우 난방의 90% 정도를 지열 에너지로 충당하며, 겨울에도 노천 온천을 이용하고 있다.
7. 수력
개천, 강이나 호수 등의 물의 흐름으로 얻은 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전기를발생시키는 시설용량 10,000kw이하의 소규모 수력발전.
8. 해양에너지
해수면의 상승하강운동을 이용한 조력발전과 해안으로 입사하는 파랑에너지를 회전력으로 변환하는 파력발전, 해저층과 해수표면층의 온도 차를 이용, 열에너지를 기계적 에너지로 변환 발전하는 온도차 발전.
나. 신에너지
1. 연료전지
수소, 메탄 및 메탄올 등의 연료를 산화(酸化)시켜서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술.
2. 석탄액화가스화
석탄, 중질잔사유 등의 저급원료를 고온, 고압하에서 불완전연소 및 가스화 반응시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 가스를 제조하여 정제한 후 가스터빈 및 증기터빈을 구동하여 전기를 생산하는 신발전기술.
3. 수소에너지
수소를 기체상태에서 연소시 발생하는 폭발력을 이용하여 기계적 운동에너지로 변환하여 활용하거나 수소를 다시 분해하여 에너지원으로 활용하는 기술.
수소는 연료 전지나 내연 기관을 적용하여 전기나 동력을 생산할 수 있는며 연소 후에 소량의 질산화합물(Nox)과 물을 생성하기 때문에 공해 물질이 발생되지 않고 환경오염을 최소화할 수 있다.
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