에너지시스템공학

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하고 싶은 말: 1. 석탄 열분해 메커니즘은 무엇인지 설명하시오.
2. 석탄 연료 중에서 고체연료의 특성은 무엇인가?
3. 천연가스의 지역별 시장과 거래 가격 특성을 설명하라.
4. 천연가스 활용의 장단점은 무엇인가?
5. 국내 LPG 산업에 대해 설명하라.
6. 신에너지 및 재생에너지 개발 이용 보급 촉진법은 무엇인가?
7. 미래 바이오 에너지에 대해 정리하시오.
8. 원자로 안전성 확보 개념이란 무엇인가?
9. 원자력의 미래상에 대해 말하시오.
10. 방사성 폐기물 처리에 대해 설명하라.

본문내용: 에너지시스템공학
1. 석탄 열분해 메커니즘은 무엇인지 설명하시오.
2. 석탄 연료 중에서 고체연료의 특성은 무엇인가?
3. 천연가스의 지역별 시장과 거래 가격 특성을 설명하라.
4. 천연가스 활용의 장단점은 무엇인가?
5. 국내 LPG 산업에 대해 설명하라.
6. 신에너지 및 재생에너지 개발 이용 보급 촉진법은 무엇인가?
7. 미래 바이오 에너지에 대해 정리하시오.
8. 원자로 안전성 확보 개념이란 무엇인가?
9. 원자력의 미래상에 대해 말하시오.
10. 방사성 폐기물 처리에 대해 설명하라.
1. 석탄 열분해 메커니즘은 무엇인지 설명하시오.
석탄의 산지는 세계 각지에 분포되어 있으며, 석유처럼 편재되지 않는다. 외국에서는 주로 고생대 석탄기부터 중생대에 이르는 각 지층 속에서 포함되어 있다. 이러한 석탄 열분해 매커니즘은 석탄에서 산소를 차단한 채 1,000∼1,300℃의 고온으로 가열하여 열분해되면 석탄가스·가스경유·가스액·콜타르 등을 만들고, 그 나머지는 코크스가 된다. 이처럼 고체로 된 유기물을 산소가 부재한 상태에서 열분해하여 휘발분과 불휘발분으로 나누는 것을 건류라고 한다. 이러한 석탄의 건류는 1792년에 영국의 머독이 철로 된 레토르트를 사용하면서 비로소 성공한 것으로 초기에는 석탄에서 등화용 가수와 코크스를 제조할 목적으로 시작되었다. 그 뒤에 코크스로가 개량되어 콜타르 등의 부산물을 회수하게 되면서 석탄가스도 등화용으로부터 시작하여 도시의 연료용으로 이용되게 된다. 현재 제철공장에서 주로 제철용 코크스를 만들기 위해서 혹은 도시가스 고장이나 화학공자에서 석탄가스, 콜타르를 제조하기 위해서 석탄을 고온건류하고 있다. 석탄은 건류에 의해서 열분해를 받아 특히 가지부분과 가교부분이 분해되면서 메탄이나 일산화탄소가 된다. 또한, 성분의 일부는 탈수소·환화·축합 등을 발생시켜서 열적으로 안정된 방향족 화합물이 되며, 열적으로 안정된 석탄의 구조 부분은 그대로 유지된다.
2. 석탄 연료 중에서 고체연료의 특성은 무엇인가?
석탄 건류는 공기를 차단하고 석탄을 가열하여 코크스, 콜타르, 석탄가스 등을 획득하는 과정으로서 온도에 따른 건류의 특성은 첫째, ~ 300 ℃에서 수분이나 이산화탄소로 분리되고, 둘째 300 ~ 500 ℃에서는 메탄가스와 타르 발생되어 연화되면서 굳는다. 셋째, 500 ℃에서는 해면상이 되면서 1차 열분해 종료되고, 넷째, 750 ~ 850 ℃에서는 1차 열분해 성분이 2차 반응하면서 H2 및 CO를 생성한다. 이에 석탄 건류의 종류는 저온 건류인 경우 500 ∼ 700℃에서 생성되며, 원료는 비점결탄이고, 생성물은 반성 코크스(콜라이트)이다. 특징은 내열식(가열가스 통과)으로써 생성가스가 낮으며, 발열량 (7,000 kcal/m3)인 타르 생성량은 높다. 한편, 고온 건류는 1,100 ∼ 1,200℃에서 생성되며, 원료는 강점결탄 (50-60%), 약점결탄, 무연탄이며, 생성물은 고온타르, 고온 코크스이다, 특징은 외열식(외부 가열)에 의해서 생성가스량이 높으며, 발열량은 5,000 kcal/m3이다.
3. 천연가스의 지역별 시장과 거래 가격 특성을 설명하라.
천연가스는 석유와 달리 지역별로 분할되어 그 시장이 형성된다. 이에 3대 주요 수요처는 유럽, 북미, 동북아이며, 이는 지역별 수급 특성 및 계약조건의 차이 등이 그 원인이 된다. 또한, LNG의 의존도가 높은 동북아 지역이 가장 높은 가격을 보이는데, 이는 유가연동계약과 높은 수송비 등이 원인이 된다. 이러한 천연가스의 이슈로써 비전통가스 붐은 미국 세일가스 생산이 320bcm(’13)에서 560bcm(’40)로 증가되었으며, Sabine Pass, Cameron 등의 LNG 수출 프로젝트가 속속 허가를 받고 있는 실정이다. 또한, 미국 외에서의 비전통가스 개발은 제한적인데, 이는 지질구조의 특성과 용수 부족 등이 원인이 된다. 중국의 경우 2020년 세일가스 생산목표를 60~100bcm에서 30bcm으로 하향 조정(2014년)하고 있다. 한편, 천연가스에 대한 동북아시장 수요가 감소하고 있는데, 한·중·일 모두 수요정체 및 감소되고 있으며 중국의 향후 수요증가가 수습향방에 중요한 요인이 될 것으로 보고 있다.
4. 천연가스 활용의 장단점은 무엇인가?
최근 에너지와 관련된 온실가스 배출량의 증가가 정체되어 있어 뚜렷한 경기 둔화없이 그 정체를 보이는 점은 고무적이다. 이는 에너지 수요면에서 에너지 효율성이 개선되었으며, 공급면에서는 저탄소 에너지원으로의 전환을 도모하면서 석탄에서 천연가스로 다시 신재생에너지로의 전환을 모색하고 있기 때문이다. 이러한 천연가스의 장점은 석탄 대비 훨씬 낮은 온실가스의 배출량을 보이며, 이에 석탄의 비중의 정체되거나 감소될 것으로 전망된다. 또한, 미국에서는 석탄에서 가스로의 배출 저감의 양상이 보이고 있다. 더 나아가 천연가스는 재생가능에너지로서 그 경쟁력이 급성장하고 있으며, 지속적인 투자와 수요확대로 인하여 그 규모의 경제시현이 나타나고 있다. 이에 미국, 중국, 유럽 등지에서는 grid parity 도달하거나 근접하고 있다. 따라서, 천연가스에 대한 가격경쟁력이 더욱 강화될 것으로 보인다. 그러나, 천연가스의 단점으로 미래의 불확실성을 들 수 있다. 그렇지만, 기후변화에 대한 대응노력은 천연가스 의 활용에 있어서 기회가 되며, 현재 많은 나라에서는 석탄 발전의 대안으로써 여전히 천연가스를 선호하고, 미세먼지 등 지역오염원의 저감효과에 기여를 한다는 점에서 그 의의가 있다. 한편, 경쟁 에너지원에 의해서 조기 대체의 가능성이 보이면서 만약 경쟁 에너지원의 비용도 하락한다면 천연가스의 수요에는 치명적일 것이다. 한국에서 천연가스의 역할과 전망에 대해서 살펴보면, 우선 주요 에너지원으로써 다양한 역할을 기대할 수 있으며, 상대적으로 높은 가격에 의해서 그 제약이 존재할 우려도 보이고 있다.

참고문헌: * 참고문헌
· 신정수 저, 「신재생에너지 시스템공학」, 일진사 : 서울, 2015
· 전춘병 저, 「신재생에너지 발전시스템 공학」, 동일출판사 : 서울, 2019
· 원두환 저, ‘일본의 CO₂배출, 원자력에너지, 신재생에너지 관계 분석’, 에너지경제연 구원, 에너지경제연구Vol.17 No.2 [2018]

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