신재생에너지(Renewable Energy)는 공해를 배출하지 않으며 그 원천이 고갈되지 않는 다양한 자연에너지의 특성과 이용기술을 활용하여 화석연료(석탄, 석유, 천연가스)와 원자력을 사용하는 기존에너지를 대체하는 재생 가능한 에너지이다. 이러한 에너지는 기계, 항공, 화공, 토목, 전기, 전자, 컴퓨터, 환경, 재료, 물리, 지구과학, 해양, 자원, 정치, 경제 등의 여러 분야에 연관된 학제간(interdisciplinary)의 주제로, 통합적으로 다루어야 하는 분야가 너무나 광대하다. 또한 이러한 에너지는 최근에 새롭게 시작된 것은 아니지만, 계속해서 그 적용 기술과 기본 기술이 발전하고 있는 상황이다. 따라서 일부 분야에서는 현재의 유망한 기술이 몇 년 후에는 과거의 진부한 기술로 판명될 수도 있는 가능성을 내포하고 있다.

최근 ‘저탄소 녹색성장 산업’이 기업들의 차세대 성장동력으로 거론되고 있다. 녹색성장이란 이산화탄소의 감축과 녹색산업화에 기반을 두고 경제성장력을 높이는 새로운 개념으로, 경제성장과 환경보호의 선 순환구조를 통해 양자의 시너지를 극대화하고 이를 새로운 동력으로 만드는 것이 목표이다. 특히 세계적으로 에너지 위기와 기후변화가 동시에 진행되면서 신재생에너지 시장뿐만 아니라 이산화탄소 배출권 시장도 빠른 속도로 확장되고 있다. 각 기업들은 이 시장을 선점하기 위하여 이산화탄소를 감축시키는 기술개발에 총력을 기울이고 있다.

시대적인 추세에 부응하기 위하여 전공자뿐만 아니라 공학분야 외의 비전공자도 포함하는 학부수준의 학생들이 재생에너지의 에너지원별로 물리적 원리와 적용사례를 이해하여 기본적인 지식을 함양할 수 있도록 본서의 내용을 구성하였다. 특히 재생에너지 중에 소수력을 제외한 태양열에너지, 태양광에너지, 풍력에너지, 지열에너지, 해양에너지, 바이오매스에너지와 신에너지인 연료전지 등을 취급하였다.

CHAPTER 1. 재생에너지 서론(Renewable Energy)
1. 신재생에너지(Renewable Energy)
2. 화석연료(Fossil Fuel)
2.1 석탄(Coal)
2.2 석유(Petroleum)
2.3 천연가스(Natural Gas)
2.4 원자력(Nuclear Energy)
3. 환경문제
3.1 오존층 파괴
3.2 기후
4. 재생에너지의 중요성
4.1 환경적 장점
4.2 지속적인 에너지
4.3 직업과 경제
4.4 에너지 안보
5. 재생에너지 시장
6. 재생에너지의 경제적 고려와 향후 전망
6.1 세계 에너지 수요와 경제 전망
6.2 에너지원별 세계 에너지 소비량 전망
7. 스마트 그리드(Smart Grid)
연습문제

CHAPTER 2. 태양광(PV Solar Energy)
1. 빛
1.1 파장, 주파수, 에너지
1.2 직접광(direct sunshine)과 확산광(diffusion sunshine)
1.3 일사(insolation)
2. 태양전지(PV; photovoltaics 또는 solar cell)
2.1 역사
2.2 작동원리
2.3 셀(cell)과 배열(array)
3. 태양전지 재료
3.1 밴드 갭(band gap) 에너지
3.2 실리콘
3.3 비정질 실리콘
3.4 다결정 박막(Polycrystalline Thin Film)
3.5 갈륨아세나이드(Gallium Arsenide; GaAs)
3.6 다접합 셀(multi-junction cells)
3.7 유기 태양전지(organic solar cell)
3.8 염료감응형 태양전지(DSSC; dye-sensitized solar cell)
3.9 전기전극(electrical contact)
4. 태양전지 성능
4.1 태양전지 성능 : 셀
4.2 태양전지 성능 : 모듈
4.3 태양전지 성능 : 시스템
5. 태양전지 시스템
5.1 평판시스템(flat-plate system)
5.2 집중형 시스템(concentrator system)
6. 태양전지 시스템의 구조물과 부품들
6.1 장착구조물
6.2 추적 구조물(tracking structure)
6.3 전력조절기(power conditioner)
6.4 저장장치
6.5 충전 제어장치
7. 태양전지의 장점
7.1 신뢰도가 높음
7.2 유지비용이 적음
7.3 환경친화적
7.4 모듈화
7.5 시공비용이 적음
8. 적용
8.1 단순 태양전지 시스템
8.2 태양전지 시스템과 배터리 저장장치
8.3 태양전지와 전기발전기
8.4 계통연계형 태양전지 시스템
8.5 공공 전기(Public Utility)
8.6 하이브리드 시스템
8.7 수송용
9. 태양광발전 기술 현황 및 전망
9.1 일본
9.2 미국
9.3 유럽
9.4 한국
연습문제

CHAPTER 3. 태양열 발전(Solar Thermal Power)
1. 집중형 태양열 발전(Concentrating Solar Power; CSP)
1.1 구유형(Trough) 시스템
1.2 타워형(Power Tower) 시스템
1.3 태양열 접시형-엔진(Dish-Engine) 시스템
1.4 집중형 태양열 기술의 가격
2. 태양열 난방(Solar Heating)
3. 수동적 태양열 난방(Passive Solar Heating)
3.1 직접획득형
3.2 간접획득형
3.3 고립획득형
4. 능동적 태양열 난방(Active Solar Heating System)
5. 태양열 집열기(Solar Collector)
5.1 평판형 집열기
5.2 진공관식 집열기
5.3 집중형(집광형) 집열기
5.4 배출 공기 집열기
6. 주거용과 상업용 온수(Residential & Commercial Water Heating)
6.1 능동적 시스템(Active System)
6.2 수동적 시스템(Passive System)
7. 태양조명(Solar Lighting)
8. 태양열 조리기(Solar Cooker)
8.1 상자형 태양열 조리기(box-type solar cooker)
8.2 반사형 조리기(reflector cooker)
8.3 열출력(thermal output)
8.4 태양복사
8.5 개발도상국에서의 태양열 조리기
8.6 요리에너지 양
9. 태양연못(Solar Ponds)
9.1 비대류 연못
9.2 대류 연못
9.3 적용
9.4 타당성
10. 국내외 기술 및 시장동향
연습문제

CHAPTER 4. 풍력에너지(Wind Energy)
1. 바람
1.1 온도 차이에 의한 공기 순환
1.2 Coriolis 힘
1.3 지구의 바람
1.4 지구 자전에 의한 바람(Geostrophic Wind)
1.5 국부적 바람
1.6 바람 에너지
1.7 바람을 굴절시키는 풍력터빈
1.8 바람의 동력
2. 풍력터빈
2.1 풍력터빈의 종류
2.2 풍력터빈의 크기
2.3 풍력터빈의 내부 구조
2.4 풍력터빈의 사용형태
3. 풍력에너지의 장단점
3.1 장점
3.2 단점
4. 풍력에너지의 역사
5. 풍력에너지의 자원 가능성
5.1 해외 풍력에너지 이용 현황
5.2 국내 풍력에너지 이용 현황
6. 풍력에너지의 연구·개발
6.1 회전자(rotor)
6.2 블레이드(blade)
6.3 능동제어(active control)
6.4 타워(tower)
6.5 드라이브트레인(drive train; 기어박스, 발전기, 전력변환)
6.6 기본적인 공기역학 연구
6.7 공기역학적인 향상 장치
6.8 해상(Offshore) 풍력터빈 기술
연습문제

CHAPTER 5. 지열에너지(Geothermal Energy)
1. 지열에 관한 기초지식
1.1 지구과학적 지식
1.2 지열이용 현황
1.3 역사
2. 지열원(Hydrothermal Resources)
2.1 지열수
2.2 지구의 압력으로 가압된 해수 또는 소금물(염화나트륨)
2.3 고온건조암
2.4 마그마
3. 지열발전소(Geothermal Power Plant)
3.1 건증기발전소(Dry Steam Power Plant)
3.2 습증기발전소(Flash Steam Power Plant)
3.3 바이너리사이클발전소(Binary Cycle Power Plant)
4. 지열원의 직접 이용
4.1 직접이용 열원
4.2 자원 개발
4.3 지역 및 공간 난방
4.4 온실과 양어장 시설
4.5 산업용과 상업용
5. 지열열펌프(Geothermal Heat Pump)
5.1 지열열펌프의 구성
5.2 지열열펌프 시스템의 유형
5.3 지열열펌프의 장점
6. EGS(Enhanced Geothermal System) 기술들
6.1 지열에너지와 EGS 개념
6.2 EGS의 작동원리
7. 지열에너지의 장점
7.1 환경적 측면
7.2 경제학적 측면
8. 지열에너지의 한계와 위험
8.1 개발위험
8.2 개발규모와 유수지의 고갈
8.3 경제적, 정치적 위험
9. 지열에너지의 미래
연습문제

CHAPTER 6. 해양에너지(Ocean Energy)
1. 조력 및 조류발전(Tidal Power)
1.1 조력발전소용 터빈
1.2 조류 펜스
1.3 조류터빈
1.4 조력발전의 한계
2. 파력
2.1 Offshore 시스템
2.2 연안 시스템
2.3 파력발전의 장·단점
3. 해양온도차 발전
3.1 밀폐순환식
3.2 개방순환식
3.3 하이브리드순환식
3.4 제안된 프로젝트들
3.5 다른 기술들
4. 천연가스의 새로운 원천
5. 경제적, 환경적 문제들
연습문제

CHAPTER 7. 연료전지(Fuel Cell)
1. 역사
2. 작동원리
3. 연료전지 부품과 기능
3.1 연료
3.2 연료전지 시스템
4. 연료전지의 종류
4.1 고분자전해질 연료전지(PEMFC)
4.2 직접 메탄올 연료전지(DMFC)
4.3 알카라인형 연료전지(AFC)
4.4 인산형 연료전지(PAFC)
4.5 용융탄산염 연료전지(MCFC)
4.6 고체산화물 연료전지(SOFC)
4.7 재생형 연료전지(Regenerative Fuel Cell)
5. 연료전지와 관련된 간단한 수식들
5.1 이상(ideal) 연료전지 전압
5.2 효율, 전력, 에너지
5.3 연료전지 작동 시 발생하는 열발생율
5.4 연료전지가 생산하는 물의 양
6. 연료전지의 사용
6.1 수송용 전원
6.2 정치형 전원
6.3 휴대용 전원
7. 가스터빈/연료전지의 하이브리드 시스템
7.1 생산품 현황
7.2 연료전지 하이브리드 시스템의 적용과 장벽
7.3 기술개발의 필요성
8. 연료전지의 문제점
8.1 가격
8.2 내구성과 신뢰성
8.3 공기, 열, 물관리 시스템
8.4 개선된 열회수 시스템
8.5 연료문제
8.6 국민적 수용
연습문제

CHAPTER 8. 바이오매스(Biomass)
1. 바이오매스
1.1 바이오매스의 종류
1.2 기술-바이오매스 전력
1.3 장점
1.4 경제성
1.5 자원의 분포
1.6 사업성과 시장성 기회
1.7 바이오매스의 적용사례
2. 바이오연료
2.1 바이오에탄올
2.2 재생디젤
2.3 바이오연료와 환경
3. 바이오 정제소
연습문제

APPENDIX A. 신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법

APPENDIX B. 국내 기상 통계 자료
B.1 국내 일사량 분포
B.2 국내 평년기후도
B.3 지점별 일조시간의 월 평년 값(hr)
B.4 국내 태양자원
B.5 지점별 강수량의 월 평년 값(mm)
B.6 국내 풍력자원
B.7 국내 지열자원

APPENDIX C. RETScreen Clean Energy Project Analysis Software

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