방사성 동위원소는 크게 산업 분야, 의료분야, 연구 분야에 주로 사용이 됩니다.

산업 분야에서는 주로 tracer라는 이름으로 사용됩니다. Tracer는 추척자라는 말이 있죠. 즉, 감시 계측하는 용도로 주로 사용이 됩니다. 일단 소개합니다.

-누수∙누유 감시 (Leak Detection)
-성질이 같은 물질을 파이프를 통해 보낼 때 구별하고자 할 때 사용 (Pipeline Interfaces)
-강, 바다, 공기의 흐름을 추적하고자 할 때 사용 (Flow Patterns)
-유속을 측정하고자 할 때 사용 (Flow rate Measurement)
-화학반응의 과정을 추적하고자 할 때 사용 (Labeled Reagents)
-부피측정을 하고자 할 때 사용 (Tracer Dilution)
-코팅 물질 마모 정도 확인할 때 사용 (wear Analysis)
-혼합되는데 걸리는 시간 예측 (Mixing Time)
-탱크에 처음 주입된 물은 나가는 데 얼마나 걸릴지 예측 (Residence Times)
-주기적인 신호 받기 (Frequency Response)
-온도 확인 (Surface Temperature Measurements)
-대단위조사시설 (The Multi-purpose Radiation Processing Facilities)
-비파괴 검사(Nondestructive Inspection)

이외에도 사용 분야가 많이 있겠지만 여기까지 소개하겠습니다.

의료분야에서는 치료와 진단용으로 사용합니다. 치료용은 조금 더 강한 방사성 동위원소를 사용하고 진단용은 치료용에 비해서는 훨씬 약한 방사능이 필요합니다.

-진단용
X-ray, CT, PET, Gamma Camera 등이 있습니다.
-치료용
직접적인 방사성 동위원소를 사용하는 것은 아니나 가속시켜 방사성 동위원소를 만들어 제거하고자 하는 종양에 쪼아주어 암을 제거합니다. 여기에는 양이온 가속기, 중이온 가속기가 있습니다.

마지막으로 연구 분야입니다. 산업 분야에 사용하고자 다양한 분야를 연구하겠지만 산업 분야와는 또 다르게 사용하는 방법을 소개하겠습니다.

-탄소 연대 측정법
-방사선 조사로 유전자 변이 연구
-기초과학 연구
-폐기물의 반감기를 줄이는 연구
이런 분야 말고도 제가 모르는 분야에서도 많이 사용할 것입니다. 그러니 참고만 해주세요!!

쓰고 보니 종류가 엄청 많군요.. 각각 다 소개하려면 양이 방대해지겠습니다. 그래도 앞으로 천천히 소개해 보겠습니다. 기대해주세요. !!

-이미지 출처-

1. https://i.ytimg.com/vi/ulINbYaeClg/maxresdefault
2. https://www.siemens.com/content/dam/internet/siemens-com/
3. https://www.loyolamedicine.org/sites/default/files/news/istock_000026585364_full
4. http://www.msip.go.kr/webzine/index.do?webzineCd=wz-2015526104840

오늘은 신재생 이야기를 계속하려고 합니다. 저번 시간에 파력발전에 관해서 소개했었습니다. 오늘은 조력 발전을 소개하고자 합니다. 수력발전과 원리가 동일하기 때문에 원리만 간단히 소개하겠습니다.

조력 발전

바다의 밀물과 썰물의 차이를 이용해 전기를 생산하는 발전 방식을 말합니다. 물이 밀려 들어올때 수문을 열어 저수시설에 물을 채우고 만조일 때 수문을 닫아 물을 저장하였다가 물이 다 빠져나갔을 때 문을 열어 수력발전과 같은 방식으로 발전을 합니다. 여기서 잠깐 밀물과 썰물의 원인에 대해 살펴보고 가겠습니다.

밀물과 썰물

왜 바닷물은 물이 빠졌다가 채워졌다가 할까요? 이 이유는 달에 있습니다. 달의 인력으로 인해 생기는 힘인데 이 간만의 차(조차)로 인해 바닷물의 조류가 생겨 생태계에 주요한 역할을 합니다.
조금 더 자세히 말하면 달의 중력으로 해수면을 달 쪽으로 끌어당기고 그 반대편은 원심력으로 인해 쏠리게 되어 쏠린 부분이 만조 쏠리게 되어 적게 되어진 부분을 간조라 합니다.

국내 조력 발전 시설

시화호조력발전소로 경기도 안산시에 위치하고 있습니다. 밀물때 발전을 하고 썰물 때 배수하는 방식으로 발전을 합니다. 썰물 때 물이 빠지는 수문이 8개 800t의 수차 10기를 가진 발전 규모입니다. 발전량은 하루 254MWh를 생산하고 이는 연 552,700MWh로 인구 50만명이 한 해동안 사용할 수 있는 양입니다.
조차 상황에 따라 전기공급이 달라지는 점 때문에 비중앙급 발전기로 분류되지만 전력 판매 수입은 연 600억원가량입니다.

조력 발전의 장점
-무제한, 친환경 에너지입니다.
-바다에 건설하므로 토지 소모가 적다.
-운영비가 적다.
-주변 지역 관광지화(국내 시화호도 매월 10만 명이 찾는다고 한다.)

조력 발전의 단점
-초기 건설비가 비싸다.
-조석 간만의 차가 큰 지역이어야 하므로 입지조건이 까다롭다. (서해안은 입지조건이 좋은편)
-하루에 두 번 정도 간만의 차로 발전이 가능하다. 즉, 이때 말고는 발전이 불가능

조류 에너지?

조력 발전 말고 조류 발전도 있습니다. 물을 가두어 터빈을 돌리거나 그러한 것이 아니라 바다 안에 있는 풍력발전이라 생각하면 쉽습니다. 조류가 빠른 지역에 설치하여 조류의 속도로 터빈을 돌려 발전하는 방식입니다. 하지만 다른 발전보다는 전력생산량이 적을뿐더러 조류가 빠른 지역에서만 발전이 가능하므로 다른 에너지의 보완역할으로 보입니다.

오늘은 조력 발전에 관해서 알아 보았습니다. 요즘 신재생 에너지에 관한 포스팅을 하다보니 정말 다양한 방법으로 발전을 시도해 다양화시도를 하고 있다는게 느껴집니다. 연구가 활발히 진행이 되어 모든 발전이 상호 보완적인 발전체계가 되어 에너지 강국이 되었으면 합니다.

-이미지 출처-

1. http://tidalenergytoday.com/2015/01/20/video-annapolis-tidal-power-station/
2. https://m.blog.naver.com/hanleesa
3. http://earthsky.org/space/quarter-moon-earth-at-perihelion-and-neap-tide
4. http://dongascience.donga.com/special.php?idx=656
5. 
6. https://www.executive-velocity.com/

지금까지 재생에너지 중에 태양, 바람, 물의 낙차에서 에너지를 얻은 것을 이야기해왔죠? 

오늘은 바다에서 에너지를 얻는 방법을 소개해보겠습니다.

해양 에너지

파도, 조석간만의 차, 해양의 온도 차에서 나타나는 에너지를 일컫는 말입니다.
파도는 파력발전, 조석간만의 차로는 조력/조류발전, 온도 차로 온도 차 발전이 가능합니다. 하나씩 자세히 살펴보도록 하죠.

파력 발전

파동에 대해서 아시나요? 파동은 일종의 에너지의 전달입니다. 소리의 전달, 빛의 전달도 파동이죠. 파도는 전달 매개체로 매질을 물을 사용합니다.

이를 파도라 하죠. 파동으로 물의 이동은 크지 않지만 많은 에너지를 전달하게 됩니다. 국내에 있는 파력에너지의 부존량은 약 650만kW라고 합니다. 이를 잘 이용할 수 있다면 발전 일부분을 차지하는 역할을 하고 있을 겁니다.
하지만 이 에너지를 전력으로 변환시키는 일은 생각보다 쉽지 않았습니다. 19세기 말부터 시도하였지만 전력변환효율이 낮은 관계로 상용화에는 오랜 시간이 걸렸습니다. 발전원리는 어떻게 될까요?
파도가 칩니다→1차 변환→2차 변환→발전→송전→전력이용의 방식으로 전력을 사용하게 됩니다.
여기서 1차 변환은 파도의 에너지 파랑 에너지를 흡수하는 방법의 차이가 존재합니다. 이 에너지를 발전에 사용할 수 있는 에너지로 전환하는 것이 2차 변환입니다. 1차 변환에는 가동물체, 진동수주, 파랑의 수압변동 흡수등의 방법으로 에너지를 흡수를 합니다. 즉, 파도의 에너지를 기계적 에너지로 전환합니다. 2차 변환에서는 유압장치, 공기터빈, 수류터빈등을 이용합니다. 즉, 기계적 에너지를 전기에너지로 전환합니다. 여기서 1차 변환-2차 변환이 대표적으로 사용되는 발전 방식은 작동원리에 따라 3가지 정도로 나누어집니다. 이 세 가지 위주로 설명하겠습니다.

-가동 물체형 : 파도에 의해 고정된 힌지를 중심으로 상하운동을 하는 부유구조물을 사용합니다. 이 수면의 움직임에 따라 민감하게 반응하는 물체의 움직임을 전기에너지로 변환하게 됩니다.

부유식, 잠수식 두 가지 방법으로 설치합니다. 파력에너지를 직접 이용하기 때문에 에너지 효율이 비교적 높은 장점이 있지만 파력 발전기가 파력을 직접 부딪혀야 하므로 구조물이 빨리 취약해집니다.

-진동 수주형 : 발전기 내부 공기 챔버에 있는 물이 상하 진동함으로써 공기 챔버안의 공기가 왕복 운동을 하게 됩니다. 이로 인해 파랑 에너지를 공기의 유동에너지로 1차 변환하고 이를 다시 공기 터빈을 사용하여 2차 변환합니다. 설치 방법은 부유식, 고정식, 안벽형으로 설치됩니다. 발전효율이 월파형 보다 높고 파랑의 형태와 상관없이 발전이 가능한 장점이 있지만 파랑의 변동성을 제어하기 힘듭니다.

-월파형 : 파력의 진행 방향 전면에 비탈면을 두어 파랑 에너지를 위치에너지로 변환하여 물을 저장합니다. 이 저수시설의 하부에 설치한 수차 터빈을 돌려 발전을 합니다. 기존에 설명한 수력 발전과 동일한 방법입니다. 설치방식은 파도를 저장하기 위해 잠수식은 불가하고 부유식, 방파제의 방식으로 설치됩니다. 방식은 직관적이지만 일정 수위 이상에서만 발전이 가능합니다.

파력발전의 장점
-무한한 에너지원이다.
-소규모 발전이 가능하다.
-방파제로도 활용할 수 있다.
-친환경적이다.

파력발전의 단점
-파도에 따라 발전출력 변동이 심하다.
-초기 제작비가 높다.
-수심, 바람, 항해, 육지에서 거리 등을 고려해 입지 조건이 한정적이다.

오늘은 파력발전에 대해서 알아보았습니다. 미래를 보았을 때 바다에서 에너지를 얻는 것은 필수적이라고 생각합니다. 그런 면에서 파력발전은 더욱더 발전되기를 기대해봅니다.

다음 시간에는 조력 발전에 관해서 다루어 보겠습니다. 

-이미지 출처-

1. https://pixabay.com
2. http://www.oceanenergycouncil.com
3. http://www.ctman.kr/news/3782
4. http://koc.chunjae.co.kr/Dic/dicDetail.do?idx=14493
5. https://www.pelamiswave.com/pelamis-technology/
6. https://www.pelamiswave.com/pelamis-technology/
7. http://www.soz-etc.com/energien-erneuerbar/
8. https://www.researchgate.net
9. https://iphoto.kiost.ac.kr/

유튜브에서 우연히 신기한 동물을 보게 되어서 소개합니다.ㅎㅎ

여러분들은 3시간마다 음식을 먹지 않는다면 어떨 것 같나요? 우리는 다이어트를 위해 하루에 한끼만 먹거나 소식을 하거나 하기도 합니다. 그리고 하루동안 아무것도 안 먹었다고 죽지는 않죠. 하지만 여기에 3시간 안에 음식을 먹지 못하면 동물이 있습니다. 바로 북부짧은꼬리땃쥐입니다. 이름이 길고 어렵네요.ㅎㅎ 이 동물은 포유류이며 몸길이는 12~14cm이고 무게는 18~30g입니다. 매우 작은 동물입니다. 주로 분포하는 지역이 캐나다와 미국 아칸소 및 조지아주라고 합니다.

(이렇게 생겼습니다)

이 동물은 두더지만큼이나 시력이 나쁩니다. 크기도 작고 시력도 나쁜 이 동물은 포식자들의 먹잇감의 대상입니다. 하지만 이 동물이 가장 두려워하는 것은 자신의 심장입니다. 분당 900이 넘는 심장 박동 수로 인간보다 12배 정도 빠르다고 합니다.

심장이 왜 이렇게 빨리 뛰는 걸까요? 일반적으로 몸이 작은 동물은 체온을 빨리 빼앗깁니다. 열이 안 나가도록 막아주는 표피가 몸이 작은 동물은 부족하기 때문입니다. 상대적으로 몸이 큰 동물은 표면 적이 넓지만 표피도 두껍게 할 수 있는 여유도 있고 내부에 열을 저장할 공간이 넓습니다.

이 때문에 체온유지를 위해서 심장은 매우 빠르게 뛰는 방식으로 작용합니다. 이 매우 빠르게 뛰는 심장 때문에 많은 에너지를 소모하므로 하루 몸무게의 3배 정도를 먹어야 한다고 합니다. 그래서 3시간 정도가 한계 시간이고 그 안에 먹이를 섭취해야 합니다. 먹이도 높은 열량을 위해 육식을 한다고 합니다.

북부짧은꼬리땃쥐는 생존을 위해 3가지 정도의 특징을 가지고 있습니다.

첫 번째는 악취를 풍깁니다. 바로 포식자로부터 자신을 보호하기 위한 장치입니다. 옆구리와 배에 있는 사향샘에서 악취를 뿜어내는데 냄새가 매우 고약하다고 합니다.

두 번째는 먹이를 빨리 찾기 위해 음파탐지를 사용합니다. 북부짧은꼬리땃쥐는 시력이 안좋기 때문에 전적으로 음파탐지를 활용합니다.

세 번째는 독입니다. 북아메리카에서 유일하게 독을 지닌 토종 포유류인데 이빨에서 독을 뿜어낸다고 합니다. 독은 먹잇감을 죽이지 않고 몸을 서서히 마비시킵니다. 몸이 마비된 먹잇감은 의식이 있고 살아 있지만 북부짧은꼬리땃쥐에게 산 채로 잡아 먹히게 됩니다.

3시간마다 생존을 위해 에너지원을 찾아다니는 북부짧은꼬리땃쥐
개인 여가 시간 없이 힘들게 일만 하는 현대인의 삶과 오버랩이 되는 것은 기분 탓일까요?
항상 오늘 하루도 열심히 하자고 다짐하지만 한 번쯤 뒤돌아보는 것도 좋지않을까 생각합니다.ㅎㅎ

-이미지 출처-

1. https://listverse.com/2017/04/20/top-10-bizarre-facts-about-death/
2. http://healthandfitnesssociety.com/health-fitness/diet
3. http://parody.wikia.com/wiki/Northern_Short-Tailed_Shrew
4. http://eswelcevas31.soup.io/post/446236508/Racing-Heartbeat
5. http://avax.news/n/4431
6. http://www.krmsradio.com/bad-smell-at-the-dam/
7. https://annisseptidiani.wordpress.com/kelas-viii/sistem-sonar/
8. http://www.mulierchile.com/poison.html
9. http://www.wikiwand.com/ko/
10. https://brunch.co.kr/@finance1026/82

저번 시간에 풍력발전에 관해서 이야기했었습니다. 오늘은 물의 떨어지는 힘을 이용한 수력 발전에 관해서 소개하겠습니다.

언젠가 한 번쯤 댐에 가본 적이 있으실 겁니다. 댐에 모아놓은 물은 어마어마한 양이죠. 물을 모아놓았다가 가뭄이 오면 농사를 위해 물을 흘려보내는 역할도 하고 비가 많이 왔을 때 물의 방류량을 조절에 물난리가 나는 것을 막는 역할도 합니다. 이런 댐이 전기도 생산합니다. 어떻게 생산하는지 한번 알아보겠습니다.

전기 생산의 원리

물리를 공부한 적이 있는 분이시라면 누구나 위치에너지 운동에너지를 들어 보았을 것입니다. 높은 곳에 있으면 위치에너지가 올라가고 아래로 내려오면 그 위치에너지만큼 운동에너지로 변환이 됩니다. 이를 이용하게 됩니다.
댐은 산에서 흘러나오는 물을 한곳에 모아 가두어 둡니다. 즉, 밑으로 흘러내려 가려고 하는 물들을 산이라는 곳에 가두어 두는 것입니다. 그래서 물은 위치에너지를 가지고 댐에 저장이 됩니다. 위치에너지는 질량×중력가속도×높이로 구해지게 되는데 중력가속도는 지구에서는 9.8m/s2으로 일정하고 높이는 높을수록 질량은 클수록 에너지가 큽니다. 여기서 높이는 댐의 고도가 될 것이고 질량은 물을 어느 정도 저장하고 있냐인 저수량에 의해 결정이 됩니다. 그러니 결국 댐의 규모와 관련이 큽니다. 위치는 저수량과 경제적 여건을 고려하여 어느 정도 한계가 있고 저수량도 규모가 크면 커지게 됩니다. 결론적으로 가장 중요한 부분은 한 번에 내보낼 수 있는 방수량 시간당 방수량이 크면 많은 에너지를 낼 수 있습니다.

이 에너지가 나오면 아래로 흐르게 됩니다. 아래로 떨어지며 물은 위치에너지에서 운동에너지로 바뀌게 됩니다. 즉, 내려오면서 힘을 가지게 되는 것이죠. 예를 들어 생각해보면 폭포가 있는 계곡에 놀러 갔을 때 높은 폭포수 아래에 가면 물을 맞지만 아픕니다. 이것이 운동에너지로 전환이 되었기 때문이죠. 결국, 수력발전은 위치에너지에서 전환된 운동에너지로 발전기를 돌려 전기를 생산하게 됩니다.

발전 방식은?

저번 포스팅에서 풍력발전은 바람이 날개를 돌려 거기에 연결된 터빈이 돈다고 하였지요? 수력도 마찬가지의 원리입니다. 다만, 이번에는 바람이 아니라 물입니다. 높은 데서 낮은 데로 떨어진 물은 운동에너지가 높아집니다. 이 말인 즉슨 빠른 유속을 가진 물이 흐르는 것입니다. 그리고 흐르는 곳에 수차를 설치합니다. 이 수차는 물에 의해 돌아가게 됩니다. 그리고 이 수차는 발전기와 연결되어 있습니다. 이 발전기에 있는 영구자석이 돌면서 교류전원을 생산하게 됩니다.

수력발전의 장점

-친환경적으로 연료비가 없고 대기오염물질 방출이 없습니다.
-전기생산 이외에 식수공급, 자연재해 예방 등의 다양한 기능을 함께 제공합니다.

수력발전의 단점

-댐 건설을 위해서는 산의 생태계를 파괴해야 합니다.
-앞서 전기생산 원리에서 말했듯이 풍부한 수량과 높은 낙차가 필요하며 넓은 지형이 필요하므로 입지 조건이 제한적입니다.
-초기 건설비용이 높다

양수 발전?

수력 발전을 이야기하면 양수 발전이라는 말을 많이 들어보셨을 겁니다. 양수 발전은 무엇일까? 엄밀히 말하면 발전이라고 할 수는 없다고 생각합니다. 더 적절한 표현은 거대한 배터리다 라고 말하고 싶습니다. 왜냐하면, 양수 발전은 전기를 사용하여 물을 펌프로 끌어올려 댐에 다시 보내는 일을 하게 됩니다. 왜 이런 짓을 할까요?
두 가지 정도의 기능이 있습니다. 첫째는 발전 기동이 좋아 긴급한 부하변동에 신속히 대응할 수 있습니다. 두 번째는, 남는 전기를 저장하기 위해서입니다. 전기는 비교적 낮보다는 잠을 잘 시간인 밤에는 사용량이 낮아집니다. 그래서 전기 생산을 줄이기는 하지만 기저부하인 대형 발전소는 전기 생산을 중단하는 것이 큰 손실이고 원자력의 경우는 더욱더 크게 손실이 옵니다. 그래서 전기를 생산하되 저장을 하게 됩니다. 하지만 현실적으로 배터리의 저장량은 한정적이라고 할 수 있습니다. 그래서 물을 펌프로 끌어올려 댐에 저장하고 나중에 전기수요가 있을 때 수력발전을 하여 전기를 생산하는 방식이 양수 발전입니다. 이 방식은 전기를 사용하여 다시 올리는 만큼 발전 효율이 낮습니다. 하지만 전기를 버려야 하는 것을 일부 저장하게 됨으로써 전기 생산을 증진시키는 장점이 있습니다.

수력발전은 원리는 정말 간단하지만 그 규모는 엄청납니다. 이러한 댐을 보았을 때 단순히 물의저장뿐만 아니라 전기까지 생산 해준다는 것을 생각해보는 시간이었습니다.

-이미지 출처-

1. http://www.list-rooster.com
2. https://www.iaspaper.net/water/
3. http://study.zum.com/book/14575
4. http://www.placesnearpune.com
5. http://blog.kepco.co.kr/912
6. http://angeles.sierraclub.org/news/blog/2016/12/ready_set_organize
7. http://www.water-technology.net/projects/chongqing/chongqing8.html
8. http://www.asiatoday.co.kr/view.php?key=505807
9. http://www.ecoseoul.or.kr/xe/?document_srl=1875277

오늘은 표준에 관해서 이야기해 보겠습니다. 일상생활에서 사용하는 단위가 어떠한 게 있죠? 시속이 얼마다 할 때 km/h 라던가 땅이 ~평이다 라던가 이러한 단위들이 사용됩니다. 하지만 미국에 가게 되면 야드나 파운드 이러한 단위들을 사용합니다. 나라마다 단위의 사용에 차이가 있는 것이지요. 이러한 이유로 국제적으로 단위를 표준화합니다. 이를 SI 단위라고 합니다. 그래서 이 단위에 관해서 이야기를 풀어보겠습니다. ㅎㅎ

단위의 사용

단위는 어떻게 사용이 되었을까요? 아주 옛날 사람들은 단위의 개념이 없었겠죠. 하지만 역사적으로 보았을 때 단위의 사용은 문명의 발생과 아주 관련이 높습니다. 계급이 존재하지 않고 농경이라는 것을 하지 않을 때는 필요가 없었지만, 문명이 발생하여 계급이 생기고 농경사회가 시작되면서 농경지를 구획할 때 사람들은 자신들의 것을 정확히 구분하기 위해 표준이 될 수 있는 단위를 사용하게 됩니다. 또한 서로 생산한 것을 교환하기 위해서는 가치를 판단할 기준도 필요했습니다. 이렇게 단위를 사용하게 됩니다.

단위 표준화의 중요성

이렇게 각각의 나라들은 자기들만의 단위를 개발하게 됩니다. 가장 처음 사용한 단위들은 길이, 부피 등을 재는 도량형에서 시작하였지만 시간이 흘러 여러 단위들이 나오게 됩니다. 하지만 산업화가 되고 현재와 같은 세계화의 시점에서는 단위 표준화는 매우 중요한 문제 중에 하나입니다. 두가지 예를 살펴보겠습니다.

-김리 글라이더 사건-

1983년 7월 22일 엔진이 모두 꺼진 상태로 비행기 하나가 비상착륙을 합니다. 이 비행기는 갑자기 연료가 떨어져서 비상착륙을 했다고 합니다. 연료가 새버린 걸까요? 정답은 아닙니다. 이 비행기는 최초로 파운드법이 아닌 미터법을 사용하여 제작한 비행기라고 합니다. 하지만 미터법으로 계산해서 넣어달라고 한 연료를 잘 못 해서 숫자만 보고 그 숫자만큼의 파운드로 넣었다고 합니다. 그래서 비행중 원래 연료양보다 부족하여 엔진이 꺼지는 상황이 발생했고 비상착륙을 하게 되었다고 합니다.

-화성 기후 궤도선-

약 1300억 원의 돈을 들여 만든 화성의 계절, 기후, 물과 이산화탄소의 존재, 기후 변화 등을 연구하기 위해 제작하여 우주로 보냅니다. 하지만 비행 중 궤도 진입을 위해 정보를 송신하였는데 네비게이션이 오작동을 일으키고 원래 예상 궤도로 진입을 못 하고 화성대기로 인해 공기 저항으로 파괴가 되어버립니다. 이유는 록히드 마틴사가 로켓 분사에 필요한 충 운동량 변화를 파운드 단위로 계산하여 보냈고 NASA 측은 미터법으로 제작한 로켓에 이 숫자를 그대로 집어넣은 것입니다. 아주 작은 실수였습니다. 한 가지 단위변환을 안 한 것이지요. 이 하나의 실수로 우주선은 사라지게 됩니다.

표준화 단위

국제적으로 여러 나라가 사용하는 단위를 국제단위로 인정하고 사용하는데 여기에는 7가지의 SI단위가 있습니다.
길이, 질량, 시간, 전류, 온도, 몰질량, 광도가 해당합니다. 각각의 단위는 어떠한 값으로 표준이 되어 있는지 한 번 보겠습니다.

-길이 : 미터(m) : 1m는 빛이 진공에서 1/299.792,458초 동안 진행한 경로의 길이

-질량 : 킬로그램(kg) : 국제 킬로그램 윈기를 사용(1kg 모델이 제작되어 있고 이를 표준으로 정함)

-시간 : 초(s) : 1초는 온도가 0K인 세슘-133 원자의 바닥 상태에 있는 두 초미세 준위 사이의 전이에 대흥하는 복사선의 9,192,631,770주기의 지속 시간

-전류 : 암페어(A) : 1A는 무한히 길고 무시할 수 있을 만큼 작은 원형 단면적을 가진 두 개의 평행한 직선 도체가 진공 중에서 1미터의 간격으로 유지될 때, 두 도체 사이에 미터당 2×10-7 뉴턴의 힘을 생기게 하는 일정한 전류

-온도 : 켈빈(K) : 물의 삼중점의 열역학적 온도의 1/273.16

-몰질량 : 몰(mol) :1몰은 바닥 상태에 정지하여 있고 속박되어 있지 않은 탄소-12의 0.012kg에 있는 원자의 개수와 같은 수의 구성요소를 포함한 어떤 계의 몰질량(c-12를 기준으로 한다)

-광도 : 칸델라(cd) :1 칸델라는 540×1012 헤르츠인 단색광을 방출하는 광원의 복사도가 어떤 주어진 방향으로 스테라디안당 1/683와트일 때 이 방향에 대한 광도

이 표준 단위들로부터 유도단위를 구해 주파수, 힘, 에너지, 전하량, 섭씨, 화씨 등이 나오게 됩니다. 그래서 가장 기본 단위들이라고 생각하시면 됩니다.

오늘은 단위의 중요성과 가장 기본이고 표준인 SI 단위가 어떠한 값으로 정해져 있는지 간단히 소개하였습니다.

-이미지 출처-

1. https://www.alcohol.org.nz/help-advice/standard-drinks
2. https://standard.go.kr/KSCI/portalindex.do
3. https://www.hotelschoolmaastricht.nl/
4. http://www.cbc.ca/news/canada/manitoba/gimli-glider-not-sold-at-ontario-auction-1.1394807
5. https://www.jpl.nasa.gov
6. http://scienceon.hani.co.kr/61981
7. https://www.bipm.org/en/measurement-units/rev-si/
8. http://www.kriss.re.kr/introduce/view.do?pg=vision_strategy

안녕하세요!!

오늘은 바람의 힘으로 전기를 생산하는 풍력발전에 대해 이야기해 보겠습니다. 사실 풍력발전을 다들 들어보거나 본 적 있으신 분들이 많을 거라고 생각해요. 영화나 드라마에도 많이 나오고 관광지화되기도 하였죠. 그럼 오늘은 풍력발전의 내부를 들여다보고 원리를 설명해보겠습니다.

풍력발전이란?

바람의 힘을 바로 전력으로 바꾸는 발전입니다. 기존의 발전과 어떤 점이 다른가? 라는 질문에서는 다른 점이 존재한다고 말할 수 있습니다. 기존의 발전 화력, LNG, 원자력, 태양열 등등은 열에너지를 생산해 이 열에너지로 물을 끓여 증기를 만들고 이 증기의 힘을 터빈으로 보내 터빈을 돌려 발전을 하는 방식입니다. 하지만 풍력발전에서는 이 터빈 자체가 풍력 발전기의 날개입니다. 즉, 열에너지를 생산할 필요가 없는 발전입니다.

바람의 힘을 어떻게 이용할까?

길을 걷다 보면 바람이 강하게 불면 날아갈 것 같은 느낌을 받습니다. 바람이 밀어내고 있는 것 같죠. 바람은 공기의 흐름입니다. 유체라고 할 수 있습니다. 이 공기의 흐름이 빠르다면 그만큼 높은 운동에너지를 가지고 있는 것입니다. 자 이제 이 바람이 날아와 풍력발전기의 블레이드를 때립니다. 그러면 프로펠러는 돌게 되고 프로펠러 뒤에는 발전기가 연결되어 있습니다. 그림과 같이 연결되어 있는데 프로펠러가 돌면서 연결된 자석이 돌고 자석이 돌면서 전류의 방향이 계속 바뀌며 전류가 생성됩니다.

여기서 추가로 설명해야 할 것은 토크 힘입니다. 왜 바람이 날아와 블레이드를 때리면 돌게 될까? 중심축으로부터 블레이드는 반경 방향으로 뻗어져 있습니다. 선풍기처럼 연결되어 있다는 말입니다. 이때 바람은 블레이드의 수직 방향으로 들어옵니다. τ=r×F의 토크 식을 생각하면 회전 방향으로 힘이 생긴다는 것을 알게 됩니다. 이 때문에 회전을 하는 것이지요.

어떻게 하면 더 큰 힘을 얻을까?

토크 즉, 돌림힘이라 하는 이 힘을 강하게 얻어야만 풍력발전기의 날개가 빨리 돌아가고 전기생산량이 늘 것입니다. 그렇다면 다시 식을 생각해보죠. τ=r×F 돌림힘이 커지기 위해서는 우변 항에 있는 r, F가 커지면 될 것 같습니다. r이 커진다는 것은 블레이드 날개가 커진다는 것이고 현재 축구장만 한 날개도 만들어진다고 하는 것 같습니다.
F가 커지기 위해서는 바람이 강하게 불어야 합니다. 이를 위해서는 발전 설비를 지을 때 역학조사를 치밀하게 하여 바람의 세기가 강한 곳을 골라야 할 것입니다. 그리고 발전기를 설치할 때 각각의 발전기들이 서로의 공기 흐림에 영향을 주어 효율을 떨어뜨리지 않도록 효율적으로 배치하는 것이 중요하겠습니다.

발전종류는?

크게 수평 방향의 날개를 가지거나 수직 방향의 날개를 가진 발전방식으로 구분할 수 있습니다.
우선, 수평 방향은 대형화가 용이하고 발전효율이 높아 대형 발전단지로 많이 존재함을 보았습니다. 하지만 바람의 방향이 바뀌면 방향을 변환시켜주는 시스템이 필요한 단점이 있습니다. 이 단점 보완한 것이 수직 방향의 블레이드를 가진 발전입니다. 바람의 방향에 자유로운 장점이 있고 가로 방향으로 넓은 면적을 차지 않기 때문에 토지이용률이 비교적 낮습니다. 하지만 대형화가 힘든 점이 있으며 발전효율이 낮은 점이 있어 대규모 발전에 이용하기에는 한계점이 존재합니다.

풍력발전의 장점
-무공해, 무한 에너지
-무인화 가능
-발전단가 저렴
-유지부소와 초기 설비비용을 제외한 추가비용이 발생 안 함
-건설 기간이 짧다

풍력발전의 단점
-태양열과 마찬가지로 초기 투자비가 요구되어 초기 설비비용이 비쌉니다.
-바람이 간헐적이기 때문에 지속적인 발전이 힘듭니다.
-만약 건설 당시에는 바람이 많이 불었으나 이후 어떠한 요인에 의해 무풍지대나 바람이 약한 지역으로 바뀔 경우 설비 전체를 사용 못할 수도 있다. 그렇기에 입지선정이 제한적이며 어렵다.
-회전 시 발생하는 소음으로 주변 민가, 농가에 피해가 발생한다.
-발전의 비연속성으로 전력저장장치가 필수적으로 필요하다.

건설방법이나 각각의 종류에 따라 자세히 설명하고 싶었으나 그러려면 양이 좀 많더군요.. 그래서 이정도로만 소개하도록 하겠습니다. 다음에 기회가 된다면 더 자세히 포스팅해보도록 하겠습니다.

-이미지 출처-

1. http://www.telegraph.co.uk/
2. http://monthly.chosun.com/client/news/viw.asp?nNewsNumb=201008100034
3. http://maxpixel.freegreatpicture.com/Human-Hair-Female-Girl-Wind-Person-Hair-Flying-1103917
4. https://energy.gov/eere/wind/how-do-wind-turbines-work
5. http://www.windpowerengineering.com/blades/blade-addition-boost-wind-turbine-power-20/
6. http://atomstory.or.kr/p/35927/

저번 포스팅에서 신재생에너지란 무엇인가에 관해 이야기 했었습니다. 신에너지를 먼저 할까 재생에너지를 먼저 할까 고민하다가 재생에너지에 대해서 더 많이 아시지 않으실까 해서 재생에너지부터 포스팅하고자 마음을 먹었습니다.
재생에너지에서 뭐니 뭐니 해도 가장 실생활에서 많이 쓰이는 에너지는 태양에너지입니다. 태양을 이용한 에너지는 태양광과 태양열이 있습니다. 이 두 가지의 차이를 아시나요? 태양광은 광전효과를 이용한 것이고 태양열은 뜨거운 태양열을 이용한 발전입니다.
그렇다면 조금 더 자세히 설명해보겠습니다.

태양광이란?

태양광을 이해하려면 광전효과에 대해서 알아야 합니다. 광전효과란 일정 수준(일함수) 보다 높은 에너지를 가진 빛이 금속으로 진행하게 되었을 때 금속에서 광전자가 방출됩니다.

이 광전자를 태양전지를 이용해 우리가 사용할 수 있는 전기로 만들 수 있도록 전력변환장치로 구성합니다.

태양전지란?

여기서 말하는 태양전지는 반도체입니다. pn접합형 반도체입니다. 원리는 간단합니다. n형은 상대적으로 전자의 농도가 짙고 반도체 p형은 상대적으로 전자가 적어 전자로 채워져 있어야 할 자리가 비게 되어 정공이 생기는 반도체입니다.
즉, 전하를 옮기는 수단으로 정공이 사용되는 반도체가 p형이고 전하를 자유전자가 옮기는 반도체를 n형 반도체라 합니다.
이제 두 반도체를 접합시키게 되면 접합면에 공핍층이 형성됩니다. 공핍층은 전자와 정공이 결합해 중성이 되어 두 반도체를 가르는 전위차를 형성합니다. 즉, 벽을 형성합니다.
이때 양단에 순방향(p형에 (+), n형에 (-) )으로 전압을 걸어주게 되면 이 공핍층이 사라져 전류가 흐를 준비가 되었습니다. 이렇게 전기를 생산할 준비가 다 되었습니다. 이때 빛 에너지가 들어와 광전효과에 의해 원자핵으로부터 벗어나 전자가 생기게 되고 생겨난 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하게 됩니다. 이렇게 해서 전자를 받을 수 있게 됩니다.
반도체 이야기는 잠깐 소개하기에는 깊기 때문에 이정도만 소개하겠습니다.
이렇게 얻은 전류를 축전기를 통해 저장하고 직류이기 때문에 일반 가정에서 사용하기 위해 교류로 변환하여 사용하게 됩니다.

태양광발전의 장점
-에너지원이 무제한이며 발전 시 공해를 발생하지 않습니다.
-유지보수가 용이합니다.
-건설 기간이 짧습니다.

태양광발전의 단점
-하늘이 흐리거나, 밤이 되면 발전이 불가능합니다.
-에너지 밀도가 낮아 같은 발전량 대비 필요 면적이 매우 큽니다.
-발전면적이 넓어 오히려 산림파괴의 문제점이 있습니다.
-초기 투자비와 발전 단가가 높은 편입니다. (반도체 사용)

태양열발전이란?

태양의 복사에너지가 지구로 와서 산란 흡수를 하며 지구의 온도를 결정합니다. 일사량이 많은 적도 지역은 덥고 비교적 적은 남극과 북극은 추운 이유도 태양에너지 일사량의 차이지요. 이 태양 복사에너지를 모아 뜨거운 열에너지를 모으는 발전이 태양열 발전입니다. 이를 집열이라고 하는데 우리나라에서는 발전에 사용할 만큼 대규모 시설은 만들기 힘듭니다. 일사량도 부족하고 그만큼 면적 또한 부족하기 때문입니다. 하지만 가정용이나 소규모로는 사용하는 것으로 알고 있습니다. 우리나라에는 적용하기 힘들지만 일단 소개해보겠습니다.

태양열을 수집하는 집열기는 저온용, 중온용, 고온용 집열기 등이 있습니다. 대규모 발전에 사용하는 집열기는 고온용집열기인데 꼭 위성 안테나 처럼 생겼습니다. 이러한 고온용 집열기를 그림에서 처럼 중간에 있는 타워를 바라보게 해서 많이 설치합니다. 그럼 이 집열된 열이 타워의 꼭대기에 집열되게 됩니다. 여기에는 물탱크가 있는데 여기서 발생하는 증기를 이용해 일반 발전설비처럼 증기터빈을 이용해 발전하게 됩니다.

태양열 장점
-무공해, 무제한 발전입니다.
-가정용으로 온수기로 사용 가능 합니다.

태양열 단점
-흐리거나, 밤에는 발전이 안 됩니다.
-높은 일사량이 필요합니다. 보통 사막 같은 곳을 이용합니다. 면적 또한 많이 필요합니다.

태양열과 태양광 두 발전 다 청청에너지원이지만 발전이 간헐적이라는 단점이 존재합니다. 이를 해결하는 현실적인 방안은 기존에 사용하는 발전을 같은 설비용량으로 예비발전을 대비하는 방법이 있습니다. 또한, 미래지향적 방안은 발전효율상승과 더불어 배터리 저장용량 증가로 발전이 안될 때 충전량으로 보충하여야 합니다.

태양열과 태양광을 한번에 설명하려니깐 너무 양이 많아 소개정도로만 마치겠습니다.

-이미지 출처-

1. http://www.independent.co.uk/
2. https://inhabitat.com/tag/solar-panel/
3. https://www.quora.com
4. http://www.doopedia.co.kr/
5. http://www.colbridge.com/solar-panels-ernakulam-kochi-kerala/
6. https://constructionreviewonline.com/
7. https://www.avantes.com/
8. http://www.te-a.kr/sub_product_2.asp
9. http://www.sunwindenergy.com