전동차 ATO Mode에서 안전을 고려한 ECO Driving 패턴에 관한 연구

김규중 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2012 국내박사

Abstract A Study on Safety Assured ECO Driving Pattern of Electric Multiple Unit in ATO Mode Kim, Kyu Joong (Supervisor Lee Keun Oh) Dept. of Safety Engineering Graduate School of Energy & Environment Seoul National University of Science and Technology Urban transit vehicle that uses electrical energy, is faster, safer and energy-efficient public transit than other means. Recently in the field of railway, for energy savings by the low-carbon green growth and global warming prevention, studies on new trains which can increase energy efficiency and regenerative energy storage system(RESS) for the stabilization of catenary voltage and etc. become active. On the one hand, considering urban rail systems' nature which operates repeatedly to drive and stop in short running time less than 2㎞ station spacing, a study on optimal ATO operation patterns which reduce driving energy consumption and improve driving comfort and its practical application is yet insignificant. The train driving patterns should be for the purpose of safe operation and train driving energy minimization considering traction/braking force, and passenger load conditions, jerk, interval running time, various train resistance etc. Therefore, this study aims at finding ECO Driving patterns which secure driving safety of the ATO System train and reliability and which optimize efficiency of the driving energy consumption. As a Research method, the Matlab/Simulink are used to modeling a regenerative brake-capable train, and actual parameters such as powering and braking characteristics, all kinds of resistance, passenger load, velocity, gradient, radius of curve etc and powering and breaking commands per time or distance are inputted to train’s dynamic equation, then a simulation program is made and used to yield train driving pattern and driving time and the amount of driving energy used thereby at auto and manual operation and at all sector. In particular, to calculate accurately traction and braking characteristics of the train, based on the actual operating data of the vehicle and the motor characteristic curve acceleration/deceleration per step is differentiated, which is reflected to train modeling, thereby error in actual train operation pattern are minimized. In addition, some simulation results show overspeed(4㎞/h above than speed limit)(which is one of the train's emergency braking condition) then it was ignored and resimulated although it’s energy consumption efficiency was high, by that, we tried to secure train operation safety. In the scopes in the research, currently operated train’s automatic/manual operation driving pattern difference and energy usage are comparative analysed and to complement problems of the existing ATO pattern, simulation scope is classified to 5 models which is necessity of coast control, influence of driving time, comparison of departure pattern, change of driving pattern, minimization of slip phenomenon. Research results derived by performing simulation of those 5 model shows that the emergency braking which affects safety of passenger and the machinery is minimized, and safe driving speed is maintained by the prohibition of drastic acceleration/deceleration, coasting and constant-speed driving, therefore if this result is applied to urban railway train by amending or making ATO program to save energy usage improve environmental quality, its effects as ECO driving pattern is considered huge. Keyword : Urban Transit, EMU(Electric Multiple Unit), Regenerative Braking, ATO(Automatic Train Operation), Regenerative Energy Storage System, ECO Driving Pattern, Emergency Braking, Coasting Control 요 약 제 목 : 전동차 ATO Mode에서 안전을 고려한 ECO Driving 패턴에 관한 연구 전기에너지를 사용하는 도시철도 전동차는 자동차 등 타 교통수단보다 신속․안전하고 에너지효율성이 높은 대중교통수단이다. 최근 철도분야에서는 저탄소 녹색성장에 따른 에너지 절감과 지구 온난화 방지를 위하여 가선 전압의 안정화를 위한 회생에너지 저장시스템(RESS) 및 에너지 효율을 높일 수 있는 새로운 전동차 개발 등의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만 2㎞ 이내의 역간 거리를 정해진 짧은 운전 시분 내에 주행과 정차를 반복하며 운행하는 도시철도 전동차의 주행에너지 소비를 절감시키고 승차감을 향상시킬 수 있는 최적의 ATO 운행패턴에 대한 연구 및 실제적인 적용사례는 아직까지 미비하다고 볼 수 있다. 전동차의 운행패턴은 견인력/제동력, 승객하중조건, Jerk, 구간별 운행시간, 각종 열차저항 등을 고려하여 열차 주행에너지의 최소화 및 안전운행을 목적으로 해야 한다. 따라서 본 논문은 ATO System 전동차의 운행 안전성과 신뢰성을 확보하고 주행에너지의 사용효율을 최적화할 수 있는 ECO Driving 패턴을 찾는데 그 목적을 두었다. 연구방법으로는 Matlab/Simulink를 활용하여 회생제동이 가능한 전동차를 모델링한 후 선로를 주행하는 전동차의 운동방정식에 역행 및 제동 특성, 각종 저항, 승객하중, 속도, 구배, 곡선반경 등의 실제적인 Parameter값과 시간 또는 거리별 역행, 제동 명령값을 입력시켜 모든 구간에서 자동 및 수동 운전을 할 때의 열차 운행패턴과 주행시간 및 그에 따른 주행에너지의 사용량을 산출할 수 있는 Simulation Program을 만들어 사용하였다. 특히 전동차의 견인 및 제동특성을 정확히 산출하기 위하여 실제 차량의 운행데이터와 모터 특성곡선을 기초로 각 제어단별 가․감속도를 차별화하여 전동차 Modeling에 반영함으로서 실제 차량의 운행패턴과의 오차를 최소화하였다. 또한 전동차의 비상제동 체결조건의 하나인 속도초과(제한속도보다 4㎞/h 초과되는 경우)가 일부 나타난 Simulation 결과는 사용에너지의 효율이 높더라도 안전이 확보되지 않으므로 권고속도를 0.5㎞/h씩 낮추며 Simulation을 재실행함으로서 전동차 운행의 안전성을 확보하는데 노력하였다. 연구범위는 현재 운행되고 있는 전동차의 자동․수동운전 운행패턴의 차이점과 에너지 사용량을 비교․분석한 후, 기존 ATO 운행패턴의 문제점을 개선하기 위하여 Simulation 범위를 타행제어의 필요성, 운행시간의 영향, 출발패턴의 비교, 운행패턴의 변화, Slip 현상의 최소화 등 5가지 Model로 구분하였다. 5가지 Model에 대한 Simulation을 수행하여 도출한 연구결과는 승객과 기계장치의 안전에 영향을 주는 비상제동 체결을 최소화하며, 급격한 가․감속의 금지, 타행 및 정속주행으로 안전한 운행속도를 유지할 수 있으므로 에너지 사용량을 절감하고 환경의 질을 개선시킬 수 있도록 ATO 프로그램 튜닝 또는 제작에 적용시켜 도시철도 전동차에 실제 사용하면 주행에너지를 약 15% 정도 절감할 수 있는 ECO Driving 패턴으로서 그 효과는 매우 클 것으로 판단된다. 핵심어 : 도시철도, 전동차, 회생제동, ATO, 회생에너지 저장시스템, ECO Driving 패턴, 비상제동, 타행제어

칠레의 에너지소비, CO2 배출량, 경제성장 사이의 인과관계 분석 : A Study on the Causal Relationship among Energy Consumption, CO2 Emission and Economic Growth: Evidence from Chile : 주영종

주영종 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2012 국내석사

This paper investigates the short- and long-run causality issues among energy consumption, CO2 emission and economic growth in Chile by applying time-series techniques. It employs annual data covering the period 1965-2010. Tests for unit roots, co-integration, and Granger-causality based on error-correction model are presented. The results show that strong uni-directional causality runs from energy consumption and CO2 emission to economic growth. Moreover, uni-directional causality from CO2 emission to economic growth is found. The short-run dynamics indicate uni-directional causalities run from energy consumption and CO2 emission to economic growth. However, uni-directional causality from energy consumption to CO2 emission is not found in the long-run. No bi-directional causality is identified among energy consumption, CO2 emission and economic growth. This result implies that energy consumption lead to economic growth, while more economic growth did not need more energy consumption in the past. However, recent public report says that power demand is expected to grow significantly in the future. To achieve Chilean 20% carbon emission reduction target by 2020 while minimizing impact on economy by carbon emission reduction policy, Chile has to maintain current industrial structure and enhance renewable energy development policy.

암모니아 보란을 이용한 수소 발생 시스템 개발

김기범 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2014 국내석사

Ammonia borane (AB) possesses excellent hydrogen storage capability of 19.6 wt.%, in comparison with sodium borohydride (7.6wt.%). In this study, AB was used to generate hydrogen supplied to PEMFC for electricity generation. Also, the PEMFC power pack fueled by ammnoia borane has been equipped in recently spotlighted Unmanned Aerial Vehicle (UAV). As basic experiments, the temperature dependence of the dehydrogenation rate of AB without additives was studied. Hydrogen release rates were measured to be negligible at 85 ℃ while the hydrogen generation rate sharply increased at the temperature above 100 ℃. In this reaction condition, external heat supply to the reactor would be required to maintain the reaction temperature, leading to the significant decrease in the power generation efficiency of the whole system. On the other hand, the addition of polyethers such as tetraethylene glycol dimethyl ether (T4EGDE) effectively promoted the dehydrogenation reaction at 85 ~ 145 ℃ as well as shortening the induction period to initiate hydrogen release. Based on the above experimental results, the hydrogen generator via T4EGDE-promoted thermolysis of AB has been developed and equipped with 200We PEMFC power pack in the application for UAVs. We can conclude that the efficiency of this power pack was significantly improved by the following reason; 1. Development of the conveyor-type feeding system with the capability of feeding AB pellets continously as well as adjusting the feed rate. 2. Development of filters filled with super-absorbent carbon to effectively eliminate impurities in hydrogen which can deactivate PEMFC. 3. Development of lightweight hydrogen generator (2.6 kg) with load following capacity via rate-controlled T4EGDE-via thermolysis of AB, based on the conveyor-type feeding system and the filter. Finally, the 200We PEMFC power pack has been manufactured and the RF flight control and data acquisition capabilities. The UAV with this power pack accomplished the its flight test for 1 hour. 기존의 에너지 자원이 점점 고갈되고 환경문제가 심화되고 있는 현 인류가 당면한 문제를 개선하기 위해서는 대체 에너지 제조기술 개발은 가장 우선적으로 다루어져야 할 연구 분야이다. 현재 사용되는 화석연료의 의존에서 벗어나 자원이 무한하고, 깨끗하며 안전한 대체에너지로 가장 주목을 받고 있는 것이 바로 수소에너지이다. 따라서 친환경적인 고효율의 수소에너지의 생산, 저장 및 전기에너지로 변환하는 기술 등은 에너지안보 및 국가 경쟁력을 결정하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 기존에 연구되고 있는 수소화 붕소 나트륨(SBH, 7.6 wt.%)에 비해 수소 저장능력이 우수한 암모니아 보란 (Ammonia borane, 19.6 wt.%)을 이용하여 탈수소화 반응을 통해 수소를 발생시켰으며, 이를 PEMFC 연료전지에 공급, 전기를 발생시켰다. 또한 최근 조종사가 탑승하지 않고 활용분야에 따라 다양한 임무를 수행할 수 있어 빠르게 성장하고 있는 무인항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)의 수소 에너지 파워팩으로 탑재하여, 실증실험을 진행하였다. 기초 실험으로 첨가제 없이 온도에 따른 암모니아 보란을 탈수소반응을 진행하였으나, 85℃의 비교적 낮은 온도에서는 수소 발생이 전혀 없었던 반면, 100 ℃이상의 높은 온도에서는 수소 발생량이 급격하게 증가한다. 이와 같이 반응온도를 유지하기 위해 에너지를 공급하면서 암모니아 보란의 탈수소화 반응을 진행하면 전체 발전 시스템의 에너지 효율이 떨어진다. 저온에서의 탈수소화 반응을 촉진하기 위해서 유기용매인 T4EGDE를 반응물의 솔벤트로 사용하여 85 ~ 145 ℃에서 열분해 실험을 한 결과, 수소발생 및 유도시간을 단축되고, 첨가제가 없는 암모니아 보란의 탈수소화 반응보다 수소 발생이 증가했으며, 발생시간이 짧아진 것을 확인할 수 있었다. 즉 폴리에테르를 암모니아 보란의 탈수소화 반응의 솔벤트로 사용할 경우, 탈수소화 반응이 촉진되는 것을 알 수 있었다. 위의 실험결과에 기초하여 무인 항공기에서 암모니아 보란의 탈수소화 반응에 의하여 수소가 발생, 200 We PEMFC 연료전지를 통해 전기를 공급하는 실증 실험을 진행하였으며, 무인 항공기의 수소 에너지 파워팩의 효율이 다음의 항목들의 개선에 의하여 증가하게 되었다. 1. 암모니아 보란의 분말을 이용할 경우 많은 양의 수소가 일시에 방출되어 수소가스 분출 속도를 조절하기 어려웠다. 이를 개선하기 위해 암모니아 보란을 펠렛으로 만들어 공급 속도를 조절하면서 반응기에 넣을 수 있도록 컨베이어 시스템을 개발, 도입하여 안정된 수소 발생을 유도하였다. 2. 암모니아 보란의 탈수소화 반응으로 인한 보라진과 같은 분순물이 생성이 되며 이는 연료전지의 효율을 감소시킬 수 있다. 이를 개선하기 위해 고 흡수성 카본 필터를 사용해서 불순물 흡착, 분리시켜 순도를 높인 수소를 PEMFC에 공급하여 전기를 생산할 수 있도록 하였다. 3. 암모니아 보란을 이용한 탈수소화 반응 시스템을 경량화 하여 더욱 많은 시간을 항공기가 체공할 수 있도록 하였다. 이에 따라 제작된 무인항공기용 수소 에너지 파워팩의 무게는 약 2.6 kg이었으며, RF(무선주파수)방식의 비행시스템 및 데이터 수집을 제어할 수 있으며, 무인 항공기를 1시간 정도 비행할 수 있었다.

초등학교 교실에서 실내공기질 향상을 위한 적정 필요 환기량에 대한 연구

이필신 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2012 국내석사

본 연구에서는 학교 교실의 실내공기 오염도를 평가하기 위하여, 건강에 영향을 미치는 실내 오염물질의 발생원과 그것이 인체에 미치는 영향에 대하여 자료를 조사, 분석함과 동시에 학생들이 활동하는 학교 교실을 대상으로 실내공기의 환기상태를 평가하는데 지표로서 사용되는 이산화탄소의 농도에 대해, 환기장치의 작동 유무에 따른 영향을 파악하고자 한다. 이를 위해 2009년 2월 개축 준공한 서울지역 중랑구에 소재한 중화초등학교의 임의 학년인 2학년, 4학년, 6학년의 학교 교실을 임의로 1개소를 선정하여 교실 천장 마감처리한 텍스 속에 환기장치, 덕트, 급기구와 흡기구를 설치하여 이산화탄소 농도에 대한 실험을 하고자 한다. 이로부터 환기장치가 무가동하는 경우와 환기장치가 가동하는 경우에 대한 이산화탄소 농도를 측정하고자 한다. 특히 학교 교실에서 적용되는 학교시설 환경위생 관리 기준의 이산화탄소 농도 최저 기준치인 1,000ppm에 대한 환기장치의 경제적인 최소한의 적정 필요 환기량을 본 실험을 통해 분석하고자 한다. 아울러 상기 학교 교실에서의 경제적인 최소 적정 필요 환기량으로부터 향후 교실에서 냉난방, 환기를 위한 공기조화기 등의 기계 환기장치가 가동되는 경우에 대한 에너지 절약적인 환기횟수를 산정하여 미약하나마 초등학교 교실에서의 실내공기질 개선 분야에 도움을 주고자 한다. 본 실험을 통한 결과로는, 학교 교실에서 CO2 농도에 대한 최소한의 학교시설 환경위생 관리 기준치인 1,000ppm으로 유지하기 위한 경제적인 최소한의 적정 필요 환기량에 대해, 2학년 3반은 728MH, 4학년 3반은 933CMH, 6학년 6반은 955CMH 정도가 필요한 것으로 나타났다. 이로부터 초등학교 교실에 대한 경제적인 적정 평균 필요 환기량은 872CMH 정도로 분석되었다. 아울러 향후 학교 교실에서 냉난방, 환기를 위해 공기조화기 등 기계 환기장치가 가동되는 경우에 대해, 기계 환기장치의 에너지 절약적인 환기횟수는 2학년 3반에서는 4.3회/h, 4학년 3반에서는 5.5회/h, 6학년 6반에서는 5.6회/h로 초래되었다. 결과적으로 초등학교 교실에 대한 기계 환기장치의 에너지 절약적 필요 환기횟수는 5.1회 정도로 알려졌다.

솔더 페이스트(Solder Paste)를 이용한 RFID 태그 패키징 공정 개발에 관한 연구

반창우 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2012 국내박사

현재 RFID 태그 패키지는 와이어 본딩(Wire Bonding) 이나 전도성 테이프(ACF)를 이용한 플립칩 본딩(Flip-Chip Bonding)으로만 생산되어 신뢰성과 생산성이 현저히 떨어진다. 와이어 본딩의 경우 전도성 테이프를 이용한 플립칩 본딩 방법에 비해 신뢰성은 좋으나 생산성이 떨어지고 (3,000ea/6인/8hrs) 패키지의 전체 두께가 500마이크로미터 이상으로 신용카드 등과 같이 적용할 수 있는 제품에 한계가 있다. 또 전도성 테이프를 이용한 플립칩 본딩의 경우 신뢰성이 약해 외부의 노출에 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하고 어떤 환경에서든 신뢰성을 가지고 사용할 수 있는 RFID 태그 패키지가 필요하다. 본 연구에서는 RFID 태그 패키지의 신뢰성을 높이기 위하여 RFID 태그 패키지의 개발 단계에서 신뢰성 연구를 통한 고장모드를 분석하고, 이를 개선하여 신뢰성을 고려한 디자인 컨셉(Design Concept)을 잡았다. 또 일반적인 전자부품의 국제규격(MIL-STD -883)과 시장에서 소비자가 요구하는 테스트 등을 연구하였다. 이와 함께 RFID 태그 패키지의 생산성을 고려하여 표면 실장 기술(SMT : Surface Mount Technology)과 기밀도 분석을 통한 에폭시 몰딩(Epoxy Molding) 연구를 하여 각 공정을 정의하였다. 신뢰성 테스트의 경우 충격과 진동 테스트와 같은 기계적 테스트는 약하게 하고, 환경 테스트는 오랜 시간을 실행하여 스트레스(Stress) 강도보다는 시간에 따른 신뢰성 척도에 중점으로 두었다. 이는 안정적 환경에서의 장시간 쓰임으로 환경의 변화보다는 장시간 동안의 성능 변화를 관찰하는 테스트에 초점을 둔 것이다. 즉, RFID 태그 패키지의 성능 특성이 수동 소자이고, 단일 소자로 구성되어 있으므로 환경에 따른 오랜 시간을 고려한 것이다. 본 연구를 통해 RFID 태그 패키지의 개발 단계에서 신뢰성 연구가 어떠한 것을 해야 하는지, 단계별로 어떠한 테스트를 수행해야 하는지를 정의하였다. 이는 신뢰성을 요하는 일반적인 전자 부품을 설계하고 개발하는데 좋은 척도가 될 것으로 사료된다. 또한 신뢰성과 생산성을 갖춘 RFID 태그 패키지를 활용하여 그동안 환경적 제약 때문에 사용에 제한이 되었던 환경에서도 사용 가능한 어플리케이션(Application) 개발이 기대되어 진다. Recently RFID (Radio Frequency Identification) technology advances in wireless communication technologies are bringing new challenges. But RFID tag packaging technology has been lagging compared to the demand, so this technology is being required to improve reliability. Mostly RFID tag package produces using wire bonding or adhesive conductive film, reliability and productivity goes down. The case of wire bonding is a good reliability compared to flip chip bonding method using adhesive conductive film but goes down productivity. The case of flip chip bonding using adhesive conductive film is limited in external exposure. This study is performed on FMEA, reliability at development level and analysis failure mode through environment and mechanical test. Robust design is applied to search the optimized condition of factor and RFID tag packaging should be satisfied with high MTTF. Moreover international standards for electronic components (MIL-STD-883) and consumer demand in the market tests is studied. The unit process is defined through Surface Mount Technology(SMT) and epoxy molding study using the analysis confidential, considering the productivity of RFID tag package. The reliability comparison among 11 types of most commonly used epoxy molding in electrical/electronic components packaging has been made through analysis of confidentiality using a humidity sensor. The variation of moisture penetration time causes has been verified by the changes in molding thickness for 3 types of epoxy, and from the result, the best experimental results were observed in terms of confidentiality. And we have been confirmed the relationship between confidentiality, the molding thickness, and thermal property of epoxy through thermal analysis. This study defines that should be reliability studies, should perform the tests during the RFID tag package development phase. This is expected to be a good indicator in design and development of the general electronic components requirung the reliability. In addition, it is expected application development by utilizing RFID tag package with the reliability and productivity, was limited in use because of environmental constraints.

투입산출 구조분해분석을 이용한 석유제품산업의 성장기여요인 분석

홍준석 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2012 국내석사

The refined petroleum products industry is essentially needed not only for transportation and household goods, but also for industrial fuel and raw materials. However, in spite of its large impact on national economy and industries, the study on this subject has rarely been conducted. This paper analyzes the factors contributing to the growth of the refined petroleum products industry in Korea, using input-output structural decomposition analysis (in terms of shift in domestic consumption, investment, export, imports of final and intermediate goods, and production technology). The results show that growth of the domestic consumption (91%) and export demand (193%) played a key role of the growth in refined petroleum products industry. On the other hand, investment (-19%), import substitution for intermediate goods (-21%), and technical change (-146%) impeded the growth. Among those impeding factors, technical change accounted for the greatest portion of slowed growth, which implies the patterns of energy consumption and industrial structure of Korean economy has been changed into less energy-intensive structure. Domestic consumption and export-led growth would be easily affected by external variables such as the world economic volatility, increasing oil prices, and expanding market penetration of companies in the Middle East. Accordingly, in order to prepare for the potential risks, domestic refined petroleum companies need to develop overseas mineral resources, expand their business into the alternative energy market in advance and seek for a new and sustainable growth engine. 석유제품은 수송용 및 가정용으로 우리 일상생활에서 유용하게 사용되고 있고 산업용 연료 및 원료로서 국가경제발전의 기반역할을 수행한다. 하지만 석유제품산업에 대한 연구는 국민경제 및 산업에 미치는 영향이 큼에도 불구하고 활발히 진행되지 않았다. 이에 본 연구는 SDA(Structural Decomposition Analysis)를 이용하여 1995-2000-2005-2009년 기간 동안 석유제품산업의 총산출 변동요인 및 성장기여도를 기간별·산업별로 분석하였다. 분석결과 1995-2009년 기간 중 석유제품산업의 총산출은 국내수요(91%), 투자(-19%), 수출(193%), 최종재 수입대체요인(3%), 중간재수입대체(-21%), 기술변화요인(-146%)에 의해 증가한 것으로 분석되었다. 즉 석유제품산업의 성장을 견인한 요인은 국내수요와 수출의 증가임을 확인할 수 있었다. 반면 투자와 기술변화요인은 석유제품산업의 총산출 증가를 저해한 것으로 분석되었다. 특히 기술변화요인의 감소가 크게 나타났는데, 이는 현재(2009년) 우리나라의 산업구조 및 에너지 소비패턴이 과거(1995년)보다 석유제품을 적게 사용하는 구조로 변화하고 있음을 나타낸다고 할 수 있다. 현재까지 석유제품산업의 성장을 견인한 국내수요와 수출은 세계경기의 변동성 심화, 국제유가 상승, 중동업체의 시장진입 등의 대내외 여건 및 환경변화로 어려움을 격을 수 있다. 이에 따라 정유업계는 자원개발투자 및 글로벌사업 강화, 대체에너지 시장의 선점 등을 통해 잠재 위협에 대비하고 지속가능한 성장 동력을 모색해야 할 것이다.

대기오염물질 측정 근로자의 근골격계 증상 조사

김재형 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2021 국내석사

대기오염물질 측정작업은 여러 제조 공장의 대기 방지시설 굴뚝에서 측정이 진행되는 비정형 작업으로 작업장소가 고정적이지 않고 다양한 작업환경에 노출되어있다. 특히 제조 공장의 여러 형태의 굴뚝을 오르내리는 반복적인 동작, 날씨의 영향, 협소한 장소에서의 측정 등으로 인하여 측정작업 진행시 신체적 부담과 피로도가 발생 되고 있다. 하지만 사업장 굴뚝에서 배출되는 대기오염물질 측정 업무에 종사하는 근로자들의 근골격계 증상 수준 및 이에 따른 관리 방안을 제시한 국내 연구는 현재까지 수행된 바 없다. 따라서 본 연구를 통해 대기오염물질 측정 근로자들의 근골격계 질환 발생 현황을 조사하고 평가함으로써 향후 작업환경 개선을 위한 기초자료를 제시하고자 수행하였다. 본 연구에서는 대기오염물질 측정 근로자 대상으로 설문지를 통한 근골격계 유해요인 조사를 진행하여 측정작업에 대한 육체적 부담 정도 및 근골격계 증상을 파악하였다. 그리고 인간공학적 정밀평가는 측정작업을 4단계로 구분하였으며 신체적 부하가 가장 많이 걸리는 자세를 대상으로 REBA와 RULA 평가를 진행하였다. 근골격계 유해요인 조사에서 대기오염물질 측정 작업환경과 육체적 부담 정도를 살펴보면 측정작업 굴뚝의 높이가 높을수록 육체적 부담(힘듦, 매우 힘듦)이 크다는 결과가 나왔으며, 현재 하는 업무의 힘든 원인 중에서도 작업장소 및 높이의 부적절함이 가장 높은 것으로 조사되었다. 근골격계 유해요인 조사에 앞서 근골격계 유해요인 조사에 대한 작업자 인지도를 파악한 결과 조사 인원의 78%가 들어본 적이 없다고 답하였고 과거 근골격계 유해요인조사에 참석한 경험은 6.1%에 불과하였다. 따라서 대기 자가측정 근로자와 이와 유사한 비정형 작업에 해당하는 근로자를 대상으로 근골격계 질환을 예방하기 위한 전문교육이 필요하고 근골격계 유해요인 조사가 이루어질 수 있도록 정책적 지원이 필요한 것으로 보인다. 근골격격계 유해요인 증상 조사결과 전체 조사 인원의 34.1%가 통증이나 불편함을 느낀 적이 있다고 하였으며 그 중 허리 부위(요통)가 33.3%로 가장 높게 나타났다. 통증 지속기간, 통증 정도, 지난 1년간 통증 발생 빈도, 과거 치료 이력의 세부적인 증상조사 결과도 대부분 허리의 증상빈도가 높게 나타났다. 본 결과로 유추해 볼 때 대기 측정 근로자의 근골격계 증상 정도가 높은 부위가 허리임을 알 수 있었고 허리를 중심으로 한 개선대책 수립이 필요할 것으로 보인다. REBA와 RULA를 활용한 인간공학적 정밀평가는 측정작업을 4단계 과정으로 구분하였으며 각 단계별로 근골격계 증상에 영향을 줄 수 있는 자세 중심으로 평가하였다. 평가 결과 4단계 작업 모두 개선조치가 필요하거나 계속 추적관찰이 필요한 것으로 평가되었다. 또한 상지(팔/팔꿈치)를 세부적으로 평가하는 RULA에 비해 전신에 대해 평가하는 REBA의 점수가 대체적으로 높게 나타났다. 특히 측정 장비의 상하역 작업, 반복적인 운반, 측정시 쪼그린 자세 등으로 인하여 허리와 다리 부위가 높게 평가되어 작업자의 중량물 취급 방법과 측정 자세에 대한 개선이 필요하였다. 본 연구를 통해 대기 측정근로자의 작업환경 개선을 위해서는 정책적 지원, 측정업체 및 측정업을 의뢰하는 회사 모두의 노력이 필요할 것으로 판단되었다. 첫째, 대기 측정업체 대상으로 근골격계 질환에 예방을 위한 전문교육이 필요하고 정기적인 유해요인 조사가 진행될 수 있도록 정책적 지원이 필요하다. 둘째, 대기 측정업체에서는 유해요인 조사를 통해 측정 근로자의 근골격계 증상을 정기적으로 파악하고 개선이 될 수 있도록 조치할 필요가 있다. 셋째, 대기 자가측정업 특성상 측정 근로자는 여러 회사의 대기방지시설에서 작업을 진행하는 만큼 대기방지시설을 설치 및 운영하는 회사에서의 개선 의지도 필요하다. 대기 방지시설의 경우 설치 단계에서부터 작업환경에 관한 사항을 고려하여 설치하는 방법이 가장 좋다. 하지만 방지시설 설치 시 작업환경 측면까지 고려하는 가이드 자료가 부재하여 방지시설 최초 설치 과정에서부터 반영되기가 쉽지 않은 상황이다. 따라서 대기 방지시설 설치와 관련하여 인간공학적 측면까지 선반영 될 수 있도록 매뉴얼 등의 가이드를 제도적으로 마련하는 것이 필요하다 The air pollutant measurement work is an atypical work in which measurements are carried out on the chimney of air prevention facilities at various manufacturing plants, and the workplace is not fixed and exposed to various working environments. In particular, repeated movements, weather effects, and measurements in narrow areas of the manufacturing plant cause physical strain and fatigue during measurement work. However, no domestic research has been conducted so far suggesting the level of musculoskeletal symptoms of workers engaged in measuring air pollutants emitted from chimneys at workplaces and how to manage them accordingly. Therefore, the research was conducted to present basic data for the improvement of the working environment in the future by investigating and evaluating the occurrence status of musculoskeletal disorders of workers measuring air pollutants. In this study, the degree of physical burden and musculoskeletal symptoms of measurement work were identified by conducting a survey of the musculoskeletal hazards of workers who measured air pollutants through the questionnaire. And for ergonomic precision evaluation, the measurement work was divided into four stages and REBA and RULA were evaluated for positions with the highest physical load. The musculoskeletal hazard survey found that the higher the height of the chimney, the greater the physical burden (difficult, very difficult), and the more inappropriate the workplace and height are among the most difficult causes of the current work. Prior to the musculoskeletal system hazard survey, 78% of the respondents said they had never heard of the musculoskeletal hazard survey, and only 6.1% of them attended the musculoskeletal hazard survey in the past. Therefore, it seems that specialized education to prevent musculoskeletal disorders is needed for atmospheric self-measurement workers and workers corresponding to similar atypical tasks, and policy support is needed to ensure that musculoskeletal hazard investigations can be conducted. According to a survey of musculoskeletal system harmful symptoms, 34.1 percent of the surveyed said they felt pain or discomfort, with 33.3 percent of them having back pain. Most of the detailed symptom surveys of pain duration, pain level, pain incidence over the past year, and past treatment history also showed high back symptoms. Based on the results, we can see that the area with high levels of musculoskeletal symptoms of atmospheric measuring workers is the waist, and we need to establish improvement measures centered on the waist. The ergonomic precision assessment using REBA and RULA divided the measurement work into four stages and focused on posture that could affect musculoskeletal symptoms in each stage. As a result of the assessment, it was assessed that all four phases of work required improvement measures or continued follow-up. In addition, REBA scores for whole bodies were generally higher compared to RULA, which assessed upper extremities (arm/elbow). In particular, the waist and leg areas were highly valued due to the up and down work of the measuring equipment, repeated transport, and the squatting position during measurement, which required improvement in the operator's weight handling method and measurement posture. Through this study, it was determined that improving the working environment of atmospheric measurement workers would require efforts from both policy support, measurement companies and companies requesting measurement. First, specialized education for prevention of musculoskeletal disorders is needed for atmospheric measurement companies and policy support is needed so that regular hazard investigations can be conducted. Second, atmospheric measurement companies need to regularly identify musculoskeletal symptoms of measured workers through hazard investigations and take measures to improve them. Third, due to the nature of the atmospheric self-measurement business, measurement workers need to be willing to improve the air protection facilities in the companies that install and operate air protection facilities. In the case of atmospheric protection facilities, it is best to install them from the stage of installation considering matters concerning the working environment. However, it is not easy to reflect this data from the initial installation process because there is no guide data that considers the working environment when installing the prevention facility. Therefore, it is necessary to systematically prepare a manual and other guides for the installation of air protection facilities so that they can be shelved to the ergonomic side.

산림 바이오매스의 에너지 활용을 위한 타당성 분석 연구

강현구 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2012 국내석사

Woody biomass energy is being spotlighted as one of realistic alternatives while the Korean government currently promotes a new & renewable energy resources in order to optimize the Low Carbon and Green Growth Policy to counteract climate change and high oil prices which is being backed up by the RPS(Renewable Portfolio Standard), the Greenhouse Gas and Energy Target Scheme, and the Emission Trading Scheme. However, due to the stability of the woodchip supply and economy of supply price, market users are still concern with the implementation. The optimal woodchip production system was developed and the production cost of a forest woodchip fuel was calculated for utilizing the pitch pine, which covers around 480,000ha nationwide. the marginal price of the woodchip fuel considering the factor of supply price, electricity and heat selling price as well as capacity factor were suggested and the economic sensitivity analysis was conducted for various scenario. The most important variable which determine economic feasibility was a fuel cost for the power generation facility. If the electricity price is higher than the current SMP(System Marginal Price) or the capacity factor is higher than 80%, there fully is a benefit to consume the woodchip fuels produced in the suggested production system in this study. In addition, the additional benefit becomes more obvious when considering REC(Renewable Energy Certificate) and CDM(Clean Development Mechanism). Therefore, it is strongly suggested for domestic power generation sector to utilize the forest biomass fuel to achieve the obligatory target of RPS. 최근 정부는 기후변화 대응 및 고유가 시대의 효율적인 에너지 대응을 위해 RPS(Renewable Portfolio Standard:신재생에너지 의무할당제)제도, 온실가스·에너지 목표관리제 및 배출권거래제 등 저탄소 녹색성장정책을 위한 새로운 신재생에너지 활용을 적극 권장하고 있는 가운데 목질계 바이오매스 에너지가 가장 현실성 있는 대안으로 주목 받고 있다. 그러나, 우드칩 공급의 안정성과 공급가격의 경제성을 우려해 쉽게 시행하지 못하고 있는 것이 현실이다. 따라서, 본 연구에서는 전국적으로 48만ha에 걸쳐 연료림으로 조성되어 있는 리기다소나무를 에너지연료로 활용하기 위해 최적의 생산시스템을 개발하고 이에 따른 공급가격과 전기·열 판매가격 및 이용률 등을 고려한 우드칩 연료한계가격을 산출하였으며 다양한 시나리오에 따른 경제성 민감도 분석을 수행하였다. 열 및 발전 전용시설에서의 경제성을 결정짓는 가장 중요한 변수는 연료공급가격이다. 열 전용시설에서는 본 연구에서 제안된 모든 생산시스템에서 생산되는 우드칩 연료의 활용이 가능하며 발전 전용시설에서는 생산비가 가장 높은 연료사용에는 일부 한계가 있으나 전기 판매가격이 현재의 SMP(System Marginal Price : 계통한계가격)보다 높아지거나 이용률이 80%이상으로 되는 경우 모두 활용 가능한 것으로 분석되었으며, 더욱이 RPS제도 시행에 따른 신재생에너지 인증서(REC:Renewable Energy Certificate)편익과 온실가스 절감효과로 CDM(Clean Development Mechanism)편익 등을 고려할 경우 충분히 활용 가능한 것으로 분석되었다. 따라서, 국내 발전부문에서의 RPS 공급의무율 이행을 위해서 산림 바이오매스의 활용이 적극 권장된다.

외부기상변수가 지역난방 공동주택 사용자측의 급탕사용유량에 미치는 영향 분석

우태호 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2014 국내석사

현재 우리나라에서는 주택보급률을 높이고 한정된 국토에서의 효율적인 택지이용을 위하여 대규모 공동주택단지가 계속적으로 증가하고 있다. 따라서 이러한 주거용 건물의 양적 팽창과 함께 거주자의 실내 열환경 수준의 질적 요구도가 높아짐에 따라 주거용 건물의 급탕사용량이 지속적으로 증가하고 있다. 아파트는 여러 세대가 동일한 건물 내에 공존하는 특성을 갖고 있으므로 그 규모에 따라 급탕시스템의 종류가 달라지게된다. 또한 국가별로 기후적인 특성, 건물 구조체의 열적 특성, 생활방식에서부터 에너지원단위, 그리고 산업구조 등에 이르기까지 적절한 급탕시스템의 선택에 영향을 미치는 인자는 매우 다양하다. 우리나라의 경우 아파트 급탕공급방식은 공동주택 보급의 초기방식인 개별식 연탄보일러 난방방식에서 유류를 에너지원으로 하는 대규모 중앙난방식 및 지역난방방식, 그리고 가스 또는 전기를 에너지원으로 하는 개별난방방식에 이르기 까지 매우 다양한 종류의 급탕공급시스템이 보급되어 오고 있다. 외국의 경우에는 대규모 신축 공동주택 단지에는 열병합 또는 중앙공급에 의한 지역난방방식이 적용되고 있으며 가스 또는 전기에너지 가격이 비교적 저렴하여 이러한 에너지를 사용하는 개별방식이 일반적이다. 본 연구에서는 외부기상변수가 지역난방 공동주택 사용자측 급탕사용유량에 미치는 영향 분석 연구를 하고자 한다. 우리나라 아파트의 대부분이 축열용량이 큰 중량구조이기 때문에 열전달에 있어 타임랙이 크며 운전방식에 있어서도 간헐운전이기 때문에 예열부하의 비중이 크다. 따라서 외기온도 변화에 맞춰 적절한 시간에 실내에 열공급이 이루어지기 위해서는 몇 시간 후의 외기온도를 예측해야만 한다. 평소에 일반적으로 예측된 시간과 외부기상변수가 변화한 때(외기온도상승, 강수량증가, 적설량증가, 미세먼지농도)를 비교하여 사용자측 급탕사용유량에 변화된 모습을 비교․분석하여 외부기상변수에 의한 사용자측 급탕사용유량 예측식을 도출하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 공동주택을 면적별로 소,중,대로 나누어 급탕사용유량과 외부기상변수의 상관성을 분석하였다. 소형 공동주택의 경우 급탕사용유량과 1일평균 미세먼지농도의 상관성은 57.5%, 외기온도 상관성은 89.5%, 강수량 상관성은 33%, 적설량상관성은 32%으로 나타났다. 중형공동주택의 경우 급탕사용유량과 1일평균 미세먼지농도의 상관성은 32.5%, 외기온도 상관성은 81.50%, 강수량 상관성은 31.5%, 적설량상관성은 34.5%으로 나타났다. 대형 공동주택의 경우 급탕사용유량과 1일평균 미세먼지농도의 상관성은 37%, 외기온도 상관성은 87.5%, 강수량 상관성은 28%, 적설량상관성은 39%으로 나타났다. 2) 측정대상 공동주택의 외기온도 값과 단위세대별 급탕사용유량값의 분포도를 이용하여 면적별로 단위세대별급탕사용유량을 예측하는 식 도출하였다. 각 면적별 식은 다음과 같다. 소형 공동주택 : 중형 공동주택 : 대형 공동주택 : 3) 본 논문에서 사용자측 급탕사용유량을 실시간 수집, 분석함으로써 사용자의 급탕열사용 변화를 알수 있었으며, 기존의 한 개 동의 열사용 패턴 분석이 아닌 면적(평형)대별 여러 공동주택을 열원과의 거리, 열 공급지역내 지역, 건축시기 등을 고려하여 최대한 많은 수의 표본을 분석하여 급탕사용유량 예측식을 수정해 나가면 향후 급탕사용유량 부하예측 및 공동주택의 열원설비 설계의 활용자료로 가치가 높을것으로 사료된다. Abstract A Study on the Effect of Meteorological Variables upon Hot Water Flow Rates of Consumers in Apartment Housings with District Heating Systems Woo, Teal Ho (Supervisor Chung, kwang Seop) Dept. of Energy Mechanical Facility Engineering Graduate School of Energy and Enviroment Seoul National University of Science and Technology Currently, construction of large-scale apartment complexes is constantly increased to raise housing supply rate and effectively use housing sites in our country where the land is limited. Thus, hot water usage of residential buildings is continuously increased in accordance with the demand for quality of the user’s indoor thermal environment level and quantitative extension of the residential buildings. As many housing units coexist in a same building of apartment houses, the types of hot water system are differentiated according to the scale. Also, there are various factors such as from national weather characteristics, thermal characteristics of building structures, and lifestyles to energy source units and industrial structures that have effect on selection of appropriate hot water system. In our country, there has been supplied various types of hot water supply systems of apartment houses from individual briquette boiler heating system, which is the initial system supplied in the beginning period of apartment houses, to large-scale central and district heating systems with the energy source of oil and individual heating system with the energy source of gas or electricity. In foreign countries, the district heating system operated by cogeneration or central supply is applied to the large-scale newly built apartment houses, and the cost of gas or electric energy is relatively cheaper and thus it is general to take individual system in using of these energies. This study analyzed the effect of the external weather variables on the hot water flow rate of users in apartment houses with district heating. As most of the apartment houses in our country was solid construction with large thermal storage capacity there was occurred big time lack in heat transfer; as it was managed with intermittent operation, the portion of preheat load was large. Therefore, the outdoor air temperature after several hours should be estimated for smooth heat supply to the indoor at the right time in accordance with the change of the outdoor air temperature. Usually, it was compared and analyzed the change of user’s hot water flow rate in comparison of the usual time when it was estimated and when the outdoor air variables were changed (increased outdoor air temperature, increased rainfalls, increased snowfalls, and fine dust concentration) to derive a prediction formula for the user’s hot water flow rate in accordance with the outdoor weather variables. The results were summarized as follows: 1) The apartment houses were divided by small, medium, and large in accordance with the size to analyze the relativeness between the how water flow rate and outdoor weather variables. Regarding the small apartment houses, the relativeness between the hot water flow rate and 1 day average fine dust concentration was 57.5%, and the outdoor air temperature was 89.5%, and the rainfalls was 33%, and the snowfalls was 32%. Regarding the medium apartment houses, the relativeness between the hot water flow rate and 1 day average fine dust concentration was 32.5%, and the outdoor air temperature was 81.50%, and the rainfalls was 31.5%, and the snowfalls was 34.5%. Regarding the large apartment houses, the relativeness between the hot water flow rate and 1 day average fine dust concentration was 37%, and the outdoor air temperature was 87.5%, and the rainfalls was 28%, and the snowfalls was 39%. 2) The formula to predict the hot water flow rate by house units according to the size in using of the outdoor air temperature value of the target apartment houses and the distribution of the values of hot water flow rate by house units was derived. Each formula by sizes was as followings: Small Apartment Houses : Medium Apartment Houses : Large Apartment Houses : This study examined the change of hot water heat flow rate by collecting and analyzing the hot water flow rate of the users in real time, and it analyzed the maximum number of samples in consideration of the distance of many apartment houses by sizes (square meter) from the energy source, region within the area of heat supply, time of construction, and etc. rather than just the pattern of heat usage in one of the apartment houses; it was expected to estimate the load of hot water flow rate in future with modification of the prediction formula for hot water flow rate and obtain high value as application data for design of energy source facility for apartment houses.

Two Essays on Energy Economics and Policy : Causality Analysis of Energy Consumption, CO2 Emissions, and Economic Growth, and Economic Valuation of Residential Electricity Use = 에너지경제정책에 대한 2개의 소논문(에너지소비, 이산화탄소 배출, 경제성장간 인과관계

이승렬 서울과학기술대학교 에너지환경대학원 2012 국내박사

동 논문은 두 개의 소논문으로 구성되어 있다. 첫번째 소논문은 경제성장, 에너지 사용량 및 이산화탄소 배출량간의 관계를 살펴보기 위해 인과관계 분석방법을 사용하였다. 두번째 소논문은 소비자 잉여개념을 사용하여 가정용 전력소비의 경제적 가치를 추정하였다. 첫번째 소논문은 경제성장, 에너지 사용량 및 이산화탄소 배출량간의 인과관계를 시계열 분석기법을 활용하여 장/단기로 나누어 분석하였다. 자료는1971년부터 2008년까지의 연도별 자료를 사용하였다. 단위근, 공적분, 그리고 오차수정모형을 사용한 인과관계 분석법이 제시되어 있다. 연구결과에 따르면, 경제성장과 에너지사용량, 그리고 에너지 사용량과 이산화탄소 배출량간에는 양방향의 인과관계가 존재한다는 것이 밝혀졌다. 또한, 이산화탄소 배출량에서 경제성장으로 일방향의 인과관계도 밝혀졌다. 이 결과는 한국이 과거에 이산화탄소를 다량 배출하는 화석에너지에 의존한 경제성장을 해왔음을 나타내 주는 것이다. 핵심 국정과제의 하나인 저탄소 녹색성장을 이룩하기 위해서는 에너지 효율 제고와 신재생에너지 보급 확대, 기술 개발 등에 노력을 기울여야 할 것이다. 두번째 소논문은 주택용 전력소비의 경제적 가치 분석에 관한 것이다. 전력은 경제발전의 기본 요소이자 경제사회 발전의 핵심 인프라 중 하나이다. 전력에 대한 수요는 도시화 및 산업화의 진전, 생활수준의 향상 등에 따라 증가해오고 있으며, 가정용 전력 수요도 마찬가지로 증가하고 있다. 동 소논문은 전력분야의 정책결정에 도움을 주고자 서울시내 가정용 전력수요의 소비자 잉여와 경제적 가치를 추정하였다. 소비자 잉여는 수요곡선의 아래 부분 중 소비자가 실제로 지불한 비용을 제외한 부분을 의미한다. 2005년 기준 서울시내 가정용 전력소비의 소비자 잉여와 경제적 가치는 각각 21,447억원과 37,274억원으로 추정되었다 (USD 기준으로 약 21.2억불 및 36.8억불). 이를 kWh당으로 환산하면 각각 184.9원/kWh과 316.0원/kWh에 해당되는데 (USD기준으로 약 0.18불 및 0.31불), 이는 가정용 전력요금 91.1원/kWh(USD 0.09불) 보다 훨씬 높다는 것을 알 수 있다. This dissertation contains two essays. In the first, a causality analysis is applied to the study of relationships among energy consumption, carbon dioxide (CO2) emissions, and economic growth in Korea; in the second, the economic value of residential electricity consumption is estimated using the concept of consumer surplus. In an application of time-series techniques, the first essay investigates the short- and long-run causality issues among energy consumption, CO2 emissions, and economic growth in Korea. It uses annual data covering the period 1971-2008. Tests for unit roots, co-integration, and Granger-causality based on an error-correction model are presented. The results show that bi-directional causality exists between economic growth and energy i i consumption and between energy consumption and CO2 emissions. Further, uni-directional causality from CO2 emission to economic growth is detected. These results imply that Korea was dependent on carbon energy consumption for its rapid economic growth in the past, causing considerable CO2 emissions. Korea needs to make a considerable effort in improving energy efficiency and developing renewable energy to accomplish green growth with low carbon emissions, which the government has declared to be part of its national agenda. The second essay concerns the economic valuation of residential electricity consumption. Electricity is the basic building block of economic development, and constitutes one of the vital infra-structural inputs in socio-economic development. The demand for electricity has been increasing due to extensive urbanization, industrialization, and a rise in the standard of living, as is the case with residential electricity consumption. This essay attempts to estimate the consumer surplus and the economic value of the residential consumption of electricity in Seoul, in order to assist in decision-making in electricity management. The estimated consumer surplus represents the value of the area under the demand curve, above the actual price that is paid for residential electricity consumption. The estimated annual consumer surplus and economic value for the year 2005 amount to ii i KRW 2144.7 and 3727.4 billion (USD 2.12 and 3.68 billion), respectively. The estimates per kWh were KRW 184.9 and 316.0 (USD 0.18 and 0.31), respectively, which imply that the consumer surplus and the economic value of residential electricity consumption significantly outweigh the average price of electricity in 2005 of KRW 91.1 (USD 0.09) per kWh.