가동보와 소수력발전 연계시스템의 규모 결정을 위한 최적화 모형 연구

이재혁 ( Jaehyouk Lee ),김선주 ( Sunjoo Kim ),김필식 ( Philshik Kim ),권형중 ( Hyungjoong Kwon ),최범준 ( Bumjun Choi ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

전 세계적으로 신재생에너지에 대한 요구가 증가하고 있으며 하천에서 가동보를 이용한 저낙차 소수력 발전에 대한 관심이 급증하고 있다. 특히, 우리나라와 같이 하천 폭이 크고 수량이 확보된 경우 소수력 발전에 유리함에도 불구하고 선진국에 비해 소수력 발전 이용률이 현저하게 낮은 실정이다. 본 연구는 가동보와 소수력발전 연계시스템의 규모 결정을 위한 최적화 모형(Weir-HydroGEN System)을 개발하는 것이 목적이며, 개발된 모형을 국내 대상 지구에 적용함으로서 모형을 검증하고, 검증된 모형을 국내외에 10개 지역에 적용하여 가동보와 소수력발전 연계시스템 구축에 대한 타당성을 제시하였다. 모형의 검증을 위해서 고무보를 이용하여 소수력 발전을 운영하고 있는 은동보(대전), 서리보(강원도), 원통보(강원도)에 지구에 적용하였다. 가동보를 이용한 소수력 발전은 발전사용수량 인자에 의해 그 규모가 결정되고 총 투자비용의 회수기간이 달라지므로 발전사용수량의 산정을 세 가지 시나리오 즉, 평수량 (S1), 갈수량의 3배 (S2), 유황곡선의 26% (S3)로 산정하여 모형을 적용하였다. 경제성 분석을 위하여 모형을 적용한 결과, 은동보는 35년 동안의 모의 운영에도 불구하고 발생 이윤이 총 투자비용을 초과하지 못하여 경제적인 타당성을 확인하지 못하였고, 원통보의 경우 S3 시나리오에서 B/C 지표가 1을 상위하고, 서리보의 경우 S1 시나리오 및 S3 시나리오에서 B/C 지표가 양호하게 산정되었다. 검증된 모형을 이용하여 국내ㆍ외 10개 지구 (국내 5개 지구 : 선교보, 무태보, 하양보, 영천제1가동보, 안림천보, 국외 5개 지구 : West Buxton, East Toba, Stave River, Bear Creek, Kapuskasing)에 적용하여 발전시설의 규모 결정 및 경제성 분석을 수행하였다. 모형의 국내 적용 결과, 무태보를 제외한 모든 보에서 B/C의 값이 1이하로 나타나 소수력발전의 입지조건에 적합하지 않으며, 무태보에서 B/C값이 1.06, 투자비 회수기간은 24년으로 낮게 나타났지만 소수력 발전 설비의 입지 가능성은 확보된 것으로 분석되었다. 모형의 국외 적용 결과, West Buxton보와 Bear Creek보는 각각 B/C값이 1.96, 1.74, 투자비 회수기간은 6년, 7년으로 분석되었고, Stave River보와 East Toba보는 각각 B/C값이 3.25, 3.14, 투자비 회수기간은 3년, 4년으로 매우 높은 경제성을 확보하였고, Kapuskasing보는 B/C값이 1을 넘지 못하여 충분한 경제성을 확인하지 못하였다. 이상의 적용 결과로 미루어 볼 때, 국내 하천은 최근 시기적으로 부각되고 있는 에너지 부족 현상을 대처할 수 있는 소수력 발전 부존량을 보유하고 있으며 또한, 경제성이 확보된 것으로 분석되었다. 국외의 경우에도 가동보를 이용한 소수력 발전 활용성이 확인되었으며 특히, 하천수량이 풍부하고 전력 단가가 상대적으로 고가인 동남아시아와 같은 개도국에 적용할 경우 그 효과가 제고될 것으로 판단된다.

식물 및 곤충세포 발현시스템을 이용한 암 진단 및 치료용 항체 생산

이정환(Jeong-Hwan Lee),김득수(Deuk-Su Kim),이재혁(Jaehyouk Lee),명순철(Soon-Chul Myung),황경아(Kyung-A Hwang),추영국(Young-Kug Choo),고기성(Kisung Ko) 대한비뇨기종양학회 2012 대한비뇨기종양학회지 Vol.10 No.2

Therapeutic proteins can prevent or treat wide ranges of diseases from cancer and viral or bacterial infections. Production of the therapeutic proteins has been well established mainly in mammalian and bacterial cells including transgenic organisms by recombinant DNA techniques. Recent plant and insect biotechnology and advanced molecular immunology have established molecular biofarming system as an alternative way to produce recombinant pharmaceutical proteins such as immunotherapeutic monoclonal antibodies (mAb). The plants and insects as an expression system have several advantages, which include the lack of animal pathogenic contaminants, low cost of production, and ease of agricultural scale-up compared to other currently available systems. Thus, the paradigm of plant is being shifted as a food source to so-called plant bioreactor for production of therapeutic proteins. Currently, we have successfully developed a plant and insect cell expression system for production of anti-cancer and anti-virus monoclonal antibodies. The effective heterologous production system for recombinant therapeutics requires the appropriate expression machinery with optimal combination of transgene expression regulatory conditions such as control of transcriptional and post transcriptional events. In this paper, the possibility of targeting proteins to the ER and possibly storing them to the protein storage vacuoles with glycosylation modification are discussed in plant and insect cells.

이·치수 및 방재를 위한 이동식 다목적 차수막(POCKET DAM) 개발

김필식(Philshik Kim),이재혁(Jaehyouk Lee) 대한토목학회 2017 대한토목학회지 Vol.65 No.1

고무보의 내구성 증대를 위한 방탄/방검 고무시트 개발

김필식 ( Philshik Kim ),이재혁 ( Jaehyouk Lee ),최범준 ( Bumjun Choi ),박현준 ( Hyunjun Park ),권형중 ( Hyungjoong Kwon ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

A lot of small dams installed in stream are generally used to control water level and to manage water resources. The type of these dams is mostly fixed dam which has caused a gradual decline in the water quality and river environment, because the fixed dam would lead to sedimentation and flow retention. For this reason, demand for the movable dams which can regulate the stream flow continues to expand and many related studies are being carried out to reduce stream pollution and sedimentation. The rubber dam which is one of the types of movable dam is very easy to install and maintain. However, if the rubber sheet, which has long-term durability (over 30 years) without artificial detriments and natural disasters, would be damaged by any reason, it could cause the water pollution in all directions and also it should be too hard to fix the rubber sheet with high expense as well. In order to secure water resources and conserve river environment, an adequate provision against these damages will be necessary to protect the rubber sheet. In this study, we have fully comprehended the causes of maintenance based on a case study. An abrasion indicator layer was developed and folded between the rubber sheets for early warning signs of abrasion. A bullet- and sword- proof rubber sheet was developed to protect the rubber dam from artificial detriments and natural disasters. We have achieved an economic analysis of these developed techniques.

재이용이 가능한 저수지 증고 및 하천용 가물막이 개발

김필식 ( Philshik Kim ),권형중 ( Hyungjoong Kwon ),이재혁 ( Jaehyouk Lee ),최범준 ( Bumjun Choi ),박현준 ( Hyunjun Park ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

우리나라 연평균 수자원 총량은 1,297억톤이고 이용가능한 수자원량은 58%(753억톤)이며, 이 중 바다로 유실되는 32%(420톤)를 제외하고 연간 26%(333억톤)을 이용하고 있다. 용도별로 보면 생활용수 75억톤, 공업용수 21억톤, 농업용수 159억톤 및 유지용수 78억톤 등으로 사용되며 농업용수가 약 48%로 가장 많은 양이 차지하고 있다. 농업용수는 국내 수자원 소비량 중 가장 많은 양을 차지하고 있으나, 주기적인 가뭄에 따른 용수 부족이 매년 심각한 문제로 대두되고 있는 실정이며, 이에 대한 대책으로 저수지 준설, 둑 높이기, 다단계 양수장 건설 등을 통한 저수량 확보 사업이 진행되고 있으나 준설 및 둑 높이기시 막대한 사업비와 양수장 조성 공간 부족 등으로 농업용수 확보에 어려움이 발생하고 있다. 국내에서는 수자원 개발 및 친수공간 조성을 목적으로 매년 1,000여건의 하천공사가 실시되고 있으며, 하천공사로 인해 가물막이의 설치 및 해체가 계속적으로 발생하고 있다. 하천공사시 가물막이 설치를 위해 중장비의 출입 반드시 필요하나 중장비 출입이 어려운 지역에서는 공사기간 지연 및 경제성 등의 문제로 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이에, 본 연구에서는 휴대용 차수막의 구조개선을 통해 ① 저수지 증고 및 하천 가물막이에 적합한 설계 및 설치 방법을 개발하고, ② 수압 및 부유물질에 안전하도록 강도를 개선하였으며, ③ 내구성, 경제성, 유지관리성이 개선된 재이용이 가능한 휴대용 차수막을 개발하였다. 휴대용 차수막 개발로 인해 저수지 증고 및 하천 가물막이 뿐만 아니라 방재 및 레크레이션 용도 등 다목적 활용이 높은 것으로 나타나 수자원 분야에 다수 적용될 것으로 기대된다.

안전한 하천관리를 위한 가동보 방류제어 및 경보 시스템 개발

김필식 ( Philshik Kim ),권형중 ( Hyungjoong Kwon ),이재혁 ( Jaehyouk Lee ),박현준 ( Hyunjun Park ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

하천 시설물은 홍수시 혹은 비상시 운영할 수 있는 경보시스템이나 관리지침 등의 마련이 필수적임에도 불구하고, 현재까지 가동보 시설물에 대한 비상시 운영 메뉴얼 및 경보시스템이 구축되지 못한 실정이다. 4대강 살리기 사업이나 하천정비사업과 같은 대표적인 하천관련 사업에서 단순한 하천 이 · 치수 목적뿐만 아니라 소수력 발전, 친수공간 조성 등의 다목적 활용을 위하여 가동보 설치 사업이 다수 수행되었으며, 현재 국내 하천에 약 1,200여개의 가동보가 설치 · 운영되고 있다. 이와 같이 다목적 활용을 위하여 가동보의 수요가 급증하는데 반해, 각 설치 현장 상황에 적합한 가동보 운영지침이나 비상경보시스템이 구축되지 못한 실정이며, 적절한 지침 없이 관행적인 가동보 방류로 인한 물놀이 안전사고나 인명피해가 속출하고 있는 실정이다. 2012년 11월에는 하천 제수변 공사를 위해 전주천에 설치한 가동보를 임시적으로 방류하였는데, 하류측의 안전을 확인하지 않고 관행적으로 가동보를 방류하였고, 경보시스템의 부재로 인하여 가동보 하류측 징검다리를 건너는 유치원생들이 급류에 휩쓸리는 사고가 발생하였고, 최근 2014년 5월에는 수원시에 위치한 원천저수지 여수로 둑에 설치된 가로 34m 높이 1.6m 크기의 가동보가 공기압축기의 오작동으로 인하여 보 높이가 낮아지면서 약 30분 원천저수지 하류의 원천리천에 갑자기 무리 불어나 산책로가 침수되고 인근에 산책하던 주민들이 휩쓸려 떠내려가는 사고가 발생하였다. 해외에서도 가동보 운영 미숙으로 인하여 인명사고가 발생하는데, 2008년 11월 호주에서는 하류측 상황 점검이나 경고 방송 없이 가동보를 도복시켜 4살 여아가 급류에 사망하는 사고가 발생하였다. 국외의 경우에는, 상류측 홍수 수위나 하류측 역류 수위를 조절하기 위하여 가동보의 높이를 제어하는 시스템을 구비하고 있지만 이러한 시스템 역시 단순한 수위조절 기능으로서 가동보의 방류량을 제어하지 못하는 실정이다. 가동보를 운영하기 위한 조작시스템은 국내의 경우, 조작실의 조작판넬을 이용하여 가동보의 기립/도복 조작이나 원격 조작 기능과 같은 단순기능만을 구비하고 있어 가동보 방류시 하류측의 범람 피해를 야기하고 있다. 본 연구에서는 가동보 방류에 의한 하류측 범람 피해를 최소화하기 위하여 ① 가동보 도복에 의한 방류량 산정 알고리즘을 개발하고, ② 방류량에 따른 하류측 수위상승 범위 예측 기법을 개발하고, ③ 가동보 도복 속도를 제어하는 방류량 제어시스템을 개발하고, ④ 가동보 방류에 의한 비상경보시스템을 개발하였다.

안전한 하천관리를 위한 가동보 방류제어 및 경보시스템 개발

김필식 ( Philshik Kim ),권형중 ( Hyungjoong Kwon ),이재혁 ( Jaehyouk Lee ),최범준 ( Bumjun Choi ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

최근 들어 수자원 부족에 대한 심각한 인식과 함께 수자원 확보에 대한 관심과 연구가 증가하고 있는 추세이다. 국내에서는 국가 물 부족 위기를 기술개발로 극복하기 위해 ‘수자원의 지속적 확보기술 개발사업’이 다양하게 추진 중에 있다. 기존 하천에서는 이수와 치수 등의 다양한 목적으로 콘크리트 구조물인 고정보가 설치되었으나 최근에는 토사퇴적 최소화 및 하천 통수단면적 확보를 위해 기립과 도복이 가능한 가동보가 주로 설치되고 있다. 국내에서는 1980년대부터 동복댐 여수로를 시작으로 가동보를 설치하고 있으며 고무보, 유압식 전도게이트 및 수문 등이 그 대표적인 형식이다. 가동보는 4대강 살리기 사업과 같은 하천관련 사업에서 단순한 이·치수 목적 뿐만 아니라 소수력 발전, 친수공간 조성 등의 다목적 활용을 위해 설치사업이 다수 수행되었으며 현재 국내 하천에 약 1,200여개의 가동보가 설치 및 운영되고 있다. 이와 같이 다목적 활용이 위하여 가동보의 수요가 급증하는 반면에, 설치 현장 상황에 적합한 가동보 운영지침이나 비상경보시스템이 구축되지 못하여 가동보 방류로 인한 안전사고 및 인명피해가 속출하고 있다.2012년 가동보 임시방류로 인해 유치원생들이 급류에 휩쓸리는 사고가 발생하였으며, 2008년에는 가동보 센서 오작동으로 약 6천여만원의 재산피해 및 주민들의 긴급 대피 상황이 발생 하였다. 호주에서는 2008년 경고 방송 없이 가동보를 도복하여 4살 여아가 급류에 사망하는 사고 등 국내·외 적으로 다수의 사고가 발생하였다. 이에 본 연구에서는 가동보 방류에 의한 하류측 범람 피해를 최소화하기 위해 가동보 도복속도를 제어하는 방류량 제어시스템을 개발하고, 가동보 방류에 의한 비상경보시스템을 개발하였다. 방류량 제어시스템 적용 결과 기존기술대비 약 5분 이상 도복속도를 제어할 수 있어 하류측 범람피해를 최소화 할 수 있었으며, 경보시스템 구축으로 비상시 15초 이내로 관리기관에게 통보 및 인근지역 경보발령으로 신속한 대처 및 인명 피해 감소효과가 있는 것으로 나타났다. 개발 기술을 기 설치된 가동보에 적용시 가동보 방류로 인한 안전사고 및 인명피해를 감소할 수 있을 것으로 판단되며, 지속적으로 설치될 가동보에 적용한다면 가동보 운영 지침 및 비상경보시스템 구축에 도움이 될 것이라 사료된다.

농촌용수 수요/공급량 산정 및 정보시스템 개발

권형중 ( Hyungjoong Kwon ),김필식 ( Philshik Kim ),김선주 ( Sunjoo Kim ),이재혁 ( Jaehyouk Lee ),최규훈 ( Gyuhoon Choi ),심재훈 ( Jaehoon Shim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

국내의 댐 1,800여개 중 관개용댐이 1,114개소로 약92%를 차지하며 대부분이 소규모 댐으로 이루어져 있다. 일반적으로 소규모 댐은 용수전용 댐으로 홍수조절능력이 없고, 대규모 댐 관리와 같은 운영 기준이 정립되어 있지 않은 현실이다. 따라서 최근 이상기후에 대해 가뭄과 홍수피해가 빈번히 발생하고 있으며, 정주권의 변화와 농촌용수의 다양화로 피해 규모도 증가하고 있다. 신설댐과 기존의 소규모댐을대상으로 홍수조절능력과 운영 기준의 정립에 대한 문제들이 발생하고 있다. 국내의 대표적 대규모 댐은 유역 연간 강우량의 약80%를 저수하여 강수의 계절적 편중뿐만 아니라 연도별 강수량 변화에 대응할 수 있을 정도로 물 이용 효율은 대단히 높다. 그러나, 농업용수 관개용 댐은 연간 강우량의 30%를 저수하여 강수의 계절적 편중을 극복할 수 없어 상대적으로 물 이용 효율이 매우 낮은 실정이다. 특히, 관개용 댐들이 단일목적의 농업용수에서 최근 4대강 사업의 일환인 저수지 둑높이기 사업을 통하여 저수지 저류량이 증가하고 다목적의 농어촌용수의 개발로 전환되면서 많은 저수량을 확보할 수 있을 정도로 규모가 증가하고 있다. 그러나 방류능력의 보강이나 운영기준이 없어 물 이용 효율이 대단히 저조하다. 본 연구에서는 경기도 안성시 이동지구에 대하여 물수지 분석에 필요한 실측자료를 수집하고 실측되지 않는 수문량에 대하여는 자료를 구축하는 방법 및 표준안을 제시하고자 한다. 수집 구축된 자료를 이용하여 농업용 저수지를 포함한 관개지역의 물수지 분석을 통하여 수혜구역의 필요수량에 대한 농업용 저수지의 용수공급 능력 평가 및 관개 후 하천으로 회귀되는 수량을 산정함으로서 관개 지역의 수요/공급량을 정량화하여 효율적인 저수지 운영을 위한 자료를 제공하고자 한다. 또한 연구를 통하여 도출된 결과를 기존의 농촌용수 종합정보시스템에서 조회하고 저수지 운영에 필요한 정보 분석 기능을 구현하고자 한다.

침수피해 방지를 위한 이동식 다목적 차수막 (Pocket Dam) 개발

김필식 ( Philshik Kim ),박현준 ( Hyunjun Park ),권형중 ( Hyungjoong Kwon ),이재혁 ( Jaehyouk Lee ),최범준 ( Bumjun Choi ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

홍수와 가뭄은 과거부터 지금까지 모든 시대에 걸쳐 끊임없이 발생하여 왔으나 최근 들어 발생하는 홍수 및 가뭄의 재해 규모는 과거와 비교할 수 없을 정도로 대형화되고 홍수발생빈도 또한 급격히 증가하고 있다(하림 등, 2013). 소방방재청에 의하면 시간당 30㎜이상의 폭우발생빈도가 최근 30년 평균 3.8회, 5년 평균 5.2회로 나타났으며, 일 80㎜이상의 집중호우 일수는 1.5배 증가한 것으로 조사되었다. 또한 우리나라는 최근 기후변화로 인해 6-7년 주기로 가뭄 강도가 점차 증가하고 하천수 과잉 취수 등으로 하천 건천화가 발생하고 있다(맹승진 등, 2013). 이에 대한 대책으로 정부에서는 수자원종합개발 10개년 계획, 수자원 장기종합계획 등을 수립하고 하천정비사업 시행과 다목적 댐을 세우는 등 치수방재를 위해 노력하고 있지만, 급변하는 기상상황에 신속히 대처하기엔 어려움이 있어 홍수 및 가뭄 피해를 최소화 할 수 있는 대비책이 절실한 시점이다. 이에, 본 연구에서는 홍수나 집중 호우시 빠른 대처가 가능하고 가뭄시 하천이나 용ㆍ배수로를 임시로 막아 농업용수를 확보할 수 있으며, 다방면에 적용성이 뛰어난 이동식 다목적 차수막을 개발 하였다. 이동식 다목적 차수막 개발을 위해 ⅰ) 이동성이 용이한 초경량 소재를 선정 하고, ⅱ) 구조해석 프로그램(MIDAS)을 적용한 최적 규격 선정, ⅲ) 현장 적용을 통해 안전성을 검증 하였다. 제품의 경량화뿐만 아니라 차수 효과의 극대화를 위하여 수압에 대한 내구성이 확보되고 불규칙한 바닥면에 우수한 접지력을 지니고 있는 Sol Tarpaulin(PVC 코팅 폴리에스테르)소재를 선정하였다. 또한, 3차원 구조해석 프로그램인 MIDAS를 이용하여 수압에 의한 차수막의 파손 및 밀림 현상이 발생하지 않는 구조로 설계하였다. 개발된 차수막을 서울시 관악구 내 도림천과 서울시 광진구 내 지하주차장에 적용한 결과, 수압에 의한 파손 및 밀림현상이 발생하지 않았고 지속적인 기립형상을 유지하며 차수되어 구조 및 소재의 안전성뿐만 아니라 다목적 활용이 높은 것으로 나타났다. 현재까지 홍수 및 가뭄 대비를 위한 시설물들은 국지적인 집중호우에 취약하고 가뭄에 대한 대책은 미비한 실정이다. 본 연구에서 개발된 이동식 다목적 차수막을 적절히 사용한다면 이ㆍ치수 및 방재 설비 등으로 활용 가치가 높을 것으로 기대된다.

The role of hLHX6-HMR as a methylation biomarker for early diagnosis of cervical cancer

정삼일,정동준,김진선,Lisha Yi,구근호,이재혁,이순덕,박진화,BOOGI CHANG,김창환,김창진,이명숙 Sookmyung Women's University Research Institute of 2010 여성과 건강 Vol.6 No.1