고주파 신호 주입을 통한 선형 전동기의 초기 자극 위치 추정 알고리즘

황채은(Chae-Eun Hwang),이영기(Younggi Lee),설승기(Seung-Ki Sul) 전력전자학회 2016 전력전자학술대회 논문집 Vol.2016 No.11

혐기성 소화시설 바이오가스를 이용하는 발전시설의 에너지수지 분석 연구

이동진 ( Dong-jin Lee ),문희성 ( Hee-sung Moon ),배지수 ( Ji-su Bae ),박호연 ( Ho-yeun Park ),전태완 ( Tae-wan Jeon ),이영기 ( Younggi Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

우리나라는 인구의 증가 및 도시의 산업화, 소비에 따른 축산업의 발달로 인해 하수처리 및 음식물류와 가축 분뇨폐기물인 유기성폐자원의 처리규모와 발생량이 매년 증가하는 추세이다. 유기성폐기물의 육상처리와 신재생 에너지원으로서 효과적 활용에 대한 정책 추진과 연구가 진행되어왔다. 매립, 소각을 포함한 육상처리 방법 중, 바이오가스화는 혐기소화 과정에서 신재생 에너지원인 메탄가스를 생산하는 시설로 현 상황에 대응하는 새로운 방안으로 각광받고 있다. 본 연구에서는 다양한 유기성폐자원의 원료유입에서 기원하는 유입에너지와 바이오가스화 설비 운전을 위한 전력 소비에너지를 설정하고, 혐기소화를 통한 바이오메탄의 잔재에너지와 미분해 유기물의 잠재에너지를 유출에너지로 산정하여 에너지수지를 분석하고자 한다. 음식물/음폐수 혐기소화시설 5개소와 가축분뇨 병합처리 혐기소화시설 2개소, 하수 단독 및 병합처리 혐기소화시설 4개소를 대상시설로 선정하고, 삼성분과 유기물분해율(VS기준)등을 분석하여 이론적 메탄생성율을 산출하고, 바이오가스 성상 조사를 위한 측정 지점은 혐기소화조 후단, 탈황 및 제습 전처리 후단으로 선정하였다. 유기성폐자원 바이오가스화 8개의 시설에 대해서 에너지수지를 분석하고자 하였고, 투입에너지원과 최종 배출에너지원을 조사하여 분석하였다. 유기성폐자원 바이오가스화 시설의 에너지수지 분석은 에너지전환 효율과 시설의 효율을 평가할 수 있는 중요한 수단으로 활용 가능하나, 바이오가스 생산량의 과다 측정된 CJ시설과 같은 오류를 줄이기 위해서 유입원료의 성상분석 및 생산된 바이오가스의 유량계측의 표준화가 요구된다. 사사: 이 논문은 환경부의 재원으로 국립환경과학원의 지원을 받아 수행하였습니다(NIER-RP2017-290).

맥동하는 구형파 주입 매입형 영구 자석 전동기의 센서리스 운전에서 위치 추정 오차에 대한 분석

황채은(Chae-Eun Hwang),이영기(Younggi Lee),설승기(Seung-Ki Sul) 전력전자학회 2017 전력전자학술대회 논문집 Vol.2017 No.7

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정영호(Yeongho Jeong),이영기(Younggi Lee),배본우(Bonwoo Bae),조솔희(Solhee Jo),반재필(Jaepil Ban) 한국정보기술학회 2022 Proceedings of KIIT Conference Vol.2022 No.12

바이오가스 이용최적화를 위한 수분함량 가이드라인 설정연구

이동진 ( Dong-jin Lee ),문희성 ( Hee-sung Moon ),배지수 ( Ji-su Bae ),전태완 ( Tae-wan Jeon ),이영기 ( Younggi Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

유기성폐자원의 바이오가스화는 혐기소화를 통한 메탄가스(CH₄)를 생산하는 시설로 현 상황에 대응하는 방안으로 15년도 기준 전국 61 개소의 하수처리장에서 하수슬러지 소화시설을 운영 중에 있다. 생산된 바이오가스는 스팀보일러를 가동하거나 발전기를 가동하여 전기를 생산하게 된다. 최초 혐기소화조에서 생산된 바이오가스는 유입된 폐기물에 따라 메탄함량 약 55~70%이며, 황화수소(H₂S) 2,500~5,000ppm, 상대습도 약 90%를 나타난다. 바이오가스를 전처리 없이 바로 사용하게 되면 황화수소가 수분과 결합하여 황산을 생산하게 된다. 황산은 기계적 마찰이 많은 발전기 내부를 마모시키고 부식시키는 원인이 되고, 배관의 부식을 유발한다. 우리나라는 급격하게 바이오가스화 시설이 추진되면서 많은 시행착오로 인한 고장과 효율이 낮은 문제점이 보여 왔다. 전국 11개 바이오가스화 시설의 각 공정 별 가스상의 수분을 측정하였고, 해외기준과 발전기 운전적정 수분값을 구하여 바이오가스 이용을 위한 수분함량 가이드라인 설정을 하고자 한다. 국내 소화조 후단 바이오가스 수분측정 결과 음식물/음폐수의 경우 노점온도 26.8 ℃, 절대습도 25.7 g/m³, 상대습도 82.9%로 측정되었고, 가축분뇨는 노점온도 28.7 ℃, 절대습도 28.0 g/m³, 상대습도 82.7%이고, 하수슬러지의 경우 노점온도 24.8 ℃, 절대습도 22.6 g/m³, 상대습도 77.2%로 측정되었다. 또한 제습설비가 운영되고 유지가 잘된 시설의 경우 절대습도 25.5 g/m³에서 12.0 g/m³으로 약 51.1% 감소되었고, 상대습도도 77.2%에서 34.9%로 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 반면 제습설비가 미흡한 시설에서는 역으로 증가하는 추세를 보였다. 따라서 국내 바이오가스화 시설에서는 제습처리가 적정수준으로 처리할 경우 노점온도 약 14 ℃를 만족하며, 절대습도 15.4 g/m³과 평균 가스온도인 31 ℃ 기준 상대습도 48%를 유지할 수 있을 것으로 판단하였다.

유기성폐자원 바이오가스를 이용하는 발전시설의 에너지수지 분석

이동진 ( Dong-jin Lee ),문희성 ( Hee-sung Moon ),배지수 ( Ji-su Bae ),전태완 ( Tae-wan Jeon ),이영기 ( Younggi Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

우리나라는 인구의 증가 및 도시의 산업화, 소비에 따른 축산업의 발달로 인해 하수처리 및 음식물류와 가축 분뇨폐기물인 유기성폐자원의 처리규모와 발생량이 매년 증가하는 추세이다. 유기성폐기물의 육상처리와 신재생 에너지원으로서 효과적 활용에 대한 정책 추진과 연구가 진행되어왔다. 매립, 소각을 포함한 육상처리 방법중, 바이오가스화는 혐기소화 과정에서 신재생 에너지원인 메탄가스를 생산하는 시설로 현 상황에 대응하는 새로운 방안으로 각광받고 있다. 국내 유기성폐자원의 바이오가스화 시설은 신규설치가 많이 이루어지는 반면, 시설의 메탄가스 생산량이 아직 미흡하거나 생산된 바이오가스를 이용하지 못하는 경우가 많은 실정이며, 15년도 유기성폐자원 바이오가스화 시설 중 하수슬러지를 이용한 바이오가스 발생량은 10.99 m³/ton이며, 음식물 72 m³/ton, 가축분뇨 14.84 m³/ton, 병합처리 14.51 m³/ton을 생산하고 있어, 혐기소화효율이 미국 등 선진국 대비 약 54.2%에 불과한 실정이다. 전국 8개 시설에 대해서 다양한 유기성폐자원의 원료유입에서 기원하는 유입에너지와 바이오가스화 설비 운전을 위한 전력 소비에너지를 유입에너지로 설정하고, 혐기소화를 통한 바이오메탄의 잠재에너지와 미분해 유기물의 잠재에너지를 유출에너지로 산정하여 에너지수지분석을 진행하였다. 음식물/음폐수 시설의 바이오가스 에너지전환율은 80.1%이며, 가축분뇨 86.5%, 하수슬러지 22.8~57.7%로 분석되었다. 유입원료의 생산효율로는 음식물/음폐수 시설이 72.2% 이상으로 분석되었고 일부 유입에너지의 과소평가 및 바이오가스 생산량 과다측정으로 이론적으로 불가능한 수치로도 분석되었다. 따라서 에너지수지분석은 에너지전환효율과 시설 효율과 시설 효율을 평가할 수 있는 중요한 수단이지만 정확한 측정을 위한 유량계측 표준화 및 설비 별 전력사용량을 확인할 수 있는 전력계측 표준화작업이 요구되어진다.

반송파 기반 센서리스 운전에서 주입하는 신호의 주파수에 따른 위치 추정 성능 분석

황채은(Chae-Eun Hwang),이영기(Younggi Lee),설승기(Seung-Ki Sul) 전력전자학회 2018 전력전자학회 논문지 Vol.23 No.2

발전용 바이오가스 이용을 위한 전처리 및 발전기 운전조건 설정 연구

문희성 ( Hee-sung Moon ),이동진 ( Dong-jin Lee ),배지수 ( Ji-su Bae ),박호연 ( Ho-yeun Park ),전태완 ( Tae-wan Jeon ),이영기 ( Younggi Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

정부의 중장기 바이오가스화 정책에 따라 폐자원의 자원화 시설 확충이 활발히 추진되고 있다. 따라서 유기성폐자원의 바이오가스화 시설의 단점을 보완하고 바이오가스 생산·이용 최적화 방안을 마련과 혐기성소화조 및 시설 운전 효율 개선 및 안정적인 운영을 도모해야한다. 본 연구에서는 유기성폐자원의 바이오가스 생산 및 이용을 최적화를 위해 바이오가스화 시설의 전처리시설 및 발전기 등의 설계 및 운전 가이드라인을 제시하고자 한다. 하수슬러지와 음식물류폐기물 (또는 음폐수), 가축분뇨를 단독 또는 병합처리하는 바이오가스화 시설에 대한 기초자료 수집 및 운전현황을 파악하기 위하여 현장조사를 실시하였다. 현장조사 대상 시설 중 11개소를 선정하여 기술지침서(안) 마련을 위한 기초분석(삼성분, 휘발성지방산(VFA) 등)과, 바이오가스 분석을 실시하였다. 음식물/음폐수 단독처리 시설 5개소, 가축분뇨 병합처리 시설 2개소, 하수슬러지 단독 및 병합처리 시설 4개소를 대상으로 시설의 특성을 반영한 소화조 유입, 유출 등의 사계절 샘플링을 진행하였다. 바이오가스 이용 가이드라인 수치를 제시하기 위해 메탄가스 발생량과 가스성분 함량과 수분함량을 조사하였다. 바이오가스 이용 최적화를 위해 탈황 및 제습 전처리시설 가이드라인으로 H2S 농도는 철염으로 처리가능 한 150 ppm으로 설정하고, 제습은 발전기 운전 적정수분 값이며 EU회원국에서 바이오가스 활용 시 적용하는 상대습도 60 %로 설정하였다. 바이오가스 적정 이용량으로는 전체 가스 발생량의 90 % 이상을 이용해야하며, 발전기 시설의 용량은 여유율을 10∼30 %로 설정해야 한다. 발전기에 유입가스의 압력을 균등화하기 위해서는 가스 균등조(buffer tank)를 설치하며, 발전실 평균온도는 45 ℃이하로 유지한다. 소화조에서 일정한 메탄농도로 가스가 생성되지 않아 효율이 저하되므로 메탄농도에 변화에 따른 공기연료비 제어시스템을 설치가 요구된다. 사사: 이 논문은 환경부의 재원으로 국립환경과학원의 지원을 받아 수행하였습니다(NIER-RP2017-290).

바이오가스 이용 기술지침 마련을 위한 연구(Ⅱ)

문희성(HeeSung Moon),배지수(Jisu Bae),박호연(Hoyeun Park),전태완(Taewan Jeon),이영기(Younggi Lee),이동진(Dongjin Lee) 유기성자원학회 2018 유기물자원화 Vol.26 No.1

본 연구는 유기성폐자원(가축분뇨, 음식물류폐기물, 음식물류폐수 등)의 바이오가스 이용에 대한 적정 설계 및 운전 기술지침서 마련하고자 현장조사와 정밀모니터링 등을 실시하였다. 정부의 중장기 바이오가스화 정책에 따라 폐자원의 자원화 시설 확충이 활발히 추진되고 있다. 하지만 생산된 바이오가스를 이용하여 발전 및 스팀으로 활용하는 시설은 효율이 아직은 저조하고 잦은 고장이 발생되고 있다. 전국 11개소 유기성폐자원 바이오가스화 시설을 대상으로 정밀모니터링을 실시하였다. 사계절 평균으로 정밀모니터링 결과를 정리하였을 때, 유기성폐자원 별 효율성 분석에서 유기성분해율은 VS기준 음식물/음폐수는 68.2 %, 가축분뇨는 66.8 %, 하수슬러지의 경우 46.2 %로 전체 평균 58.8 %로 분석되었다. 전처리 전후 바이오가스 성상을 분석한 결과 철염 및 탈황(건식, 습식)을 이용하여 전체 시설의 H2S 평균은 560 ppm으로 측정되었으며, 저감효율이 90% 이상인 경우 약 40 ppm 까지 감소할 수 있는 것을 확인하였다. 특히 소화조 내에 철염을 투입하면 처리효율 약 93 %이며, 평균 150 ppm까지 감소하는 것을 확인하였다. 제습의 경우 노점온도를 적용한 절대습도와 가스온도에 따른 상대습도를 분석하였으며, 제습설비가 유지보수가 잘되어 가동 중인 시설의 노점온도는 14℃, 절대습도는 12.6 g/m³이며, 상대습도는 35 %로 측정되었다. 따라서 유기성폐자원의 바이오가스화 시설의 단점을 보완하고 바이오가스 이용 최적화 방안을 마련하기 위하여 정밀모니터링을 실시하였다. According to the in social aspects such as population growth, urbanization and industrialization, development of livestock industry by meat consumption, amount of organic wastes (containing sewage sludge and food waste, animal manure, etc) has been increased annually in South Korea. Precise monitoring of 11 organic wastes biogas facilities were conducted. The organic decomposition rate of organic wastewater was 68.2 % for food wastes, 66.8 % for animal manure and 46.2 % for sewage sludge and 58.8 % for total organic wastes. As a result of analyzing the biogas characteristics before and after the pretreatment, the total average of the whole facility was measured to be 560 ppm using iron salts and desulfurization, and decreased to 40 ppm when the reduction efficiency was above 90 %. Particularly, when iron salt is injected into the digester, the treatment efficiency is about 93 %, and the average is reduced to 150 ppm. In the case of dehumidification, the absolute humidity and the relative humidity were analyzed. The dew point temperature of the facility where the dehumidification facility was well maintained as 14℃, the absolute humidity was 12.6 g/m3, and the relative humidity was 35 %. Therefore, it is necessary to compensate for the disadvantages of biogasification facilities of organic waste resources and optimize utilization of biogas and improve operation of facilities. This study was conducted to optimize biogas utilization of type of organic waste(containing sewage sludge and food waste, animal manure) through precision monitoring.

생활폐기물 소각시설 발전효율 및 온실가스 감축량 산정 연구

배지수(Jisu Bae),윤영삼(Youngsam Yoon),권은혜(Eunhye Kwon),전태완(Taewan Jeon),이영기(Younggi Lee) 한국신재생에너지학회 2018 신재생에너지 Vol.14 No.3

One of the concepts of energy recovery, waste energy has attracted attention as a technology that contributes considerably to the replacement of fossil fuels which are becoming depleted and to the dissemination of renewable energy for Intended Nationally Determined Contributions (INDC). In this study, the long-term operation data of domestic municipal solids waste (MSW) incineration facilities were evaluated for the steam power generation efficiency when applying the elemental technologies. In addition, the energy savings and GHG reductions were calculated by the power generation efficiency increment. In terms of enhancing the capability of waste heat recovery, the power generation efficiency was examined based on the assumption that the low calorific power of 2,000~3,000 kcal/kg, 5,000~7,000 ㎥/ton exhaust gas, boiler outlet temperature of 190~300℃ and the combustion air ratio of 1.0~2.0. When applying elemental technologies to the incineration procedure, the power generation efficiencies were 0.74~0.85%. Energy savings per ton of MSW were estimated to be 79.2 MWh/ton in low temperature economizer (LTE) and 68.8 MWh/ton in low air ratio combustion (LARC). The estimated GHG reductions were 206,072 ton-CO₂/yr in LTE and 178,892 ton-CO₂/yr in LARC. This is expected to reduce operation costs by 4,328 million and 3,757 million KRW by conversion to economic benefits.