탄자니아의 태양광 발전소와 통합된 전기 모빌리티 운영 시스템: 비전과 시범운행

이협승(Hyop-Seung Rhee),임혁순(Hyuck-Soon Im)프랭크 앤드류 마농기(Frank Andrew Manongi),신영인(Young-In Shin),송호원(Ho-Won Song),정우균(Woo-Kyun Jung),안성훈(Sung-Hoon Ahn) 적정기술학회 2021 적정기술학회지(Journal of Appropriate Technology) Vol.7 No.2

전 세계적인 지구온난화의 위협에 대응하고자 세계 각국은 신재생 에너지의 확산, 탄소 배출 감소 등을 추진하고 있다. 또한, UN의 SDGs에도 포함된 기후변화에 맞서기 위한 노력으로 글로벌 자동차 제조사들은 향후 10년내에 전기자동차로의 전면 전환을 추진하고 있다. 전기자동차는 탄소 배출 감소를 위한 유용한 수단이 될 수 있으나, 충전용 전기를 생산하는 단계에서 발생하는 탄소의 저감을 위해서는 친환경 신재생 에너지를 이용한 발전시스템이 요구된다. 본 연구에서는 아프리카 탄자니아에 설립된 태양광 발전소와 통합된 스마트 전기 모빌리티 운영 시스템에 대한 비전을 제안한다. 아두이노 컴퓨팅 장치를 기반으로 하는 스마트 모니터링 및 통신 기능을 적용하여 전기자동차 또는 전기 오토바이의 배터리 잔존용량, 배터리 상태, 위치, 속도, 고도, 도로 상태 등의 정보를 모니터링한다. 또한, 주변의 독립형 태양광 발전소 인프라와 통신하여 주행가능거리를 예측하고 충전 스케쥴 및 목적지까지의 경로 최적화를 수행하는 시나리오를 제시한다. 제안된 시스템의 구현 가능성은 전기 오토바이의 시험운행을 통해 검증되었다. 탄자니아에서 운영될 전기 모빌리티 시스템은 현지의 환경과 특성을 고려하여 친환경성, 경제성, 운용 용이성, 호환성 등의 요소가 고려되어야 한다. 본 연구에서 제안하는 스마트 전기 모빌리티 운영 시스템은 SDGs의 이행을 위한 중요한 기반이 될 수 있을 것이다. To respond to the threat of global warming, countries around the world are promoting the spread of renewable energy and reduction of carbon emissions. In accordance with the United Nation’s Sustainable Development Goal to combat climate change and its impacts, global automakers are pushing for a full transition to electric vehicles within the next 10 years. Electric vehicles can be a useful means for reducing carbon emissions, but in order to reduce carbon generated in the stage of producing electricity for charging, a power generation system using eco-friendly renewable energy is required. In this study, we propose a smart electric mobility operating system integrated with off-grid solar power plants established in Tanzania, Africa. By applying smart monitoring and communication functions based on Arduino-based computing devices, information such as remaining battery capacity, battery status, location, speed, altitude, and road conditions of an electric vehicle or electric motorcycle is monitored. In addition, we present a scenario that communicates with the surrounding independent solar power plant infrastructure to predict the drivable distance and optimize the charging schedule and route to the destination. The feasibility of the proposed system was verified through test runs of electric motorcycles. In considering local environmental characteristics in Tanzania for the operation of the electric mobility system, factors such as eco-friendliness, economic feasibility, ease of operation, and compatibility should be weighed. The smart electric mobility operating system proposed in this study can be an important basis for implementing the SDGs climate change response.

스마트-독립전력망을 사용한 소규모 태양광 발전소의 건설과 운영: 한국-탄자니아 적정기술 거점센터의 사례

김지수,정우균,하보라,문지현,이협승,안성훈 적정기술학회 2019 적정기술학회지(Journal of Appropriate Technology) Vol.5 No.2

안정적인 전력 공급은 해당 지역의 생활수준 개선과 소득 수준에 중요한 역할을 하기 때문에, 공적개발원조 (Official Development Assistance, 이하 ODA)의 중요한 목표중에 하나이다. 하지만 수많은 개도국의 교외지역은 국가 전력망과 제대로 연결되지 못하여 전력을 전혀 공급 받지 못하고 있고, 국가 전력망과 연결된 일부 받는 지역도 전력 용량의 한계로 인해 수시로 정전이 일어나고 있는 상황이며, 이는 해당 지역의 소득 수준 향상과 생활수준 개선에 큰 장애요소 로써 작용하고 있다. 서울대학교가 넬슨-만델라 아프리카 과학기술원 (Nelson-Mandela African Institution of Science and Technolgoy, 이하 NM–AIST)과 협력하여 건립된 한국-탄자니아 적정기술거점센터 (Korea-Tanzania Innovative Technology and Energy Center, 이하 iTEC)은 이러한 문제를 해결하기 위해, 전력이 공급되지 않는 탄자니아 교외지역에 스마트-독립전력망을 활용한 소규모 태양광 발전소를 건설하고, 이와 연계된 사업을 진행함으로써, 이러한 문제를 해결하고자 한다. 이를 위해 킬리만자로 (Kilimanajaro) 주 음카라마 (Mkalama) 마을과 아루샤 (Arusha) 주 응구르도토 (Ngurdoto) 마을에 각각 10 kW, 7 kW급 태양광 발전소를 건설하여, 각각 50 여가구에 전력을 공급하고 있다. 또한, 이에 대한 데이터를 수집하고 발전소와 배전 시스템의 운영을 위해 스마트 모니터링 시스템을 설치하였다. 이를 통해 고장 진단, 사용량 측정 등 다양한 기능을 수행하고 있다. ITEC에서는 이러한 스마트-독립전력망을 활용한 소규모 태양광 발전소 건설과 전력 공급, 그리고 다양한 연계사업 진행을 통해 지속가능한 개발도상국 농촌 주민의 소득수준과 삶의 질 향상을 도모하고 있다. Supplying stable electric power is one of the important objectives of the Official Development Assistance (ODA) because it is strongly related with improving living standards and income levels in the region. However, rural areas in many developing countries are not properly connected to national power grids, and even areas connected to national power grids are frequently blacked out due to limitations in power capacity. These lack of electric power is a major obstacle to improving income levels and improving living standards in those areas. The Korea-Tanzania Innovative and Energy Center (iTEC), which was established by Seoul National University in cooperation with the Nelson-Mandela Africa Institute of Science and Technology and Technology (NM–AIST) try to build a small solar power plant using a smart-off grid in rural area of Tanzania, where there is no electricity. 10 kW and 7 kW solar power plants are built in Mkalama Village in Kilimanajaro Region and Ngurdoto Village in Arusha Region to provide power to about 50 households each. In addition, smart monitoring systems were installed to collect data about status of power system and power consumption of each house. iTEC seeks for sustainable improvement the income level and quality of life of rural residents in developing countries through the construction of small solar power plants using smart-off grid, and the implementation of various connected projects.

Blended IT/STEM Education for Students in Developing Countries: Experiences in Tanzania

이지영,헤리엘 아요,이협승 적정기술학회 2020 적정기술학회지(Journal of Appropriate Technology) Vol.6 No.2

Education is one of the priority sectors specified in Tanzania, and it has committed to provide 11 years of compulsory free basic education for all from pre-primary to lower secondary level. Despite the Government’s efforts to provide free basic education to all children, there are 2.0 million (23.2 per cent) out of 8.5 million children at the primary school age of 7- 13, who are out of school in Tanzania. The ICT class should be offered as a regular class in all secondary schools in Tanzania, recommended by the ministry of education. However, many schools are struggling to implement this mandate. Most of schools offer the ICT class with theory without any real hardware. Some schools were given with computers but they were not maintained for operation. There is a huge task to make ICT education universal. Main issues include: remoteness (off-grid area), lack of ICT teachers, lack of resources such as hardware, infrastructure, and lack of practical lessons or projects to be used at schools. An innovative blended ICT/STEM education program is being conducted not only for Tanzanian public and private/international schools, but also for out-of-school adolescents through institutions, NGO centers, home visits and at the E3 Empower academy center. For effective STEM education to take place and remain sustainable, more practical curriculum, and close-up teacher support need to be accompanied concurrently. Practical, project-based simple coding lessons have been developed and employed that students experience true learning. The effectiveness of the curriculum has been demonstrated in various project centers, and it showed that students are showing new interests in exploring new discovery, even though this was a totally new area for them. It has been designed for an easy replication, thus students who learned can repeat the lessons themselves to other students. The ultimate purpose of this project is to have IT education offered as universally as possible throughout the whole Tanzania. Quality education for all children is a key for better future for all. Previously it was hoped that education with discipline will improve the active learning. But now more than ever, we believe that children have the ability to learn on their own with given proper STEM education tools, guidelines and environment. This gives promising hope to all of us, including those in the developing countries.

개발도상국 메이커 스페이스 구축 및 운영 사례 - 탄자니아 iTEC 테크샵을 중심으로 -

임혁순,정우균,투누 은가질로,Okuli Meena,이안나,안성훈,이협승 적정기술학회 2020 적정기술학회지(Journal of Appropriate Technology) Vol.6 No.2

Recently, with the development of the 4th Industrial Revolution era and the popularization of technologies the maker movement is spreading worldwide in various ways for education, entrepreneurship, and solving social problems. This paper introduces a case of establishing and operating a maker space in Tanzania, East Africa, one of the developing countries. iTEC Tech-shop was established in the first half of 2018 at the Nelson Mandela African Institution of Science and Technology (NM-AIST) in Arusha, Tanzania by Innovative Technology and Energy Center (iTEC), and has been operating for nearly two years. With the allocation of empty warehouse space from NM-AIST, physical facilities were established through the purchase and installation of equipment and hand tools. Based on the advice from Idea Factory of Seoul National University and Fab-Lab Seoul, iTEC Tech-shop operational system were established. Through a total of 7 technical workshops, iTEC Tech-shop provided training courses for about 180 local personnel. In addition, the smart Techshop test-bed project was promoted in order to improve the operation level along with securing sustainability of the Techshop. The case of the iTEC Tech-shop could be a useful case for institutions or organizations promoting the maker movement to developing countries. 4차 산업혁명 시대의 전개와 함께 ICT, 3D 프린터 등의 기술이 대중화됨에 따라 전 세계적으로 메이커 운동의 확산이활발히 진행되고 있다. 메이커 운동은 아이디어 구현 공간인 메이커 스페이스를 통하여 교육과 창업, 사회문제 해결 등을 목적으로 다양하게 추진되고 있다. 본 논문에서는 개발도상국 중 하나인 아프리카 탄자니아에 메이커 스페이스를구축하고 운영한 사례를 소개한다. iTEC 테크샵은 한국-탄자니아 에너지-산업연계 적정기술거점센터(iTEC)가 탄자니아 아루샤 지역의 넬슨만델라 아프리카과학기술원(NM-AIST)에 2018년 전반기에 구축하여 2년여 가까이 운영하고 있다. NM-AIST로부터 빈 건물 공간을 할당받아 전기 배선과 출입문 작업으로부터 시작하여, 테크샵 운영을 위한 장비및 수공구 구매와 설치를 통해 물리적 설비를 구축하였다. 또한, 서울대학교 아이디어팩토리, 팹랩 서울 등의 자문을바탕으로 테크샵 운영 매뉴얼과 시스템을 구축하였다. iTEC 테크샵은 총 9회의 기술 워크숍을 통해 193명의 현지 인력에 대한 교육을 실시하였으며, 시제품 제작과 함께 다양한 지원활동을 수행하였다. 또한, 테크샵 운영의 지속 가능성 확보와 함께 운영수준을 한 단계 향상시키고자 스마트 테크샵 테스트베드 프로젝트를 추진하였다. 본 논문에서 제시한 iTEC 테크샵의 사례는 개발도상국에 대한 메이커 운동 확산을 추진하는 기관 또는 단체들에게 유용한 예시가 될수 있을 것이다.

Rural Systems Visioneering: Paradigm Shift from Flux Measurement to Sustainability Science

김준,강민석,타이칸 오끼,박은우,카즈히토 이치이,요하나 마리아 인드라와티,조성식,문지현,유완철,이지영,이협승,카롤리 은자우,안성훈,Kim, Joon,Kang, Minseok,Oki, Taikan,Park, Eun Woo,Ichii, Kazuhito,Indrawati, Yohana Maria,Cho, Sungsik,Moon, Jihyun,Yoo, Wan Ch Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2018 한국농림기상학회지 Vol.20 No.1

지속가능성과학은 다양한 학문 배경과 관심을 가진 과학자, 전문직 종사자 및 이해당사자들 간의 소통과 협력뿐 아니라 결정론적 환원주의적 접근에서 오래전 기본으로의 패러다임 전환이 요구되는 떠오르는 초학문적 연구다. 생태-사회시스템은 많은 구성성분(또는 행위자)들로 이루어져 이들의 국지 규모의 무작위 상호작용이 자연스럽게 시스템 전체 규모의 질서를 만들어내는 공진화하는 복잡계다. 여기서, 시스템과 주변환경 간의 에너지와 물질과 정보의 흐름이 중요한 역할을 한다. 본 통신에서는 이렇게 계속 변화하는 역동적 시스템, 즉 '자기-조직화하는 계층구조의 열린 시스템(SOHOs)'의 개념적 틀을 소개한다. 먼저 SOHOs의 구조와 기능성을 이해하기 위해 물리학의 두 기본 법칙을 다시 논의한다. 두 법칙의 재해석을 통해 시스템의 운명과 지속가능성을 향한 보다 나은 경로, 또한 생태계의 온전함과 사회의 비전/가치 추구를 어떻게 조화시킬 것인가에 대한 이해를 돕고자한다. 그 다음에 소위 '비저니어링(V)'이라는 틀을 되먹임/전방급전(feedback/feedforward) 루프로 SOHOs 틀에 통합시켜서, '슬쩍 찌르는(nudged) 자기-조직화'가 시스템을 구성하는 행위자들이 합력하여 지속가능한 생태-사회 시스템을 이루어 가도록 유도한다. 마지막으로, SOHOs-V의 적용사례로서, 현재 탄자니아의 농촌마을에서 진행되고 있는 미래지구의 지속가능발전목표 연구실(SDG Lab)인 '농촌시스템 비저니어링(Rural Systems Visioneering)'을 예로 제시하였다. Sustainability science is an emerging transdisciplinary research which necessitates not only the communication and collaboration of scientists, practitioners and stakeholders from different disciplines and interests, but also the paradigm shift from deterministic and reductionist approaches to the old basic. Ecological-societal systems (ESS) are co-evolving complex systems having many interacting parts (or agents) whose random interactions at local scale give rise to spontaneous emerging order at global scale (i.e., self-organization). Here, the flows of energy, matter and information between the systems and their surroundings play a key role. We introduce a conceptual framework for such continually morphing dynamical systems, i.e. self-organizing hierarchical open systems (SOHOs). To understand the structure and functionality of SOHOs, we revisit the two fundamental laws of physics. Re-interpretation of these principles helps understand the destiny and better path toward sustainability, and how to reconcile ecosystem integrity with societal vision and value. We then integrate the so-called visioneering (V) framework with that of SOHOs as feedback/feedforward loops so that 'a nudged self-organization' may guide systems' agents to work together toward sustainable ESS. Finally, example is given with newly endorsed Sustainable Development Goals (SDG) Lab (i.e., 'Rural systems visioneering') by Future Earth, which is now underway in rural villages in Tanzania.

Vaccine Cold Chain Monitoring System Using IoT Vaccine Fridge for Developing Countries

유장현(Jang-Hyeon Lyu),박사무엘(Samuel Park),류종하(Jong-Ha Yu),왕심린(Xin-Lin Wang),임혁순(Hyuck-Soon Im),이협승(Hyop-Seung Rhee),안성훈(Sung-Hoon Ahn) 적정기술학회 2021 적정기술학회지(Journal of Appropriate Technology) Vol.7 No.1

콜드체인의 마지막 단계인 백신전달 과정에서 대부분 얼음을 넣은 단열컨테이너로 온도를 조절하며, 백신의 온도 조절이 적절하지 않아 낭비되는 백신의 양이 상당하다. 예방접종을 관리하고 운영하는데 온도 데이터가 중요하며, 본 연구에서는 실시간 백신전달 모니터링 시스템을 개발하였다. 휴대용 백신 냉장고의 온도, 위치 및 전력 소비 데이터를 수집하기 위해 문자(Short Message Service) 통신 방법을 사용하였고, 한국과 탄자니아(아루샤 및 킬리만자로 지역)에서 시스템을 테스트하였다. 개발된 백신 냉장고는 문자통신을 통해 데이터 손실없이 실시간으로 백신상태를 모니터링을 할 수 있었다. 백신의 상태 및 데이터는 클라우드 서버를 통해 웹 기반 유저 인터페이스에서 확인할 수 있었다. In the process of vaccine delivery and vaccination, temperature is mostly controlled by an insulated containers containingice. Moreover, amount of wasted vaccine is significant because the temperature of the vaccine is not properly controlled.A core challenge of vaccination is temperature data monitoring, since it is critical for managing and operating strategicalvaccination by health organizations. In this research, a real-time monitoring vaccine carrier system was developed. Temperature,location, and power consumption data of the vaccine carrier were monitored and working performances of thevaccine carrier were tested in both Korea and Tanzania (Arusha and Kilimanjaro regions). For both places, Short MessageService (SMS) communication method was used to send information of the carrier’s status. As a result, the monitoringsystem was able to transmit and receive real-time data of the vaccine carrier status while the vaccine carrier was tested.The vaccine status data can be accessed from any location through the cloud server and web-based user interface.