자료포락분석(DEA)을 활용한 에너지·자원 및 ICT·SW 분야 국가연구개발사업 효율성 분석

김지수 국립한국해양대학교 대학원 2026 국내석사

The Energy & Resources sector is being reorganized into a trend of strengthening integrated energy system technology centered on low carbon and security, including hydrogen, renewable energy, core minerals, and resource circulation, as well as applying digital conversion technology to non-traditional oil and gas development. Considering structural changes in energy industry and shift in software-driven paradigm, support for convergence Research and Development (R&D) in Energy & Resources and Information and Communication Technology & Software (ICT & SW) sectors is essential. R&D in two sectors has a large-scale investment and mid to long term period characteristics, but quantitative performance analysis studies have not been sufficiently accumulated. Multidimensional performance evaluation research should be preceded in preparation for policy decisions related to the allocation of resources such as budgets and regulations in the strategic technology sector, along with enhancing efficiency in consideration of investment in new R&D programs. This study attempted to conduct an efficiency analysis of national R&D programs encompassing Energy & Resources and ICT & SW sectors by using Data Envelopment Analysis (DEA) suitable for performance evaluation centered on multiple output indicators of R&D in convergent strategic technology. Six DEA models were designed based on technology classification and R&D programs. And then, the relative efficiency of each Decision Making Unit (DMU) was analyzed and the slope between variables, inefficiency factors, and improvement target (%) of the higher efficiency group were derived. As a part of an auxiliary analysis, the relationship between two indicators was analyzed by representing Scale Efficiency (SE) and productivity, the number of papers reflecting weights per 100 million won, by plotting it as a quadrant distribution. As a result of the analysis, first, in terms of the average efficiency of each model, Model 5 (standard classification of science technology), Model 4 (source R&D program), and in terms of DMU share with efficiency 1 (100%), Model 5 was derived as a major benchmark target, and the efficiency value and reference sets for each detailed DMU were analyzed. Second, for the group with a higher efficiency of 30% or more based on the R&D program model in Banker, Charnes, Cooper (BCC), slope value of the number of papers and patents compared to research budget was estimated at 1.15, 0.58 and the number of papers and patents compared to R&D programs was 5.29, 2.74. As a result of the inefficiency analysis, first, when considering the inefficiency factors of Pure Technological Efficiency (PTE) and Scale Efficiency (SE), Model 1 (Energy & Resources and ICT & SW technology classification), 2 (climate energy R&D program), 5 and 6 (futuristic promising technology classification(6T)) were found to be a mixture of inefficiency factors, Model 3 (ICT R&D program) was found to factor of SE, and Model 4 was found to be most SE as the main cause of inefficiency. Second, when considering the status of Returns to Scale (RTS), Model 1, 3, 4, 5 and 6 were found to have a dominant share of Decreasing Returns to Scale (DRS), and Model 2 was found to have an Increasing Returns to Scale (IRS). Third, about 42.8% of the top 30% efficiency groups in each model confirmed that the improvement target (%) due to excessive input was not large within the range of -50% to 0, and the improvement target (%) due to underproduction was not large within the range of 0 to 100%. In addition, as a result of productivity quadrant analysis, Model 4 can be considered to be benchmark, and Model 2 can be considered to be avoiding benchmark. The analysis methodology of this study is expected to be used as a basis data for verifying the efficiency of major performance indicators for each R&D program, as well as the priority allocation of research budget and R&D programs suitable for the technical sector and major classification configuration when planning new technology-converged R&D program and designing policy in two sectors. 에너지·자원 분야는 비전통 석유·가스 개발에 디지털 전환 기술 적용뿐 아니라, 수소·재생에너지·핵심 광물·자원순환을 포함하는 저탄소·안보 중심의 통합 에너지 시스템 기술을 강화하는 추세로 재편되고 있다. 에너지 산업의 구조적 변화와 소프트웨어 중심의 패러다임 전환을 고려할 때, 에너지·자원 및 ICT·SW 분야의 융합형 연구개발(Research and Development, R&D) 지원은 필수적이다. 두 분야의 R&D는 대규모 투자와 중·장기적인 특성을 가지지만, 이에 비해 정량적 성과분석 연구는 충분히 축적되지 못한 실정이다. 다차원 성과평가 연구는 신규 R&D 사업 투자를 고려한 효율성 제고와 더불어 전략기술 분야에서의 예산, 제도 등의 자원배분과 관련된 정책 의사결정을 대비하여 선행되어야 한다. 이 연구에서는 융합형 전략기술 R&D의 다중 산출지표 중심의 성과평가에 적합한 자료포락분석(Data Envelopment Analysis, DEA)을 활용하여 에너지·자원 및 ICT·SW 분야를 아우르는 국가연구개발사업의 효율성 분석 연구를 수행하고자 하였다. 기술 분류 및 사업 체계를 바탕으로 6가지 DEA 모형을 설계하였다. 이를 통해 의사결정 단위(Decision Making Unit, DMU)별 상대적 효율성을 분석하고 효율성 상위 그룹의 변수 간 기울기 제시, 비효율의 요인 및 개선목표량(%)을 도출하였다. 보조적 해석으로 규모 효율성(Scale Efficiency, SE)과 1억원 당 가중치 반영 논문수인 생산성(productivity)을 사분면 분포로 나타내어 두 지표 간의 관계를 해석하였다. 분석 결과 첫째, 각 모형의 평균 효율성 측면에서 모형 5(과학기술표준분류)와 모형 4(원천연구개발사업), 효율성 1(100%)인 DMU 점유율 측면에서는 모형 5를 주요 벤치마킹 대상으로 도출하였으며, 세부 DMU별 효율성 값과 참조 집합을 분석하였다. 둘째, 사업 기반 모형의 BCC(Banker, Charnes, Cooper) 기준 상위 효율성 30% 이상 그룹에 대하여 연구비 대비 논문수 및 특허수는 1.15, 0.58, 과제수 대비 논문수 및 특허수는 5.29, 2.74로 기울기 값을 추산하였다. 비효율 분석 결과 첫째, 순수 기술효율성(Pure Technical Efficiency, PTE)과 규모 효율성(Scale Efficiency, SE)의 비효율 요인 고려 시 모형 1(에너지·자원 및 ICT·SW 기술 분류), 2(기후에너지 사업), 5, 6(미래유망신기술(6T))은 비효율 요인 혼재된 양상, 모형 3(미래 ICT 사업)은 SE의 규모요인, 모형 4는 대부분 SE가 주된 비효율 원인임을 확인하였다. 둘째, 규모수익(Returns to Scale, RTS) 상태 고려 시 모형 1, 3, 4, 5, 6은 규모수익체감(Decreasing Returns to Scale, DRS), 모형 2는 규모수익체증(Increasing Returns to Scale, IRS) 상태의 점유율이 우세한 것으로 나타났다. 셋째, 각 모형의 상위 30% 효율성 그룹 중 약 42.8%는 과다 투입으로 인한 개선목표량(%)이 –50% ~ 0 범위 내, 과소 산출로 인한 개선목표량(%)은 0 ~ 100% 범위 내로 크지 않은 수치로 도출되었음을 확인하였다. 또한, 생산성 사분면 해석 결과 모형 4는 벤치마킹을 권장, 모형 2는 지양하는 것으로 고려할 수 있다. 이 연구의 분석법은 두 분야의 융합형 R&D 신규사업 기획과 정책 설계 시 기술 분야와 대분류 체계에 적합한 연구비 및 과제수의 우선적 배분뿐 아니라, 사업별 핵심 성과 지표의 효율성을 검증하기 위한 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

A Study to Improve Vehicle Ride Comfort and Harvest Energy Using Dynamic Vibration Absorber : 동흡진기 시스템을 이용한 자동차의 승차감 향상 및 에너지 하베스트에 대한 연구

신동찬 중원대학교 대학원 2014 국내석사

Recently pollution and energy problem has become a significant issue. Vehicles especially takes a large role in both matters. To solve these two issues, studies must be conducted in order to improve the energy efficiency as well as comfort and stability of the vehicle. The structure of manual suspension is most simple, and the cost is low so has high reliability. There is no need to control the vibration mode, so the energy cost is zero. However it cannot respond to continuously changing value of frequency from the road, making limits of improving the comfort and stability. Active suspension attaches an actuator between the cat body and axle to emit random force at will to control the comfort and stability of the vehicle, increasing the vehicle's static and dynamic characteristics. But the device is complicated and costs are high, and too much energy is consumed to control the vibration. Semi-active suspension uses variable damper to control the damper according to the magnitude of vibration and frequency from the road to improve the stability and comfort. Although this method has limits of improving the stability and comfort relatively to active suspension, the structure is simple and energy efficiency is high. As seen in above, there has been researches to improve the comfort and stability, but no studies concerning the use of vibration energy to convert into electrical energy have been done. This thesis proposed a method to improve the comfort and gaining electrical energy at once. This method uses vibration system that consists the vibration energy harvester to produce resonance in same frequency as axle's natural frequency and attaching it to manual suspension's axle. The method can increase the level of comfort than manual suspension, and can gain electrical energy from vibration energy harvester. 최근에는 환경오염과 에너지문제가 크게 대두되고 있는 실정이다. 특히 자동차의 경우 환경오염과 에너지소비에 한축을 담당한다. 자동차는 이러한 문제점들을 해결하기 위해 에너지효율과 승차감 및 조종안정성을 동시에 높이려는 연구들이 진행되어야한다. 수동현가장치는 구조가 단순하여 가격도 저렴하고 신뢰성도 높은 장점을 가진다. 또한 진동을 제어할 필요가 없기 때문에 에너지소모도 없다. 그러나 노면입력이 가지는 시시각각 변하는 모든 주파수에 대하여 승차감과 조종안정성을 개선시키기는 어렵다. 능동현가장치는 차체와 차축사이에 구동기를 부착하여 임의로 원하는 힘을 발생시켜 승차감과 조종안정성을 제어함으로써 자동차의 정적, 동적특성을 향상시킨다. 그러나 장치가 복잡하여 비용이 많이 들고, 진동을 제어하는데 많은 에너지가 소모된다. 반 능동현가장치는 가변감쇠기를 이용하여 노면에서 들어오는 진동의 크기와 주파수에 따라 감쇠의 크기를 적절하게 조절함으로써 승차감과 조종안정성을 향상시키는 방법이다. 이 방법은 능동현가장치에 비해 상대적으로 승차감과 조종안정성을 향상시키는 데에는 한계가 있으나 구조가 간단함하고 제어하는데 에너지가 적게 소모되는 장점을 가진다. 이상에서와 같이 승차감향상과 조종안정성개선을 위 한 수많은 연구가 수행되어왔지만 현가장치로 전달되는 진동에너지를 이용하여 전기에너지를 수확하면서 진동을 줄이는 방법에 대한 연구는 미미한 상태이다. 본 논문에서는 승차감을 향상시키면서 전기에너지를 얻는 방법을 제안하였다. 이 방법은 진동에너지 하베스터를 구성하는 진동시스템을 차축부위의 고유진동수와 동일한 주파수에서 공진의 발생하도록 진동에너지 하베스터를 구축한 후에 이를 수동 현가장치의 차축에 부착하는 것이다. 그 결과 제안한 방법은 수동현가장치에 비해 승차감이 향상되고, 또한 승차감이 향상된 것에 비례하여 진동에너지 하베스터로부터 전기에너지를 얻을 수 있었다.

자원개발특성화대학사업(KEMREP) 분석을 통한 기술인력 양성방안 연구

류형근 한국해양대학교 대학원 2020 국내석사

자원개발 전문 인력 양성을 위해 추진된 자원개발특성화대학사업이 2019년 2월부로 종료되었다. 대학 인력양성사업의 중단은 미래 자원개발산업의 인력 부족과 역량 부실을 야기하여 국내 자원 확보와 더불어 연관 산업에 차질을 초래할 가능성이 크다. 이에 정부가 자원개발 기본계획(‘20~‘29)(2020)을 통해 제시한 인력양성 계획을 토대로 자원개발 분야 신규 인력양성사업 진행 시 추진하여야 할 교육 프로그램과 적정한 대학 선정 규모를 연구하고자 하였다. 신규 인력양성사업의 교육 프로그램 연구는 자원개발특성화대학사업에 대한 조사 및 분석과 선행 연구의 설문조사 결과를 바탕으로 IPA 분석, Borich 요구도 분석, Locus for Focus 분석 등을 실시하여 기존 교육 프로그램의 우선 순위를 도출한 뒤, 이를 토대로 교육 프로그램을 개선·보완하는 방식으로 진행하였다. 그 결과, 현장실무 단기연수, 현장전문가 진로상담 멘토링, 인턴십, 현장실습, 글로벌 현장전문가 초청강의, 우수학생 해외진출 프로그램, 산학 협력 연구, 대학 융합 프로그램 순으로 시행 우선 순위가 높음을 확인하였다. 이를 토대로 신규사업에서는 전문 S/W 교육, 전문가 강의, 현장실습, 인턴십 프로그램으로 간소화하여 운영함으로써 대학의 교육 자율성과 운영 효율을 제고하는 방안을 제안하였다. 대학원 프로그램은 현행 체계를 검토하여 기존 산학 협력 연구단 운영방식이 효과적임을 확인하고 현행 체계를 유지할 것을 제안하였다. 참여대학 선정규모는 산업계 인력수요 인원수를 역산해 본 결과, 학부는 5개의 특화대학을 지정하고, 대학원은 6개의 연구과제를 컨소시엄 형태로 운영하는 것이 적합한 것으로 추산되었다. 본 연구 결과가 자원개발 신규 인력양성사업 기획에 보탬이 되길 바란다.

(A) Study on Estimation of CBM Resources Using Probabilistic Approach from Coal Basin Information

우누바얀 보드자야 전남대학교 대학원 2013 국내석사

석탄층 메탄가스(CBM)는 석탄이 탄화과정을 거칠 때 생성되는 가스로서, 석탄자원이 존재하는 곳에서는 대부분 필연적으로 존재하기 때문에 전 세계적으로 광범위하게 매장되어 있을 것으로 예측되며, 자원량은 2,896-9,704 TCF 정도로 추정되고 있다. 이 중 몽골의 석탄자원은 약 1,520억 톤 정도 부존되어 있는 것으로 추정되며, 인도네시아의 경우 약 1,051억 톤 정도로 두 나라 모두 석탄 자원량이 풍부하여 CBM에 대한 자원 개발 잠재력이 클 것으로 기대되고 있다. 하지만 몽골은 CBM에 대한 여러 물성 자료가 부족하여 현재까지 CBM 자원량에 대한 정확한 평가가 이루어지지 않았다. 인도네시아의 경우 CBM에 대한 자원량 평가를 수행한 연구사례가 있지만, 자원량 평가에 있어 필수적 물성인 석탄층의 공극률, 수포화도, 가스 용적 계수를 고려하지 않고 자원량을 산출하였기에 정확성이 부족하다. 이에 본 연구에서는 몽골과 인도네시아의 CBM 자원량을 보다 정확히 산정하기 위해 석탄분지정보로부터 CBM 부존가능성을 분석하였고, 확률론적 접근 방법인 Monte carlo 시뮬레이션을 적용하여 부피법과 물질평형법으로 CBM 자원량을 산정하였다. 자원량이나 원시부존량 산정시, 이 두가지 방법에 대한 결과는 서로 다른 결과값이 제시될 수 있으나 모두 유사한 값으로 채택된다. 그러나 산정된 결과의 불확실성을 감소시키기 위하여 서로 독립적인 두가지 결과는 통합된 하나의 결과값으로 제시될 필요가 있다. 본 연구에서는 합병정렬 알고리즘을 이용해 두 가지 결과의 일관성을 유지하여 통합함으로써, 산출된 CBM 자원량에 대한 불확실성을 감소시켰다. 몽골은 총 5개 석탄분지에 대하여 자원량 평가를 실시하였으며, 불학실한 입력자료는 몽골의 석탄층 심도와 석탄등급을 분류하여 이와 유사한 미국의 석탄분지 입력자료를 이용하였다. 그 결과 몽골의 CBM 추정자원량은 약 12.5 TCF로 산출되었다. 인도네시아의 경우 몽골과 같은 방법으로 CBM 부존가능성을 분석하였으며, 총 6개 석탄분지를 대상으로 추정자원량 평가를 실시한 결과, 약 468.0 TCF로 산출되었다. 이는 석탄층 공극률, 수포화도, 가스 용적 계수를 고려하지 않은 선행연구의 자원량 평가 결과와 비교하였을 때, 약 5%의 차이를 보였다. 몽골은 인도네시아에 비해 총 CBM 자원량이 적게 산출되었으며 이는 인도네시아 석탄부피가 몽골 석탄부피보다 훨씬 크기 때문이다. 향후 보다 정확한 자원량 산정을 위해서는 추가적인 탐사가 필요할 것으로 판단된다.

고정형·이동형 재생에너지 통합시스템의 자가소비 기반 에너지 효율 지표 제안

김다원 국립부경대학교 대학원 2026 국내박사

재생에너지 보급의 확산과 더불어 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)의 활용은 점점 더 중요해지고 있다. 그러나 기존 자가소비율(Self-Consumption Rate, SCR)과 자립률(Self-Sufficiency Rate, SSR) 지표는 충·방전 전력의 출처를 구분하지 않음으로써, 실제 재생에너지의 기여도를 과대 또는 과소평가하는 구조적 한계를 지닌다. 기존 지표는 ESS 방전 전력을 전부 자가소비로 포함하거나 반대로 전부 배제하는 방식으로 계산되어, 운영 시나리오나 초기 조건의 차이를 반영하지 못한다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 ESS 충전원을 PV와 계통으로 명확히 구분하고, PV 기반 충·방전 전력만을 자가소비로 인정하는 새로운 SCR·SSR 정의를 제안하였다. 고정형 시스템(PV+ESS) 분석 결과, 제안된 지표는 기존 지표가 포착하지 못한 운영 시나리오별 성능 차이를 명확히 드러냈다. 기존 지표는 맑은 날 SCR(PV) 0.89%, SSR(PV) 1.38%, 흐린 날 SCR(PV)10.88%, SSR(PV) 1.12%로 모든 운영 시나리오에서 동일한 값을 산출하여 시나리오 간 차이를 전혀 반영하지 못했다. 반면 제안된 지표는 동일 조건에서도 Self-consumption과 Peak-shaving 시나리오에서 SCR(PV+ESS) 47.55%, SSR(PV+ESS) 74.17%로 높은 성능을 보였으나, Retail rate dispatch 시나리오는 각각 36.80%, 57.41%로 낮아졌다. 또한, 부하 수준이 커질수록 SCR(PV+ESS)은 최대 27.06%까지 상승했으나 SSR(PV+ESS)은 20.10%로 하락해, 효율성과 자립성이 반드시 비례하지 않음을 수치로 확인할 수 있었다. 초기 충전상태(State of Charge, SOC) 변화에서도 Self-consumption은 SCR(PV+ESS) 35.89%, SSR(PV+ESS) 59.30%로 안정적이었지만, Peak-shaving은 SOC 50%에서 SCR(PV+ESS) 22.12%, SSR(PV+ESS) 28.50%로 급락하여 SOC 관리가 ESS 성능에 직접적인 영향을 미침을 확인하였다. 이는 제안된 지표가 단순한 비율 계산이 아니라 ESS 운영 특성, 충전원, 부하-발전 불일치까지 정량적으로 반영할 수 있음을 보여준다. 이동형 시스템(Solar Electric Vehicle, SEV) 분석에서도 제안된 지표는 전기차(Electric Vehicle, EV)의 효율평가 지표인 전비(Wh/km, MPGe)로는 설명되지 않는 차량일체형 태양광발전(Vehicle Integrated Photovoltaic, VIPV) 기여도를 수치화하였다. 기상 조건에 따라 맑은 날에는 SCR(SEV) 84%, SSR(SEV) 74%로 높은 성능을 보였으나, 흐린 날에는 SCR(SEV) 90%로 효율성은 유지되었지만 SSR(SEV) 46%로 낮아져 외부 전력망 의존이 뚜렷해졌다. 차량 사양 비교에서는 발전량이 큰 SEV-A가 SSR(SEV) 62%로 자립성에서 우세했지만, SEV-B는 SCR(SEV) 62%로 효율성에서 앞섰다. 주행 시간대 역시 중요한 변수로, 주간 주행은 SCR(SEV) 82%, SSR(SEV) 14%, 야간 주행은 SCR(SEV) 100%, SSR(SEV) 17%로 산출되어 발전-소비 불일치가 성능 평가에 직접 반영되었다. 이는 제안된 지표가 SEV의 복합적이고 동적인 에너지 흐름을 민감하게 포착할 수 있음을 입증한다. 결론적으로, 본 연구는 ESS 통합 재생에너지 시스템에서 기존 지표의 구조적 한계를 극복할 수 있는 새로운 SCR(PV+ESS)·SSR(PV+ESS), SSR(SEV)·SSR(SEV) 산정 체계를 제시하고, 이를 고정형과 이동형 시스템 모두에 적용하여 타당성을 검증하였다. 제안된 지표는 운영 시나리오·부하 조건·SOC·기상 등 다양한 변수에 따른 성능 차이를 수치적으로 구분할 수 있었으며, ESS와 VIPV의 실질적 기여도를 정량적으로 평가할 수 있는 장점을 지녔다. 이는 향후 PV+ESS 및 SEV 시스템의 설계·운영 최적화는 물론, 스마트그리드와 V2X 환경 등 복합적 전력 구조가 확산되는 분야에서 의사결정 지원 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

폐광지역 진흥정책 추진전략 수립

이현민 한양대학교 2015 국내석사

우리 나라는「해외자원개발 사업법」에 따라 ‘해외자원개발 기본계획’을 수립하고 있으며 최근에는 발전소, 정수장, 가스관 건설을 포함한 패키지형 자원개발을 통해 자원개발영역을 확대해 나가고 있다. 주요 에너지원의 수입의존도가 96%인 상황에서 우리 나라가 에너지 주권을 유지하고 자원을 확보하여‘에너지 안보’를 확립하는 일은 국가적으로 큰 과제이다. 6.25전쟁 이 후 피폐해진 국토에서 석탄은 주요 에너지원 이었으며 현재도 에너지원의 29.1%(수입포함)를 담당하고 있다. 석탄산업은 1980년대 중반까지 안정적인 성장을 하였지만 국민의 삶의 질 향상 및 이에 따른 선호 에너지원 변화로 석탄산업은 급격히 사양화 길을 걷는다. 석탄산업의 사양화에 따라 폐광지역은 실업자 증가, 지역 공동화, 경기 침체 등의 사회․경제문제가 발생했으며 이러한 문제는 ’95년 사북시위 등 대규모 시위로 분출되었다. 시위 결과 주민대표와 정부는 폐광지역 지원에 관해 합의하였으며「폐광지역 개발 지원에 관한 특별법」이 제정되었다. 특별법의 목적은 폐광지역을 고원관광지대로 전환하는 것이었으며 ’98년에는 강원도 정선에 내국인 대상 카지노사업자인 (주)강원랜드가 설립되었다. 또한 특별법을 근거로 탄광지역개발사업, 폐광지역개발기금, 대체산업창업지원융자 등의 사업을 통해 최소 2조 9,365억원의 재원이 폐광지역에 투자되었다. 현재도 주요 에너지원이 석탄인 국가가 많으며 이들을 대상으로 우리가 경험한 석탄산업의 출구정책을 제시한다면 다양한 자원개발전략을 수립할 수 있을 것이기에 본 연구를 수행한다.

비화산대 내 워터해머 기반 시추비용을 고려한 지열발전 기술경제성 평가 연구

유석호 전남대학교 2019 국내박사

세계 온실가스 배출량 중 40%를 발전 산업이 차지하고 있고, 이 중 80%가 석탄발전에서 발생하고 있다. 이런 이유로 석탄발전은 정부의 온실가스 배출 억제 정책의 주 대상이 되며, 본격적으로 감축 정책이 수립되고 있다. 반면, 신재생에너지원 발전은 에너지 자립화에 대한 중요성이 강조됨에 따라 지속적인 성장세가 전망되고 있다. 신재생에너지 발전 사업 중 지열발전 분야는 90% 이상의 높은 설비 가동률로 국내 에너지 개발 환경에 적합한 에너지원이 될 가능성이 높다. 현재 지열발전은 아이슬란드, 핀란드, 헝가리, 독일, 필리핀, 인도네시아, 미국 등 국가들을 중심으로 많은 연구가 진행되고 있다. 우리나라에서도 국가적인 차원에서 광주, 나주 및 포항 지역에서 지열 난방 및 발전에 관련된 연구와 실증 프로젝트 등을 진행 중에 있다. 포항지역 지열 발전 프로젝트 경우 검증 절차 중에 지난 포항 강진의 원인이 지열 시추공에 영향이 있다는 언론 보도로 인해 잠시 중단된 상태이나 향후 지속적인 연구의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 지열발전 사업에 적용 가능한 워터해머 시추공법과 회전식 시추공법과의 경제성을 비교 분석하였다. 또한, 우리나라를 포함한 비화산대 국가(지역)에서도 지열발전이 상업성을 가질 수 있는 지에 대해 연구를 수행하였다. 비화산대 지역에서의 지열발전 사업은 시추비용이 전체 프로젝트 사업비중에서 60% 이상을 차지한다. 따라서 시추 비용을 중심으로 지열발전 사업의 경제성 및 이론적인 상관관계를 분석하고, 해외의 적용 사례 등을 파악하였다. 국내 워터해머 시추공법 기반 지열 시추공 비용은 3,500m 1공 기준 25억, 독일 Landau 지역 회전식 시추공법 기반 지열 시추공은 3,000m 1공 기준 53억이며, 워터해머 시추공법은 회전식 시추공법에 비해 더 깊은 심도에도 불구하고 63% 비용 절감을 가져왔다. 단, 본 연구에서는 독일 Landau 지열발전사업 모델과 비슷한 지열온도 조건을 맞추기 위해 등가온도 값을 적용하여 광주 및 나주의 시추심도를 각각 5,202m 및 4,702m까지 설정하였으며, 국내의 경우 저류층의 온도에 기인하여 더 깊은 심도의 시추가 수행되어야 함으로 독일에 비해 약 1.5배 높은 시추비용이 발생하였다. 또한, 발전전력 수익 측면을 분석한 결과, 국내 REC 제도에 따라서 지원받는 지열 발전전력 지원량은 약 176원/kw이며, 독일의 FIT 제도에 따른 발전지원 수익은 325원/kw로 독일이 한국보다 약 2배 높은 지원을 받는 것이 확인되었다. 시추기술에 따른 비화산대 지열발전설비 경제성 분석 결과, 국내 워터해머 시추공법 기반 지열발전사업(평균)의 IRR 및 PP는 15.86% 및 5.21년이며, 독일 내 회전식 시추공법 기반 지열발전사업의 IRR 및 PP는 28.38% 및 3.74년으로 확인되었다. 워터해머 시추공법은 회전식 시추공법보다 시추비용을 크게 절약할 수 있지만, 국내의 경우 워터해머를 적용했음에도 독일에 비해 낮은 저류층 온도 조건과 지원제도로 인해 상대적으로 전체 시추비용은 높게, 발전수익은 낮게 산출되었다. 본 연구를 통해서 우리나라와 같은 비화산대 지역에서도 새로운 시추기술인 워터해머 시추공법을 적용하여 경제성 있는 지열발전 개발 사업의 가능성을 확인하였다. 또한, 워터해머 시추공법은 기존 회전식 시추공법에 비해 시추비용을 2배 이상 절감할 수 있어 해외 기술 수출도 활발히 이루어질 수 있을 것으로 판단된다. 국내 지열발전 사업이 충분한 경제성을 갖추기 위해서는 REC 가중치가 최소 2.0까지 지원되어야 하며, 국제적으로 경쟁력을 갖추기 위해서는 3.0이상까지도 지원이 고려되어야 한다. 본 연구 결과를 바탕으로 향후 국내 지열발전 연구 및 개발 투자 시 유용한 지침이 될 수 있을 것으로 판단된다. Power generation accounts for 40% of global GHG(Green House Gas) emissions, 80% of which is generated from coal power generation. For this reason, coal power generation is the main target of the government's policy to curb greenhouse gas emissions, and its reductions are being made in earnest. On the other hand, renewable energy source development is expected to continue to grow as the importance of energy independence is emphasized. The interest in the development of renewable energy to suppress carbon dioxide emissions has been increased. In particular, geothermal power generation is likely to become an energy source suitable for domestic energy development environment with high facility utilization rate of over 90%. Geothermal power generation has been studied in many countries including Iceland, Finland, Hungary, Germany, the Philippines, Indonesia and the United States. Korea has also conducted research and demonstration projects on geothermal heating and power generation in Gwangju, Naju, and Pohang from the national level. In the case of a geothermal power generation project in the Pohang area, it has been temporarily suspended due to issues in media reports that the cause of the Pohang earthquake was influenced by geothermal boreholes during its investigation, but the need for further research is emerging. In this study, the economic feasibility of water hammer and mud rotary drilling methods applicable to a geothermal power generation project was analyzed. In addition, the possibility of geothermal power generation in non-volcanic countries including Korea was studied. In geothermal power generation projects in non-volcanic areas, drilling costs account for more than 60% of the total cost in the project. Therefore, we analyzed the economical and theoretical correlation of a geothermal power generation model in terms of drilling costs, The cost of a geothermal borehole for based on water hammer drilling technology in Korea is about 2.5 billion KRW/hole at the depth of 3,500 meter. The cost of a geothermal borehole based on mud rotary drilling technology in Landau area, Germany is about 5.3 billion KRW/hole at the depth of 3,000 meter. Water hammer technology has resulted in a 63% cost savings despite deeper depths than rotary drilling. In this study, in order to establish similar conditions to the Landau geothermal power generation model in Germany, it was necessary to set drilling depths of 5,202m and 4,702m respectively in Gwangju and Naju when constructing domestic geothermal power generation models. Under these conditions, domestic drilling costs were about 1.5 times higher than in Germany. As a result of analyzing the revenue side of development progress, the subsidy for power generation supported by the domestic REC system is about 176 KRW/kw, and the subsidy for power generation supported by the German FIT system is 325 KRW/kw. It was confirmed that the German power generation project received about twice as much support as the Korean power generation project. As a result of the economic analysis for geothermal power plant according to drilling technologies in non-volcanic zone, the IRR and PP of the average value of a domestic geothermal power generation model based on Water Hammer drilling method were 15.86% and 5.21 years. The IRR and PP of a geothermal power generation model based on the rotary drilling method in Germany were 28.38% and 3.74 years. Water hammer drilling method can save drilling cost more than mud rotary drilling method. However, in Korea, despite the application of water hammer, drilling cost is high and development profit is low due to geothermal geological condition and support system which are weaker than Germany. Through this study, it was confirmed that it is possible to develop economical geothermal power generation through the application of new drilling technology called water hammer drilling method in non-volcanic area like Korea. However, in order for domestic geothermal power generation projects to have sufficient economic efficiency, it is necessary to keep the REC weight to at least 2.0, and to increase the international competitiveness to 3.0 or more. Based on this, it can be considered that the results of this study can be useful guidelines for future research and development investment in domestic geothermal power generation.

파력을 이용한 광대역 진동시스템 발전기에 대한 연구

예경수 중원대학교 대학원 2014 국내석사

최근 화석연료와 기타에너지고갈로 가격상승 및 환경오염에 대한 문제가 심각하게 대두되면서 해양 에너지에 대한 관심이 크게 부각되고 있다. 해양에너지로부터 전기에너지를 얻는 데에는 다양한 방법이 있는데 바닷물의 상하운동인 파력을 이용하여 전기를 얻는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 시시각각 변하는 광대역주파수를 갖는 파도에너지로부터 전기에너지를 얻는데 효율을 극대화하기위해 파력 발전기를 구성하는 부양 체와 진동시스템에 대한 설계방법을 제안하였고, 이를 이용하여 파도가 갖는 상하진동에너지로부터 전기에너지를 얻는 방법을 연구하였다. 이 방법은 먼저 바다에 떠있는 부양 체를 파도에너지가 갖는 중심주파수와 공진이 발생되도록 부양 체를 설계하였고, 또한 진동시스템과도 공진이 발생되도록 진동발전 시스템을 설계하였다. 그 결과 광대역에서 진동시스템을 구성하는 진자의 상하운동속도를 증가시킴으로써 전기에너지 변환효율을 극대화하였고, 반면에 부양 체의 상하운동변위를 최소화하였다. 따라서 본 논문에서 제안한 파력 발전기를 구성하는 부양 체와 진동시스템은 극한 바다 주변 환경으로부터 부양 체의 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 시시각각변하는 주파수를 갖는 파도에너지로부터도 전기에너지를 얻는데 큰 장점을 가진다.

재생에너지 발전량 확대를 위한 정책수단으로서의 특허와 연구개발 투자의 효과 국제 비교 분석

윤영주 서울대학교 대학원 2022 국내석사

This study analyzes effects of R&D investment and technology development performance as two main policy variables towards the expansion of renewable energy dissemination among 18 OECD countries using panel econometric model. This study chooses annual R&D expenditure and number of US patents in the area of renewable energy, solar and wind as the policy variables to represent input and output of a country’s R&D activities. This study also chooses annual renewable electricity generation to represent true output. We used annual data from 1990 to 2015 of 18 OECD countries for all analyses in this study. This study first analyses two policy variables separately. Uni-variate analyses were conducted on the number of US patents and on the amount of R&D expenditures, respectively. Then we put two policy variables together with six control variables to formulate this study’s estimation model. Second, we do international comparison especially among best counties and Korea to find Korea’s position among the elite. Estimation results show that both policy variables have highly positive effects on renewable electricity generation and are all statistically significant across the 18 countries. We find that the estimation coefficients of the number of US patents are greater than those of the R&D budget, confirming that the patents, the result of technology development activities, have more direct link to the expansion for renewable energy dissemination. In addition, we find that a fixed-effects model is more efficient by the Hausman test. Also we find that the size and sign of the coefficients remain constant with different sets of control variables in the model, confirming that the estimation model of this study is solid and stable. Also, we find no significant multicollinearity between the two policy variables. Denmark, Germany, and the United Kingdom, which show the highest effect among the 18 OECD countries analyzed. However, Korea shows below-average coefficient values in both policy variables, indicating that the relation between R&D policy and renewable energy dissemination policy is still at a low level. This results imply the need for detailed analysis on the technology development policies and renewable energy policies of countries with excellent effects. 본 연구에서는 OECD 소속 18개 국가들을 대상으로 하여 개별 국가의 연구개발 투자 또는 기술개발 성과가 정책변수로서 해당 국가의 재생에너지 생산량 확대에 어떠한 영향을 미치는지를 분석하였다. 이를 위하여 개별 국가의 연구개발비 규모와 재생에너지 분야의 미국 특허등록 수를 정책변수로 선정하여 연구개발 투자 및 성과를 표현하고자 하였으며 실제 생산된 재생에너지 전력량 자료를 산출 변수로 선정하여 재생에너지 보급에 대한 실질적 기여도를 표현하였다. 연구 방법론으로 패널계량경제모형과 공적분 분석을 사용하였으며, 분석 기간은 1990년부터 2015년까지로 연도별 자료를 사용하였다. 본 연구에서는 먼저 미국 특허등록 수와 연구개발비 규모를 각각 단독으로 분석하고 이어서 두 변수를 함께 다변수 분석하여 두 변수의 영향을 종합적으로 살펴보았다. 이때 6개의 통제변수를 선정하여 이들의 영향 또한 함께 분석하였다. 이어서 우리나라의 수준을 평가하기 위하여 분석 대상 OECD 국가의 평균치 및 최고 수준의 효과를 가진 국가들과 비교하여 한국의 연구개발 효과 수준을 나타내었다. 분석 결과 연구개발비 규모와 미국 특허등록 수 등 두 정책변수 모두 높은 설명력을 가지며 통계적으로 유의하게 재생에너지 발전량에 양의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 두 변수 간에 다중공선성이 유의하지 않음도 확인하였다. 분석 대상 국가 대부분에서 특허등록 수의 영향이 연구개발 예산의 효과보다 더 큰 것으로 나타나 기술개발의 결과인 특허가 재생에너지 생산량 증대에 보다 직접적인 연계가 있다는 기존 연구 결과를 재확인하였다. 또한 하우스만 검정을 통해 고정효과모형이 더 효율적이라는 결과를 도출하였으며, 통제변수가 추가되거나 제거되더라도 계수의 크기 및 부호가 일정한 결과를 보여 본 연구에서 추정한 분석 모형이 안정적임을 확인하였다. 분석 대상 OECD 국가 중 가장 높은 효과를 보인 덴마크, 독일 및 영국을 한국의 결과치와 비교한 결과, 한국은 두 변수 모두에서 OECD 평균에도 미치지 못하는 계수 값을 보여 연구개발이 재생에너지 발전량에 미치는 효과가 분석 대상 국가 중 하위권임을 확인하였다. 한국의 재생에너지 분야의 국제특허등록 수와 연구개발비 규모가 분석 대상 국가 중 상위권임에도 불구하고 낮은 효과치가 도출된 본 연구의 결과는 한국의 연구개발 정책과 재생에너지 보급정책 간의 연계 관계가 미흡함을 간접적으로 보여준다고 할 수 있다. 덴마크, 영국 및 독일 등 연구개발의 재생에너지 확대 효과가 우수한 국가들의 기술개발 및 재생에너지 보급정책을 세밀하게 분석하는 연구가 추후 필요하다.

니켈 산화광의 목표 입도에 따른 분쇄 에너지 특성 연구

조인태 국립한국해양대학교 대학원 2026 국내석사

니켈 산화광 처리 공정에서 분쇄는 후속 제련 단계의 효율을 좌우하는 핵심 전처리 공정이지만, 분쇄 에너지에 대한 정량적 분석은 아직 충분히 이루어지지 않았다. 특히 목표 입도 변화에 따라 요구되는 분쇄 에너지와 제련 효율이 함께 달라지기 때문에, 이러한 관계를 명확히 파악하는 것은 공정의 경제성과 적정 분쇄 조건을 설정하는 데 중요한 기반이 된다. 그럼에도 불구하고 목표 입도별 분쇄 특성과 제련 효율 간 상관관계를 체계적으로 평가한 연구는 제한적이다. 본 연구는 목표 입도를 45, 75, 106, 150 ㎛로 설정하여 분쇄일지수를 산출하고 분쇄/분급 공정 시뮬레이션을 통해 분쇄-제련 효율의 상관관계를 규명함으로써 최적 분쇄 조건을 제시하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 필리핀산 니켈 라테라이트를 대상으로 XRD, XRF, ICP-OES 분석을 수행하여 주요 구성 광물을 규명하였다. 분석 결과, 시료는 점토광물인 몬모릴로나이트(31.4%)와 철수산화산물인 침철석(28.6%), 사문석계 광물인 리자다이트(22.6%)가 주성분으로 확인되었으며, 연질 특성으로 인해 비교적 낮은 분쇄일지수를 나타낼 것으로 예측되었다. KS E 3600 표준에 따라 수행한 분쇄일지수 시험에서는 목표 입도(P1)가 150 ㎛일 때 6.35 kWh/t, 45 ㎛일 때 11.59 kWh/t로 측정되어, 입도 감소에 따라 분쇄 에너지가 급격히 증가하는 경향을 보였다. 이 데이터를 기반으로 USIM-PAC 시뮬레이터를 활용하여 볼 밀-습식싸이클론 폐회로 공정을 모델링하고, 목표 입도별 에너지 소비량을 비교하였다. 시뮬레이션 결과, 45 ㎛ 조건의 분쇄 에너지는 150 ㎛ 대비 약 4.2배 높게 나타났으며, 특히 106 ㎛ 이하에서 에너지 소비가 급증함을 확인하였다. 따라서, 분쇄 효율과 제련 효율을 종합적으로 고려할 때, 적정 분쇄 입도로 106 ㎛가 도출되었다. 나아가 목표 입도 106 ㎛를 기준으로 네 가지 분쇄/분급 회로 구성에 대한 시뮬레이션 결과, 각 회로의 분쇄 에너지 차이는 ±3% 이내로 미미하였다. 이에 따라 설비비와 운전 복잡성을 고려할 때, 볼 밀 1대와 습식싸이클론으로 구성된 기본 폐회로가 가장 효율적이고 경제적인 최적 설계안으로 판단된다. 이러한 결과는 향후 니켈 산화광 처리 공정 설계 시 최적 분쇄 조건 설정을 위한 기초 자료로 활용 가능할 것으로 기대된다. Grinding is a critical pretreatment process in nickel oxide ore processing, as it strongly influences the efficiency of subsequent metallurgical operations. Despite its importance, quantitative analyses of grinding energy consumption remain limited. Because grinding energy requirements and metallurgical performance vary significantly with target particle size, a clear understanding of their interrelationship is essential for improving process economics and establishing optimal grinding conditions. Nevertheless, systematic investigations into the correlation between grinding characteristics and metallurgical efficiency as a function of target particle size remain scarce. In this study, the Bond Work Index was determined for target particle sizes (P1) of 45, 75, 106, and 150 ㎛, and the relationship between grinding energy and metallurgical performance was evaluated through grinding–classification process simulations. Philippine nickel laterite ore was characterized using XRD, XRF, and ICP-OES analyses to determine its mineralogical and chemical composition. The results showed that the ore primarily consisted of montmorillonite (31.4%), goethite (28.6%), and lizardite (22.6%), reflecting relatively soft mineral characteristics and a low resistance to grinding. Bond Work Index tests conducted in accordance with the KS E 3600 standard revealed a pronounced increase in grinding energy with decreasing target particle size, from 6.35 kWh/t at a P1 of 150 ㎛ to 11.59 kWh/t at 45 ㎛. Based on these results, a closed-circuit ball mill–hydrocyclone grinding process was modeled using the USIM-PAC simulator to compare energy consumption across different target particle sizes. The simulation results demonstrated that the grinding energy required at 45 ㎛ was approximately 4.2 times higher than that at 150 ㎛, with a particularly steep increase observed below 106 ㎛. By jointly considering the energy efficiency of grinding and metallurgical performance, an optimal grinding target size of 106 ㎛ was identified. Furthermore, simulations of four different grinding–classification circuit configurations at this target size showed that variations in grinding energy consumption among the circuits were within ±3%. When capital expenditure and operational simplicity were taken into account, a basic closed-circuit configuration consisting of a single ball mill and a hydrocyclone was determined to be the most efficient and economical design. These findings are expected to provide fundamental data for establishing optimal grinding conditions in the design of nickel oxide ore processing circuits.