추가 적립 안내

신ㆍ재생 에너지공학을 다룬 교재. 신재생 에너지를 다루는 전문가들이나 학생들에게 가장 포괄적인 대학 교재이다. 핵심 에너지 과정들에 적합한 인문적인 내용과 함께 열 기관, 수소 에너지, 태양 에너지, 바람 및 물 에너지와 같은 주요 에너지 형태들에 따라 구성되어 있다.

에너지에 대하여 알고자 하는 일반 대중의 광범위한 욕구는 부분적으로 이 주제에 대한 많은 우수한 책들과 언론 매체들에 의하여 충족되어 왔다. 관련되는 책들의 대부분은 당연히 저널리즘적인 경향이 강하며 기술적인 면은 피상적으로 다루고 있다. 기술, 경제, 정책들과 같은 문제의 다양한 요소들 가운데에서 이미 인정된 기술은 전체의 작은 부분을 차지하지만 제일 먼저 접근해야 하는 부분이다.
기술적 해결의 한계를 납득할 필요가 있는 사람들은 제안되는 기술에 대한 우수한 과학적 이해를 필요로 한다. 이 책은 논의되고 있는 각각의 에너지 공정들이 실제로 어떻게 작용하는지를 설명하고 있으며 적정 수준의 수학을 이용하여 설명을 통합하고 명료화시키고 있다. 개념이 빠르게 진보해 나가는 현 시대에 있어서 기술의 현 수준보다는 원론적인 사항들을 논의함으로써 이 책의 내용이 시대에 뒤떨어짐이 지연되기를 바라고 있다. 이 분야에서 종사하기를 원하는 사람들에게는 그들이 특별히 관심을 가지고 있는 에너지 공정에 대한 보다 전문적인 문헌들을 이해할 수 있도록 하는 데에 이 책이 유용할 것임을 알게 될 것이다.

제1장 일반론 1
1.1 단위와 상수 1
1.2 에너지와 유틸리티 4
1.3 에너지의 보존 4
1.4 행성간 에너지 균형 5
1.5 에너지 활용속도 5
1.6 인구 폭발 9
1.7 시장 침투함수 10
1.8 지구의 에너지원 16
1.9 에너지 활용 19
1.10 생태학적 문제 23
1.10.1 생물학적 방법 25
1.10.2 광물적 방법 25
1.10.3 지하이용 방법 25
1.10.4 해저이용 방법 25
1.11 원자력 에너지 26
1.11.1 핵분열 29
1.11.2 핵융합 32
1.11.3 상온 핵융합 36
1.12 금융 42
참고문헌 44
연습문제 46


제1부 열 기관

제2장 기본적인 열역학과 기체의 운동이론 59
2.1 분자의 운동 59
2.2 온도 59
2.3 완전한 기체법칙 60
2.4 내부 에너지 61
2.5 일정 부피에서의 비열 61
2.6 열역학 제 1법칙 62
2.7 압력-부피 일 63
2.8 일정 압력에서의 비열 63
2.9 단열과정 64
2.9.1 급격한 압축 65
2.9.2 점진적인 압축 68
2.9.3 p-V 도표 69
2.9.4 다방성 법칙(polytropic law) 70
2.9.5 단열 팽창에서 수행되는 일 71
2.10 등온 과정 72
2.11 상태함수 74
2.12 엔탈피 74
2.13 자유도 75
2.14 엔트로피 77
2.14.1 엔트로피 변화 78
2.15 가역성 79
2.15.1 비가역성의 원인 81
2.16 니젠트로피(Negentropy) 82
2.17 통계자료의 그래프 작성법 83
2.18 맥스웰 분포 85
2.19 Fermi-Dirac 분포 87
2.20 볼츠만의 법칙 89
참고문헌 91
연습문제 92

제3장 기계적 열기관 97
3.1 연소열 97
3.2 Carnot 효율 100
3.3 기관의 유형 101
3.4 Otto 기관의 효율 104
3.5 가솔린 109
3.5.1 연소열 109
3.5.2 안티노크 특성 109
3.6 노킹(knocking) 109
3.7 자동차용 하이브리드 엔진 113
3.8 스털링(Stirling) 엔진 114
3.8.1 역학적 스털링 기관 115
3.8.2 자유 피스톤 스털링 기관 121
3.9 초저온 기관 123
3.9.1 결론 126
참고문헌 126
연습문제 127

제4장 해양 열에너지 변환기 135
4.1 서론 135
4.2 OTEC 구조 135
4.3 터빈 138
4.4 OTEC 효율 141
4.5 OTEC 설계의 보기 142
4.6 열 교환기 143
4.7 설치 장소 144
참고문헌 145
연습문제 146
제5장 열전기 149
5.1 실험적 관찰 149
5.2 열전기 온도계 154
5.3 열전기 발생기 157
5.4 물질의 성능지수 160
5.5 Wiedemann-Franz-Lorenz 법칙 162
5.6 고체의 열 전도도 165
5.7 반도체의 Seebeck 계수 167
5.8 열전 물질의 성능 168
5.9 열전기 발전기의 몇 가지 응용들 171
5.10 열전 발전기의 설계 173
5.11 열전 냉동기와 열펌프 176
5.11.1 기존 열전쌍을 이용한 설계 176
5.11.2 주어진 반도체를 기반으로 하는 설계 179
5.12 온도 의존성 183
5.13 배터리 구조 184
5.14 열전기의 물리학 184
5.14.1 Seebeck 효과 185
5.14.2 Peltier 효과 187
5.14.3 Thomson 효과 188
5.14.4. Kelvin의 관계 190
5.15 방향과 부호 193
참고문헌 197
연습문제 198

제6장 열전자 211
6.1 서론 211
6.2 열전자 방출 213
6.3 전자이동 216
6.3.1 Child-Langmuir 법칙 217
6.4 공간전하 중성화를 수반하는 무손실 다이오드 222
6.4.1 전극 간 전위 222
6.4.2 V-J 특성 224
6.4.3 열린-회로 전압 225
6.4.4 최대 전력출력 226
6.5 공간전하가 없는 진공 다이오드의 손실 226
6.5.1 효율 226
6.5.2 복사손실 227
6.5.3 과잉전자 에너지 231
6.5.4 열전도 232
6.5.5 리드저항 232
6.6 실제 진공-다이오드 232
6.7 증기 다이오드 233
6.7.1 세슘흡착 234
6.7.2 접촉 이온화 236
6.7.3 열전자 이온방출 237
6.7.4 공간전하 중성화 조건 239
6.7.5 추가적인 특성 240
6.8 고압 다이오드 245
참고문헌 247
연습문제 248

제7장 AMTEC 253
7.1 작동 원리 253
7.2 증기 압력 255
7.3 나트륨 증기 컬럼에서의 압력강하 257
7.4 나트륨 이온의 평균 자유 경로 259
7.5 AMTEC의 V-1 특성 260
7.6 효율 262
7.7 AMTEC의 열역학 264
참고문헌 267

제8장 라디오 잡음 발전기 269
참고문헌 273


제2부 수소의 세계

제9장 연료전지 277
9.1 서 론 277
9.2 볼타 전지 278
9.3 연료전지의 분류 283
9.3.1 운전온도 283
9.3.2 전해질의 상태 284
9.3.3 연료의 형태 284
9.3.4 전해질의 화학적 성질 285
9.4 연료전지 반응 285
9.4.1 알칼리 전해질 286
9.4.2 산 전해질 286
9.4.3 용융탄산염 전해질 286
9.4.4 세라믹 전해질 287
9.4.5 메탄올 연료전지 287
9.4.6 포름산 연료전지 289
9.5 대표적인 연료전지 구조 289
9.5.1 예시 연료전지(KOH) 289
9.5.2 인산 연료전지(PAFCs) 290
9.5.3 용융탄산염 연료전지(MCFCs) 292
9.5.4 세라믹 연료전지(SOFCs) 294
9.5.5 고체-고분자 전해질 연료전지 303
9.5.6 직접 메탄올 연료전지(DMFCs) 309
9.5.7 직접 포름산 연료전지(DFAFCs) 312
9.5.8 고체산 연료전지(SAFCs) 312
9.5.9 금속 연료전지 - 아연-공기 연료전지 313
9.6 연료전지의 적용 313
9.6.1 정지형 발전 플랜트 314
9.6.2 자동차용 발전기 314
9.6.3 다른 적용들 315
9.7 연료전지의 열역학 316
9.7.1 연소열 317
9.7.2 자유에너지 318
9.7.3 가역 연료전지의 효율 322
9.7.4 반응의 엔탈피 및 자유에너지 변화에 대한 압력과 온도의 영향 323
9.8 실제 연료전지의 성능 333
9.8.1 연료전지에 의해 생성되는 전류 333
9.8.2 실제 연료전지의 효율 334
9.8.3 연료전지의 특성 335
9.8.4 열린회로 전압 343
9.8.5 반응 동역학 344
9.8.6 Butler-Volmer 방정식 348
9.8.7 전달손실 352
9.8.8 연료전지에 의한 열의 소산 355
참고문헌 375
추가적인 참고문헌 377
연습문제 378

제10장 수소의 제조 397
10.1 개 요 397
10.2 수소의 화학적 생산 399
10.2.1 배경 399
10.2.2 금속-물 수소 생산 400
10.2.3 대규모의 수소 생산 401
10.2.4 수소의 정제 405
10.2.5 간결한 연료 처리장치 408
10.3 전해 수소 412
10.3.1 서론 412
10.3.2 전해조의 구성 413
10.3.3 전해조의 효율 415
10.3.4 농도차 전해조 418
10.3.5 전해 수소 압축 419
10.4 열분해 수소 421
10.4.1 물의 직접적인 전리 421
10.4.2 물의 화학적 분해 427
10.5 광분해 수소 429
10.5.1 개론 429
10.5.2 태양광 분해 430
10.6 광생물학적 수소 생산 433
참고문헌 434
연습문제 435

제11장 수소 저장 443
11.1 압축 기체 444
11.2 극저온 수소 446
11.3 흡착에 의한 수소의 저장 448
11.4 화학적 화합물에서의 수소 저장 449
11.4.1 개요 449
11.4.2 수소 운반자 450
11.4.3 물과 환원물질 451
11.4.4 포름산 451
11.4.5 금속 수소화물 452
11.5 수소화물 수소 압축기 467
11.6 수소화물 열펌프 471
참고문헌 474
연습문제 475


제3부 태양 에너지

제12장 태양복사 493
12.1 태양복사의 성질 493
12.2 일사(日射) 496
12.2.1 개요 496
12.2.2 태양 추적 표면에 대한 일사 498
12.2.3 정치 표면에 대한 일사 499
12.2.4 수평면 502
12.3 태양열 집열판 503
12.3.1 태양 건축구조 503
12.3.2 평판형 집열판 506
12.3.3 빈 튜브 506
12.3.4 집중장치 507
12.4 태양광 발전소의 구조 510
12.4.1 고온 태양열 기관 510
12.4.2 태양광 타워 512
12.4.3 태양광 온수지 512
12.4.4 궤도 기울기 528
참고문헌 529
연습문제 530

제13장 바이오매스 539
13.1 서론 539
13.2 바이오매스의 조성 539
13.2.1 기초 유기화학 540
13.3 연료로서의 바이오매스 560
13.3.1 목재의 가스화 561
13.3.2 에탄올 562
13.3.3 해리 알코올 568
13.3.4 혐기성 소화 568
13.4 광합성 575
참고문헌 583
연습문제 585

제14장 광전지 변환장치 591
14.1 서론 591
14.2 이론적 효율 596
14.3 캐리어 증식 604
14.4 스펙트럼 선택적인 빔 분할 606
14.4.1 계단형 전지 606
14.4.2 필터링된 전지 609
14.4.3 할로그래프 농축기 609
14.5 열 광기전 전지 610
14.6 이상과 실제 615
14.7 고상접합 광 다이오드 616
14.7.1 역 포화전류 636
14.7.2 실제 효율 638
14.8 염료 감광 태양전지(DSSCs) 640
14.9 유기 광기전 전지 (OPC) 645
14.10 태양동력 위성 654
14.10.1 우주로부터의 빔 655
14.10.2 태양 에너지의 DC로의 변환 656
14.10.3 마이크로웨이브 발전 657
14.10.4 복사 시스템 658
14.10.5 수신 배열 659
14.10.6 자세와 궤도 제어 659
14.10.7 우주 수송과 우주 건설 660
14.10.8 우주 태양광 동력 프로젝트의 미래 660
참고문헌 668
연습문제 670


제4부 풍력과 수력

제15장 풍력 에너지 685
15.1 역사 685
15.2 풍력장치의 구성 688
15.2.1 드래그형 풍력터빈 688
15.2.2 리프트형 풍력터빈 690
15.2.3 매그너스(Magnus) 효과 풍력장치 692
15.2.4 와류 풍력장치 692
15.3 바람의 측정 692
15.4 풍력의 효용성 696
15.5 풍력터빈의 특징 697
15.6 공기역학의 원리 699
15.6.1 플럭스 699
15.6.2 바람의 힘 699
15.6.3 동적 압력 700
15.6.4 풍압 700
15.6.5 이용 가능한 파워(Betz 한계) 701
15.6.6 풍력터빈의 효율 705
15.7 날개 709
15.8 Reynolds 수 712
15.9 종횡비 715
15.10 풍력터빈 분석 717
15.10.1 수평축 터빈(프로펠러형) 717
15.10.2 수직축 터빈 723
15.11 매그너스(Magnus) 효과 737
참고문헌 738
연습문제 739

제16장 해양 기관 759
16.1 서론 759
16.2 파도 에너지 759
16.2.1 바다의 파도 759
16.2.2 파도 에너지 변환기 762
16.3 조수 에너지 769
16.4 해류로부터의 에너지 769
16.4.1 해류터빈 시스템 770
16.5 염화 에너지 774
16.6 삼투 779
참고문헌 782
연습문제 784

찾아보기 787

이 책은 일부 비전통적인 에너지 공정들에 대한 기본적 사항들을 탐구하고 있다. 수반되는 기술들의 "최근 동향"은 별로 다루지 않고 있는데 이는 이러한 기술들이 빠르게 변화하는 속도로 인하여 그에 대한 서술이 조만간 시대에 뒤떨어진 것이 될 것이기 때문이다. 그럼에도 불구하고 기본적인 원리들은 뒤바뀔 수 없으며 미래의 진보에 대한 이해를 위하여 필수적이다. 따라서 타당한 원리들에 대한 명료한 물리적 설명을 제시하고자 하였다.
이 교재는 학생들에게 어떤 특정 장치나 시스템의 세부적인 디자인을 제시하여 주지는 않을 것이다. 그러나 보다 전문화된 문헌들의 이해를 가능케 하기 위한 기본적인 정보를 제공하여 줄 것으로 기대한다.
주제들은 실용성이나 미래의 전망에 따라 선택되지 않았다. 일부 주제들은 그 구현에 있어서의 명백한 어려움에도 불구하고 물리적 원리들의 적용에 있어서 우수한 연습이 되어준다는 이유만으로 논의되고 있다.
필요할 경우에는 언제든지 엄밀함보다 명료함을 우선하고 있다. 독자들은 물리, 화학 및 수학에 적절한 기본지식을 지니고 있다고 간주하고 있지만(대개 고학년의 과학이나 공학도) 기본적인 매커니즘의 인식을 허용하기 위하여 전개과정은 첫 번째의 원리로부터 시작하고 있다.
에너지 문제들은 부분적으로만 기술적인 문제들로서 상당부분은 경제 및 정치적인 문제들이다. 이들에 대한 고려가 제한된 형태로서 여기에 제시된 논의에 포함되어 있다.