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학습자료/과학

에너지 하베스팅

대한민국 교육부 2015. 11. 10. 11:30

에너지 하베스팅

(Energy Harvesting)



■ 에너지 하베스팅!

에너지가 만들어지는 과정 중에서 많은 에너지가 열, 소리, 진동 등의 다른 형태로 버려져서 우리가 쓸 수 있는 에너지는 굉장히 적습니다. 그렇다면 버려지는 에너지를 모아서 다시 쓸 수 있는 방법은 없을까요? 있습니다. 바로 에너지 하베스팅입니다. 에너지 하베스팅이란 일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 모아 전력으로 재활용하는 기술을 말합니다.


에너지 하베스팅을 이용하면 바람, 물, 진동, 온도, 태양 광선 등의 자연 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것뿐만 아니라 사람이나 교량의 진동, 실내 조명광, 자동차의 폐열, 방송 전파 등과 같이 주변에 버려지는 에너지도 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있답니다. 전력 발생이 미비하겠지만 경우에 따라서는 배터리 충전 없이 계속 전기를 얻을 수 있다는 점이 ‘에너지 하베스팅’이 중요시되고 있는 이유입니다.


▲ 에너지 하베스팅에 이용되는 에너지(출처: 에듀넷)



■ 에너지 하베스팅의 종류

자, 지금부터 에너지 하베스팅의 종류를 하나씩 살펴보겠습니다.


신체 에너지 하베스팅

아래 그림은 호흡으로 전기를 만드는 마스크입니다. 이처럼 우리 신체에서 발생하는 에너지는 체온, 정전기, 운동 에너지 등으로 매우 다양합니다. 생체와 외부의 온도 차를 이용하여 특수한 섬유로 발전 가능하며, 도보 시 체중의 변화를 이용한 압전 소자로도 발전 가능합니다. 주로 시계, 만보기, 신체 보조 기구 등 일상적으로 몸에 소지하여 움직임의 수치를 잴 수 있는 곳에서 에너지 하베스팅의 사례를 엿볼 수 있습니다.


▲ 호흡으로 전기를 만드는 마스크(출처: 에듀넷)


진동 에너지 하베스팅

아래 그림은 발을 디딜 때 생기는 압력으로 전기를 만드는 신발 발전기입니다. 이처럼 진동이나 압력을 가해 압전 소자를 발전시켜 에너지를 생산하는 방식인 진동 에너지 하베스팅은 외부 자극으로 전기 에너지를 얻기 때문에, 내부에 가해지는 힘에도, 외부에서 가해지는 힘에도 모두 에너지를 필요로 합니다. 가령 자전거를 움직이기 위해 페달을 돌리며 회전 운동이 일어나야 에너지를 얻을 수 있는 것처럼 말이지요.


▲ 발을 디딜 때 생기는 압력으로 전기를 만드는 신발 발전기(출처: 에듀넷)


또 최근 영국의 어느 에너지 회사가 브라질 리우데자네이루의 빈민가에 운동에너지를 전력으로 바꿔서 불을 밝히는 축구장을 건설했습니다, 낮 동안 뛰어 노는 아이들의 운동 에너지를 모아서 축구장에 설치된 6개의 LED등에 불이 들어오게 한 것이죠. 덕분에 어두웠던 빈민가가 환하게 밝혀지고 있다고 하네요.


많은 전기 에너지를 얻기 위해서는 그만큼 많은 운동 에너지가 필요하지만, 압전 소자를 이용한 발전 방식은 비교적 발전 효율도 높고 응용 범위도 넓기 때문에 향후 실용 에너지로 전망이 밝다고 합니다.


▲ 낮에 아이들이 뛰어놀 때 생기는 압력 에너지를 모아 불을 밝힌 축구장(출처: 에듀넷)


열에너지 하베스팅

열에너지 하베스팅을 이용하여 산업 현장에서 발생하는 수많은 폐열을 모아 에너지를 만들 수 있습니다. 잔열과 자연 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 얻는 것입니다. 늘 우리 일상생활 속에서 만날 수 있는 열로 전기 에너지를 얻을 수 있어 보다 자유로운 에너지 공급이 가능하답니다.


▲ 열을 이용한 휴대폰 충전기(출처: 에듀넷)


위치 에너지 하베스팅

수력 발전소의 방수구 및 화력 발전소의 냉각수 방수로에는 소량의 위치 에너지와 운동 에너지가 버려지게 됩니다. 소형 수차를 이용해 배출 에너지를 전기 에너지로 회수할 수 있답니다.


전자파 에너지 하베스팅

공기 중에 있는 방송 전파, 이동 통신기기 전파 등 수많은 전자파 에너지를 수집해 단시간 사용 무선 전자기기의 훌륭한 독립 에너지원으로 활용할 수 있습니다.


이처럼 에너지 하베스팅은 ‘환경 발전’이라고도 불리며 다양한 장소, 다양한 행위에 의해 발전할 수 있다는 특징이 있습니다. 극소량의 전력을 생산하지만 에너지 하베스팅에 주목할 수밖에 없는 점은 ‘편리함’에서 찾을 수 있답니다. 생활의 편리함을 전해 주고 환경적 측면에도 도움이 되는 에너지 하베스팅! 세상에 버려지는 에너지 없이 유용하게 활용될 수 있는 에너지 기술이 더욱 발전할 것입니다.



[자료출처: 에듀넷]



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