토플[environment science] Renewable energy 재생 에너지

 

요즘 뉴스나 기사들을 보면, 에너지 산업, 에너지 투자 및 개발에 대하여 빠지지 않고 나오는 것을 볼 수 있습니다.

아마, 환경적인 문제로 인하여 전 세계가 큰 관심을 갖고 연구하고 있기 때문인 것 같습니다.

그리고 이미 많은 친환경적인 에너지가 개발되고 있고 또 사용되고 있기도 합니다.

한국에 있는 가정에서도 이미 태양에너지를 전기로 바꾸어 난방을 하는 모습도 꽤 많이 볼 수 있습니다. 

토플 시험에서도 리딩을 제외한 리스닝, 스피킹, 라이팅에 공통적으로 나오는 주제가 있다면

재생 에너지 분야일 듯 싶습니다.

그래서 오늘은 재생 에너지의 종류와 원리, 영향에 대해서 함께 공부해보도록 할께요! 

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[1] 재생 에너지(renewable energy)란?

재생 에너지는 자연적으로 계속 보충되어 재생 가능한 자원으로부터 얻을 수 있는 무공해 에너지로 햇빛, 바람, 비, 조수, 파도, 지열 등에서 얻어지는 에너지입니다. 그리고 현재 전기 발전(electricity-generation), 물을 이용한 난방과 냉각 (water heating/cooling), 운송(transportation), ) (전기·가스·수도 등의) 공공설비를 사용하지 않는 시골(rural(off-grid))에너지 서비스까지 크게 4가지 영역으로 나뉘어 영향을 주고 있습니다. 

과거부터 사용하던 석탄, 석유, 천연가스 등을 이용하는 화석 에너지(fossil fuel)를 대체하기 위하여 계속 개발되고 있습니다. 왜냐하면 화석 연료는 만들어지기까지 아주 오랜 시간이 필요하고, 지구 온난화에 큰 주범이 되기 때문입니다. 

재생에너지의 가장 큰 장점은 환경 오염이 없고 고갈될 염려가 없다는 것입니다. 하지만 아직 연구하고 발전중인 진행 과정속에 있기 때문에, 화석 연료에 비하여 효율성이나 경제성이 적다는 단점이 있습니다. 그러나 미래에는 가장 중요한 에너지인 것이 틀림없기 때문에 전세계가 함께 연구하고 있습니다. 

 

<영어 지문으로 공부해보세요> 

Renewable energy, often referred to as clean energy, comes from natural sources or processes that are constantly replenished. For example, sunlight or wind keep shining and blowing, even if their availability depends on time and weather. While renewable energy is often thought of as a new technology, harnessing nature’s power has long been used for heating, transportation, lighting, and more. Wind has powered boats to sail the seas and windmills to grind grain. The sun has provided warmth during the day and helped kindle fires to last into the evening. But over the past 500 years or so, humans increasingly turned to cheaper, dirtier energy sources such as coal and fracked gas. 

 

 

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[2] 다양한 재생 에너지 기술들 

1) 풍력 발전(Wind power)

풍력 발전(wind power)은 풍차(wind turbine)를 이용하여 에너지를 얻는 기술입니다. 바람의 속도가 증가하면 에너지 생산량이 풍차의 생산량 최대치까지 만들어질 수 있습니다. 바람이 가장 중요하기 때문에 풍력 발전소는 위치 선정이 아주 중요합니다. 그래서 바람이 아주 강하고 계속 불어오는 해안가나 높은 고도의 장소 등이 쓰입니다. 옆에 보이는 사진 같은 모습은 우리나라도 제주도 해안가 또는 오름에 올라가면 많이 볼 수 있습니다. 

이렇게 바람을 통하여 만들어진 전기는 2015년 조사에 따르면, 거의 세계 전기 수요의 4%를 채울 수 있었다고 하는데 지금은 더 많이 설치되었기 때문에 조금 더 높아졌을 것 같습니다. 

 

Wind Energy

We’ve come a long way from old-fashioned wind mills. Today, turbines as tall as skyscrapers—with turbines nearly as wide in diameter—stand at attention around the world. Wind energy turns a turbine’s blades, which feeds an electric generator and produces electricity.

Wind, which accounts for a little more than 6 percent of U.S. generation, has become the cheapest energy source in many parts of the country. Top wind power statesinclude California, Texas, Oklahoma, Kansas, and Iowa, though turbines can be placed anywhere with high wind speeds—such as hilltops and open plains—or even offshorein open water.

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2) 수력 발전(Hydropower) 

수력 발전은 물의 위치에너지를 발전기 터빈의 운동에너지로 변환시키고 전자기유도 현상을 이용하여 전기를 얻는 방법입니다. 물은 대약 공기보다 800배나 밀집되어 있기 때문에 상당한 양의 에너지를 만들어낼 수 있습니다. 

수력발전에 관계된 다양한 에너지를 얻는 방법이 있는데, 오래된 전통적인 방법은 큰 수력 발전 댐과 저수지를 만들어 에너지를 만들어내는 것이었습니다. 물론, 지금까지도 흔하게 쓰이는 방법입니다. 

그리고 또 다른 방법은 큰 저수지를 만들지 않고 흐르는 강으로부터 에너지를 얻는 방법입니다. 강물이 흐르면서 아래로 떨어질때 터빈을 돌려서 에너지를 만들어내는 방법인데 많은 전기 에너지를 생성할 수 있습니다.    

파도를 이용한 파력 발전(wave power generation)도 있습니다. 파도의 상하운동 에너지를 이용해서 동력을 얻어 에너지를 얻는 방법입니다. 

바다에 부표나 실린더를 띄워 놓고 파도의 상하운동을 피스톤 운동으로 바꿔 공기 터빈을 돌리는 발전 방식으로 낮은 수심에서도 발전이 가능해 비교적 경제성이 높습니다.  

 

 

Hydroelectric Power

Hydropower is the largest renewable energy source for electricity in the United States, though wind energy is soon expected to take over the lead. Hydropower relies on water—typically fast-moving water in a large river or rapidly descending water from a high point—and converts the force of that water into electricity by spinning a generator’s turbine blades.

Nationally and internationally, large hydroelectric plants—or mega-dams—are often considered to be nonrenewable energy. Mega-dams divert and reduce natural flows, restricting access for animal and human populations that rely on rivers. Small hydroelectric plants (an installed capacity below about 40 megawatts), carefully managed, do not tend to cause as much environmental damage, as they divert only a fraction of flow.

 

Ocean

Tidal and wave energy is still in a developmental phase, but the ocean will always be ruled by the moon’s gravity, which makes harnessing its power an attractive option. Some tidal energy approaches may harm wildlife, such as tidal barrages, which work much like dams and are located in an ocean bay or lagoon. Like tidal power, wave power relies on dam-like structures or ocean floor–anchored devices on or just below the water’s surface.

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3) 태양 에너지(solar energy)

태양 에너지(solar energy)는 태양으로부터 오는 열과 빛으로부터 얻어지는 에너지입니다. 응용된 기술로는 태양열 난방(solar heating), 태양전지(photovoltaics), 인공 광합성(artificial photosynthesis) 등이 있습니다. 

태양 에너지를 얻기 위한 방법으로는 수동적(passive)인 방법과 적극적(active)인 방법으로 나뉘어집니다. 먼저, 수동적 기술은 태양을 향해서 빌딩을 지을 때 열을 모으거나 빛을 분산시키는 공간을 만들어 자연적으로 공기가 순환되도록 만드는 방법이 있습니다. 적극적인 기술은 태양 에너지를 모아서 전기로 직접 바꾸는 기술이 있습니다. 태양에너지는 고갈이 없고 오염없는 깨끗한 물질이기 때문에 가장 기대되는 재생에너지원입니다.   

 

Solar Energy

Humans have been harnessing solar energy for thousands of years—to grow crops, stay warm, and dry foods. According to the National Renewable Energy Laboratory, “more energy from the sun falls on the earth in one hour than is used by everyone in the world in one year.” Today, we use the sun’s rays in many ways—to heat homes and businesses, to warm water, or power devices.

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4) 지열 에너지(Geothermal energy)

높은 온도의 지열 에너지(geothermal energy)는 지구에 저장된 지하수나 지하의 열을 이용한 에너지로 태양열로부터 땅에 저장되며 냉, 난방 등에 활요가능한 에너지원입니다.

지구의 핵(core)과 표면(surface)은 온도차이가 분명한데 열 에너지는 핵에서 표면으로 전도됩니다.

보통 지표면 근처의 온도는 10∼20℃ 정도로 열펌프(heat pump)를 통해 에너지로 이용되고, 일부 지중 온도가 80℃ 정도로 높은 지역의 열은 직접 냉·난방에 이용됩니다. 지표에서 지구 중심부로 갈수록 지중 온도는 25~30℃/km 정도로 증가하며, 주로 100℃ 이상의 고온 지대는 판의 경계에 나타나므로 대부분의 지열 발전소가 위치해 있다. 

다른 재생 에너지원들과 마찬가지로 유해물질(harmful substance)을 배출하지 않는 친환경 에너지이고 장비의 유지비 외에 추가 비용이 필요없어 비용이 저렴하지만 발전소를 세울때 지중 상황 파악이 어렵고 발전 가능한 지역도 한정적이라는 단점이 있습니다. 

 

Geothermal Energy
If you’ve ever relaxed in a hot spring, you’ve used geothermal energy. The earth’s core is about as hot as the sun’s surface, due to the slow decay of radioactive particles in rocks at the center of the planet. Drilling deep wells brings very hot underground water to the surface as a hydrothermal resource, which is then pumped through a turbine to create electricity. Geothermal plants typically have low emissions if they pump the steam and water they use back into the reservoir. There are ways to create geothermal plants where there are not underground reservoirs, but there are concerns that they may increase the risk of an earthquake in areas already considered geological hot spots.

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5) 바이오에너지(Bioenergy)

바이오에너지(bioenergy)는 바이오매스 에너지라고 불리는데, 바이오매스(biomass)를 연료로 하여 얻어지는 에너지로 직접 연소, 메탄 발효(methane fermentation), 알콜 발효 등을 통하여 얻어집니다. 

바이오에너지의 대상이 되는 주요 바이오매스 자원으로는 억새(miscanthus), 버드나무(willow), 아카시아 등의 나무, 수수(sorghum), 사탕수수(sugarcane), 옥수수·강냉이 등의 다양한 나무들, 그리고 수생식물, 해조류, 광합성세균 등이 있습니다. 유기계 폐기물, 농산폐기물, 임산폐기물, 축산폐기물, 산업폐기물, 도시 쓰레기 등도 직접 또는 변환하여 연료화할 수 있습니다.

바이오매스를 에너지원으로 이용하면 에너지를 저장할 수 있고, 재생이 가능하며, 물과 온도 조건만 맞으면 지구 어느 곳에서나 얻을 수 있고, 적은 자본으로도 개발이 가능하며, 원자력(atomic power) 등 다른 에너지와 비교할 때 환경보전적으로 안전합니다. 그러나 바이오매스를 얻기 위해 넓은 면적의 토지가 필요하며, 자원량의 지역적 차이가 큰 것이 단점이기도 합니다.  그리고 이러한 바이오매스, 바이오가스, 바이오연료를 열을 발생시키기 위해서 태운다면, 오염물질을 공기중으로 내보내게 됩니다. 세계 보건 기구는 약 7백만 이른 죽음의 원인이 공기 오염(air pollution)이라고 하는데 바이오매스 연소(combustion)는 주요 원인이 됩니다. 

바이오매스를 에너지원으로 이용하는 방법으로는 직접연소·메테인발효·알코올발효 등이 있습니다. 예를 들어, 생물이 공기가 없는 곳에서 썩으면 메탄가스가 발생합니다. 이 과정을 무기호흡이라 하는데, 이때 생성된 메탄가스, 즉 바이오가스는 조리용, 난방용 등의 연료로 사용할 수 있습니다.

 

<바이오매스(biomass)>

생물 자원. 원래는 어떤 지역 내의 동식물의 총량을 뜻하고 있었으나, 최근에는 식물의 광합성에 의하여 고정화된 생산량 중에서 석탄·석유를 제외하고, 아직 이용되고 있지 않은 에너지 자원을 가리키게 되었습니다. 농업 폐기물, 유칼리, 사탕수수 등이 개발 대상이 되어 있는데, 이들을 가스화하거나 알코올화하여 이용하려는 것입니다. 더 나아가 신품종 발견이나 유전 공학에 응용되기 시작하고 있습니다. 생태학 쪽에서는 생물량 혹은 생물체 총량이라고도 합니다.

 

Biomass Energy 

Biomass is organic material that comes from plants and animals, and includes crops, waste wood, and trees. When biomass is burned, the chemical energy is released as heat and can generate electricity with a steam turbine. 

Biomass is often mistakenly described as a clean, renewable fuel and a greener alternative to coal and other fossil fuels for producing electricity. However, recent science shows that many forms of biomass—especially from forests—produce higher carbon emissions than fossil fuels. There are also negative consequences for biodiversity. Still, some forms of biomass energy could serve as a low-carbon option under the right circumstances. For example, sawdust and chips from sawmills that would otherwise quickly decompose and release carbon can be a low-carbon energy source.

 

[참조]

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[네이버 지식백과] 재생에너지 [renewable energy] (두산백과)

위키피디아/ https://en.wikipedia.org/wiki/Renewable_energy

[네이버 지식백과] 지열에너지 [Geothermal energy] (두산백과)

[네이버 지식백과] 바이오에너지 [bioenergy] (두산백과)

[네이버 지식백과] 바이오매스 [biomass] (과학용어사전, 2010. 4. 14., 뉴턴편집부, 현춘수)]

영어 지문: https://www.nrdc.org/stories/renewable-energy-clean-facts#sec-whatis