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과제기본정보

압전하베스터를 이용한 메가와트급 에너지 자립형 도로기술 개발 기획1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통연구기획사업 과제번호 16RDPP-C119662-01
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 국토정책 계획 | 교통계획 적용분야 에너지
2순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 토목시공기술 실용화대상여부 실용화
3순위 에너지 자원 | 신재생에너지 | 달리 분류되지 않는 신재생에너지 과제유형 개발
과제명 압전하베스터를 이용한 메가와트급 에너지 자립형 도로기술 개발 기획
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 남정희
소속 한국건설기술연구원 직위 연구위원
전화번호 031-910-0114 FAX -
총 연구기간 2016-08-30 ~ 2017-05-29
당해연도 연구기간 2016-08-30 ~ 2017-05-29

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 120,000,000 0 0 0 120,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 기존의 도로에서 사용되는 에너지 하베스팅 기술은 주로 태양열을 이용하는 유리 기반 모듈러 공법이며 공항의 경우 두꺼운 콘크리트 슬래브위에 대규모 항공기 하중 및 압력을 이용하는 압전 방식임. 압전하베스터 발전량을 메가와트 급으로 구체화하기 위한 기반 구축 기술 기획이 필요함. 압력, 처짐, 파동을 이용하여 에너지를 생산할 때 기존 도로에서 설계 기준으로 적용하고 있는 노상의 최대 압축 변형율, 표층의 인장 변형율, 혹은 표면 처짐량을 동시에 만족시킬 수 있는 최적의 포장 시스템 개발이 필요하며 도로 성능별 포장 기술이 필요함

○ 스마트 도로포장과 관련된 핵심 요소 기술 도출, 포장시스템 분석 및 설계 요소 기술 도출, 최적화를 위한 요소 기술 도출을 통하여 과제 공모를 위한 RFP작성과 평가기준 마련
최종목표 1) 최종 목표
○ 10 W/m2 급 하이브리드 압전유닛을 이용한 메가와트(Mega Watt)급 에너지 자립형 스마트 도로기술 개발
2) 단계별 연구 목표
○ 1 단계 : 현존 최고 압전 에너지 하베스터 유닛 (5 W/m2 급 하이브리드)의 발전량을 10 W/m2급으로 개발
○ 2 단계 : 압전하베스터 성능 최적화를 위한 연계 에너지원 (태양광 등) 및 기능성 복합소재(탄소나노튜브 등)를 이용한 하이브리드 압전 유닛 개발
○ 3 단계 : 압전 효율 최적화를 위한 교통흐름(traffic flow) 및 포장 형식 (pavement type)을 고려한 메가와트급 에너지 자립형 포장시스템 개발
○ 4 단계 : 에너지 자립형 도로 실증을 위한 테스트 베드 구축 및 내구성능 검증
○ 5 단계 : 에너지 하베스팅 스마트 도로포장 시스템 개발
○ 6 단계 : 도로발전 효율 향상을 위한 운영방안 제시 및 상용화
연구내용 및 범위 [연구내용 및 범위]
a. 에너지 자립형 스마트 도로포장 및 도로발전 시스템 개발 관련 국내？외 현황 및 동향 조사？분석
b. 에너지 자립형 도로 구현을 위한 포장시스템 개념 정립
c. 압전하베스터 성능향상을 위한 핵심 요소기술 개발
d. 도로발전 효율 향상을 위한 운영방안 제시
e. 에너지 자립형 도로 실증을 위한 테스트 베드 구축 방안 제시
f. 에너지 자립형 도로 구현을 위한 활용 방안 도출

[단계별 연구목표 및 내용]
1) 연구목표 1 : 10 W/m2급 에너지 압전하베스터 단위 유닛 개발
○ 도로용 압전 에너지 하베스터의 현황 분석 및 정책 법령 분석
○ 도로용 압전 에너지 하베스터의 연구 전략 수립
○ 10 W/m2의 출력을 내는 도로용 압전 에너지 하베스터 개발
○ 도로용 압전 에너지 하베스터 내구 설계
○ 압전 에너지 하베스터와 에너지 자립형 도로기술과의 연계 실현

2) 연구목표 2 : 압전 하베스터 성능 최적화를 위한 연계 에너지원 및 기능성 합소재를 이용한 하이브리드 압전 유닛 개발
○ 압전하베스터 최적화를 위한 연계 에너지원(태양열/압력/진동 등) 관련 기술개발/성능평가/시공기술
○ 압전하베스터 성능향상을 위한 기능성 복합소재(탄소, 폴리머, 세라믹 등) 개발/성능평가/시공기술 개발
○ 에너지 효율의 극대화를 위한 신개념 발전소재 및 공진회로 기반 압전 하베스터 기술 개발
○ 압전하베스터 기반 연계에너지원 및 기능성 복합소재를 이용한 하이브리드 압전 유닛 개발

3) 연구목표 3 : 압전 효율 최적화를 위한 교통흐름 및 포장 형식을 고려한 메가와트(Mega Watt)급 에너지 자립형 포장시스템 개발
○ 교통흐름 연계 압전 하베스터를 활용한 에너지 자립형 포장시스템 개념 도출
○ 포장종류 연계 압전 하베스터 활용 에너지 자립형 포장시스템 개념 도출
○ 압전효율 최적화를 위한 포장 구조설계방안 개발
○ 압전하베스터 최적형 도로포장 시공기술 개발

4) 연구목표 4 : 에너지 자립형 도로 실증을 위한 테스트 베드 구축 및 내구성능 검증
○ 테스트베드 총괄 운영계획 수립
○ 포장가속시험기(accelerating pavement testing)를 활용한 테스트 베드 구축 민 운영방안 제시
○ 실제 도로조건을 고려한 단계별 도로 실증 시험방안 도출

5) 연구목표 5 : 에너지 하베스팅 스마트 도로포장 시스템 개발
○ 압전 발전 모듈 설치 및 유지관리를 위한 핵심기술 도출
○ 발열 도로포장체의 제작 및 시공을 위한 핵심기술 개발
○ 실시간 교통정보 모니터링 시스템 개발을 위한 핵심기술 도출

6) 연구목표 6 : 도로발전 효율 향상을 위한 운영방안 제시 및 상용화
○ 에너지 자립형 도로운영 방안 제시
○ 미래도로를 위한 에너지 자립형 기술 활용 로드맵 제시
○ 개발 기술의 경제성/기술성/사업성 분석 및 기대효과 분석(산학연, 특허, 기술분석, 전문가 자문 활용)
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ○ 압전하베스터를 이용한 메가와트급 에너지 자립형 도로기술 목표, 전략 설정 및 본 과제를 위한 RFP 작성 ○ 연구개발내용
- 에너지 자립형 스마트 도로포장 및 도로발전 시스템
- 에너지 자립형 도로 구현을 위한 포장 시스템 분석 및 설계 요소 기술 선정
- 압전하베스터 성능 향상을 위한 핵심 요소 기술 도출도로발전 효율 향상을 위한 운영방안 제시
- 에너지 자립형 도로 실증을 위한 테스트 베드 구축 방안 제시
- 미래 에너지 자립형 도로 구현을 위한 과제 도출
○ 연구개발방법
- 1단계 : 관련 기술동향 분석
- 2단계 : 기술수요조사 및 과제도출
- 3단계 : 우선순위 결정 및 로드맵 작성
- 4단계 : 세부실행계획 및 실용화 방안 작성
- 5단계 : RFP 및 보고서 작성
연구성과 기술적 기대성과 ○ 신재생에너지 융복합 기술 확보를 통한 도로분야 SOC 기반시설의 적용 기반 확보를 통한 기술 선점
○ 도로분야 SOC 기반 시설용 에너지 저장/관리 및 효율적 유지관리기술 확보 및 선점
사회 경제적 파급효과 ○ 도로 등 SOC 인프라의 에너지 생산기지화 및 도로 부가수익 창출
- 발전효율 향상 기술 기반 에너지 자립·생산형 도로 실현
- 도로 부가 수익창출을 통한 도로 분야 신(新)수익 모델 추구
○ 도로발전소 관련 신사업 창출/관련 기업 매출 증대 예상
○ 태양광 패널, 발전설비, 설계 및 시공사 등 관련 기업 매출 창출
○ 고용 증대 예상
※ 박한돌기자, 일본의 태양광발전 개발전략, 전기평론
활용방안 ○ 국토교통부
- 에너지 자립형 도로기술 장기 전략 마련
- 에너지 자립형 도로기술을 위한 기준 및 시방체계 정립
○ 지방청 및 한국도로공사
- 고속도로 본선 및 부대시설(부체도로, 휴게소 포장 등) 매설, 시공 및 유지관리에 적합한 압전하베스터 개발 및 적용을 통한 “에너지 자립형” 스마트 고속도로 실증 시스템 구축
- 시공재료, 설치위치 등 시공관련 상세 설계안 제시
- 테스트베드 구축, 시설 운영 및 향후 유지관리관련 상세(안) 제시
○ 중소기업
- 기술실용화 및 기술이전을 통한 중소기업 경쟁력 확보
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 압전하베스터 하이브리드 에너지 하베스팅 포장시스템 실증연구 운영·유지관리 시스템
영문 Energy harvester Hybrid energy harvesting Pavement system Substantiation test Management system
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
최종보고서 국토교통연구개발보고서 발간 및 배포 완료 보고 건.pdf   다운로드 압전하베스터를 이용한 메가와트급 에너지 자립형 도로기술 개발-최종보고서-최종.pdf   다운로드 붙임 01 국토교통연구개발보고서 발간 및 배포 건.pdf   다운로드

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