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Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) update

Korean Chemical Engineering Research

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수록정보
수록범위 : 1권1호(1963)~58권3호(2020) |수록논문 수 : 5,221
Korean Chem.Eng.Res.(화학공학)
58권3호(2020년 06월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재 SCOPUS

1산업단지 VOC 저감 최적가용기법(BAT) 선정을 위한 다매체 거동모델 기반 인체위해성·환경성·경제성 평가

저자 : 김예린 ( Yelin Kim ) , 이가희 ( Gahee Rhee ) , 허성구 ( Sungku Heo ) , 남기전 ( Kijeon Nam ) , 리첸 ( Qian Li ) , 유창규 ( Changkyoo Yoo )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 325-345 (21 pages)

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본 연구에서는 다매체 퓨가시티 모델을 기반으로 Volatile organic compounds (VOCs) 방지기술의 인체위해성·환경성·경제성 평가를 수행하여 석유화학 산업단지 내 VOCs 저감을 위한 최적가용기법(Best available technology, BAT)을 선정하였다. 다매체 퓨가시티 모델을 이용하여 U-city에 소재한 석유화학 산업단지에서 배출되는 VOCs 중 Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene (BTEX)의 다매체 거동 특성과 잔류농도 분포를 예측하였다. 매체 통합 인체위해성 평가 및 민감도 분석을 이용해 BTEX의 물질별 인체위해성을 예측하고 주요 영향 변수를 규명하였으며, 다매체 환경시스템 내 잔류농도 기준의 환경성 평가와 비용-편익 경제성 평가를 수행하여 우수환경관리기법군(BAT군)을 선정하였다. BTEX의 다매체 거동 분석 결과, 토양 매체에서 높은 잔류 분포 특성(60%, 61%, 64%, 63%)을 보였으며, Xylene은 모든 다매체 환경에서 가장 높은 잔류성을 보였다. BAT후보군 중에서 흡수법은 가장 높은 인체위해성을 보여 BAT 선정에서 제외하였으며, 민감도 분석 결과 대기 매체에서의 물질 반감기와 경로별 노출계수가 인체위해성과 높은 상관성이 있는 것으로 판단되었다. 환경성 평가와 비용-편익 경제성 평가를 고려하여, 재생 열산화법, 재생 촉매산화법, 바이오필터법, UV 산화법, 활성탄 흡착법을 석유화학 산업단지 내 VOCs 저감을 위한 BAT군으로 선정하였으며, 본 연구에서 제시한 매체통합적 접근 방식의 BAT 선정 방법론은 사업장에서 오염물질 저감을 위한 최적의 배출시설 선정과 통합환경관리제도 운영에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.


Determination of Best available technology (BAT) was suggested to reduce volatile organic compounds (VOCs) in a petrochemical industrial complex, by conducting human health risk, environmental, and economic assessment based on multimedia fugacity model. Fate and distribution of benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene (BTEX) was predicted by the multimedia fugacity model, which represent VOCs emitted from the industrial complex in U-city. Media-integrated human health risk assessment and sensitivity analysis were conducted to predict the human health risk of BTEX and identify the critical variable which has adverse effects on human health. Besides, the environmental and economic assessment was conducted to determine the BAT for VOCs reduction. It is concluded that BTEX highly remained in soil media (60%, 61%, 64% and 63%), and xylene has remained as the highest proportion of BTEX in each environment media. From the candidates of BAT, the absorption was excluded due to its high human health risk. Moreover, it is identified that the half-life and exposure coefficient of each exposure route are highly correlated with human health risk by sensitivity analysis. In last, considering environmental and economic assessment, the regenerative thermal oxidation, the regenerative catalytic oxidation, the bio-filtration, the UV oxidation, and the activated carbon adsorption were determined as BAT for reducing VOCs in the petrochemical industrial complex. The suggested BAT determination methodology based on the media-integrated approach can contribute to the application of BAT into the workplace to efficiently manage the discharge facilities and operate an integrated environmental management system.

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2의약품 중간체 생산 공정의 전사적 자원 관리 및 생산 계획 수립을 위한 최적 의사결정 시스템

저자 : 정창주 ( Changjoo Jeong ) , 조설희 ( Seolhee Cho ) , 김지용 ( Jiyong Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 346-355 (10 pages)

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의약 중간체 제조 공장을 포함한 정밀 화학 산업에서 생산 계획 및 전사적 자원 관리(enterprise resource planning) 관한 의사 결정은 기업 운영 효율성 최적화에 매우 주요한 연구 주제이다. 기존의 의사 결정 시스템은 공장 간의 자원 관리와 공장내 생산 계획이 분리되어, 전사적 관점에서의 전역 해를 도출하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 무선 식별 시스템(Radio Frequency Identification; RFID) 기반의 실시간 물류 관리 시스템을 이용하여 의약품 중간체 산업의 전사적 자원 관리와 최적 생산 계획 수립을 동시에 수행할 수 있는 의사결정 플랫폼을 개발하고, 실제 제조 공정에 적용하여 그 효과를 분석한다. 기존의 분리된 운영 체제와는 달린 본 연구에서 제안하는 통한 의사결정 플랫폼은 원료주문 및 운송 시간에 관한 정보가 RFID 기술을 통해 제조 공정 생산 계획 수립의 핵심 데이터로 사용됨으로써, 별도의 재고 관리 시설 없이 공장간 물류 현황에 대응하여 최적 생산 계획이 수립된다. 이를 위하여 제품 생산 시간 최소화를 목적 함수로 설정하고, 마감 기한 및 주문량에 대한 제약조건 등을 포함한 혼합정수선형계획 모델을 개발하였다. 이후 개발된 최적화 모델을 실제 의약품 중간체 생산 문제로 적용함으로써, 제안한 통합 의사결정 플랫폼의 효용성을 입증하였다. 본 연구 결과로 생산 시간 최적화를 위해 단순한 공정 조합을 필요로 하는 생산물이 먼저 제조되고 복잡한 공정 구조를 가진 생산물이 순차적으로 생산되는 생산 일정이 최적임을 확인하였다.


This study proposed a new optimization-based decision model for an enterprise resource planning and production scheduling of a pharmaceutical intermediates manufacturing plant. To do this work, we first define the inflow and outflow information as well as the model structure, and develop an optimization model to minimize the production time (i.e., makespan) using a mixed integer linear programing (MILP). The unique feature of the proposed model is that the optimal process scheduling is established based on real-time resource logistics information using a radio frequency identification (RFID) technology, thereby theoretically requiring no material inventories. essential information for process operation, such as the required amount of raw materials and estimated arrival timing to manufacturing plant, is used as logistics constraints in the optimization model to yield the optimal manufacturing scheduling to satisfy final production demands. We illustrated the capability of the proposed decision model by applying the optimization model to two scheduling problems in a real pharmaceutical intermediates manufacturing process. As a result, the optimal production schedule and raw materials order timing were identified to minimize the makespan while satisfying all the product demands.

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3프로필렌의 화재 및 폭발 위험성 평가를 위한 온도 200 oC에서 산소농도와 압력의 변화에 따른 실험적 연구

저자 : 최유정 ( Yu-jung Choi ) , 최재욱 ( Jae-wook Choi )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 356-361 (6 pages)

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프로필렌은 석유화학제품의 제조 시 기초 유분으로 산업 공정에서 널리 사용되고 있으며, 새로운 물질을 제조하기 위하여 200 oC 이상의 온도에서 합성되고 있다. 그러나 프로필렌은 인화성 가스로써 화재 및 폭발의 위험성이 존재하므로, 이를 방지하기 위하여 불활성 가스 중 가격이 저렴하고 공기 중 가장 많이 존재하는 질소를 주입하여 사용한다. 본 연구에서는 프로필렌-질소-산소를 사용하여 온도 200 oC에서 압력의 변화(0.10MPa, 0.15MPa, 0.20 MPa, 0.25 MPa)에 따른 실험적 연구를 수행하였다. 산소농도가 21%일 때 압력이 0.10 MPa에서 0.25 MPa로 상승할수록 폭발 하한계는 2.2%에서 1.9%로 감소하였으며, 폭발 상한계는 14.8%에서 17.6%로 증가하였다. 또한 최소산소농도는 10.3%에서 10.0% 로 감소하여 압력이 증가할수록 폭발 범위가 넓어져 위험성이 증가하였다. 폭발압력은 압력이 0.10 MPa에서 0.25 MPa로 상승할수록 1.84MPa에서 6.04 MPa로 증가하였으며, 최대 폭발압력상승속도는 90 MPa/s에서 298 MPa/s로 크게 증가하였다. 고온 및 고압에서는 폭발의 위험성이 증가하므로 프로필렌을 사용하는 사업장의 폭발사고 예방을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.


Propylene is widely used in petrochemical manufacturing at over 200 ℃. However, since propylene is a flammable gas with fire and explosion risks, inert nitrogen is injected to prevent them. In this study, experiments were conducted using propylene-nitrogen-oxygen upon pressure changes at 200 ℃. At 21% oxygen, as pressure increased from 0.10 MPa to 0.25 MPa, lower explosion limit (LEL) decreased from 2.2% to 1.9% while upper explosion limit (UEL) increased from 14.8% to 17.6%. In addition, minimum oxygen concentration (MOC) decreased from 10.3% to 10.0%, indicating higher risks with the expanded explosive range as pressure increased. With increase of pressure from 0.10 MPa to 0.25 MPa, explosion pressure increased from 1.84 MPa to 6.04 MPa, and the rate of rise of maximum explosion pressure increased drastically from 90 MPa/s to 298 MPa/s. It is hoped that these results can be used as basic data to prevent accidents in factories using propylene.

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4케나프 기반 합성가스 생산을 위한 공정 설계 및 경제성 평가

저자 : 변재원 ( Jaewon Byun ) , 박호영 ( Hoyoung Park ) , 강동성 ( Dongseong Kang ) , 권오석 ( Oseok Kwon ) , 한지훈 ( Jeehoon Han )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 362-368 (7 pages)

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합성가스는 화학제품 및 수송연료의 원료로 이용되며, 최근 목질계 바이오매스의 가스화를 통한 합성가스 생산기술에 대한 연구가 다수 진행되었다. 케나프는 높은 생산성과 이산화탄소 흡수율을 가지는 목질계 바이오매스로 이산화탄소 저감을 위한 대체자원으로서 활용 가능성이 높다. 본 연구는 케나프 가스화 실험연구 데이터를 바탕으로 상용 수준의 케나프 가스화 공정을 개발하고, 해당 공정의 타당성 및 실현가능성을 평가하는 연구로서, 케나프 가스화 통합공정 설계, 열교환망 설계, 기술경제성 평가로 구성된다. 개발된 공정으로부터 생산되는 합성가스의 최소판매가격은 1 GJ당 9.55 달러로, 합성가스의 시장가격보다 낮은 것을 확인하였다.


Syngas can be used as raw material for chemical and fuel production. Currently, many studies on syngas production from gasification of biomass have been conducted. Kenaf is a promising renewable resource with high productivity and CO2 immobilization. This study developed a large-scale kenaf gasification process based on the experimental data, and evaluated the techno-economic feasibility, which consists of three steps (integrated process design, heat exchanger network design, techno-economic assessment). The minimum selling price of syngas is US$ 9.55/GJ, and it is lower than current market price of syngas.

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5Pulling rate, rotation speed 및 melt charge level 최적화에 의한 쵸크랄스키 공정 실리콘 단결정의 O2 불순물 최소화 설계

저자 : 전혜준 ( Hye Jun Jeon ) , 박주홍 ( Ju Hong Park ) , 블라디미르아르테미예프 ( Vladimir Artemyev ) , 황선희 ( Seon Hee Hwang ) , 송수진 ( Su Jin Song ) , 김나영 ( Na Yeong Kim ) , 정재학 ( Jae Hak Jung )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 369-380 (12 pages)

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대부분의 단결정 실리콘 잉곳은 초크랄스키(Czochralski(Cz)) 공정으로 제조된다. 그러나 단결정 실리콘 잉곳을 제품화 및 태양 전지 기판으로 가공하였을 때 산소 불순물이 있는 경우 낮은 효율성을 나타내는 경향이 있다. 단결정 Si-잉곳의 생산을 위해서는 용융 Si를 녹인 다음 단결정 Si의 시드(Seed)로 결정화하는 초크랄스키(Cz) 공정을 도입한다. 용융된 다결정 Si-덩어리를 단결정 Si-잉곳으로 결정성장 될 때, 열 전달은 Cz-공정의 구조에서 중요한 역할을 한다. 본 연구에서 고품질 단결정 실리콘 잉곳을 얻기 위해 Cz-공정의 최적화된 설계를 구성하였다. 결정 성장 시뮬레이션로부터 결정성장을 위한 Pulling rate 및 Rotation speed에 최적의 변수값을 형성하기 위해 사용되었으며, 변형된 Cz-공정에 대한 연구 및 해당 결과가 논의되며 결정 성장 시뮬레이션을 사용하여 Cz-공정의 Pulling rate, Rotation speed 및 Melt charge level의 최적화된 설계로 인한 결정성장시 단결정 실리콘으로 유입되는 산소 농도 최소화를 설계하였다.


Most mono-crystalline silicon ingots are manufactured by the Czochralski (Cz) process. But If there are oxygen impurities, These Si-ingot tends to show low-efficiency when it is processed to be solar cell substrate. For making single-crystal Si- ingot, We need Czochralski (Cz) process which melts molten Si and then crystallizing it with seed of single-crystal Si. For melts poly Si-chunk and forming of single-crystalline Si-ingot, the heat transfer plays a main role in the structure of Cz-process. In this study to obtain high-quality Si ingot, the Cz-process was modified with the process design. The crystal growth simulation was employed with pulling rate and rotation speed optimization. Studies for modified Cz-process and the corresponding results have been discussed. The results revealed that using crystal growth simulation, we optimized the oxygen concentration of single crystal silicon by the optimal design of the pulling rate, rotation speed and melt charge level of Cz-process.

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6100% 신재생에너지 자원 기반 에너지 공급을 위한 태양광, 풍력 및 바이오 발전의 통합 전략 및 경제성 평가

저자 : 황해진 ( Haejin Hwang ) , 문준영 ( Junyoung Mun ) , 김지용 ( Jiyong Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 381-389 (9 pages)

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본 연구에서는 다양한 신재생 에너지원 기반 전력 공급 시스템 구축하고, 각 시스템의 최적 전력 공급 비용을 비교분석 하였다. 특히, 풍력 및 태양광 등 대표적인 신재생에너지 생산 기술과 더불어 대형 에너지 저장 시스템 및 바이오매스 기반 전력 생산 기술을 포함함으로써, 신재생에너지 자원의 간헐성 및 에너지 공급과 수요의 불균형의 한계를 극복하였다. 본 연구에서 제안한 6가지의 신재생 에너지원 기반 전력 공급 시스템을 실제 제주도 전력 공급 문제에 적용함으로써, 제주도 지역의 최적 에너지 시스템을 규명하였으며, 다양한 에너지 생산 기술의 조합의 효과를 분석하였다. 분석 결과, 태양광 및 풍력 기반 전력 공급 단가는 각각 0.18, 0.28 $/kWh로 개별 자원 기반의 에너지 생산 시스템의 기존 전력망을 통한 공급 단가에 비해 경쟁력이 낮았다. 또한 자원의 간헐성 및 공급과 수요의 불균형 등 단일자원 기반의 단점을 효과적으로 개선하기 위하여 3가지 신재생 자원 및 대형 에너지 저장 시스템을 포함한 하이브리드 공급 시스템의 경제적 효과를 분석하였다. 그 결과 기존 전통적 전력망 공급과 가격 경쟁력을 갖는 0.08 $/kWh 수준의 100% 신재생에너지 기반 전력 공급 시스템 구축이 가능함을 규명하였다.


This study analyzed the optimal electricity cost of a 100% renewable energy source (RES) based system. Especially energy storage system (EES) and supplementary biopower system as well as photovoltaic (PV) and wind power component were included in the proposed RES-based system to overcome the intermittence of RESs and to efficiently balance energy supply and demand. To comparatively analyze the levelized cost of electricity (LCOE) of different RES-based systems, six scenarios were developed according to the involved RESs: PV, wind, PV/wind, PV/ biopower, wind/biopower, and PV/wind/biopower systems. We then applied the proposed systems to build a 100% RESbased system in Jeju Island, Korea. As a result, the single component based system, PV and wind power system of 0.18 and 0.28 $/kWh, respectively, cannot compete with the economics of existing electricity grid. However, the optimal LCOE of the hybrid system where PV and wind power are used as main supply options and biopower as supplementary option was identified to be 0.08 $/kWh, which can compete with the economics of an existing electricity grid.

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7포화시작점에서의 운전을 위한 제어방법

저자 : 안광노 ( Gwang Noh Ahn ) , 임상훈 ( Sanghun Lim ) , 성수환 ( Su Whan Sung ) , 이지태 ( Jietae Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 390-395 (6 pages)

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몇몇 포화를 갖는 공정에서 경제적인 운전점이 포화시작점에 있게 된다. 고전적인 피드백 제어기는 포화시작점에서 동특성이 급박하게 바뀌고 포화가 된 상태에서는 피드백을 위한 정보가 없기 때문에 사용할 수가 없다. 포화점과 동특성이 알려져 있고 바뀌지 않을 때는 모델예측제어 같은 최적화를 기반으로 하는 방법들이 어려움 없이 이 제어 문제를 처리할 수 있다. 그렇지 않으면, 이 포화점과 등특성을 추적하는 적응 방법이 첨가되어야 한다. 여기서는, 이 제어 문제를 해결할 수 있는 매우 간단한 방법들로서, 최근의 slope seeking method와 relay feedback method에 기반한 두가지 제어 방법을 제안한다. 포화현상을 갖는 이차 액위제어 공정에 적용한 모사를 통하여 그 성능을 검사하였다. 모사결과는 제안하는 본 제어 방법들이 포화시작점을 5% 이내로 찾고 유지하는 것을 보여주고 있다.


For some processes with saturations, economical operating points are on the saturation edges. Traditional feedback controllers cannot be used to regulate such processes on the saturation edges because there are abrupt dynamics changes and no feedback information at saturations. Optimization-based methods such as the model predictive control can treat this control problem without difficulty when the saturation levels and dynamics are known and not varying. Otherwise, an adaptation scheme to track the saturation levels and dynamics should be included. Here, for very simple methods to treat this control problem, two control methods based on the recent slope seeking method and the relay feedback method are proposed. Their performances are evaluated with simulations applying them to a second order liquid level system with saturation. Simulations show that these proposed control methods can find and maintain operating point of the saturation edge under 5% relative error.

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8이산화탄소 원료 공급의 불확실성을 고려한 미세조류 기반 바이오 디젤 공급 네트워크 최적화

저자 : 안유찬 ( Yuchan Ahn ) , 김정환 ( Junghwan Kim ) , 한지훈 ( Jeehoon Han )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 396-407 (12 pages)

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전세계적으로 화석 연료가 고갈 되면서 화석 연료를 대체할 수 있는 자원이 필요한 실정이며, 대체 자원으로는 바이오 연료가 각광을 받고 있다. 바이오 연료는 바이오 매스로부터 생산되는데 바이오 매스는 바이오 연료 및 바이오 화학제품 생산이 가능한 재생 가능 자원이다. 특히, 화석 연료를 대체하기 위하여 이산화탄소와 바이오 매스를 이용하여 바이오 연료(바이오 디젤)를 생산하는 연구가 주목을 받고 있다. 바이오 매스를 기반으로 하여 바이오 디젤을 생산하기 위해서는 바이오 디젤 생산에 필요한 원료(예, 이산화탄소, 물)와 잠재적인 바이오 매스 리파이너리 용량 및 설치위치, 생산된 바이오 디젤의 수요 도시까지의 공급을 모두 고려하는 공급 네트워크 개발이 필요하다. 바이오 매스를 이용한 바이오 디젤 공급 네트워크에 대하여 많은 연구가 수행이 되었지만, 미세조류 기반 최적의 바이오 디젤 생산 전략에 상당히 영향이 있는 이산화탄소 공급량에 대한 불확실성을 고려한 연구는 거의 수행되지 않았다. 미세조류 기반 바이오 디젤을 생산 시 상당히 중요한 원료로 이용되는 이산화탄소는 화력발전소에서 발생하는 배출 가스로부터 포집하여 사용하기 때문에 이산화탄소 공급량의 불확실성은 최적의 바이오 디젤 네트워크를 구축하는데 큰 영향이 있다. 따라서, 본 연구에서는 이산화탄소 공급량의 불확실성을 고려하는 최적 공급 네트워크 설계를 결정하기 위해 2단계 확률 모델을 개발한다. 이 모델의 목표는 이산화탄소 공급량 불확실성을 고려하고 각 지역의 디젤 요구량을 충족시키면 서 총 네트워크 비용을 결정하는 것이다. 이 모델은 대한민국의 디젤 수요량의 10%를 충족시키는 사례 연구를 평가하였다. 확률론적 모델(연간 갤런당 12.9 미국 달러)에 의해 결정된 최적의 바이오 디젤 공급 비용은 결정론적 모델(연간 갤런당 10.5 미국달러)의 결과보다 약간(26%) 높다. 이산화탄소 공급량이 변동되는 경우(확률론적 모델)는 바이오 디젤 공급 네트워크 전략에 상당한 영향을 미쳤다.


As fossil fuels are depleted worldwide, alternative resources is required to replace fossil fuels, and biofuels are in the spotlight as alternative resources. Biofuels are produced from biomass, which is a renewable resource to produce biofuels or bio-chemicals. Especially, in order to substitute fossil fuels, the research focusing the biofuel (biodiesel) production based on CO2 and biomass achieves more attention recently. To produce biomass-based biodiesel, the development of a supply chain network is required considering the amounts of feedstocks (ex, CO2 and water) required producing biodiesel, potential locations and capacities of bio-refineries, and transportations of biodiesel produced at biorefineries to demand cities. Although many studies of the biomass-based biodiesel supply chain network are performed, there are few types of research handled the uncertainty in CO2 supply which influences the optimal strategies of microalgae-based biodiesel production. Because CO2, which is used in the production of microalgae-based biodiesel as one of important resources, is captured from the off-gases emitted in power plants, the uncertainty in CO2 supply from power plants has big impacts on the optimal configuration of the biodiesel supply chain network. Therefore, in this study, to handle those issues, we develop the two-stage stochastic model to determine the optimal strategies of the biodiesel supply chain network considering the uncertainty in CO2 supply. The goal of the proposed model is to minimize the expected total cost of the biodiesel supply chain network considering the uncertain CO2 supply as well as satisfy diesel demands at each city. This model conducted a case study satisfying 10% diesel demand in the Republic of Korea. The overall cost of the stochastic model (US$ 12.9/gallon·y) is slightly higher (23%) than that of the deterministic model (US$ 10.5/gallon·y). Fluctuations in CO2 supply (stochastic model) had a significant impact on the optimal strategies of the biodiesel supply network.

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9AE-SOM을 이용한 EVA 생산 공정 이상 검출 및 진단

저자 : 박병언 ( Byeong Eon Park ) , 지유미 ( Yumi Ji ) , 심예슬 ( Ye Seul Sim ) , 이규황 ( Kyu-hwang Lee ) , 이호경 ( Ho Kyung Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 408-415 (8 pages)

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본 연구에서는 auto-encoder와 self-organizing map을 결합한 auto-encoder with self-organizing map(AE-SOM) 기법을 이용하여 EVA 생산공정의 이상을 검출 및 진단하였고, Granger의 인과분석을 통해 이상 검출 데이터의 이상 전파 방향을 확인하였다. 분석 데이터는 1년 7개월 간의 조업데이터를 이용하였으며, autoclave 반응기의 조업 변수를 주로 분석하였다. 데이터 전처리 과정에서 데이터의 표준화를 먼저 진행하고, 조업의 각 grade의 sample 수를 동일하게 200개 임의로 추출하였다. 이후 AE-SOM을 적용하여 각 grade의 best matching unit (BMU)를 도출하였다. 각각의 BMU를 기준으로 조업 데이터가 얼마나 벗어났는지를 기준으로 데이터의 이상을 판별하였다. 공정 이상이 발견될 시 이상원인을 contribution plot을 이용하여 확인하였고 이상원인 변수의 인과성을 Granger의 인과분석을 통해 분석하였다. 그 결과 조업 시 발생한 2번의 셧다운의 전조를 모두 검출하였으며 이상이 발생한 원인변수에서 기인한 공정 이상의 전파 방향을 분석하였다.


In this study, the AE-SOM method, which combines auto-encoder and self-organizing map, is used to detect and diagnose faults in EVA production process. Then, the fault propagation pathways are identified using Granger causality test. One year and seven months of operation data were obtained to detect faults of the process, and the process variables of the autoclave reactor are mainly analyzed. In the data pretreatment process, the data are standardized and 200 samples of each grade are randomly chosen to obtain a fault detection model. After that, the best matching unit (BMU) of each grade is confirmed by applying AE-SOM. The faults are determined based on each BMU. When a fault is found, the most causative variable of the fault is identified by using a contribution plot, and the fault propagation pathway is identified by Granger causality test. The prognostic of the two shutdowns is detected, and the fault propagation pathway caused by the faulty variable was analyzed.

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10100 kW 이상의 태양광 발전단위에서 전방 잡초 그림자 영향 분석에 의한 비정상 데이터 표준화 연구

저자 : 김홍명 ( Hong Myeong Kim ) , 이유리 ( Yu Ri Lee ) , 정재학 ( Jae Hak Jung )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 3호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 416-423 (8 pages)

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대부분의 태양광 발전시설물은 평지에 설치가 되는 것이 일반적이지만 소형 발전시설의 경우는 경사진 임야 등에 설치되는 경우도 많다. 그 외에는 드물게 건물의 옥상이나 콘크리트 위에 설치되는 경우가 있으나 이는 대부분 25 kW 미만의 소규모 설치이다. 일반 평지나 임야 등에 설치가 될 경우 관리를 지속적으로 하지 않으면 잡초가 자라고 일정 높이 이상 자라게 된 잡초는 태양광 모듈에 그림자의 영향을 줄 수 있게 된다. 그러나 잡초가 조금 자란 것이 영향을 주는지 주지 않는지 판단하기 힘들고 지속적인 관리를 위해서는 관리 비용이 발생하기 때문에 잡초가 태양광 발전에 영향을 주는 시점에서 정확하게 관리를 해준다면 가장 최소한의 관리비용으로 최대한의 태양광 발전량을 가져 올 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 잡초가 의한 태양광 모듈의 발전에 영향을 미치는 형태를 모니터링을 통한 발전량 데이터를 분석하여 그 유형을 파악을 하고 모듈에서 잡초의 그림자 영향이 출력의 감소에 어떠한 영향을 주는지 실험을 통해 분석하였다. 이를 바탕으로 잡초의 영향을 모니터링 데이터 상의 수치로 기준을 정하였다. 또한 잡초의 영향을 장기적으로 방치를 하였을 경우 나타나게 되는 현상인 핫스팟(Hot spot) 발생의 기준을 수치적으로 표준화 하였다.


Majority of over 100 kW capacity photo voltaic (PV) power generation system was constructed on the plate ground of soil. Rarely PV system installed on concrete or building but it usually be under 25 kW capacity. On the soil ground the weeds growen up and it's shadow influenced to decrease of amount of PV power generation. This work analysis the weeds shadow's effect to decrease of PV power generation with 100 kW capacity of real PV power generation system in Yeungnam University, Finally the weed shadow“s influence value through the real field monitoring Data is suggested for give a standard management time of weeds to avoid the negative influence on whole power plant. Moreover the hot spot which is generated by long term partial shallow on PV module also can detected with the result of this work. It also suggested as a standard value of monitoring Data.

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