고온초전도 플라이휠에너지 저장기술은 고온초전도체의 현상인 자기공중부양 및
자기고정을 이용한 베어링을 사용해 회전판을 공중에 부양시킨 후 모터를 이용 해
전기에너지를 회전운동 에너지로 저장하고 이 에너지를 마찰에 의한 손실이 없도록
유지하였다가 발전하여 사용하는 독특한 기술이다
따라서 회전하는 모든 산업 기기에 고효율의 베어링 기술이 요구됨은 물론, 첨단산업
분야의 반도체 제조장비 중 터보펌프용 베어링을 비롯하여 소형 컴프레서용,
우주 산업에서의 인공위성 자세 제어용의 모멘텀 휠 등 고부가가치 산업 및 전력저장
분야에까지 고속 및 고효율의 베어링기술이 요구되고 있다.
고온초전도 베어링 기술은 초전도기술분야에 해당하는 기술로서 대표적인 응용분야인
고온초전도 플라이휠 에너지 저장장치의 핵심기술이다.
고온초전도 플라이휠 에너지 저장장치는 3 부분으로 구성되어 있다.
초전도체와 영구자석으로 구성되어 있는 베어링,
회전에 의해 에너지를 저장하는 회전체와 에너지 변환을 위한 모터/발전기이다.
이 중 고온초전도 베어링 기술은 에너지 저장용량과 효율을 결정하는 핵심 기술이다.
기존의 플라이휠 에너지 저장장치에는 전자석, 영구자석간의 반발력을 이용하는
전자석 베어링이 사용된다.
이러한 종래의 베어링을 이용한 에너지 저장시스템은 제어장치 운전 등에 따른 에너지
효율 저하로 시간 당 최소 1%, 즉 하루에 저장된 에너지의 약 25% 이상이 손실된다.
반면, 고온초전도체를 사용한 무접촉 베어링을 적용할 경우, 별도의 위치제어장치가
필요하지 않아 에너지 손실률을 시간당 약 0.1%, 즉 하루에 약 2∼3%까지 낮출 수 있다.
초전도베어링을 제외한 다른 구성부 설계기술, 플라이휠 형상, 재질, 전력변환 등은
기존의 시스템연구를 통해 많은 기술이 축적되어 왔다.
이 기술들은 초전도 베어링이 사용되는 에너지 저장시스템에도 그대로 활용할 수 있다.
이와 같이 플라이휠 에너지 저장장치에 사용됨은 물론 다양한 회전 기기에 적용될 수
있는 고온초전도 베어링 기술은 고온초전도 제조 공정기술과 초전도체와 자석사이의
상호작용에 관한 자기장해석 기술, 설계기술, 특성평가기술과 같은 기반기술을 포함하고
있어 초전도기술에 막대한 파급효과가 예상되는 핵심기술이다.
현재 가장 활발한 연구가 진행되고 있는 초전도 베어링의 적용분야는 초전도 쓰러스트
베어링을 이용한 수직축형 플라이휠 에너지 저장장치이다. 수직축 플라이휠 방식은
고온초전도체 판 위에 영구자석이 달린 회전판을 올려놓아 자기력으로 회전체를
들어올리고 회전판을 수직 축으로 회전시킴으로써 에너지를 저장하는 방식이다.
그러나 이 형태는 대용량화를 위한 확장성에 문제가 있고, 안정성 확보를 위한 별도의
보완 시스템이 적용되고 있어 효율이 비교적 낮다.
초전도 베어링의 폭넓은 용도 및 다양한 용량을 충족시키기 위하여 더 강한 부상력을 갖는
초전도 저어널 베어링을 개발함은 물론, 기존 기술인 쓰러스트 베어링의 강점인 강한
부상력은 살리고 안정성의 문제점을 베어링 설계기술을 이용하여 보완해 나갈 필요가 있다.
고온초전도 베어링을 핵심 기술로 사용한 초전도 플라이휠 에너지 저장기술의 개발로 심야전력을
플라이휠에 회전상태로 저장하였다가 주간에 발전기를 이용하여 전기에너지를 꺼내어 쓰게 된다면,
전력공급자 측면에서는 신규 발전설비 건설투자비의 절감은 물론, 발전소의 발전량을 급변하지
않아도 되므로 발전설비 자체의 수명도 연장시킬 수 있고, 효율도 향상시킬 수 있게 되는 등
막대한 경제적 효과를 얻을 수 있을 것이다.
좋은 예로서, 발전소 설계수명을 5∼10년 연장함으로써 폐지 계획 중 기준 수명이 도래한 발전소를
진단하여 설비상태가 양호한 총 26기 401만kW를 수명 연장하여 약 1.2조원의 신규건설 투자비의
이연 효과를 얻게 된 것을 들 수 있다.
또한 사용자측인 국민들도 야간에 저장한 싼 전력을 주간에 사용할 수 있게 되어 막대한
경제적 효과를 얻을 수 있을 것이며, 이는 산업경쟁력의 향상에 크게 공헌할 수 있으리라 확신한다.
한희종
이해하는데 도움이 될까 하여서...
고온초전도 플라이휠에너지 저장기술은 고온초전도체의 현상인 자기공중부양 및
자기고정을 이용한 베어링을 사용해 회전판을 공중에 부양시킨 후 모터를 이용 해
전기에너지를 회전운동 에너지로 저장하고 이 에너지를 마찰에 의한 손실이 없도록
유지하였다가 발전하여 사용하는 독특한 기술이다
따라서 회전하는 모든 산업 기기에 고효율의 베어링 기술이 요구됨은 물론, 첨단산업
분야의 반도체 제조장비 중 터보펌프용 베어링을 비롯하여 소형 컴프레서용,
우주 산업에서의 인공위성 자세 제어용의 모멘텀 휠 등 고부가가치 산업 및 전력저장
분야에까지 고속 및 고효율의 베어링기술이 요구되고 있다.
고온초전도 베어링 기술은 초전도기술분야에 해당하는 기술로서 대표적인 응용분야인
고온초전도 플라이휠 에너지 저장장치의 핵심기술이다.
고온초전도 플라이휠 에너지 저장장치는 3 부분으로 구성되어 있다.
초전도체와 영구자석으로 구성되어 있는 베어링,
회전에 의해 에너지를 저장하는 회전체와 에너지 변환을 위한 모터/발전기이다.
이 중 고온초전도 베어링 기술은 에너지 저장용량과 효율을 결정하는 핵심 기술이다.
기존의 플라이휠 에너지 저장장치에는 전자석, 영구자석간의 반발력을 이용하는
전자석 베어링이 사용된다.
이러한 종래의 베어링을 이용한 에너지 저장시스템은 제어장치 운전 등에 따른 에너지
효율 저하로 시간 당 최소 1%, 즉 하루에 저장된 에너지의 약 25% 이상이 손실된다.
반면, 고온초전도체를 사용한 무접촉 베어링을 적용할 경우, 별도의 위치제어장치가
필요하지 않아 에너지 손실률을 시간당 약 0.1%, 즉 하루에 약 2∼3%까지 낮출 수 있다.
초전도베어링을 제외한 다른 구성부 설계기술, 플라이휠 형상, 재질, 전력변환 등은
기존의 시스템연구를 통해 많은 기술이 축적되어 왔다.
이 기술들은 초전도 베어링이 사용되는 에너지 저장시스템에도 그대로 활용할 수 있다.
이와 같이 플라이휠 에너지 저장장치에 사용됨은 물론 다양한 회전 기기에 적용될 수
있는 고온초전도 베어링 기술은 고온초전도 제조 공정기술과 초전도체와 자석사이의
상호작용에 관한 자기장해석 기술, 설계기술, 특성평가기술과 같은 기반기술을 포함하고
있어 초전도기술에 막대한 파급효과가 예상되는 핵심기술이다.
현재 가장 활발한 연구가 진행되고 있는 초전도 베어링의 적용분야는 초전도 쓰러스트
베어링을 이용한 수직축형 플라이휠 에너지 저장장치이다. 수직축 플라이휠 방식은
고온초전도체 판 위에 영구자석이 달린 회전판을 올려놓아 자기력으로 회전체를
들어올리고 회전판을 수직 축으로 회전시킴으로써 에너지를 저장하는 방식이다.
그러나 이 형태는 대용량화를 위한 확장성에 문제가 있고, 안정성 확보를 위한 별도의
보완 시스템이 적용되고 있어 효율이 비교적 낮다.
초전도 베어링의 폭넓은 용도 및 다양한 용량을 충족시키기 위하여 더 강한 부상력을 갖는
초전도 저어널 베어링을 개발함은 물론, 기존 기술인 쓰러스트 베어링의 강점인 강한
부상력은 살리고 안정성의 문제점을 베어링 설계기술을 이용하여 보완해 나갈 필요가 있다.
고온초전도 베어링을 핵심 기술로 사용한 초전도 플라이휠 에너지 저장기술의 개발로 심야전력을
플라이휠에 회전상태로 저장하였다가 주간에 발전기를 이용하여 전기에너지를 꺼내어 쓰게 된다면,
전력공급자 측면에서는 신규 발전설비 건설투자비의 절감은 물론, 발전소의 발전량을 급변하지
않아도 되므로 발전설비 자체의 수명도 연장시킬 수 있고, 효율도 향상시킬 수 있게 되는 등
막대한 경제적 효과를 얻을 수 있을 것이다.
좋은 예로서, 발전소 설계수명을 5∼10년 연장함으로써 폐지 계획 중 기준 수명이 도래한 발전소를
진단하여 설비상태가 양호한 총 26기 401만kW를 수명 연장하여 약 1.2조원의 신규건설 투자비의
이연 효과를 얻게 된 것을 들 수 있다.
또한 사용자측인 국민들도 야간에 저장한 싼 전력을 주간에 사용할 수 있게 되어 막대한
경제적 효과를 얻을 수 있을 것이며, 이는 산업경쟁력의 향상에 크게 공헌할 수 있으리라 확신한다.