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[국내논문] 35 kWh급 플라이휠용 초전도 베어링의 댐핑 특성평가
Damping Properties of a Superconductor Bearing in a 35 kWh Class Superconductor Flywheel Energy Storage System 원문보기

Progress in superconductivity, v.14 no.1, 2012년, pp.66 - 70  

박병준 (KEPCO Research Institute, Smart Energy Laboratory, Hankook engineering) ,  정세용 (KEPCO Research Institute, Smart Energy Laboratory, Hankook engineering) ,  한상철 (KEPCO Research Institute, Smart Energy Laboratory, Hankook engineering) ,  한상진 (KEPCO Research Institute, Smart Energy Laboratory, Hankook engineering) ,  이대화 (KEPCO Research Institute, Smart Energy Laboratory, Hankook engineering) ,  한영희 (KEPCO Research Institute, Smart Energy Laboratory, Hankook engineering)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Superconductor flywheel energy storage system (SFESs) is an electro-mechanical battery with high energy storage density, long life, and good environmental affinity. SFESs have been developed for application to a regenerative power of train, the storage of distributed power sources such as solar and ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 대용량 초전도 베어링에 대한 강성 및 감쇠변화 경향성을 분석하여 실제 초전도 베어링 실증 적용시 최적의 로터운전(rotordynaimc) 특성 유지를 위한 성능향상에 도움이 될 수 있도록 연구를 진행 하였다.
  • 본 연구에서는 초전도 베어링의 진동 제어성능을 평가 하기 위하여 실제 35 kWh급 플라이휠에 초전도 베어링을 장착하여 가진상황을 제공한 후, 지지되는 지름방향 강성(stiffness) 특성을 알아 보았다. 이후 강성과 측정된 진동감쇠 데이터를 기반으로 초전베어링의 지름방향 각도별에 따른 댐핑 특성을 평가 하였다.
  • 본 연구에서는 초전도 베어링의 진동제어 특성을 평가하기 위하여 실제 35 kWh급 SFESs를 조립 후, 플라이휠 회전축을 지름방향 AMD로 가진하여 진동과 동시에 보이는 자유응답 특성을 분석하여 강성과 댐핑을 평가 하였다. 평가에 사용된 AMD는 회전체의 상하부에 장착되어 있으며 X, Y의 반경방향 센서를 통해 회전체의 위치를 측정하여 제어입력으로 받아 회전체에 힘을 가하게 된다.

가설 설정

  • 2 sec 안에 진동의 대다수 성분이 제어 된 것으로 평가됐다. 이때 플라이휠 로터는 외팔보처럼 움직이게 되어 회전운동을 하지만, 35 kWh급 회전축이 2 m가 넘는 것을 감안하면 극히 미량이므로, 회전체의 움직임을 직선 운동 한다고 가정하여 수식 (1)과 같이 운동방정식을 유도 할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초전도 플라이휠 에너지 저장장치란 무엇인가? 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(Superconductor Flywheel Energy Storage System, SFESs)는 전기에너지를 회전에 의한 관성 운동에너지로 변환하여 저장하고 저장된 운동에너지를 전기에너지 형태로 공급하는 저장 장치이다. 초전도 플라이휠 에너지 저장장치는 급속충방전이 가능하고 에너지 저장 효율이 좋으며 수명이 길어 신재생에너지의 저장 매체로서 각광을 받고 있으며 특히 풍력,태양광 등 신재생에너지의 출력 품질 향상, 철도의 회생전력, 스마트/마이크로 그리드 연계의 저장매체 적용에 활발한 연구가 진행되고 있다 [1].
초전도 플라이휠 에너지 저장장치의 장점은 무엇인가? 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(Superconductor Flywheel Energy Storage System, SFESs)는 전기에너지를 회전에 의한 관성 운동에너지로 변환하여 저장하고 저장된 운동에너지를 전기에너지 형태로 공급하는 저장 장치이다. 초전도 플라이휠 에너지 저장장치는 급속충방전이 가능하고 에너지 저장 효율이 좋으며 수명이 길어 신재생에너지의 저장 매체로서 각광을 받고 있으며 특히 풍력,태양광 등 신재생에너지의 출력 품질 향상, 철도의 회생전력, 스마트/마이크로 그리드 연계의 저장매체 적용에 활발한 연구가 진행되고 있다 [1]. 초전도 플라이휠에너지 저장장치는 회전 에너지를 제공하는 모터, 에너지를 저장하는 플라이휠, 플라이휠을 지지하는 초전도 베어링(Superconductor Bearing) 및 전자석 댐퍼(Ative magnetic bearing, AMD)으로 크게 구성되어 있으며 진공중에 무접촉의 초전도 베어링을 사용하여 휠을 지지하기 때문에 회전에너지의 각종 마찰손실을 줄일 수 있다.
제한된 공간에 있어 큰 댐핑효과를 보여주는 것이 중요한 이유는 무엇인가? 진동감쇠의 대표 지표인 댐핑은 강성의 제곱근에 비례하며 강성이 월등이 큰 환경속 에서는 강성증가에 따른 댐핑효과를 기대할 수 있다. 그러나 초전도 플라이휠과 같이 큰 시스템에서는 회전자 크기 증가로 인하여 지지 해야 하는 플라이휠 자체 무게 및 크기도 증가하여 회전체 지지에 큰 부담이 되며, 회전체의 벤딩모드를 유발시킬 수 있는 위험요소로 작용 할 수 있다. 따라서 제한된 공간에 있어 큰 댐핑효과를 보여주는 것이 가장 중요하다.
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참고문헌 (4)

  1. T. Coombs, A. M. Campbell, R. Storey, R. Weller, "Superconducting magnetic bearings for energy storage flywheels" IEEE Trans. Applied Supercon., 9, 968-971 (1999). 

  2. Y. H. Han, J. R. Hull, S. C. Han, N. H. Jeong, T. H. Sung, and Kwangsoo No, "Design and characteristics of a superconductor bearing" IEEE Tran, 15, 2249-2253 (2005) . 

  3. L. Kuehn, M. Mueller, "Static and Dynamic Behavior of a Superconducting Magnetic Bearing Using YBCO Bulk Material", IEEE Trans. Appl. Supercond. 17 (2007) 2079 

  4. B. J. Park, S. Y. Jung, T. H. Sung, Y. H. Han "Static properties of superconductor journal bearing substator for superconductor flywheel energy storage system", Progress in Superconductivity, 10, 55-59, (2008). 

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