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[국내논문] 초전도 에너지 저장 기술에 대한 고찰
A Consideration on the Superconductivity Energy Storage Technology 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.10 no.6, 2015년, pp.691 - 698  

고윤석 (남서울대학교 전자공학과)

초록
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최근, 전력산업에서는 지구 온난화에 대비하여 에너지 이용 효율 극대화하기 위한 방안으로 초전도 에너지 저장 장치에 큰 관심을 가지고 있다. 초전도 에너지 저장장치는 비 첨두시에 대량의 전기에너지를 손실 없이 자계 또는 운동 에너지의 형태로 저장하였다가 첨두시에 이를 다시 전기에너지로 변환하여 사용함으로서 피크부하의 균등화 및 순간정전 보상을 실현, 전기 에너지 이용 효율의 극대화를 기할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 초전도 에너지 저장기술에 대한 개념, 연구개발 현황 및 그 적용 사례 등을 조사, 분석하여, 전력계통 적용 기반기술을 확립하고자 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the power industry has a great interest in the superconducting energy storage device as a way to maximize energy efficiency to cope with global warming. A superconducting energy storage device can archive maximization of electric energy use efficiency by storing in the form of a magnetic f...

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 이러한 연구추세에 대응하여 초전도 에너지 저장기술에 대한 개념[1-2], 연구개발 현황[3-10, 12-15]] 그리고 그 적용 사례[11] 등을 조사, 분석함으로서 차후, 초전도 에너지 저장기술을 스마트 그리드에 적용하기 위한 기반기술을 확립하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SFES는 잉여전력에 대해 어떤 대응을 취하는가? SFES는 잉여전력이 발생하는 경우, 모터를 가동하여 플라이휘일을 회전시켜 운동에너지의 형태를 저장한다. 이때, 초전도 베어링은 마찰이 존재하지 않기 때문에 식 (2)로 표시되는 운동에너지는 영속적으로 저장된다.
BCS 이론에서 설명하는 저온 초전도체의 원리는 무엇인가? 그림 1은 저온 초전도체에 대한 BCS 이론을 설명한다[(The New York Times, 2012). 일반적으로 금속선을 통하여 전류를 운반하는 전자들은 그 입자들이 진동하는 급속격자를 통과할 때 격자와의 충돌과 산란에 의해서 저항을 발생시킨다. 하지만 금속이 임계 온도에 가까운 저온으로 냉각될 때 격자진동은 급속하게 감소하고 이동전자가 금속원자 가까이로 끌려, 전자 뒤의 포논들을 양 전자로 충전된다. 이 양전자로 충전되는 후류(wake)에 의해 가까이에 있는 다른 하나의 전자가 끌리게 되고, 이 두 전자들은 약한 결합력으로 쌍을 이루게 되는데, 이것을 Cooper 쌍으로 부른다. 이것은 두 전자가 독립적으로 이동할 때보다 보다 낮은 저항을 발생시키며, 동일한 메커니즘으로 생성되는 Cooper 쌍들은 동일한 작용을 하게 된다. 만약, 한 쌍의 전자들이 불순물에 의해서 산란된다면 다른 쌍들과 보조를 맞추어 재빠르게 원래의 상태로 되돌아오게 되기 때문에 전자들이 금속격자 속을 방해 받지 않고 흐를 수 있어, 저항이 발생하지 않음으로서 전류가 영구적으로 흐를 수 있게 된다.
초전도현상은 어떻게 얻어지는가? 전통적인 초전도체 이론인 BCS 이론에 따르면, 초전도현상은 금속안의 전자들이 반발력을 억누르면서 두 개씩 쌍을 이뤄 결정격자와의 충돌을 피함으로서 얻어지는 것으로 알려져 있다[1].
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참고문헌 (15)

  1. J. Bardeen, L. N. Cooper, and J. R. Schrieffer "Theory of Superconductivity," Physical Review, vol. 108, no. 5, 1957, pp. 1175-1205. 

  2. K. E. Nielsen, "Superconducting magnetic energy storage in power systems with renewable energy sources," Master' Thesis, Norwegian University of Science and Technology, 2010. 

  3. M. G. Molina, Dynamic Modelling and Control Design of Advanced Energy Storage for Power System Applications, Dynamic Modelling. www.intechopen.com, Jan. 2010, pp. 49-93. 

  4. A. Badel, "Superconducting Magnetic Energy Storage using High Temperature Superconductor for Pulse Power Supply," Doctor's Thesis, University of Grenoble, Sep. 2010. 

  5. K. Nagashima, H. Seino, N. Sakai, and M. Murakami, "Superconducting Magnetic Bearing for a Flywheel Energy Storage System using Superconducting Coil and Bulk Superconductor," Physica C, vol. 469, Oct. 2009, pp. 1244-1249. 

  6. Y. Miyagawa, H. Kameno, R. Takahata, and H. Ueyama, "A 0.5 kWh Flywheel Energy Storage System using A High-Tc Superconducting Magnetic Bearing," IEEE Trans. Applied Superconductivity, vol. 9, no. 2. June 1999, pp. 996-999. 

  7. S. Nagaya, N. Kashima, M. Minami, H. Kawashima, and S. Unisuga, "Study on the High Temperature Superconducting Magnetic Bearing for 10 kW Flywheel Energy Storage System," IEEE Trans. Applied Superconductivity, vol. 11, no. 1, Mar. 2001, pp. 1649-1652. 

  8. T. Ichihara, K. Matsunaga, M. Kita, I. Hirayabashi, M. Isono, M. Horose, K. Yoshii, K. Kurihara, O. Saito, S. Saito, M. Murakami, H. Takabayashi, M. Natsumeda and N. Koshizuka,"Application of Superconducting Magnetic Bearings to a 10kWh-Class Flywheel Energy Storage System," IEEE Trans. on Applied Superconductivity, vol. 15, no. 2, June 2005, pp. 2245-2248. 

  9. Y. Yamauchi, N. Uchiyama, E. Suzuki, M. Kubota, M. Fujii, and H. Ohsaki, "Development of 50kWh-Class Superconducting Flywheel Energy Storage System,"Proc. of International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion 2006, Taormina, Italy, May 2006, pp. 484-486. 

  10. M. Strasik, John Hull, John Mittleider, John Gonder, Kevin McCrary, and Carl McIver, "Design, Fabrication, and Test of a 5 kWh Flywheel Energy Storage System Utilizing a High Temperature Superconducting Magnetic Bearing,"2011 Energy Storage Systems Program, Boeing Research and Technology, San Diego, CA. USA, Oct. 2011. 

  11. Phil Johnson, "Design, Fabrication, and Test of a 5 kWh Flywheel Energy Storage System Utilizing a High Temperature Superconducting Magnetic Bearing, "Proc. of International Conference on Electrical Energy Storage Applications and Technologies 2005, SanFrancisco, CA. USA, Oct. 2005. 

  12. Y. Ko, "Superconductivity Flywheel Energy Storage Principle and Development Cases," Proc. of the 2014 spring Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 7, no. 1, Pusan, Korea, 2013, pp. 477-479. 

  13. K. Lee, I. Choy, W. Cho, and J. Back, "MPPT and Yawing Control of a New Horizontal-Axis Wind Turbine with Two Parallel-Connected Generators," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 7, no. 1, 2012, pp. 81-89. 

  14. M. Jeong, C. Moon, H. Kim, Y. Chang, and T. Park,"A Study on Design of 50kW PMSG for Micro-grid Application," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 4, 2014, pp. 527-536. 

  15. J. Park and Y. Bae, "Development of a Technical Road Map for Future Research in Wind Power Generation using Grading Criteria as a Rubric for Research Focus," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 6, no. 3, 2011, pp. 417-423. 

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