초록 ▼

핵심기술
YBCO 단결정 제조기술, 초전도 베어링 설계/제작/운영기술
최종목표
○ 100 kWh급 SFES용 초전도 베어링 개발
○ 100 kW급 SFES용 초전도 단결정의 대량생산기술 확립
개발내용 및 결과
저온의 초전도 성질을 이용하여 YBCO 초전도 단결정을 이용한 무접촉 저어널 베어링을 개발하고 100 kWh (35 kWh x 3) 플라이휠에 적용함.
- 하이브리드 방식으로 대용량 베어링 구현
- 댐핑 향상으로 단독운전 가능한 모델 개발
- 200 mm 대형 외륜형 베어링 개발

핵심기술
YBCO 단결정 제조기술, 초전도 베어링 설계/제작/운영기술
최종목표
○ 100 kWh급 SFES용 초전도 베어링 개발
○ 100 kW급 SFES용 초전도 단결정의 대량생산기술 확립
개발내용 및 결과
저온의 초전도 성질을 이용하여 YBCO 초전도 단결정을 이용한 무접촉 저어널 베어링을 개발하고 100 kWh (35 kWh x 3) 플라이휠에 적용함.
- 하이브리드 방식으로 대용량 베어링 구현
- 댐핑 향상으로 단독운전 가능한 모델 개발
- 200 mm 대형 외륜형 베어링 개발
- 450W 의 대용량 냉각장치 개발
- YBCO 벌크의 대량 생산 기반기술 개발
기술개발배경
○ 지속적인 전력사용량의 증가 및 전력예비율의 감소
핵심개발기술의 의의
○ 신뢰성 있는 초전도베어링 기술 구축
○ 초전도 플라이휠 시스템의 상용화를 위한 기반기술 구축
적용분야
○ 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)에 활용
- 전력회사 : 분산형전원 저장 및 부하평준화, UPS
- 반도체 제조회사 : 고품질 전력 제공
○ 소형 고속회전기기에 활용(댐핑 보강 베어링 적용)

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 5
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목 차 ... 19
• 제 1 장 서론 ... 21
• 제 1 절 기술개발 필요성 ... 21
• 가. 기술적 측면 ... 21
• 나. 산업ㆍ경제적측면 ... 21
• 다. 정책적측면 ... 21
• 제 2 절 연구개발 완료시 예상되는 파급효과 ... 22
• 제 3 절 활용방안 ... 22
• 제 2 장 연구개발의 내용 및 방법 ... 23
• 제 1 절 최종목표 및 평가방법 ... 23
• 1. 최종 목표 ... 23
• 2. 정량적 목표 달성 ... 23
• 제 2 절 연차별 개발내용 및 달성여부 ... 24
• 제 3 장 결과 ... 25
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 25
• 1. 100 kWh급 SFES용 베어링 주요인자 분석/평가 ... 25
• 가. 서론 ... 25
• 나. 강성평가 방법 ... 25
• 다. 강성 평가 결과 ... 26
• 2. 100 kWh급 초전도 베어링용 초전도 모듈 유의성 평가 ... 38
• 3. 중실축형 90 mm 초전도 베어링 제작 및 평가 ... 43
• 가. 중실축형 90 mm 초전도 베어링 시스템 제작 ... 43
• 나. 100 kWh급 SFES 베어링 운전조건 최적화 ... 46
• 4. 중공축형 200 mm 초전도 베어링 제작 및 평가 ... 51
• 가. 100 kWh급 초전도 베어링 회전 평가 시스템 제작 ... 51
• 나. 100 kWh급 초전도 베어링 신뢰성 평가 ... 56
• 5. 100 kWh SFES용 냉각 시스템 제작 ... 62
• 가. 100 kWh SFES용 냉각시스템 type 검토 ... 62
• 나. 냉각시스템의 장기운용계획 수립 ... 65
• 다. 고효율 냉각 시스템 최적 설계/제작 ... 65
• 라. 100 kWh 급 초전도 베어링의 냉각운전 평가 ... 67
• 6. 열침입과 강도를 동시에 고려한 베어링 지지대 최적화 설계 ... 71
• 가. 10 kWh급 초전도 베어링 지지대 열침입량 ... 71
• 나. 초전도 베어링 지지대의 열침입량 해석 ... 71
• 다. Φ200 베어링 지지대의 전도 열전달량 계산 ... 74
• 라. 고정자 단열 및 지지구조 내구성 향상 설계 ... 76
• 7. 100 kWh 초전도 플라이휠용 초전도 베어링의 설계 ... 84
• 가. 기본 설계 ... 84
• 나. 고정자 설계 ... 87
• 다. 회전자 설계 ... 88
• 라. 베어링 제작 ... 90
• 8. 100 kWh 초전도 플라이휠용 초전도 베어링의 강성 평가 ... 90
• 가. 강성평가 방법 ... 90
• 나. 강성평가 결과 ... 90
• 9. 100 kWh 초전도 플라이휠용 초전도 베어링의 댐핑 보강 ... 96
• 가. 초전도 베어링의 댐핑 평가 ... 96
• 나. 초전도 베어링의 댐핑 보강 방법 ... 96
• 다. 초전도 베어링의 대핑 보강결과 ... 98
• 10. 운전평가 ... 100
• 가. 저속 운전에서 하이브리드 운전모드의 영향 ... 100
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 104
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 106
• 제 4 장 결론 ... 107
• 부록 ... 109
• 100 kWh급 초전도 베어링용 초전도 벌크 개발 ... 109
• 초전도 플라이휠 냉각용 극저온 냉각시스템 개발 ... 191
• YBCO 초전도복합체의 열적, 기계적 특성 평가 ... 329