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초전도 베어링과 플라이휠 및 수송기관의 개발 현황

전문가 제언: ○ 구리산화물 고온초전도체(HTS)가 발견되어 세상을 떠들썩하게 한지도 어언 25년이 지났다. 초기에 예상했던 다양한 응용이 이루어지지는 않았지만 이제 조금씩 실용화가 시작되고 있다. 전기에너지와 관련된 모든 분야에서 초전도체는 뛰어난 특성을 가지고 있기 때문이다.

○ 대다수의 대규모 에너지관련 초전도응용은 선재를 사용한다. 하지만 복잡한 화학식의 세라믹인 구리산화물 HTS를 원하는 형태의 선재로 제조하는 데 어려움이 많았다. 초전도 임계온도(Tc)와 임계전류밀도(Jc)를 향상시키는데도 많은 노력이 필요하였다. 이런 기본적인 요건은 어느 정도 해결된 상황이다.

○ 이 논문에서는 HTS 벌크(bulk)를 이용하여 베어링을 제작하고 이 베어링을 플라이휠과 자기부상열차와 같은 수송기관에 응용하는 기술을 독일의 ATZ사의 경험을 통해 소개한다. 초전도 응용의 주류를 이루는 선재나 박막 응용과는 다른 분야이다.

○ 벌크의 응용은 초전도체의 완전반자성을 나타내는 Meissner 효과와 자속의 피닝 효과를 이용한다. 대면적의 단일 결정립(grain)을 가진 벌크를 제조하는 기술이 확립되었으므로 가능하다. 여기서도 높은 Tc와 Jc가 중요하다.

○ 초전도 플라이휠 에너지저장장치(FESS)는 강철 베어링이나 영구자석 베어링 대신에 성능이 우수한 초전도 베어링을 사용한다. 원리는 비교적 간단하지만 초전도체 응용에 필수적인 냉각기술을 비롯하여 많은 R&D를 필요로 한다. 높은 자기장으로 에너지를 저장하는 초전도자기에너지저장장치(SMES)보다 우수하다는 것이 확인되었다.

○ HTS를 이용하는 FESS 개발은 국내에서도 원자력연구원과 전력기술원이 초기부터 수행하였다. 5㎾h와 10㎾h급이 이미 국내에서 개발되어 시연되었다. 이제는 상용화를 위한 기업의 참여가 필요한 시점이다. 또한 자기부상 수송기관에 대한 연구도 관심을 가질 필요가 있다.

저자: Werfel et al
자료유형: 학술정보