초전도 자기에너지 저장장치 (SMES: Superconducting Magnetic Energy Storage)

1. 개요

초전도체 현상이란, 도체의  전기저항이 0이 되는 현상을 의미한다.

어떤 물질이 일정 조건하에서 물질의 전기저항이 완전히 사라지는 특성과 자기장을 배척하는 완전 반자성 특성을 갖게 되는 현상을 말한다.

초전도체를 이용한 전력기기에는 초전도 케이블, 초전도 변압기, 초전도 한류기, 초전도 회전기 등이 있으며, 기존 전력기기에 비하여 기기의 크기와 에너지 손실을 저감 할 수 있으며 향후 전력산업 발전에 크게 기여할 것이다.

 

2. 초전도 현상의 주요 특징

1) 전기저항이 0이다.

전기저항에 의한 전력손실이 없다.

2) 자기장 보존

초전도체 상태가 되면 초전도 회로 내부의 자기장도 초전도체가 되어 자기장에 변화가 있어도 원래 자기장을 유지한다.

 

3. 초전도 자기에너지 저장시스템

1) 원리

초전도코일은 저항이 0이므로 전류를 흘리면 전력손실이 없이 자기에너지 형태로 전기에너지를 저장할 수 있다.

초전도 에너지저장시스템의 원리는 교류전력 계통의 잉여전력을 사이리스터(Thyristor) 변환기로 교류를 직류로 변환하여 초전도 코일이 충전되고, 초전도 스위치를 닫아 초전도 코일과 초전도 스위치의 루프(Loop)에서 전류가 흘러 초전도 코일에 전력을 저장하고, 필요시에는 사이리스터(Thyristor)의 게이트 펄스 지연각을 조정하여 초전도 코일의 에너지를 방전시켜 교류계통으로 전력을 공급하는 것이다.

 

1) 구성도

초전도 자기에너지 저장시스템 구성도

2) 특징

- 에너지 저장효율이 높다.

- 입출력 속도가 매우 빠르다.

- 유효전력과 무효전력을 독립적으로 제어할 수 있다.

- 냉각장치운전에 필요한 전력소모가 많다.

- 제어장치가 복잡하다.

- 에너지저장과 함께 부하평준화, 부하변동 보상, 전력계통 안정도 향상, 계통 주파수 조정, 정전 대응 및 전력품질 향상 등   광범위한 효과를 기대할 수 있다.

 

3) 적용 및 응용분야

- 양수발전을 대체하여 수요반응(Demand Response) 자원과 예비전력을 제공한다.

- 전력회사의 주파수 조정에 활용된다면 기존 발전기를 가동하던 연료비용을 절감할 수 있다.

- 비상용 발전기로의 대체

- 신재생에너지 발전시스템의 날씨로 인한 불안정한 발전상태를 보완하는 전력설비로 활용할 수 있다.

- 전력품질 향상을 위한 무효전력의 공급원으로 활용할 수 있다.

- V2G 시스템과의 연계하여 전기요금이 저렴한 시간대에 전기차를 충전하고, 남는 전력은 피크부하 시간대에 전력계통에 공급하여 전력계통을 보다 경제적, 합리적, 효율적으로 활용할 수 있다.

- ESS의 화재로 인한 재해로부터 SMES는 안전하게 전력계통을 유지할 수 있다.

 

4. 결론

초전도 자기에너지 저장장치(SMES)는 전력공급 예비력, 주파수 조정용, 수요관리용, 시간대별 수요반응, 비상전원용, 신재생에너지의 불규칙한 발전에 대한 변동 완화, 무효전력 공급원, 송전 안정도 향상 등 많은 장점이 있다.

그러므로 지속적인 기술 개발로 초전도 자기에너지 저장장치(SMES)를 전력계통에 도입한다면 전력산업 발전에 크게 기여할 것이다.