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초전도체를 이용한 풍력 발전기


(Credit: CC0 Public Domain)


 초전도체는 의료용 MRI나 입자 가속기 등 여러 분야에서 중요하게 사용되고 있지만, 고가의 액체 헬륨을 이용해서 초저온 상태를 유지해야 한다는 사실 때문에 응용 분야를 넓히는데 어려움이 있습니다. 그런데 차세대 풍력 발전기 개발 컨소시엄인 에코스윙 컨소시엄 (EcoSwing consortium)은 초전도 기술이 차세대 풍력 발전기 개발에 도움이 된다고 보고 연구를 진행했습니다. 


 연구팀에 따르면 초전도 자석을 이용한 발전기는 기존의 영구 자석 직접 발전기 Permanent-magnet (PM) based direct-drive (DD)로는 달성하기 어려운 10MW급 이상의 초대형 풍력 발전기를 만드는데 유리합니다. 강력한 자석 덕분에 발전기가 작아져서 풍력 발전기의 중앙축에 탑재하기 쉽기 때문입니다. 물론 발전기를 풍차 축에 넣는 대신 전통적인 풍차처럼 기어와 연결된 회전 장치를 이용해 한 단계 건너뛰는 방법도 있지만 구조가 복잡해지고 관리가 어려울 수밖에 없습니다. 


 연구팀은 덴마크 에 있는 3.6MW급 풍력발전기에서 희토류 바륨 구리 산소 rare-earth barium copper oxide (ReBCO) 고온 초전도 자석을 이용해 650시간 동안 발전 테스트를 진행했습니다. 이번 테스트에서는 성공적이었습니다. 사실 30K 이하의 극저온 상태로 자석을 유지해야 하는 문제가 있지만 개발팀은 그만한 가치가 있다고 보고 있습니다. 


  소재 기술 및 관련 기술의 발전 덕분에 풍력 발전기는 점점 커지고 있으며 앞으로 10MW급 초대형 발전기도 가능해질 수 있기 때문입니다. 물론 지름은 수백m가 넘어야 하겠지만, 현재 기술 발전을 생각하면 불가능한 것은 아닙니다. 과연 초전도 자석을 사용하는 거대 풍력 발전기가 실제로 등장할지 궁금합니다. 


 참고 


Anne Bergen et al, Design and in-field testing of the world's first ReBCO rotor for a 3.6 MW wind generator, Superconductor Science and Technology (2019). DOI: 10.1088/1361-6668/ab48d6
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