• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.93.1-93.1
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• 2012

세라믹 고온초전도체는 에너지 저장장치의 핵심소재로 사용된다. 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(Superconductor flywheel energy storage system)는 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하여 저장하는 친환경, 고효율 에너지 저장장치이다. 에너지를 최소화하는데 사용되는 초전도 베어링은 고온초전도체와 영구자석으로 구성된다. 베어링에는 희토류계 초전도 물질(RE-Ba-Cu-O, RE:Rare-earth elements)가 사용된다. 베어링의 효율은 영구자석의 자력크기, 초전도체의 자기부상력과 포획자력에 비례한다. 에너지 저장효율을 높이려면 고온 초전도체의 임계전류밀도(초전도체 내부에 흘릴 수 있는 전기량)를 높이고, 초전도 결정립의 크기를 키워야 한다. 결정크기를 키우는 공정으로 종자결정성장법(Seed growth process)이 사용된다. 초전도체 제조공정은 분말의 성형, incongruent melting을 포함하는 부분 용융, 액상에서의 입성장, 포정반응을 통한 초전도 결정의 성장과정을 포함한다. 본 발표에서는 초전도 에너지 저장장치의 기본 원리, 초전도 베어링의 구성, 베어링용 초전도체의 제조방법과 특성(자기부상력과 포획자력) 평가기술, 차세대 에너지 저장장치로서의 초전도 플라이휠 에너지 저장장치의 전망에 대해 요약하였다.

• Superconductivity and Cryogenics
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• v.1 no.2
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• pp.38-48
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• 1999

용융공정으로 제조한 YBCO 고온 초전도체는 임계전류밀도가 높기 때문에 외부자장을 강력하게 반발한다. 영구자석과 YBCO 초전도체간의 부상력을 이용하면 무접촉으로 회전할 수 있는 베어링을 제작할 수 있다 고온 초전도체 무접촉 베어링은 고에너지 효율의 플라이휠 에너지 저장장치에 활용된다. 초전도 베어링은 전자석을 이용한 자기 베어링에 비해, 위치 제어 시스템 없이 중량물을 공중에 띄워 회전시킬 수 있는 장점이 있다. 플라이휠 에너지 저장장치는 무공해의 환경 친화적인 기술로, 용량과 규모, 에너지 입출력 양과 시간을 조절하기 쉽다. 또한, 장소설정에 제한이 없으므로 에너지를 필요로 하는 장소에 자유롭게 설치할 수 있고, 에너지밀도가 다른 저장시스템에 비해 상대적으로 높다. 현재 선진 각국에서는 에너지의 효율적 저장 및 활용을 위해 고온 초전도체 베어링을 이용한 플라이휠 에너지 저장장치를 국가적 중점 사업으로 개발 중이며 2000년 초에 실용화될 전망이다. 본 논문에서는 고온 초전도체의 자기 부상력, 플라이흴 에너지 저장장치의 개념설계 및 개발동향에 대해 요약하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.07a
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• pp.707-708
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• 2008

본 논문에서는 초전도 플라이휠 에너지 저장장치 (Superconductor Flywheel Energy Storage System : SFES)의 에너지 변환을 위해 사용된 영구 자석형 전동 발전기(Permanent Magnet Synchronous Motor/Generator : PMSM/G)가 SFES의 에너지 저장효율에 미치는 영향을 평가하였다. SFES 시스템은 YBCO 벌크 초전도체를 이용한 저어널 타입(journal type)의 초전도 베어링을 사용하였으며, 슬롯리스 형 PMSM/G를 사용하였다. PMSM/G의 고정자 코어, 누설 자속 및 감겨진 코일에 의한 저장 에너지 손실을 측정하였다. 사용된 코어의 크기, 누설자속, 및 코일의 적절한 선정을 통하여 저장된 에너지의 손실을 상당히 줄일 수 있음을 확인하였다. 또한 영구자석과 코어가 동시에 회전하는 회전 코어형 전동발전기를 적용하여 에너지 손실을 매우 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.1257-1258
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• 2007

본 논문에서는 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에 저장된 에너지의 손실을 평가하였다. 초전도 베어링은 저어널 타입이며 수직축형태로 플라이휠 시스템을 구성하였다. 초전도 플라이휠에 사용하는 전동발전기의 회전자를 영구자석을 사용하는 경우 코어의 사이즈 및 체적 변화에 따른 회전 손실과 진공에 따른 풍손이 회전손실에 미치는 영향을 평가 하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.20 no.3
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• pp.185-190
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• 2011

This paper describes design, fabrication, and evaluation of the conduction cooled high temperature superconducting (HTS) magnet for superconducting magnetic energy storage (SMES). The HTS magnet is composed of twenty-two of double pancake coils made of 4-ply conductors that stacked two Bi-2223 multi-filamentary tapes with the reinforced brass tape. Each double pancake coil consists of two solenoid coils with an inner diameter of 500 mm, an outer diameter of 691 mm, and a height of 10 mm. The aluminum plates of 3 mm thickness were arranged between double pancake coils for the cooling of the heat due to the power dissipation in the coil. The magnet was cooled down to 5.6 K with two stage Gifford McMahon (GM) cryocoolers. The maximum temperature at the HTS magnet in discharging mode rose as the charging current increased. 1 MJ of magnetic energy was successfully stored in the HTS magnet when the charging current reached 360A without quench. In this paper, thermal and electromagnetic behaviors on the conduction cooled HTS magnet for SMES are presented and these results will be utilized in the optimal design and the stability evaluation for conduction cooled HTS magnets.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.9 no.3
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• pp.310-319
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• 1996

본 연구에서는 초전도의 전반적인 시장규모, 에너지 분야에서의 고온 초전도 연구 진척 내용, 마지막으로 저온 초전도체의 기술현황을 토대로 저온을 고온 초전도체로 대체 시 이에 따른 대체 효과를 비교 분석하고자 하였다. 하지만 고온 초전도체에 관한 기술적 문제가 아직 많은 문제로 제기되고 있어 정확한 기술적 판단에는 아직 상당히 미흡하다고 여겨진다. 또한 초전도를 이용한 에너지 응용범위가 너무 광범위하여 본고에서는 대표적 응용분야 몇 가지만 소개하고자 한다. 참고로 4K와 77K의 차이점을 평가할 때의 기준은 자기장과는 무관하게 임계전류밀도를 77K에서 $10-^5$$cm^2$으로 가정 실시한 것이다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1997.10a
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• pp.167-172
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• 1997

초전도체를 기계요소중 하나인 베어링에 응용하기 위한 연구는 임계온도가 액체질소의 비등점(77K)보다 높은 산화물 고온 초전도체가 발견된 이후 시작되었으며, 특히 최근에는 $10^4A/cm^2$이상의 임계전류밀도를 갖는 덩어리형 고온 초전도체가 용융공정을 통해 개발되어, 큰 부하지지력을 갖고 10$^{-8}$ 이하의 마찰계수를 갖는 초전도 마그네틱 베어링으로서 플라이휠 같은 에너지 저장장치에 적용시키는 연구가 국내외적으로 진행되고 있다. 고온 초전도체를 사용한 반발식 수동형 미그네틱 베어링은 Meissner effect뿐 아니라 Fluxpinning effect에 의해 자체적으로 외란에 대한 위치안정성을 가지며, 히스테리시스 손실에 의한 에너지 소산을 통해 외란에 대해 강한 감쇠능력을 가진다는 장점을 가지고 있으며, 대중량을 지지할 수 있다. 이러한 초전도체의 특성에 관한 정량적 수치해석은 초전도 베어링의 설계에 필수적이나 아직 국내에서는 그러한 시도가 없었다. 이러한 여건을 고려하여 본 연구에서는 초전도체와 자석간의 부상력 변화를 2차원 Slab모델로 수치해석하여 히스테리시스라는 주요한 특성을 고찰하고자 한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2012.11a
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• pp.251-252
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• 2012

ITER(국제핵융합실험로) 제어시스템은 중앙제어와 Plant System으로 구성되며 CODAC, Central Interlock, Central Safety System으로 구분된다. 초전도자석에 전류를 공급하는 AC/DC 컨버터 시스템은 2상한, 4상한 구조의 전원 장치, 초기 플라즈마 발생에 필요한 Switching Network Unit, 코일에 저장된 에너지의 급속 방전을 위한 Fast Discharge Unit 및 무효 전력 보상장치로 구성된다. 4상한 전원장치는 1, 2, 4, 6대의 전원 장치가 직렬 접속되어 무효전력 발생이 최소로 하도록 제어된다. 대용량의 무효전력이 급격히 변화는 환경에서 계통 전압을 유지하기위해 무효전력보상장치는 각 전원 장치가 예측한 무효전력 값을 이용하여 제어한다. 본 논문은 ITER 전원 장치를 운전하기 위한 제어시스템의 개요와 예비설계 결과이다.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.19 no.4
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• pp.328-332
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• 2007

A superconducting magnetic energy storage (SMES) system has shorter response time and longer life time, and is more economical, and environment-friendly than other uninterruptible power supply (UPS). A conduction cooling system is well answer for the high temperature superconductor (HTS) SMES system. Because the conduction cooling system is simple, light and small structure. The purpose of this paper is to design and verify the effective conduction cooling system for the HTS SMES system. The analysis of heat loads in cryostat is performed. Thermal shield heat loads, temperatures of HTS coil surface and conduction Cu plate are estimated and measured.