SMES(초전도 에너지 저장장치)

❓SMES(초전도 에너지 저장장치)

• 초전도 에너지 저장장치(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES)는 초전도체의 특성을 이용하여 전기에너지를 자기장 형태로 저장하는 장치
• 초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 0이 되는 물질로, 이러한 특성을 이용하면 전류가 흐를 때 에너지 손실 없이 자기장을 형성

1️⃣SMES 원리

(Super Conducting Magnetic Energy Stoage)

1.초전도 코일: SMES의 핵심 부품은 초전도 코일입니다. 이 코일에 강한 전류를 흘리면 주변에 강력한 자기장이 형성되고, 이 자기장 안에 에너지가 저장됩니다.

2.저온 유지: 초전도 상태를 유지하기 위해 극저온 환경을 만들어야 합니다. 액체 헬륨 등을 사용하여 초전도 코일의 온도를 절대영도에 가깝게 유지합니다.

3.에너지 저장 및 방출: 필요한 경우, 초전도 코일에 연결된 변환기를 통해 전력망과 연결하여 에너지를 저장하거나 방출할 수 있습니다.

1️⃣SMES 구성

• 임계온도까지 초저온상태에서 초전도화시켜 저장하여 사용하는 설비로 이론상으로는 무한대까지 저장이 가능
• 컨버터 : 교류를 직류로 변화시켜 주는 설비
• 슈퍼컨덕터 마그넷 : 전기를 저장시켜 주는 코일설비
• 냉동기 : 초전도체는 임계온도까지 저하시켜야 저항이 제로가 되기 때문에 초저온상태로 만들어 주는 냉동설비
• 제어설비 : 컨버터, 슈퍼컨덕터 마그넷, 냉동기 등을 감시, 제어 기록을 할 수 있는 설비

2️⃣종류

1.전결계통안정용SMES

• 계통에 고장이 발생한 경우, 현재는 속응여자 방식, 제동저항, 긴급조속기 제어 등을 이용하고 있으나 장래에는 초전도에너지 저장장치의 속응을 이용하여 잉여에너지를 흡수하거나 부족전력을 긴급 방출할 수 있으므로 계통의 안정도를 획기적으로 향상시킬수 있을 것이다
• 계통안정용은 일부하조정용보다 소규모로 지역별 분산형으로 배치하게 될것이다.

2.일부하조정용SMES

• 일부하의 변동에 추종발전을 위하여 중간부하용 발전소의 빈번한 기동정지와 저부하 운전으로 막대한 기동손실이 발생하고 열효율 저하는 물론 설비의 기계적 열화까지도 감수하여야 한다
• SMES는 정지형 기기로서 전력의 저장과 방출이 자유롭고 운전효율 또한 높아 전력계통의 계획 및 운영 측면에서 경제성과 신뢰성을 동시에 극대화할 수있다

3️⃣특징

• 전력품질: 전압이나 주파수의 변동억제에 의한 전력품질의 유지등에 효과
• 계통안정화:
  • 유효전력의 제어가 가능해 전력계통의 안정화에 보다 효과적으로 공헌
  • 정전류원이기 때문에 계통의 단락용량을 본질적으로 증가시키지 않음
  • 응답성, 부하 추종성 우수
• 높은 에너지 저장 효율: 운전효율이 90%이상 향상되어 이산화탄소의 저감효과
• 친환경적: 환경오염을 일으키는 폐기물발생이 없으므로 지구환경의 보전에 기여
• 높은출력밀도: 소규모 용량에서도 실용화가 가능
  • 입지선정에 제약 없음(지하화)

4️⃣SMES의 한계점

• 높은 구축비용: 고성능 초전도체의 제작 비용이 높아 상용화에 어려움
• 복잡한 기술: 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 초전도 상태를 유지하기 때문에 냉각 시스템이 필요하며, 이는 시스템의 복잡성과 비용을 증가시키는 요인
• 대규모 시스템 구축 어려움: 아직까지 대규모 시스템 구축 경험이 부족하여 기술적 어려움이 존재

5️⃣사용장소

• 전력계통 안정화: 전력 수요가 급변하는 상황에서 전력 공급의 안정성을 확보하고 주파수를 조절하는 데 활용
  • 반도체 제조, 은행, 병원, 전산센터 등의 보호용 전원으로 활용 가능
• 대규모 전력 시스템: 연속 공정을 갖고 있는 제지, 화학 및 철강 플렌트에 활용 가능
• 재생에너지 연계: 간헐적으로 발생하는 태양광, 풍력 발전 등의 에너지를 저장하여 안정적인 전력 공급을 가능하게 합니다.
• 전력품질 개선: 전압 변동, 고조파 등 전력 품질 문제 해결에 활용
• 우주선 추진: 우주선의 추진 시스템에 적용되어 효율적인 에너지 관리를 가능

❓SMES(초전도 에너지 저장장치)

• 초전도 에너지 저장장치(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES)는 초전도체의 특성을 이용하여 전기에너지를 자기장 형태로 저장하는 장치
• 초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 0이 되는 물질로, 이러한 특성을 이용하면 전류가 흐를 때 에너지 손실 없이 자기장을 형성

1️⃣SMES 원리

(Super Conducting Magnetic Energy Stoage)

1.초전도 코일: SMES의 핵심 부품은 초전도 코일입니다. 이 코일에 강한 전류를 흘리면 주변에 강력한 자기장이 형성되고, 이 자기장 안에 에너지가 저장됩니다.

2.저온 유지: 초전도 상태를 유지하기 위해 극저온 환경을 만들어야 합니다. 액체 헬륨 등을 사용하여 초전도 코일의 온도를 절대영도에 가깝게 유지합니다.

3.에너지 저장 및 방출: 필요한 경우, 초전도 코일에 연결된 변환기를 통해 전력망과 연결하여 에너지를 저장하거나 방출할 수 있습니다.

1️⃣SMES 구성

• 임계온도까지 초저온상태에서 초전도화시켜 저장하여 사용하는 설비로 이론상으로는 무한대까지 저장이 가능
• 컨버터 : 교류를 직류로 변화시켜 주는 설비
• 슈퍼컨덕터 마그넷 : 전기를 저장시켜 주는 코일설비
• 냉동기 : 초전도체는 임계온도까지 저하시켜야 저항이 제로가 되기 때문에 초저온상태로 만들어 주는 냉동설비
• 제어설비 : 컨버터, 슈퍼컨덕터 마그넷, 냉동기 등을 감시, 제어 기록을 할 수 있는 설비

2️⃣종류

1.전결계통안정용SMES

• 계통에 고장이 발생한 경우, 현재는 속응여자 방식, 제동저항, 긴급조속기 제어 등을 이용하고 있으나 장래에는 초전도에너지 저장장치의 속응을 이용하여 잉여에너지를 흡수하거나 부족전력을 긴급 방출할 수 있으므로 계통의 안정도를 획기적으로 향상시킬수 있을 것이다
• 계통안정용은 일부하조정용보다 소규모로 지역별 분산형으로 배치하게 될것이다.

2.일부하조정용SMES

• 일부하의 변동에 추종발전을 위하여 중간부하용 발전소의 빈번한 기동정지와 저부하 운전으로 막대한 기동손실이 발생하고 열효율 저하는 물론 설비의 기계적 열화까지도 감수하여야 한다
• SMES는 정지형 기기로서 전력의 저장과 방출이 자유롭고 운전효율 또한 높아 전력계통의 계획 및 운영 측면에서 경제성과 신뢰성을 동시에 극대화할 수있다

3️⃣특징

• 전력품질: 전압이나 주파수의 변동억제에 의한 전력품질의 유지등에 효과
• 계통안정화:
  • 유효전력의 제어가 가능해 전력계통의 안정화에 보다 효과적으로 공헌
  • 정전류원이기 때문에 계통의 단락용량을 본질적으로 증가시키지 않음
  • 응답성, 부하 추종성 우수
• 높은 에너지 저장 효율: 운전효율이 90%이상 향상되어 이산화탄소의 저감효과
• 친환경적: 환경오염을 일으키는 폐기물발생이 없으므로 지구환경의 보전에 기여
• 높은출력밀도: 소규모 용량에서도 실용화가 가능
  • 입지선정에 제약 없음(지하화)

4️⃣SMES의 한계점

• 높은 구축비용: 고성능 초전도체의 제작 비용이 높아 상용화에 어려움
• 복잡한 기술: 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 초전도 상태를 유지하기 때문에 냉각 시스템이 필요하며, 이는 시스템의 복잡성과 비용을 증가시키는 요인
• 대규모 시스템 구축 어려움: 아직까지 대규모 시스템 구축 경험이 부족하여 기술적 어려움이 존재

5️⃣사용장소

• 전력계통 안정화: 전력 수요가 급변하는 상황에서 전력 공급의 안정성을 확보하고 주파수를 조절하는 데 활용
  • 반도체 제조, 은행, 병원, 전산센터 등의 보호용 전원으로 활용 가능
• 대규모 전력 시스템: 연속 공정을 갖고 있는 제지, 화학 및 철강 플렌트에 활용 가능
• 재생에너지 연계: 간헐적으로 발생하는 태양광, 풍력 발전 등의 에너지를 저장하여 안정적인 전력 공급을 가능하게 합니다.
• 전력품질 개선: 전압 변동, 고조파 등 전력 품질 문제 해결에 활용
• 우주선 추진: 우주선의 추진 시스템에 적용되어 효율적인 에너지 관리를 가능