이번 글은 초전도 기술에 대해서 알아보고 그것이 전력분야에서 어떻게 응용이 되는지에 대해서 발송배전기술사 문제로서 접근해보고자 한다~
| [문제03] 초전도 기술의 특징을 설명하고 전력분야 응용에 관하여 논하라. 1. 초전도현상의 특징 1-1. 전기적 저항이 영으로 된다. 어떤 임계온도 이하에서는 전기저항이 완전히 영으로 된다. 따라서 저항이 없기 때문에 전류를 흘려도 열이 발생하지 않으므로 대전류를 흘려 강자장을 발생시킬수 있다. 1-2. Meissner효과 보통의 금속은 자장중에 놓으면 재료의 내부에 자력선이 통과하게 된다. 그러나 초전도 상태에서 임계자장 이하인 경우에는 재료의 내부에 자력선이 침투하지 못하는 반자성체의 성질을 가진다. 1-3. 전류밀도 및 자계밀도의 임계치가 존재한다. 전기저항이 ZERO가 되고 자력선이 초전도체를 침투하지 못하는 상태에서 고유의 임계온도이외에 전류밀도와 자계밀도에도 임계치를 가진다. 즉 어느이상의 임계치를 벋어나면 초전도 성질이 깨진다. 2. 기기별 전력분야의 적용 및 특징 2-1. 초전도 변압기 전력기기중에서도 변압기는 정지기이며 철심에 인가되는 자장이 비교적 낮아 초전도화가 용이한 것으로 알려 지고 있다. - 변압기의 효율향상은 0.15-2%정도로 평가되고 있다. 이것은 현재의 변압기 자체가 97 ～ 99.5%정도의 효율을 시현하고 있기 때문이다. - 손실은 종래기기의 35 ～ 50% 정도로서 용량이 클수록 손실이 줄어드는 경향으로 나타나고 있다. - 웨스팅하우스사의 개념설계에 의하면 36%정도 가벼워 진다. - 변압기는 초전도 시스템과 일반시스템의 연결시스템으로서 중요한 위치를 갖는다. 2-2. 초전도 케이블 초전도 케이블은 단거리 구간(발전기와 변압기간 모선등)에 적용할수 있는 정도는 완성되고 되었으나 장거리 계통의 운용은 아직 미흡한 상태이다. 이는 가공이 용이하고 균일한 물성을 지닌 장거리의 초전도 선재에 대한 개발이 아직 부족한 상태이기 때문이다. - 종래의 케이블에 비해 대전류를 흘릴수 있을 뿐만 아니라 대전류를 흘리는 경우에도 손실이 극히 작다. - 종래의 케이블은 주로 전압을 증가시키는 것으로 송전용량을 증가 시켰으나 초전도 케이블은 대전류를 흘리는 것이 가능하기 때문에 종래보다도 저전압으로 동일용량을 시현하는 것이 가능하다. 전압별 이론적인 최저손실전압을 계산한 결과 66kV가 최적이고 작용인덕턴스가 1/3로 감소되어 전류를 약 10배이상 증가 시킬수있다. - 계통의 전압계급을 단일화 할수 있어 도심부의 변전소를 생략할 수 있고 절연레벨의 저하에 따라 송변전기기의 콤팩트화, 저COST화가 가능하다. - 저전압화에 의한 케이블의 충전전류가 크게 감소하기 때문에 보상용 리액터의 경감과 충전용량에 의한 장경간화의 억제 효과를 극복할수 있다. - SURGE FREE, 절연열화속도 저감, 선로점유율 축소,전압안정성의 향상 ,운전기술의 단순화 ,순시전압저하의 예방등 많은 장점을 가지고 있다. 2-3. 기타 초전도 기기 - 초전도 발전기는 발전효율의 향상과 함께 고자속밀도의 설계가 가능하고 기존의 발전기보다 대용량화가 가능하다. 또한 동기리액턴스가 작고,한계송전전력을 증가할 뿐아니라 진상 및 지상영역의 출력이 확대 가능하다. - 초전도 에너지 저장장치는 저장효율이 높고 유효전력과 무효전력의 독립제어가 가능하고 저손실에 의한 송전이 가능하다. 또한 응답속도가 빨라 순시전압의 저하대책에도 유효하다. - 초전도한류기는 사고시에만 전류를 억제하고 평상시에는 리액턴스가 작아 계통안정도에는 영향을 미치지 않는다. 3. 초전도 전력응용기술의 효과 3-1. 에너지 절약 현재 사용하고 있는 발전기,변압기,송전선에서 이론적으로 약 7%정도의 손실을 줄이는 것이 가능하고 초전도 냉각설비의 냉각손실을 고려하여도 약 3.5% 정도의 총합에너지 절약이 가능하다. 3-2. 자원절감 동일용량으로 중량,크기등이 현재의 기기에 비하여 1/2로 제작하는 것이 가능하여 자원 및 제작비용의 절감이 예상된다. 3-3. 고에너지 고밀도화 현재와 동일한 크기의 시스템에서 2배정도의 용량증대가 가능하므로 고에너지, 고밀도화가 가능하여 scale Merit가 기대된다. 3-4. 고성능화,고신뢰화 장거리 송전선에서 안정도 극한전력이 1.5배정도 향상되고,도심부에서 계통의 전압단계를 생략하여 송배전이 가능하므로 설비의 고신뢰화가 가능하다. 4. 향후전망 현재까지 일반 상도체에 의한 각종 전력용 기기의 제작기술은 이미 한계상황에 이르고 있다 할 수 있다. 이는 기기 자체의 효율면에서나 제작비용면에서 더이상 발전될수가 없다는 것이다. 따라서 초전도 기술은 계통운영의 한계극복은 물론 기기제작업체의 비용절감, 국가적 차원의 자원절약이라는 측면에서 매우 중요한 기술로, 우리나라에서도 적극적인 개발을 추진하여야 할 것이다. |
본 글은 신들의 정원 – 강화풀밭농원 (최진만 기술사)에게서 가져왔음을 알린다.
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