씨피이셀, 반영구적으로 사용가능한 ‘ESS’ 기술 특허

플라이휠 기법 활용으로 에너지 생산·저장 동시에 실현!

황 주 상 기자

우연이 아닌 필연적 발명

“혁신적인발명은 우연히 발견되는 경우가 많다. 하지만, 이번 ESS 기술은 우연적 사고에 의한 것이 아니라 씨피이셀의 지속적인 연구개발을 통해 이뤄낸 노력의 산물이다”

씨피이셀의유재수 대표는 이번 장치 기술의 개발이 결코 단기간에 실현된 것이 아니라는 사실을 피력했다.

이번에너지 저장 기술은 씨피이셀이 유럽과 동남아시아 등을 비롯한 세계 각국의 청정개발체제(CDM) 프로젝트에참여하던 중, 프로젝트마다 태양광 등의 현지마다 다양한 기후에너지 특성에 의해 나타나는 변수량에 대해주목하게 됐다.

이렇듯 수많은 변수들은 신재생에너지를 활용한 전력 발전 프로젝트 수행에도 상당한 차질을가져다 주게 됐다. 이에 유재수 대표를 비롯한 씨피이셀은 반 영구적 청정 전력 생산과 저장을 할 수있는 시스템을 찾게 됐다. 이윽고 유재수 대표를 비롯한 회사진은 지난1930년대에 이론이 개시됐지만 아직 완전히 개발이 확립되진 않은 ESS를 통해 반영구적전력생산과 저장을 완료할 수 있을 것이란 생각에 도달하게 됐다.

이러한생각은 곧바로 연구개발로 이어졌다. 유 대표는 “도전과제가 보이자 마자 곧바로 연구개발에 착수했지만, 이론 수립과 시뮬레이션을 거쳐 이번 특허를 따내기 까지 약 5년의연구 세월을 보내야 했다”고 말했다.

기존 에너지 법칙 한계에 부딪혀

하지만연구개발은 결코 순조롭지만은 않았다. 기존의 ESS 시스템과는전혀 다른 구조 및 원리를 구현해야 했기 때문이다.

유대표는 “과거 아폴로 우주선을 발사시킬 때 NASA는 달에서 사용할 펜을 개발하기 위해 무려 70만 달러나 들였다”며 “하지만 엉뚱하게도 달에서 사용할 펜은 연필이면 충분했다”며, 그간의 고생이 녹록치 않았음을 시사했다.

씨피이셀또한 지난, 1930년대에 이미 발표된 이론을 새롭게 정립하고 시뮬레이션을 수립했지만, 기술 시나리오를 작성하던 중 이러한 이론이 기존의 에너지 법칙에 위배될 수 있다는 사실에 주목하게 됐다. 생산과 저장이라는 상반된 개념적 한계에 부딪힌 것이다.

유대표는 “이러한 기술적 장벽에 힘이 부쳤는지 연구개발을 진행했던 연구진조차 이 기술이 완성되면, 빌게이츠도울고 갈 것이라며 조소 섞인 농담을 했을 정도였다”며 당시를 회상했다. 하지만, 이윽고 유 대표를 비롯한 씨피이셀 연구진은 생산과 저장이 가능한 무한 동력을 찾으면 가능할 것이란 판단을 내려희토류 영구자석에 관심을 가졌고 결국, 이를 이용한 관성법칙이 에너지 효율 및 보존 법칙에 적합한 구동형식 이라는 결론에 도달하게 됐으며, 5년여의 연구를 통해 특허 등록 및 데모 제품 완성 단계까지 오게됐다.

생산 및 저장이 가능한 플라이휠 구조 실현

유대표의 설명에 의하면, 플라이휠 구조는 희토 영구자석을 이용한 관성법칙의 무한구동과 구동상 높은 회전수를발전과 저장이 가능한 회전수로 전환하기 위한 저장과 생산이라는 역할을 동시에 실현할 수 있는 무한에너지 구동의 방법론적 구조이다.

기존의 ESS는 배터리를 이용해 전기를 직접 저장하는 방식과 압축 저장한 공기로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식, 그리고 플라이휠이 발하는 회전력 형태로 전기를 저장하는 시스템, 전기저항이없는 초전도 자석에 자기의 형태로 전기를 저장하는 초전도전력저장(SMES) 시스템으로 구분할 수 있다. 이중 국내 에너지 산업에서는 압축공기저장 시스템과 리튬 이온전지 실증 방식을 도입 및 활용하고 있다

이에반해 씨피이셀은 희토자석을 통한 관성법칙을 활용해 무한구동을 실현하는 방안을 강구했다. 이렇게 구현한무한구동은 발전모터의 회전율과 회전력을 조절하고 제어해 플라이휠 회전력으로 전환돼 반영구적인 저장과 생산이 가능하다.

유대표는 “이번 기술은 기후에너지 및 청정에너지를 이용한 1차 전력으로 영구희토자석을 이용한 관성법칙의물리회전을 통해 마찰이 거의 없는 76,000 이상의 분당회전수(RPM, Revolutions Per Minute) 베어링 회전축 속도를 MW급 이상을요구하는 발전터빈의 RPM 속도에 적합할 수 있도록 기어박스와 이를 제어하는 플라이휠의 회전력으로 전환해전기를 생산하는 방식”이라며. “이러한 기술을 통해 각 에너지 업체들은 단시간에 1,000kW급의 전기를 생산할 수 있을 뿐 아니라 스타트구동-기어박스-플라이휠-발전터빈-전력송출-잉여전력저장-스타트구동 순으로 이어진 구동형식을 통해 에너지의 생산과저장이 동시에 수행할 수 있을 것”이라고 설명했다.

에너지 업계에 일대 광풍 불러 올 것!

씨피이셀은이번 ESS 기술이 지구 에너지 전력의 일대 혁명이 될 것이라고 장담했다. 현재미 캘리포니아를 비롯한 전세계 건조 지역에는 수많은 와이너리 농장들은 실제 농사를 위해 엄청난 수의 디젤 발전기가 구동되고 있으며, 동남아시아 및 개발도상국 에는 아직도 전력 사정이 열악한 소비자가 다수 집중돼 있다.

유대표는 “이번 ESS 기술은 이러한 전력공급이 여의치 않은 곳에 거주하고 있는 소비자에게 많은 혜택을제공할 수 있다”며, “이번 ESS 기술은 에너지 산업계에한 차례 센세이션을 불러일으킬 것”이라고 밝혔다.

한편, 본 시스템은 현재 씨피이셀 관계 연구소가 있는 독일에서 설계를 거쳐 데모 제품을제작 중에 있다.

씨피이셀은 이번 기술제품의 실용화 출시 시기를2015년 8월경으로 예상하고 있으며, 이에앞서 데모제품 제조 시점을 확실시하고, 그동안 지속적인 구매의사를 밝히고 있던 미국의 농장 및 개발도상국연구진들을 대상으로 한 마케팅 전략을 수립 중에 있다.

유재수 대표는 “본격적인 제품 출시에 앞서 영업전력화 및 제조 라인 혁신화를 갖춰 에너지 개발 혁신의 부가가치를 높이고 에너지 빈국의 국민과 에너지가 필요한 모든 소비자들에게최적화된 구도를제공하는 한편, 나아가 지구온난화 방지를 위한 온실가스 감축, 에너지수입을 통한 외화 낭비 절감을 위해 대의적 사업을 진행할 것”이라고 전했다.

SOLAR TODAY 황주 상 기자 (st@infothe.com)

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