<사진. 연구팀이 개발한 마찰 발전기 네트워크 구조에 기반한 해양 에너지 수집 모드
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>
마찰 발전기 네트워크 구조에 기반한 해양 에너지 수집 모드 연구
현재 해양 에너지 개발은 풍력 혹은 태양 에너지 개발에 비해 크게 뒤떨어져 있는 상황이다. 해양 에너지의 수집(acquisition)은 몇 십 년간의 발전을 거쳤지만 주로 전자기 유도(Electromagnetic induction)에 기반한 방식을 취하고 있는 상황이다. 전자기 유도에 기반한 해양 에너지 수집은 다음과 같은 단점을 보유하고 있는 상황이다.
우선, 전자기 유도 기계(Electromagnetic induction machine)는 주로 무거운 자석과 코일로 구성되기 때문에 이런 발전 장치는 자연적으로 수체(水體) 표면에 떠 있을 수 없는 상황에 처해 있게 된다. 한 개 떠 있는 플랫폼에 의해 지탱될 경우 이런 발전 장치는 수체 표면에 떠 있을 수 있는 상황에 처해 있게 될 수 있다.
다음, 이런 코일 자석도 해수(海水)의 부식을 견디어 내기가 어렵기 때문에 코일 자석의 장기적인 사용성도 매우 큰 도전에 직면하여 있는 상황이다.
셋째, 대부분의 자석에 기반한 발전기는 물 흐름 에너지만 수집 가능할 뿐만 아니라 방향성도 비교적 단일한 상황이다. 하지만 아쉬운 점은 해양 에너지의 대부분 기계 에너지는 모두 해수 표면의 파동(波動) 에너지를 함유하고 있다는 점이다. 이런 단점은 해양 에너지 수집 장치의 에너지 효율성을 떨어뜨리게 된다.
넷째, 제조 원가가 매우 높은 자석 유도 발전기는 이런 발전 장치로 하여금 대 면적으로 해양 표면에 설치되게끔 하여 에너지 수집을 실현할 수 있도록 하기는 어려운 상황이다.
중국과학원 베이징(北京) 나노 에너지 및 시스템 연구소 왕중린(王中林) 원사(院士)가 주도하는 연구팀의 천쥔(陳俊), 양진(楊進), 리자오린(李昭林), 판씽(范興) 등 연구인원들은 최근 관련 연구를 통해 마찰 발전기(Friction generator) 네트워크 구조(network structure)에 기반한 해양 에너지(Ocean energy) 수집 모드(acquisition mode)를 개발하는데 성공하여 이슈가 되고 있다.
이미 개발된 기존의 해양 에너지 수집 장치에 비해 왕중린 원사 연구팀이 개발한 마찰 발전기 네트워크 구조에 기반한 해양 에너지 수집 모드는 다음과 같은 뚜렷한 강점을 보유하고 있다.
우선, 고분자 재료 및 극 소량의 금속 전극 재료 표면의 전하 효과에 기반한 마찰 발전기 네트워크 구조를 보유한 해양 에너지 수집 모드는 제조 원가가 저렴하고 무게가 가볍고 해수 부식에 저항하는 성능이 이상적이기 때문에 대규모 양산에 적합할 뿐만 아니라 물 흐름의 기계 성능에 대해 회수할 수 있으며 물 위에 떠 있으면서 파동 에너지 수집을 실행할 수 있다.
둘째, 연구팀이 교묘한 구조 디자인을 실행하였기 때문에 마찰 발전기 네트워크 구조에 기반한 해양 에너지 수집 모드는 강풍 및 큰 파도의 기계 에너지를 수집할 수 있을 뿐만 아니라 작은 규모의 파동 에너지에 대해서도 효과적인 수집을 실행할 수 있는 강점을 보유하고 있다.
셋째, 네트워크 구조에 대한 조절 가능성은 마찰 발전기 네트워크 구조에 기반한 해양 에너지 수집 모드로 하여금 큰 범위의 물 구역에서의 작업을 가능하게끔 하였다. 예를 들면, 해양, 호수 구역에서의 작업을 가능하게끔 하였을 뿐만 아니라 수영장, 작은 시냇물 등 작은 범위의 물 구역에서도 에너지를 수집할 수 있는 것으로 나타났다.
넷째, 수많은 마찰 발전기로 구성된 네트워크 구조는 고장 비율이 매우 낮은 것으로 나타났다. 한 개 혹은 두 개 유닛에 고장이 발생하더라도 전체 발전 네트워크의 정상적인 운행에는 큰 영향을 끼치지 못하고 있는 상황이다.
연구팀은 최근 관련 실험 및 측정 테스트를 통해 1㎢ 규모의 해양 에너지 출력 규모는 1.15MW 규모에 달한다는 결과를 도출하였으며, 대규모 발전(發電) 네트워크는 직류 혹은 준(準) 직류 수출 효과에 도달하게 될 것이라는 예측 결과를 도출하였다.
연구팀의 관련 연구 성과는 지난 2월 26일 ACS Nano 학술지 온라인 판에 발표되었다.
■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr