고밀도 에너지 저장용 하이브리드 플라이휠 로터/허브의 설계 및 제작

Abstract

플라이휠 에너지 저장시스템은 잉여의 전력을 이용하여 로터를 회전시키고 이때 발생된 관성에너지를 저장하고 필요시 저장된 기계적 에너지를 다시 전기에너지로 전환하여 사용하는 장치이다. 플라이휠 시스템의 구성은 마그네틱 베어링과 같은 비접촉,저마찰 방식의 베어링,회전 시 발생하는 관성에너지를 저장하는 플라이휠 회전체부, 이를 구동하기 위한 모터와 발전기 마지막으로 진공상태를 유지하기 위한 하우징 이렇게 크게 4 가지 주요 부분으로 구성되어 진다. 이중, 가장 중요한 역할을 하는 플라이휠 회전체부는 로터, 허브 그리고 축으로 구성되어 있으며, 로터는 에너지 저장밀도를 높이기 위해서 비강도와 비강성이 우수한 복합재료를 사용한다. 하지만, 반경방향의 취약한 강도로 인해 고속 회전시 층간 분리현상을 유발할 수 있기에 이를 방지 하기 위한 허브의 설계가 중요한 인자로 적용되며, 동시에 공진으로 인한 파괴를 방지하기 위해 동역학적 요소도 고려되어야 한다. 본 연구에서는 복합재 로터 설계시 요구되는 인자들과 이로 인한 영향에 대해 설명을 하며, 실제로 10kWh 급 복합재 로터를 설계 및 제작과 이를 위한 스플릿 허브와 도브테일 허브의 설계 및 제작 통해 100kWh 급 대용량 플라이휠 로터와 허브의 개발 가능성을 보였다.