**Flywheel Energy Storage (플라이휠 에너지 저장장치)**

**Flywheel Energy Storage (플라이휠 에너지 저장장치)**는 전통적인 배터리와는 다른 방식으로 에너지를 저장하고 방출하는 기계적 에너지 저장 시스템

아래에 개요 → 구조 → 작동 원리 → 실제 사례까지 체계적으로 설명

 

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✅ 1. 개요: 플라이휠 에너지 저장이란?

**플라이휠 에너지 저장장치(FESS: Flywheel Energy Storage System)**는
전기에너지를 회전하는 운동에너지(운동량)로 변환하여 저장하는 방식입니다.

• 핵심 개념:
  전기를 이용해 무거운 원반(플라이휠)을 고속으로 회전시키고,
  필요할 때는 회전을 역으로 제동해 다시 전기를 생산하는 방식입니다.
• 전기 → 회전 에너지 → 다시 전기
  (Mechanical battery라고도 불림)

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✅ 2. 구조 (구성 요소)

![간단한 구조 예시]

플라이휠 시스템은 다음과 같은 주요 부품으로 구성됩니다:

구성 요소설명

플라이휠 (Flywheel)	무거운 원반 또는 원통 모양. 회전 에너지를 저장
모터/제너레이터	모터로 전기 → 회전, 발전기로 회전 → 전기 전환 가능
베어링 (자기부상 포함)	회전 마찰을 최소화하여 에너지 손실 방지
진공 챔버	공기 저항을 없애기 위해 플라이휠을 진공 속에 보관
컨트롤 시스템	회전 속도 제어, 전력 입출력 조절, 안전 제어

 

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✅ 3. 작동 원리 (에너지 저장 및 회수)

🔋 저장 시 (충전):

• 외부 전기가 모터를 구동 → 플라이휠을 초고속 회전시킴
• 전기 에너지가 운동 에너지로 변환됨

🔌 방출 시 (방전):

• 플라이휠의 회전을 모터를 역방향 발전기처럼 사용해서
  → 다시 전기를 생성

💡 핵심 공식:

• 저장 에너지 = (1/2) * I * ω²
  (I: 관성 모멘트, ω: 각속도)

따라서:

• 플라이휠이 무거울수록,
• 더 빨리 돌수록
  → 더 많은 에너지 저장 가능

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✅ 4. 장점과 단점

🟢 장점:

• ⚡ 초고속 반응 (ms 단위 응답속도)
• 🔁 매우 긴 수명 (수십만 회 충방전 가능)
• 🧊 온도에 영향 적음
• 🌿 화학물질 없음, 친환경적

🔴 단점:

• 💰 초기 설치 비용 높음
• 🔊 고속 회전 시 진동·소음 문제
• ⚠️ 파손 시 위험 (고속 회전체 파괴)
• ⏳ 장기 저장에는 부적합 (천천히 회전력 감소)

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✅ 5. 실제 사용 사례

① 🔋 전력 품질 개선 (UPS/주파수 조정)

• 플라이휠은 순간적인 전력 공급에 강함
• 병원, 데이터 센터, 반도체 공장 등의 UPS(무정전 전원 공급 장치)로 사용

예) Beacon Power (미국): 전력망 주파수 조정용 플라이휠 사용

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② 🚆 전철·지하철 회생 제동 시스템

• 지하철이 제동할 때 발생하는 운동 에너지를 저장 → 다시 사용

예) 런던 지하철, 도쿄 메트로에서 실험적 도입

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③ 🛰️ 우주선/위성의 자세 제어 시스템

• 위성에선 연료 없이 회전력을 이용해 방향 조절 가능
  → "모멘텀 휠" 또는 "반응 휠" 시스템

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④ 🔄 재생에너지의 간헐성 보완

• 태양광/풍력 등 출력이 불규칙한 전원과 결합
  → 순간 전력 부족 시 플라이휠로 보완

예) 인도, 아일랜드 일부 태양광 발전소에서 시범 적용

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✅ 6. 플라이휠과 배터리 비교 요약

항목플라이휠리튬이온 배터리

충방전 속도	매우 빠름	중간
수명	수십만 회	수천 회
에너지 밀도	낮음	높음
유지보수	적음	필요
장기 저장	불리	유리
친환경성	매우 높음	화학 폐기물 발생

 

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🔚 정리

• 플라이휠 에너지 저장은 초고속 반응성, 긴 수명, 친환경성을 갖춘 기계적 에너지 저장 기술입니다.
• 아직은 보조적 용도(UPS, 주파수 보정 등)에 주로 사용되지만,
  향후 재생에너지 시대에서는 전력 품질 안정화의 핵심 기술이 될 수 있습니다.