전파를 이용한 전력 전송기술
박병열
KBS 미래미디어전략국 미래미디어기획부장
정보통신기술사
Ⅲ. 해외 동향
1. 미국
무선전력전송의 개념은 미국에서 100여 년 전인 1900년대 초에 시작됐다. 1963년 최초로 마이크로파를 이용한 무선전력 전송을 성공함으로써 현대 전기문명의 아버지라 불리는 ‘니콜라 테슬라’ 박사의 평생 꿈이었던 무선 전력전송기술이 개발된 것이다. 1964년 10월에는 ‘윌리엄 브라운’ 박사가 2.45㎓ 마이크로파로 전력을 공급해 헬리콥터를 비행하게 하는데 성공한 바 있으며, ‘스카이세트 커뮤니케이션’사가 20㎞상공에서 37m 길이의 무선전력 수전용 날개판으로 6개월간 자유비행에 성공했다고 한다.
이러한 연구들은 1979년 미국 항공우주국(NASA)과 에너지부의 ‘우주태양광발전소(Solar Power Satellite)’ 프로젝트로 이어졌다. 이 프로젝트는 정지궤도에 무게 약 5만 톤, 넓이 105㎢의 태양전지 패널을 설치하고 전기를 생산한 다음 2.45㎓ 마이크로파로 변환한 후 지름 약 1㎞의 송전 안테나를 사용하여 지상으로 전력을 전송하겠다는 대규모 사업이었다. 이 계획은 무려 원자력 발전소 5기에 해당하는 5GW의 전력을 얻겠다는 목표였으나 투자 대비 경제성이 떨어진다는 이유로 1980년대 초 연구가 보류됐다. 향후계획으로 NASA에서 썬 타워(Sun Tower) 프로젝트로 12,000㎞ 상공에서 200∼400㎿를 공급하는 것과 보다 높은 위치에서 5GW급의 전력을 보낼 수 있는 솔라디스크(Solar Disk)를 보내려는 우주발전 프로젝트를 20년 내에 실용화 하겠다는 기술개발 계획을 1997년 보고한 바 있다.
그런가 하면, 2007년에는 MIT 공대에서 자기공명기술을 이용해서 근거리 특정지역에 지향성으로 전력을 무선으로 전송하는 기술을 개발하였다. 이 기술을 미국의 벤처기업인 WiTricity에서 상용화하여 ‘TED Global 2009’에서 시연하였다. 이 시연회에서 DVD 플레이어와 무선으로 연결된 모니터가 무선전원공급을 통해 작동되는 모습을 보였다.
2. 일본
일본도 1980년대 이후 무선전력전송기술 분야에 대한 연구를 활발히 진행해왔다. 1983년과 1993년 두 차례에 걸쳐 지상 50㎞ 높이의 전리층에서 로켓과 마이크로파를 이용해 전력전송 실험에 성공했다. 1995년에는 40m고도에 50㎾의 전력을 송전하는 ETHER(Energy Transmission to a High Altitude Long Endurance Airship Experiment) 계획의 실험을 마쳤다고 발표한 바 있다.
그 외에도, 일본은 미국의 썬 타워와 같은 개념의 300㎾급의 상용화 ‘SPS(Space Power Satellite)-2000′ 프로젝트를 추진 중이며, 2040년경에 1GW급 상업용 우주태양광발전소 건설계획을 잡아놓고 있다. 이를 위해 2015∼2020년경에 10∼100MW급 전력 위성을 발사할 예정이라고 밝힌 바 있다.
3. 유럽
이밖에 유럽연합 등에서도 무선전력전송기술이 활발하게 연구개발 중에 있는 것으로 알려졌다.
Ⅳ. 무선전력전송기술의 발전방향
근래 관심을 끄는 무선전력전송기술 중 하나가, 인공위성을 이용하여 우주에서 태양광을 그대로 받아 저렴한 비용으로 발전한 후 지구로 송전하는 우주태양광발전(Space Solar Power) 기술이다. 대체에너지로서 가장 주목을 많이 받고 있는 태양에너지를 이용하여 우주공간에서 발전하고 무선전력전송기술을 이용하여 손실이 적은 상태로 안정적이고 효율적으로 전송하여 사용할 수 있다면 그야말로 엄청난 그린에너지 혁명이 일어날 것이다.
우주태양광발전시스템은 태양광발전기술과 무선전력전송기술이 합해진 개념이라 할 수 있다. 우주공간에 설치된 태양전지판에 의해 생성된 전력을 무선전파로 변환하여 지구로 전송하고, 지구에서는 무선전파를 수신하여 다시 전력으로 변환하여 이용하는 기술이다. 이 기술은 1968년 미국의 Peter Glaser 박사가 제안한 이래 세계 각국에서 꾸준히 연구되고 있다. 특히, 일본과 미국이 사활을 걸고 추진하고 있는 프로젝트가
그럼에도 불구하고 요즘과 같이 환경오염이 심각하게 대두되고 있는 상황에서 무한한 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전파를 이용하여 전력을 공급 받을 수 있는 우주태양광발전과 무선전력전송기술은 청정전력의 생산 및 공급을 위하여 새롭게 시도되고 있는 대체에너지의 공급수단으로 주목받고 있으며 매우 중요한 의미를 갖고 있다. 우주태양광발전은 차치하고 지상에서의 무선전력전송기술 실용화만으로도 우리 생활은 놀랍도록 편리할 것이다. 전선으로 전력을 공급하기 어려운 낙도나 오지에 무선으로 전력을 공급할 수 있게 되고, 구조 현장이나 조난을 당했을 때와 같이 긴급히 전력을 공급 받아야 하는 상황에서도 매우 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다. 그밖에 캠핑, 낚시, 등산과 같은 레저용으로도 사용이 가능하다. 특히, 요즘 전기자동차에 대한 사회적인 관심이 높아지고 있지만 자주 충전을 해야 하고, 운행 중 충전을 위한 충전소가 곳곳에 신설되어야하는 점은 정책을 펴는 정부나 자동차산업체는 물론 사용자에게도 커다란 불편과 보급 확산의 걸림돌이 되고 있다. 무선전력전송기술이 이러한 부담을 덜어줄 수 있는 해법이 될 것이다. 대부분의 에너지를 수입에 의존하고 있는 우리나라도 미래를 위해 장기적으로 무선전력전송기술과 태양광발전기술에 투자를 하여 획기적인 연구 성과를 이룬다면 머지않아 에너지 수출국가로 우뚝 설 수도 있지 않을까 기대한다.
[참고문헌]
[1] 무선전력 전송기술, 조덕창(중앙전파관리소 기술과장), 전파 제104호, 2002년 1·2월호.
[2] 에너지 문제의 해결사가 될 것인가? – 무선전력전송 기술, KISTI 과학향기
[3] 무선저력전송기술의 상용화 아직 멀다, KISTI『글로벌동향브리핑(GTB)』, 2009.
[4] 소니의 무선 전력 전송 기술, kkendd, 2009.
[5] 무선 전력 전송기술, 마게리 코너(Margery Conner) 기자, EDN Asia, 2007.
