화석에너지 고갈로 인해 각국에서는 안정적인 에너지 확보에 사활을 건 이른바 에너지전쟁 및 자원전쟁 시대에 돌입하였다. 세계 곳곳에서 일어나고 있는 전쟁과 분쟁의 밑바닥에는 이른바 자원이라는 헤게모니가 자리잡고 있다. 흔히들 경제 발전을 위해서는 많은 양의 석유 및 철광석등을 비롯한 자원을 소비해야 한다고 한다. 이러한 자원들이 인류가 생존하는 한 무한대로 사용하면 좋겠지만 자원은 한정되어 있다.
한국으로 잠시 눈을 돌려보자. 한국수자원공사의 자료에 의하면 대한민국은 에너지 분야의 해외의존도가 97%로 대표적인 에너지 수입국이다. 에너지 소비량 중 석유, 석탄, 가스 등 화석연료가 전체 에너지소비량의 약 86%를 차지하고 있다.
이러한 화석연료 에너지는 이산화탄소 배출규제 및 연비규제 등 강화되는 에너지 정책에 뒤처지고 있다. 이에 각 국에서는 환경규제와 기후변화 대응에 대비하여 태양광, 풍력, 지열, 연료전지 등 다양한 대체에너지원 개발 등 다양한 신재생에너지 연구개발에 심혈을 기울이고 있다.
신재생에너지 개발이 장기적으로 바라볼 때 대안임에는 분명하다. 하지만 단기적인 관점으로 바라봤을 때에는 가장 시급한 방안은 에너지 효율 향상, 즉 에너지 절감(energy saving)을 통하여 보다 적게 화석연료를 사용하고 이산화탄소 배출을 줄이는 것이 가장 실현가능성이 높다.
모든 에너지의 최종단계는 대부분 전기에너지로 전환되어 사용되며 전기기기 및 전력변환기는 가정 및 산업용 기기에서부터 전기자동차, 신재생에너지 발전설비의 전력에너지 변환 과 동력전달 핵심부품 이다. 특히 연간 전기에너지 소비량 약 60%를 차지하는 전동기의 경우 energy saving이 가장 큰 핵심 부품이다.
이에 이러한 동향에 힘입어 에너지 세이빙의 중추적 역할을 하는 전력전자 및 에너지변환 기술을 연구하고 특히 고효율 출력밀도를 갖는 희토류자석모터 뿐 아니라 차세대 비희토류 또는 희토류 저감 모터의 제어 및 응용에 중점을 두고 다양한 연구를 펼치고 있는 신생 연구실이 있어 눈길을 끈다. 바로 원광대학교 전력전자에너지변환연구실 (책임교수 김재혁)이다.
다양한 연구과제를 통하여 에너지 분야 우수인력 양성 배출
또한 연구실에서는 다양한 연구를 통하여 자연스럽게 우수인력 양성에도 힘쓰고 있다. 일례로 ‘태양광설비유지보수 인력양성사업’을 통하여 전라북도 전략산업 전문인력양성을 통한 취업연계형 특성화과정의 지원을 받아 지역특화산업경쟁력 향상과 지역에서 일어나고 있는 일자리 미스매치 해결을 하고 있다.
연구실을 이끌고 있는 김교수는 “이 사업은 지자체로부터 연간 약 2억원을 지원받아 태양에너지(태양광, 태양열) 발전설비의 설계, 관리 및 유지보수에 특화된 전문인력 양성사업을 펼치고 있습니다. 이에 이러한 인력양성을 통하여 수요기업이 요구하는 현장중심 학부 맞춤형 트랙을 운영하여 전라북도 전략사업인 태양광산업 인력 저변 확대 및 도내 일자리 미스매칭 해결에 중추적 역할을 다할 것이다”라는 포부를 밝히고 있다.
“또한 2021년 본격적으로 열리게 될 태양광시장에 대비하여, 태양전지·모듈 등 태양광 생산기지시설이 전라북도 새만금 간척지에 건설 중에 있으며, 수용자 중심의 민간시장 확대 및 이에 따른 민간주도형 A/S 체제 구축 필요에 따라 태양광·태양열 설비의 설계, 관리 및 유지보수 인력 수요가 향후 꾸준히 증가할 것입니다”
이 사업은 취업연계형 인력양성사업으로서 졸업 후 전원이 도내 100% 취업이 목표이며 전라북도 10대 성장동력산업 클러스터 형성을 활성화하여 지역산업의 혁신체계 및 경제 파급효과를 강화하여 지역산업의 경쟁력 제고는 물론 향후 호남권 신재생에너지산업육성 기술고도화를 비롯한 전북 지역기반육성기술개발사업 발전을 이끌게 될 것이다.
또한 연구실에서는 ‘태양광 및 풍력 PCS 운용 및 유지보수 전문인력양성 사업’을 통하여 재생에너지(태양광, 풍력 등)를 이용한 분산전원 및 스마트그리드의 중요한 계통연계형 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)의 설계, 운용 및 유지보수 전문인력양성 사업을 2015년 상반기에 추진할 계획에 있다.
이밖에도 연구실에서는 김재혁교수를 필두로 하여 6명의 연구원들이 신재생에너지발전, 자동차/전기자동차, 가전기기 및 산업용 기기 분야에서 사용하는 전동기와 전력변환기에 대한 설계, 제어 및 응용에 관한 연구를 수행하고 있다.
대표적인 연구과제로는 고효율 저가형 라디에이터 팬 구동 시스템 개발, 비희토류 전동기를 적용한 전기자동차 통합 냉각모듈 팬 모터 구동시스템 개발, 상용차 용 전동식 AC compressor 구동 시스템 개발, 저전압 영구자석 전동기의 고속 운전 제어기술 개발, 상업용 및 가정용 HVAC 팬/블로워 모터드라이브 시스템개발 등 다양한 연구과제를 수행 중에 있다.
본 연구실은 PMSM FOC 제어기술, BLDCM, PMSM, SRM 센서리스 제어 기술, BLDC, SRM 토크리플 저감제어 기술, SRM 최적효율제어을 위한 스위칭 각 제어 기술, 컴팩트 드라이브 회로 설계 기술, 역율개선과 스위칭소자 저감 컨버터 토폴로지 설계 기술, 모터-드라이브-부하 연동 다이나믹 특성해석 시뮬레이션 등의 기술을 확보하여 연구결과를 바탕으로 DB제어, 전압적분법, 토크리플제어, 센서리스제어, 2상모터제어, 역률개선모터드라이브 회로 등 6건의 특허를 출원하였다. 이에 이러한 우수한 성과로 인하여 김재혁교수는 2013년부터 매년 Marquis Who’s Who 인명사전에 등재가 되었으며 IEEE Best paper award를 수상하기도 했다.
우수연구성과 바탕으로 작지만 강한 연구실로 성장할 것...
마지막으로 김교수는 연구실의 비전에 대해 언급을 하였다. “본 연구실은 2011년에 설립되어 이제 만 4년에 접어들었습니다. 배출 연구원 또한 3명밖에 되지 않은 신생연구실입니다. 그러나 최근 6건의 특허출원과 20여편의 국내외전문학술지논문게제 등 활발한 학술연구 뿐 아니라 지자체 및 다수의 관련 산업체와 산학 과제를 수행하고 있습니다. 최근 급부상하는 친환경 자동차, 고효율 가전기기, 신재생에너지 분산전원 등 보다 친환경적이고 스마트한 전력전자 및 에너지변환 기술의 중요성이 더욱 중요시되는 시점입니다. 따라서 이와관련된 전라북도 전략산업 클러스터 형성과 인력양성에 크게 일조하고 나아가 해외 유수대학연구소와 협력연구를 추진 하고자 한다”는 강한 포부를 밝히고 있다.
전자신문인터넷 미래전략팀