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1. 무선전력전송 기술
1.1. 개요
무선전력전송의 개념은 통신 신호가 아닌 에너지 자체를 무선으로 전달하는 것이다. 이는 유선전력전송 방식에 비해 전선이나 케이블 없이 전력을 전달할 수 있다는 장점을 가진다. 이러한 무선전력전송 기술은 근거리와 원거리 형태로 구분될 수 있다. 근거리 형태는 교통카드, 전동칫솔 등 일상생활에서 이미 상용화되고 있으며 전기자동차 충전에도 적용되고 있다. 원거리 형태는 일부 선진국에서 개발 중이며 향후 우주개발 등에 유용할 것으로 기대된다. 그러나 무선전력전송 시 발생하는 전자파와 전송 신호 등이 인체에 영향을 줄 수 있어 이에 대한 가이드라인이 필요한 실정이다.
1.2. 무선전력전송 방식의 구분
무선전력전송 방식은 전달 원리에 따라 크게 세 가지로 구분된다. 첫 번째는 전자기 유도방식으로 매우 짧은 거리인 수 cm 전송거리에 응용되며 송신단 코일에서 발생한 전기자장을 근접코일이 우연히 수신하는 방식이다. 두 번째는 코일 공진을 이용하여 전송거리가 수십 cm에 이르는 MIT 물리학과 교수 마린 숄랴치치가 2007년 제안한 방식이다. 이 기술은 무선전력전송 연구에 대한 투자의 촉매 역할을 했으나 저주파를 사용하기 때문에 시스템의 크기가 매우 크고 전송효율이 낮으며 전송거리가 짧다는 아쉬움이 있다. 세 번째는 마이크로파를 이용하는 방식으로 이론적으로는 거리에 관계없이 수 cm부터 수십 km까지 사용 가능하다. 하지만 수 cm의 거리에는 다른 전송방식에 비해 가격 경쟁력이 없기 때문에 원거리에서 주로 이용된다. 이 중에서 전자기 유도방식과 자기 공진 방식은 모두 근거리 전계를 이용하며 마이크로파 전송방식은 원거리 전계의 안테나를 이용한다.
1.3. 근거리 무선전력전송
근거리 무선전력전송은 교통카드, 전동칫솔 등 일부 특수 응용처에서 실용화되고 있다. 최근에는 모바일 무선기기 무선 충전 시장과 전기자동차 충전시장에서 활발한 연구가 진행 중이다.
모바일 무선기기 무선 충전 시장은 표준화를 위해 다양한 단체들이 설립되어 현재 통합이 진행되고 있다. 이 시장은 기술력보다는 소비자를 끌 수 있는 가격경쟁력의 확보와 제품 안정성 등이 과제이다.
전기자동차 충전시장은 충전의 편의성을 높이기 위해 자동차를 충전소의 특정지점에 근접시키면 충전이 되는 방식으로 발전하고 있다. 온라인 전기자동차(OLEV)는 KAIST가 중심이 되어 활발한 연구가 진행 중이며, 한국전기안전공사의 전기안전연구원도 연구의 한 축을 담당하고 있다. 온라인 전기자동차는 도로에 충전인프라를 설치하여 자동차가 주행할 때 동시에 충전이 가능하도록 하는 개념이다. 하지만 충전효율의 개선, 충전인프라 확대 등의 현실적인 문제점이 지적되고 있다.
1.4. 원거리 무선전력전송
원거리 전계 안테나를 이용하는 마이크로파 무선전력전송 기술은 실생활에 적용되기에는 추가적인 연구가 많이 필요한 실정이다. 마이크로파 무선전력전송은 일반 무선통신과 마찬가지로 안테나를 활용하지만, 무선통신은 모든 지역에서 송수신이 가능해야 하기 때문에 전방향성 안테나가 요구되는 반면 무선전력전송은 특정 방향에 전력이 집중되어야 하므로 지향성 안테나를 사용한다. 이러한 특징은 레이더 기술과 매우 유사하여 각 부품에 대해 수십 년 전부터 연구가 이루어져 왔고, 현재 원천 기술은 대부분 선진국들이 보유하고 있다고 할 수 있다. 1960년대 미국 NASA에서는 우주의 태양에너지를 무선으로 지상으로 전송하는 개념의 SPS(Sun Power Satellite)프로젝트를 시작하였고, 1987년 캐나다에서는 지상 21km 상공에 있는 무인비행기에 무선전력전송을 하여 1시간 동안 비행에 성공한 사례가 있다. 일본에서는 1991년 미국과 SPS와 유사한 SPS2000 프로그램을 시작하여 1GW급 우주태양광 발전시스템에 관한 연구가 진행 중이다. 국내에서도 한국전기연구원에서 2.4㎓를 이용하여 50m 거리에서 50.6% 효율의 무선전력전송 실험 결과를 보고하였다. 그러나 대전력을 활용하는 전기자동차 시장이나 원거리 마이크로파 무선전력전송은 해결해야 할 문제가 여러 가지 있다. 특히 전자파의 인체에 대한 영향은 무선통신의 발달과 함께 항상 제기되는 이슈이며, 사회적 합의가 필요한 문제로 접근해야 할 것이다.
1.5. 무선전력전송 적용을 위한 추가 노력
소전력의 모바일 무선기기 무선충전 시장과 달리 대전력을 활용하는 전기자동차 충전시장이나 원거리 마이크로파 무선전력전송 시스템은 해결해야 할 문제가 여러 가지이다. 그중에서도 가장 중요한 부분은 바로 전자파의 인체에 대한 영향이다.
휴대폰의 전자파 인체 영향에 대한 연구가 수십 년 간 진행되고 있지만 여전히 결론이 쉽게 내려지지 않는 이유는, 휴대폰에서 출력되는 전력량이 작고 일반 가정에 도달하는 전자계의 크기도 작기 때문이다. 하지만 전기...
