에너지신산업의 토대, 10대 전력기술⑤
[에너지신문] 한전은 에너지신산업의 상용화와 수출사업화를 적극 추진하고 있다. 이를 위해 한전 산하 연구기관인 전력연구원은 에너지신산업에 적용되는 10대 전력기술 개발에 주력하고 있으며, 그 성과물이 속속 모습을 드러내고 있다. 본지는 한전 전력연구원과 공동으로 10주간 10대 전력기술을 소개하는 코너를 마련했다.
①에너지저장기술 ②마이크로그리드기술 ③초전도기술 ④해상풍력기술 ⑤신송전기술(HVDC) ⑥스마트그리드기술 ⑦CO2 회수, 이용, 저장(CCUS)기술 ⑧청정화력기술 ⑨전력신소재기술 ⑩ICT융복합기술
HVDC는 교류(Alternative Current)가 아닌 직류(Direct Current)로 전력을 전송하는 개념으로 인위적인 전력제어와 낮은 손실, 적은 전자파로 인해 차세대 전력전송개념으로 각광받고 있다.
직류전송은 변환설비 가격이 비싸다는 단점이 있지만 계통을 안정화 시키고 무제한의 길이로 케이블이나 가공선로를 연결할 수 있으며 인체에 해로운 교번 전자파(Alternative Electromagnetic Wave)가 아닌 인체에 무해한 DC파(DC Wave)를 방출하기에 친환경성을 갖추고 있다.
특히 선로가 단순해 장거리나 도심에서는 엄청난 경제성을 가지고 있다.
▶한전 전력연구원, 국내 HVDC기술 선도
HVDC 시스템이 지난 1996년 제주와 해남에 건설되면서, 한전 전력연구원에서 본격적으로 HVDC 연구를 시작한 것이 우리나라에서 처음 연구를 시작한 계기가 됐다.
한전의 HVDC 기술력은 선진국대비 전류형의 경우는 100%, 전압형의 경우는 약 80% 수준인 것으로 알려졌다. 지난 2000년 한전KPS에 기술이전을 통해 HVDC 보수유지기술을 국산화했으며, 2010년에는 LS산전의 ‘전류형 HVDC시스템 설계기술 개발’에 대한 기술이전과 기술지도를 통해 국산화를 완성했다.
한전의 R&D기관인 전력연구원은 전류형 HVDC 시스템의 기술지원과 전압형 HVDC의 국산화를 위해 노력하고 있다. 서울대, 연세대, 고려대와 HVDC 기초연구를 수행하고 LS산전 및 효성중공업과 공동으로 HVDC 연구에 매진하고 있다.
HVDC는 전류형 HVDC와 전압형 HVDC로 구분할 수 있다. 전류형 HVDC는 싸이리스터 소자를 사용하고 전압형 HVDC는 IGBT를 사용하고 있다.
이러한 소자의 차이에 의해 무효전력의 소모와 변환소의 손실, 면적 및 변압기의 형태가 결정된다. 전류형 HVDC는 대용량(4GW~6GW)에서 주로 사용되고 전압형 HVDC는 중소용량에서 사용되고 있다.
▶국가간 전력연계망 ‘슈퍼그리드’ 눈 앞
우리나라는 전력망 밀도가 세계 최고이며 세계 최고 수준의 신뢰도를 가지고 있다.
이러한 오밀조밀한 전력망은 한편으로는 거대한 철탑과 전자파와 같은 환경문제를 유발하고 거대한 전력망은 전력망 제어력(AC network Controlability)에 한계를 보인다는 지적이다. 따라서 한전은 다양한 장소에 HVDC를 추가함으로써 이러한 문제를 돌파하려고 한다.
현재 국내에서 해상풍력연계와 AC계통 보강을 위해 10GW 규모의 HVDC 설비용량 증설이 검토되고 있다. 많은 과학자들이 예측하는 2030년대의 전력망은 대용량 원자력이나 화력보다는 많은 양의 소용량 풍력과 태양광, 또는 대규모 해상풍력 및 국가 간의 전력연계망으로 예측하고 있다.
즉 한국과 중국, 일본과 같이 전력망이 분리된 국가 간의 전력망 연계도 HVDC를 이용, 이용율과 예비율을 낮추고 수출입을 자유롭게 해 경제적으로 최적의 전력망 연계를 예측하고 있다.
이러한 대규모 전력망 연계는 ‘Super Grid’라는 용어로 불리고 있으며 아시아에서는 중국, 일본, 한국을 연결하는 ‘동북아 Super Grid’, 태국과 필리핀, 말레이시아를 연결하는 ‘동남아 Super Grid’가 검토되고 있다.
또한 세계적으로는 △아프리카 Super Grid △아랍 Super Grid △유럽 Super Grid △북미 Super Grid △남미 Super Grid가 검토되고 있다. 이처럼 전세계적으로 연구개발 및 사업화가 활발히 진행되고 있는 HVDC는 단순한 기술이 아니라 ‘인류의 미래’라고 부를 수 있을 것이다.