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한국전력 전력연구원,

HVDC 시험장을 착공하다

 

한국전력 고창전력시험센터의 500kV HVDC Double Bi-Pole  실증시험장 ⓒ김환민

 

HVDC. High Voltage Direct Current의 약자로, 우리말로는 초고압직류송전이라 부르죠. 발전소에서 생산된 교류전력(AC)을 직류(DC)로 변환한 뒤, 대량의 전류를 고압으로 수요자에게 전송하는 기술인데요. 수요지역에서는 이렇게 받은 직류 전력을 변환 시스템을 활용해 다시 교류로 변환해 사용하죠.

 

한국전력의 서제주 HVDC 변환소 모습. 육상에서 송전된 직류 전력을 이 곳에서 교류 전력으로 변환한답니다.

 

그렇다면 왜 굳이 전력을 직류로 변환해서 송전하는 걸까요?

 

우선 직류송전은 교류송전보다 중·장거리송전 시 전력손실이 적답니다. 더불어 계통의 안정성을 높이고 교류 송전방식에 비해 극저주파 전자계가 더욱 적게 발생하죠. 비상상황 시 이웃 연계망과의 조속한 순환이 가능해 블랙아웃의 위험성이 낮기도 하고요. 또한 태양광 발전, 풍력발전 등의 신재생에너지 발전원 등이 직류전원을 가지고 있기에 이런 발전원이 크게 늘어날 미래 전력망에 적합한 차세대 송전 기술로 주목받고 있답니다.

 


 

HVDC 기술은 반도체 소자의 종류와 시스템 구성 방식에 따라 전류형과 전압형으로 구분됩니다. 각 기술마다 장단점이 뚜렷한데요. 우선 전류형 HVDC는 교류를 직류로 변환시켜주는 이리스터(Thyristor) 밸브를 사용합니다. 사이리스터 밸브는 교류를 직류로, 또는 직류를 교류로 변환시켜 교류 계통에 전력을 공급하는 장치입니다. HVDC 시스템의 변환 설비 중 가장 중요한 장치인데요.

 

한국전력 진도변환소의 싸이리스터 밸브 설명 자료 

 

400MW의 용량이라면 10MW의 사이리스터 밸브를 쌓아 전압을 맞추는 방식으로 활용한답니다. 전력손실률이 1%에 불과할 정도로 낮아서 장거리 송전에 유리하죠. 하지만 사이리스터 밸브를 정류하기 위해 발전기나 동기조상기와 같은 회전기 기기가 인버터 측 계통에 필요합니다. 더불어 이 시스템은 고조파(Harmonics, 원천주파수의 배수 주파수 성분)를 발생시키기 때문에 이를 제거하기 위해 고조파 필터 역시 함께 설치해야 합니다.

 

전압형 HVDC는 이런 전류형 HVDC의 결함을 보완하기 위해 개발됐습니다. 전압형 HVDC는 스스로 턴 온(Turn on)-턴 오프(Turn off) 능력이 있는 일종의 스위칭 소자인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor) 반도체 소자를 사용합니다. 이 소자를 활용하면 대용량의 교류 전력을 직류 전력으로 고속 변환할 수 답니다. 그 덕에 실시간 양방향 송전과 정전 시 자가 기동이 가능하죠. 더불어 전체 소요면적이 전류형 HVDC보다 60% 정도 절감됩니다.

 


 

 

장거리 송전 시 전류 손실이 적다는 점 때문에 HVDC 기술에 대한 관심이 세계적으로 크답니다. 특히 전 세계에서 전기를 가장 많이 만들고 사용하는 국가인 중국에서 주목하고 있는데요. 중국은 빠른 경제성장으로 인해 전력소비가 급증하고 있지만, 수용가와 발전소 간의 거리가 2000~3000km 정도로 매우 멀리 떨어져 있어서 HVDC를 활용해 전력손실을 줄이려는 시도가 한창이랍니다.

 

중국 신장과 칭하이성 경계에 위치한 고압전선 ⓒ셔터스톡

 

북미지역 역시 HVDC를 접목하는 형태의 전력망 선진화 사업을 추진하고 있어요. 미국의 경우 2030년까지 중부내륙 지역 중심으로 총 발전량의 20% 수준(최대 350GW)의 풍력발전을 개발하여 500Kv급의 직류 선로를 통해 부하 밀집 지역에 공급하는 방안을 검토 중에 있죠.

 

유럽 지역은 HVDC 송전에 기반해 EU 국가 간의 전력망 연계가 가속화되고 있어요. 영국은 프랑스와 2GW, 네덜란드와는 1GW의 전력을 서로 주고받을 수 있죠. 스코틀랜드와 노르웨이를 잇는 1.4GW 전력선도 2019년에 건설이 시작될 예정인데요. 이처럼 외국과의 전력망 연계는 영국의 에너지 공급 안정성을 크게 높여주고 있답니다.

 


 

이렇게 세계적으로 주목받고 있는 HVDC 기술. 한국전력 역시 이와 관련된 신기술을 확보하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있는데요. 한전 전력연구원은 HVDC 설계·운용에 필요한 기술 개발 및 실증을 위한 시험장 착공식을 올해 4월 10일에 열었답니다. 시험장이 세워진 장소는 전북 고창 전력시험센터 내인데요.

 

고창전력시험센터 HVDC 케이블 시험장 착공식 ⓒ한국전력 전력연구원

 

전력연구원은 연면적 4,750m² 2층 규모의 연구동을 세우고, 내부에 제어실과 회의실, 실험시험장 등을 구축했답니다. 해당 시험장 착공 덕에 해외 시험 비용을 절감할 수 있게 됐어요. 한전 관계자는 "향후 이를 활용해 해외시장으로 지중케이블 설비 수출에 필요한 기술 역량을 마련하겠다"고 말했습니다.

 


 

기술 국산화를 통한 수입 대체 효과는 물론 우리나라의 기술이 해외시장으로 진출하는 교두보가 마련되리라 예상되는 HVDC 시험장 착공 소식! 우리나라의 선진 송전기술이 전 세계에 퍼져나가길 기원합니다.

 

 

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  • BlogIcon 안테나곰 2019.05.16 23:02 신고
    오오! 해외시장으로 진출하는 교두보가 되길 기원할께요!
  • 예비한전인 2019.05.17 00:15
    차세대 송전기술인 HVDC 는 우리나라도 가까운 미래에 북한과의 전력망 그리고 중국과 러시아까지의 전력망 까지 HVDC기술을 활용해 연계한다면 더 이상 독립된 전력망이 아닌 유럽처럼 국가간 연계가 가능해지기 때문에 우리나라의 전력수급시스템에 근본적인 변화가 올것이라 예상합니다. 그러기 위해 HVDC 기술력을 발전시켜 경쟁력 있는 글로벌 회사로 뻗어나가야 할것입니다.!
    전기사랑 기자단 화이팅!
  • 한전 지킴이 2019.05.20 12:24
    세계적인 추세와 함께 전문적인 내용의 기사를 잘 읽었습니다.
    전기사랑 기자단에서 많은 관심을 주시고 또한 이러한 신기술과 함께 도약하는 한전을 많이 응원해주시면 감사하겠습니다.

    화이팅! 전기사랑기자단