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서저차도 직류 아일랜드 구상도 ⓒ전력연구원 홈페이지 보도자료

 

지난 8 19, 한국전력연구원은 LS 산전과 함께 서거차도 저압 직류배전망 구축 및 운영 실증사업을 완료했어요. 전남 진도군 서거차도가 발전원과 배전망 모두 100% 직류를 사용하는 세계 최대의 직류 아일랜드(DC Island)가 된 건데요! 그 덕에 도서지역의 고질적인 문제인 전력난이 해소되었어요.

 

서거차도는 기존의 디젤발전기 대신 200Kw급 태양광 발전기, 100Kw급 풍력 발전기, 1.5MWh급 에너지저장장치 등의 신재생에너지 전원으로 전력을 공급하죠. 그리고 이 신재생에너지 전원은 우리가 흔히 사용하는 교류 대신 직류 전기를 생산하고 저장해요. 

 

 

ⓒ클립아트

 

모두들 아시다시피 직류(DC)는 일정하게 한 방향으로 흐르는 전류죠. 시간에 따라 전류 크기와 방향이 주기적으로 변하는 교류(AC)에 비해 안정적이고 효율적이에요. 하지만 직류는 변압이 어렵고 설치비용이 비싸서 외면을 받았어요. 하지만 최근 직류 변압에 꼭 필요한 전력반도체 기술의 발달로 가격 경쟁력이 높아졌죠. 이에 따라 직류는 가전제품, 송전 등에 널리 활용되고 있어요.  

 

그렇다면 이 전력반도체란 대체 무엇일까요?

 

 


 

전력반도체에 대해 알아보기 전에 반도체란 무엇인가에 대해 알아보겠습니다. 반도체(Semiconductor)란 도체와 절연체의 중간 정도 전기 전도성을 가진 물질입니다. 말이 어렵죠? 간단히 말해서 전기가 잘 통하는 도체도 아니고, 전기가 전혀 통하지 않는 부도체도 아닌 물질이란 뜻입니다. 이 반도체는 낮은 온도에서는 전기가 잘 통하지 않으나 온도가 높아짐에 따라 전기가 잘 통한다는 특성을 가지고 있습니다.

 

 

ⓒ클립아트

 

이렇게 온도라는 외부 자극을 이용해 전기 흐름을 조절할 수 있는 반도체의 기능을 스위치 기능이라 부르는데요. 스위치 기능 덕에 컴퓨터가 알아들을 수 있는 유일한 언어인 이진수를 구사할 수 있답니다. 반도체에 전기가 흐르면 1, 전기가 흐르지 않으면 0을 표현할 수 있는 거죠. 

 

반도체의 상용화는 인류에게 새로운 문명을 선사했습니다. 반도체 덕분에 전기의 물리적인 힘을 이용할 수 있게 됐고, 전자에 정보를 담아서 전달하고 저장할 수도 있게 됐죠. 우리 주변에서 볼 수 있는 모든 전자기기에는 이 반도체가 반드시 필요하답니다. 따라서 반도체는 전자산업의 쌀이라는 별명을 가지고도 있어요.

 

오늘날 반도체는 다양한 방향으로 꾸준히 진화하고 있어요. 기계학습용 비메모리 반도체와 뉴로모픽용 비메모리 반도체 등 인공지능용 반도체도 탄생했고요. 전도성이 더 우수하고 얇은 소재인 그래핀 반도체 등도 연구되고 있죠. 이처럼 반도체가 없다면 4차 산업혁명의 주요 기술인 로봇과 인공지능, 3D프린터 등도 존재할 수 없답니다.

 

 

ⓒ클립아트

 

 

전력반도체(Power Semiconductor)는 이런 반도체의 여러 종류 중 하나예요. 파워반도체 라고도 불리는 전력반도체 전력 전자 시스템의 전류 흐름을 조절하는 장치입니다. 전류 온, 오프 스위치 역할을 수행한다 생각하시면 되는데요. 직류와 교류를 변환하고, 전압과 주파수 변화 등의 제어 처리도 담당한답니다.

 

우리가 흔히 알고 있는 반도체는 메모리 반도체(DRAM)예. 삼성이 글로벌 시장점유율 1위를 차지하고 있는 제품이기도 하죠. 이런 메모리 반도체는 디지털 신호로 정보를 저장하는 역할을 하는데요. 신체로 비유하자면 두뇌에 비유할 수 있습니다. 반면 전력반도체는 높은 전압과 큰 전류를 제어하는 역할을 해요. 신체로 비유하자면 근육에 해당된답니다.

 

 

전기자동차 ⓒ클립아트

 

전력반도체의 역할에 대해 아직 감이 잡히지 않으신다고요? 전기자동차를 예로 들어볼게요. 전기자동차의 바퀴를 굴리는 모터 3상 교류 전압을 사용합니다. 그런데 전기차의 배터리는 직류로 전력을 공급하죠. 이때 모터와 배터리 사이에 전력반도체를 사용한 인버터가 있어야만 직류를 교류로 변환해 공급할 수 있답니다.

 


 

야노 경제연구소(Yano Research Institute)에 따르면 전력반도체 세계시장 규모는 20182067500만 달러(23 4,661억 원)에서 2021년에는 249 1,800만 달러( 28 2,819) 20.52%가량 성장하리라 전망되는데요. 그만큼 전력반도체에 대한 수요가 증가하고 있으며 관련 연구도 활발하게 이뤄지고 있답니다.

 

앞으로 전기자동차나 신재생 에너지 등 고전압 응용분야에서 수요가 꾸준히 증가할 것으로 전망되는 전력반도체. 한국전력연구원 역시 신재생에너지 사업 혁신을 위해 화합물 전력반도체 기술을 확보하기 위해 노력 중이랍니다. 전력반도체가 우리 삶을 어떻게 바꿔나갈지 정말 궁금하네요!

 

 

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