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PCB  회로와 다양한 반도체들  ⓒ pixbay

 

여러분들은 반도체 하면 어떤 것이 떠오르시나요? 컴퓨터나 노트북에 들어가 있는 메모리를 생각하시는 분들도 있을 것이고, 냉장고나 전자레인지 같은 가전제품 안에 들어가 있는 내부 부품을 떠올리시는 분들도 있을 것으로 생각합니다. 이렇듯 반도체는 우리 주변의 전자기기 및 각종 기계 안에서 쉽게 찾을 수 있답니다. 그렇다면 반도체(Semiconductor)란 무슨 물체이고, 기계 안에서 무슨 역할을 하는 것일까요?

 

반도체란 어떤 물체일까?? ⓒ 정홍진 제작

 

반도체는 ‘반’과 ‘도체’라는 두 개의 단어가 합쳐져서 만들어진 합성어입니다. 이 중 ‘반’이라는 단어는 절반을 의미하는데요, 치킨의 종류 중 양념 반 프라이드 반 할 때의 반과 똑같은 의미이죠! 그렇다면 ‘도체’라는 의미는 무엇일까요? 도체란, 구리처럼 전기가 상당히 잘 통하는 물체를 부르는 용어랍니다. 즉, 반도체란 절반만 도체인 물체, 이것을 조금 더 풀어쓰자면, 어떨 때는 전기가 잘 흐르고 어떨 때는 전기가 잘 흐르지 않는 물체랍니다.

 

반도체는 온도에 따라서 전기의 흐름을 조정할 수 있는데요, 이를 활용하여 컴퓨터의 언어인 2진수를 구사하거나, 전자에 정보를 넣어 다른 곳으로 전달할 수도 있답니다. 이에 많은 기계가 반도체를 활용하는 것이랍니다.

 

그런데 전기를 공급하는 송전선로에도 이러한 반도체를 이용한다는 것을 알고 계시나요? 오늘 이 시간에는 반도체를 활용하여 전기의 손실을 줄이는 FACTS 기술에 대해 알아보려고 합니다!

 

 

FACTS(Flexible AC Transmission System)이란?

 

FACTS 기술이란 전력용 반도체를 이용해서 전력을 수송하는 설비들의 기능을 고도화하고 설비 이용률을 극대화함으로써 전력 손실을 최소화하는 신전력 시스템을 의미합니다. 전력 손실을 줄인다면, 1개의 전선을 통해 흐르는 전기의 양이 늘어나므로 설비비가 감소하며, 보다 신뢰성이 높은 송전이 가능하다는 장점이 있답니다. 이에 많은 국가가 FACTS 기술에 주목하고 있는데요, 그렇다면 FACTS 기술은 어떻게 전력 손실을 줄일 수 있는 것일까요?

 

 

FACTS 기술의 종류 ① : 송전선로의 리액턴스를 줄이는 TCSC

 

TCSC의 원리 ⓒ 정홍진 제작

 

TCSC(Thyristor Controlled Series Capacitor)는 우리나라 말로 풀어쓰면 반도체제어 직렬 콘덴서입니다. 선로에는 전기의 흐름을 방해하여 송전손실을 일으키는 리액턴스가 존재하는데요, 선로에서의 대부분의 리액턴스는 코일 성분이라고 생각하시면 됩니다. 이때 콘덴서를 직렬 선로에 삽입하면 코일과 콘덴서는 서로 상성 되기 때문에 콘덴서가 코일의 값을 감소시키게 되며, 이에 전체 선로 리액턴스 역시 감소가 된답니다. 이렇듯 선로의 리액턴스가 감소되면, 송전효율이 증가하므로 더욱 안정적인 전력 공급이 가능해지겠죠?

 

이때 콘덴서의 값을 직접 조정하게 되면 과전압이 인가될 우려가 있으므로, 콘덴서와 병렬로 사이리스터라는 반도체와 코일을 혼합한 TCR(Thyristor Controlled Reactor)을 연결하여 콘덴서의 전압을 제어한답니다.

 

 

FACTS 기술의 종류 ②: 송전선로의 무효전력을 제어하는 STATCOM

 

STATCOM의 원리 ⓒ 정홍진 제작

 

우리가 일반적으로 소비하는 전력은 와트(W) 단위의 유효전력입니다. 그러나 송전선로에는 우리가 사용하는 유효전력 외에도 콘덴서나 코일에 축적되었다가 방출되는 무효전력도 존재한답니다. 이러한 무효전력은 송전손실의 원인이 되기에 최소화해야 하는데요, STATCOM은 반도체 소자를 이용하여 이러한 무효전력을 없애주는 장치입니다.

 

무효전력은 전기가 공급되는 발전소에서의 전기와 우리가 전기를 사용하는 수요처에서의 전기의 위상 차이 때문에 일어나는데요, 이에 STATCOM은 IGBT나 GTO 같은 반도체 및 변압기를 이용하여 무효전력을 공급해주거나 흡수하여 위상차를 최소화함으로써 보다 효율적인 전력 공급을 가능하게 해 준답니다.

 

이러한 STATCOM 장치는 풍력이나 태양광 등 신재생에너지 발전과도 찰떡궁합인데요, 기상 상황에 따라 발전량이 급변한다는 신재생에너지의 치명적인 단점을 STATCOM 장치를 통해 어느 정도 보완이 가능하기에 안정적인 전력 공급이 가능하기 때문입니다.

 

FACTS 기술, 동해안 송전망을 안정시키다!

 

동해안에는 전기를 만드는 발전소가 집중되어 있어 동해안 송전망은 우리나라 전체의 전기 공급에서 매우 중요한 역할을 한답니다. 현재 동해안에는 765KV의 전기를 공급하는 전선로 1개와 345KV의 전기를 공급하는 전선로 2개가 있는데요, 만일 765KV의 송전로에 고장이 발생한다면, 345KV 전선로 2곳으로 동해안의 모든 전력을 우회 송전해야 합니다. 이때 345KV 전선로의 길이는 서울에서 광주까지의 거리와 비슷한 약 300KM로 매우 길어서, 선로의 리액턴스가 높아져 이동 중에 많은 전력 손실이 일어나게 됩니다. 이에 한국전력은 작년에 국내 최초로 TCSC 시스템을 345KV 전선로 두 곳에 설치하는 한편, 신영주 변전소와 신충주 변전소에 STATCOM 설비를 설치했습니다. 이를 통해 동해안에 있는 대규모 발전단지로부터 생산된 전력을 수도권으로 보다 안전하고 효율적으로 배급할 수 있게 되었을 뿐 아니라, 동해안 발전소의 상시 운영 제약이 해소되어 약 1조 원에 가까운 경제적인 이익을 얻을 수 있었답니다.

 

전력 손실을 줄이기 위한 한국전력공사의 끝없는 도전, 전기사랑기자단이 응원합니다!

 

 

 


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  • 김명수 2020.10.08 02:02
    좀만 더 자세하게 쓰면 정말 좋은 기사 일텐데
  • BlogIcon 2020.10.08 12:46
    대학생인데요 뭐..

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