‘고정관념을 깨라’
전기에너지 산업 패러다임 바꾸는 기술
HVDC·ESS·에너지 하베스팅… 경제성, 효율성으로 시장성 담보
‘HVDC·ESS·Energy Harvesting’
초고압직류전송기술, 에너지저장장치, 에너지 하베스팅. 전력에너지 시장의 혁신을 불러오고 있는 신기술이다. HVDC는 전통적인 송전기술의 변화를 야기하는 것으로 고효율의 전력을 안정적으로 송전할 수 있다. ESS는 일정한 전력을 저장해 전력 비상상황에 안정적으로 대응할 수 있고, 태양광, 풍력 등 발전에너지를 저장할 수 있다. 에너지 하베스팅은 주위환경의 모든 움직임을 통해 얻어내는 에너지 획득방식이다. 전기에너지 산업의 패러다임을 새롭게 바꾸고 있는 첨단기술의 현황을 알아본다.
이승재 편집장 sjlee@engnews.co.kr
Special Report l HVDC / 시장현황
‘송전기술의 꽃’ 초고압직류 송전 기술이 뜬다
초고압 직류(HVDC. High Voltage Direct Current) 송전기술이 전력산업의 블루오션으로 떠오르고 있다.
전 세계적으로 에너지 자원을 연계, 공유하려는 움직임이 활발해지면서 장거리 고압전력 전송 프로젝트도 크게 늘고 있는 추세다. 국내에서도 남북한 및 동북아 전력계통 연계의 필요성이 대두됨에 따라 HVDC 기술의 국산화 및 상용화가 절실해지고 있는 시점이다.
HVDC는 급속한 기술 발전으로 HVDC 시장이 확대되고 있으며 2020년 70조원 규모의 시장이 형성될 것이란 게 전문가들의 중론이다. 현재 전 세계적으로 60여 개의 국가에서 HVDC 시스템이 운영되고 있으며 수십 여개의 프로젝트가 추진 중이다.
세계시장은 ABB, 지멘스, 아레바 등 해외 3사가 HVDC 시장의 95% 이상을 점유하고 있으며 이들은 이미 수십년 전부터 관련 기술 상용화에 주력해왔기 때문에 국내기업들의 시장 진입이 만만찮은 상황이다.
외산이 시장 90% 점유… HVDC 기술 국산화 절실
우리나라 역시 수도권 부하 집중에 따른 북상선로의 송전제약 해소, 신재생에너지 연계, 해저송전, 고장전류 저감, 계통안정도 향상 등을 위해 대용량 직류송전의 필요성이 커지고 있다. 특히 향후 남북 및 동북아 전력계통 연계로 나아갈 것을 대비하려면 기술력 확보는 필수다. 우리나라는 1998년 제주와 해남을 잇는 30만kW급 HVDC 제1선로를 설치해 운영하고 있다. 또 연말 준공을 목표로 제주~진도 20만kW급 HVDC 제2선로를 건설 중이다. 하지만 아직까지 국내 자체 기술로 HVDC 시스템을 설계하고 건설한 경험은 없는 실정이다.
한국전력은 국내 기반기술 확보를 위해 HVDC 전담부서를 꾸려 기술 국산화에 힘쓰고 있다. LS산전, LS전선, 대한전선 등과 손잡고 제주 HVDC 실증단지 건설을 추진 중이다. 향후 2014년 제주~육지 제3선로 구축 사업을, 2018년에는 서해안권 대단위 풍력연계 등을 추진할 계획이다. 동북아와 한일 간 연계도 구상 중이다.
신재생전원의 보급 확대 및 국가 간 계통 연계 등의 필요성에 따라 고신뢰 원거리 전력전송 수요가 증대되고 있다.
국가적으로도 대정전사태 사전방지를 위한 전력시장의 수급안정화를 위한 노력의 일환으로서 HVDC 송전기술의 도입을 추진하고 있다.
이에 전 세계적으로 HVDC 전력전송기술의 개발 및 보급이 급속히 확산되고 있다.
HVDC는 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환해 송전한 뒤 수전점에서 다시 교류로 변환해 수요자에게 공급하는 방식이다. 현재 사용되고 있는 교류송전방식을 두고 변환절차가 번거로울 뿐 아니라 고가의 변환설비가 들어가는 직류송전방식에 주목하는 이유는 뭘까. 지금까지는 전압을 바꾸는 즉 변압이 용이한 교류가 직류보다 더 많이 사용됐다. 발전소에서 생산된 전력을 다른 곳으로 보내려면 손실을 줄이기 위해 전압을 높여야 한다. 이를 일반 가정이나 수요가에 공급하려면 전압을 낮춰야 하는데 직류는 전압이 낮고 변압이 어렵다는 단점이 있다.
HVDC 기술이 개발되면서 상황은 달라졌다. 고압의 직류를 만들 수 있어 송전효율이 좋으며 전압이 낮아 절연체 수량과 철탑 높이를 줄일 수 있다. 송전거리에 제약이 없을 뿐 아니라 건설비도 저렴하다. 이에 따라 섬이나 국가 간 송전 등 장거리 송전에 사용된다.
전압이나 주파수가 다른 두 교류 계통을 연결해 계통 안정도를 높일 수 있으며 계통에 이상이 생길 경우 신속하게 대응할 수 있다. 남한과 북한은 전압과 주파수가 모두 다르고 품질에서도 차이가 나지만 HVDC를 이용하면 북한에 안정적으로 전기를 공급할 수 있게 된다.
한국전력 주도로 국내 처음으로 초고압직류송전(HVCD) 전문회사를 설립한다. 업계에 따르면 한전은 국내기업에 기술을 이전하는 조건으로 글로벌기업과 HVDC 합작사 설립을 추진한다.
한전은 지난해부터 ABB·지멘스·알스톰 등과 기술이전에 무게를 두고 합작사 설립을 협의해 왔다. 최근 알스톰·도시바 등 복수의 기업과 진척 사항을 놓고 논의 중인 것으로 확인됐다.
이미 세계 시장에서 안정적인 점유율을 확보한 알스톰과 합작하면 시장 진입에 유리하다. 하지만 한전은 기술이전 범위나 지분 참여 등의 합의점을 도출하기 쉽지 않을 때를 대비해 도시바 등 일본 기업과 중국 기업과의 합작 가능성도 염두에 뒀다.
한전은 합작사에서 확보한 HVDC 기술을 국내기업 1~2곳에 전수해 국산화할 계획이다. 선정된 국내기업은 제품 개발 및 국내 시장 독점 권한을 포함해 한전과 함께 해외사업에도 참여한다. LS산전·효성·현대중공업 등이 기술이전 대상업체로 점쳐졌다.
정부는 지난해 중국 기술을 응용, 제주도 금악변환소에 80kV급의 HVDC를 설치해 실증사업을 벌인다. 해외에선 지난해부터 250kV·500kV급 HVDC 상용화 단계에 접어들었다. 우리나라보다 기술과 시장 모두 몇 걸음 앞선 셈이다.
국산화 본격화, 한전, 효성 LS전선 등 개발 박차
그러나 HVDC는 엄청난 시장성에도 불구하고, 독일의 지멘스나 스웨덴의 ABB사가 전 세계 시장의 대부분을 장악하고 있다. 우리나라에도 제주와 해남 사이에 30만 kW급 HVDC를 설치해 운영 중이나 아레바(AREVA, 옛 알스톰)가 핵심기술을 공급했다.
이에 국내에서도 기술력과 시장확보를 위해 박차를 가하고 있다. 지난 해 11월, KEPCO가 LS산전, 대한전선, LS전선 등 3개사와 공동으로 HVDC 국산화 기술개발 협동 연구를 위한 양해각서(MOU)를 체결하고 HVDC 핵심기술 개발과 사업화에 공동으로 노력하기로 했다.
더불어 최근에는 LS산전이 부산에 11,156m2 부지에 HVDC 공장을 건설하고 HVDC 기술 상용화에 4년 간 약 1,060억원을 투자했다. ‘송전기술의 꽃’이라고 불리는 HVDC에 대한 시장이 본격화한 것이다.
한국전력공사은 LS산전, 대한전선, LS전선 3개사와 공동으로 고압직류송전(HVDC, High Voltage Direct Current)시스템 기술개발을 위해 80kV HVDC 실증단지 기공식을 개최한 바 있다.
실증단지에는 80kV 60MW급 변환소 2개소가 2012년 12월 완공을 목표로 건설되며, 철탑 1기와 5.3km(가공 4.8km, 지중 0.5km)의 송전선로가 들어서게 된다.
