HVDC 기술, 슈퍼그리드(Super Grid) 시대 VIDEO: The Rise of HVDC and Promise of Supergrids

이동일 서울대학교 전력연구소 연구위원

1. 국내·외 시장 전망

가. 국내시장 전망

전기연구원이 주도하여 추진한 전압형 변환시스템 개발과제는 관 련기관의 의견수렴 부족으로 아직도 착수를 하지 못했다. 이로 인해 세계 450조원 시장규모인 슈퍼그리드의 주축이 될 VSCHVDC 연구는 점점 국제경쟁에서 뒤처지고 있는 실정이다. 3면이 바다인 반도 특성국가로서 우리나라가 경쟁력을 갖고 있는 지중케이블기술을 연장시켜 향후 세계적으로 2030년까지 50조원 시장으로 부각되고 있는 해저 케이블시장에 대한 국내의 개발 현황은 그림 2와 같다.

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VIDEO: The Rise of HVDC and Promise of Supergrids

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나. 주요 세계시장 전망

HVDC 기술을 이용한 아프리카, 아시아, 유럽 등 전 세계적으로 이러한 이웃 국가 간 계통연계로 전력 융통(Electric Power Swapping) 을 통한 전력계통 신뢰성과 경제성 추구의 슈퍼그리드 기술이 최근 세 계적 흐름을 주도하고 있다. 2050년까지 아시아를 제외한 전 세계적인 슈퍼그리드 구축 투자비는 1,000조원 가량으로 특히 유럽 중심의 해저케이블 국가 간 HVDC 계통연계에 대한 투자가 집중될 것으로 전망된다. 국가별 신재생에너지를 최대한 활용하고 신뢰도 향상과 세계적인 통합 전력 네트워크 구축을 위해 HVDC 신기술 연구 및 투자가 점차 활성화되고 있다. 세계적인 통합전력 네트워크 구축은 그림 4와 같이 구상하고 있다.

다. 유망 개도국 시장 전망

HVDC 사업이 활발히 진행되어 많은 수요가 있는 주요 유망 개도국은 중국, 인도, 브라질 등 3개국이 주축이라 할 수 있다. 3개국은 개도국으로서 매년 전력수요가 10% 전후를 나타내면서 전력시스템의 투자 특히 HVDC 투자가 활발히 이루어지고 있다. 우리나라는 그동안 765kV 국산화를 통 한 경쟁력으로 중국과 인도에 많은 국산 AC 관련 중전기제 품을 수출했지만 HVDC 제품 수출은 현재까지 미미한 상 황이다. 중국의 경우 HVDC 시장이 부각되면서 이미 우리나라를 추월해 국내시장에 역수출을 시도하고 있는 실정이다. 인도의 경우에는 아직까지도 우리나라의 중전기 기술을 AC 위 주로 많이 수입하고 있지만 중국과 같이 정부 주도 하에 중 전기업체와 협력해 국산화를 추진하는 단계에 접어들었다. HVDC 변환분야는 우리나라가 국산화 연구를 추진하지 못하고 외국의 기술을 도입하는 관계로 수출이 어렵다. 가 공송전분야는 HVDC 지중이나 해저케이블분야와 해저케 이블 설치기술까지 모두 국산화해 종합적인 일괄계약으로 수출경쟁력을 확보한다면 가장 큰 경쟁력을 확보할 수 있 을 것이다. 따라서 이 분야만이라도 중국, 인도, 브라질에 뒤처지지 않도록 노력해야할 것이다. 특히 브라질은 많은 HVDC 건설이 추진되면서 세계 각국에서 마케팅을 추진하 고 있으며 최근에는 HVDC 국산화에 성공한 중국도 해외 수주를 증가시켜 나가고 있다.

2. HVDC 케이블 시장 동향 및 전망

전류형 HVDC 케이블은 일본을 중심으로 개발이 진행 중이며 전류형 컨버터는 전류방향은 고정하고 전압 극성이 변하는 특성을 갖는 사이리스터를 이용한다. MI, OF 케이블은 극성반전에 의한 공간전하 축적이 작아 전류형 컨버터에서도 활용이 가능하다. XLPE 케이블은 나노 컴파운드 필러를 사용해 극성반전에 의한 공간전하 저감이 필요하다. 전류형 XLPE 케이블의 허용온도는 90℃이며 높은 전기적 특성체적 저항률, 낮은 공간 전하 축적, 높은 직류 절연 파 괴 강도, 긴 DC 수명 등의 특징이 있다. 전압형 HVDC 케 이블은 유럽을 중심으로 개발이 진행 중이며 전압형 컨버 터는 전압극성은 고정하고 전류 방향이 변하는 특성을 가 지는 IGBT를 이용한다. 최근에는 MMC(Modular MultiLevel Converter) 기술로 고조파 필터 생략이 가능해졌다. 전압형 HVDC 케이블은 MI 케이블과 XLPE 케이블 모두 활용 가능하며 지난 2014년 ±500kV Skagerrak 4 Link 에 MI 케이블이 활용된 사례가 있으며 ±320kV XLPE 케이블에도 다수의 활용 사례가 있다. 전압형 XLPE 케이블 의 허용온도는 70℃이며 Borealis사에서 개발한 전압형 XLPE 컴파운드(LS4258DCE)의 특징은 높은 DC 및 임펄스 브레이크 다운 강도, 낮은 DC 전도율, 낮은 DC 가스제 검 부담 등이다. 표 1에서는 HVDC 케이블 개발 및 상용화 동향을 도표로 나타내었다.

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3. 결론

국내 HVDC 기술 분야는 안타깝게도 정부와 전력산업계 가 스마트그리드 분야에 집중하면서 기술의 국산화 개발보다는 해외기술도입으로 방향을 잡아가고 있다. HVDC 기 술을 선도하고 있는 선두주자인 유럽 국가들과 최근 중국의 경우를 보면 정부가 국산화 개발정책을 추진해 인력을 양성하고 전력산업계, 연구계 그리고 학계까지 참여하는 중장기 국산화 정책을 펼쳐 세계시장으로의 진출을 성공적으로 마무리했다. 지금이라도 독일의 경우처럼 기술도입의 혜택을 입은 일부회사들이 국가적 관점에서 선의의 국내 경쟁체제를 도입해 기초인력양성과 중장기적인 정부정책으로 뒤처져 있는 HVDC 기술 국산화를 만회하도록 해야 할 것이다.

R&D 투자정책의 기본은 투자하려는 기술 분야의 중장기 시장전망을 정밀하게 분석해 경제성이 충분하다고 판단되면 그 분야에 대한 R&D 중장기 로드맵을 구축하는 것이다. 따라서 아직까지 HVDC 기술 국산화 개발 분야 에 대해 R&D 중장기 로드맵조차 마련되어 있지 않은 기술이 중심적으로 사용되는 슈퍼그리드 분야에 2030년까지 450조원 시장전망이 나오는 가장 부각되는 분야로 관심이 집중되고 있는 HVDC 기술 국산화 R&D 로드맵 구축을 기반으로 독일과 같이 산·학·연이 중심이 된 실용화 위주의 실증연구과제를 추진해 투자를 늘려나가야 한다.

특히 신정부정책으로 삼고 있는 신재생에너지 전력 개발에도 유럽에서는 대단위 해상풍력 발전의 해저케이블로 수송에 HVDC가 필수적으로 주도하고 있으므로 지난 10여 년 간 기술개발보다는 선진기술도입 방향 정책에 따라 특히 Total Technology 관점에서 향후 해외시장 진출에 필연적으로 필요한 HVDC 기기개발은 물론 기기 설치, 운영, 유지보수 등에 관해서도 R&D 추진에서부터 예산을 반영 하여 상용화시에 종합적으로 기술완성을 높이도록 R&D 기획과 투자가 병행되어야 하겠다. HVDC 국산화를 위해 자원이 부족한 우리나라에서 중장 기적으로 추진해야 할 사항 중 가장 필요한 것이 인력양성 이다. HVDC 경우 변환기 분야에 기본적인 전력전자는 물 론 초고압 분야에 필요한 고전압과 전기재료 등 종합적인 측면에서 전력회사와 제작사가 필요로 하는 각 기술 분야 는 물론 영업 분야까지 총 망라한 인력양성 정책을 수립할 필요가 있다. 한양대학교 공대에서 정부지원을 받아 지난 해부터 시작한 HVDC 인력양성센터가 다행히도 HVDC 분야 학술기초인력을 양성하는 기반을 다지기 시작했다. 전기연구원은 HVDC 연구본부를 중심으로 중국전력과학 원(CEPRI)이 추구하고 있는 기초시험 등의 연구과제 수행으로 기반기술 인력을 양성하고 있다. 한전전력연구원은 전력설비 시스템 분야의 운영·유지·보수에 대한 연구에 주력하면서 제작업체가 새로운 신제품을 개발할 경우 성 능을 확인하는 현장 테스트 장소 제공을 통한 신제품의 성 능입증에 필요한 현장설치 운전을 하면서 각종 특성을 지도해주는 전문기술인력 양성에 주력해야겠다. 제조업체는 산·학 협동 강화로 필요한 인력양성을 위한 맞춤인력을 학계의 도움을 받아 양성해야 한다. 2030년까지 450조원 시장이 전망되는 HVDC를 활용한 슈퍼그리드 시장을 선점 하기 위해 꾸준한 노력과 투자가 필요할 것이다.

출처 : 전기저널(http://www.keaj.kr)장도

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