[칼럼] 에너지전환정책과 직류송전의 조화
[칼럼] 에너지전환정책과 직류송전의 조화
  • 전영환
  • 승인 2018.05.14 08:01
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전영환 홍익대학교 전자전기공학부 교수
전영환
홍익대학교
전자전기공학부 교수

[이투뉴스 칼럼 / 전영환] 1882년에 에디슨이 뉴욕에 처음 3대의 발전기로 백열전구에 전력을 공급하는 전력회사를 세우고 전력사업을 시작했을 때에는 직류시스템(DC)이었다. 그 이후 에디슨 회사에서 일하던 테슬라가 에디슨 회사를 떠나 독자적으로 AC(교류)기기를 발명하고 AC시스템의 유용성을 주장하면서 AC시스템이 주목을 받기 시작했고, 그 유명한 전류전쟁(War of the currents)을 통해 AC시스템이 전력 공급 체계의 표준으로 자리잡게 되었다. 

결정적 이유는 교류시스템이 직류에 비해 훨씬 싼 가격으로 전력을 공급할 수 있었다는 데에 있다. 이후 현재에도 교류시스템은 전 세계의 전력공급시스템의 표준으로 자리 잡고 있다.

DC 전력송전기술이 AC 망에 연계된 것은 1954년 스웨덴 본토와 약 100 km 거리에 있는 섬 고틀랜드 사이에 계통을 연계하기 위한 것이 처음이었다. 해저 케이블을 이용해서 전력을 전송하기 위해서는 AC 망으로는 불가능하기 때문이었다. 

우리나라에서도 제주도 지역에 전력을 공급하기 위한 방편으로 1998년 해남-제주 간 약 100km 거리를 해저 케이블로 연결한 HVDC(High Voltage DC) 시스템을 건설했다. 그 이후 늘어나는 전력수요를 감당하기 위해 2013년 제주-진도 간 제2 HVDC를 추가 건설함으로써 육지와 제주간의 HVDC 송전용량이 2배 이상으로 증가했다. DC 기술은 전력용 반도체를 이용해 AC를 DC로 변환하고 다시 DC를 AC로 변환하기 때문에 변환설비가 비싼 반면 400km 이상 장거리 송전의 경우에는 경제성이 있는 것으로 알려져 있다. 해외의 경우를 보면 해저 케이블을 통해 전력을 전송하거나 장거리 전송이 필요한 경우에는 HVDC를 활용하는 예를 많이 볼 수 있다. 

그러나 최근에 우리나라 육지 계통에 북당진-고덕 구간 뿐 아니라 강원도의 발전단지로부터 수도권을 연결하는 HVDC시스템을 이미 건설하고 있거나, 건설단계에 있다. 수조원의 천문학적 비용이 들지만 당국은 사회적 수용성을 높이기 위한 방편으로 설명하고 있다. 

그러나 HVDC는 전력용 반도체를 활용하여 제어를 통해 전력을 전송하기 때문에 기존의 AC시스템에서는 경험하지 못한 많은 단점들을 가지고 있다. 계통에 따라서는 이러한 단점이 문제가 되지 않을 수도 있지만 우리나라와 같이 좁은 국토에 발전기가 밀집되어 있는 경우에는 이러한 단점들이 의외로 큰 문제를 야기할 수 있기 때문에 도입에 각별한 주의가 필요하다. 

첫째, 우리나라와 같이 좁은 국토에서는 HVDC를 도입하기에 너무 비싸다는 점을 들 수 있다. 즉, 경제적인 관점에서 우리나라는 DC 망을 설치하기에 너무 비싸다는 점이 문제이다. 

둘째, HVDC 인근의 변환소에서 AC 송전망 사고 발생 시, 사고가 지속되는 시간 동안 HVDC 전송도 정지된다는 점이다. 특히, 우리나라와 같이 발전소가 밀집되어 있어서 과도안정도 문제가 있는 계통에서는, 정지 후 회복 제어 실패 시 광역정전의 우려가 있다.

셋째, 전력용 반도체 소자를 이용하기 때문에 고장 확률이 철탑과 선로로만 구성된 AC 망에 비해서는 매우 높다. HVDC 송전망이 운전 정지되는 경우에는 발전기 출력을 감발해서 운전해야 하는데, 이 때 추가 발전 비용이 발생하게 된다. 

넷째, HVDC의 AC/DC 변환소가 발전소에 인근해서 위치하는 경우, 발전기의 축 진동주파수와 공진문제가 발생할 수 있다. 특히, 축 진동문제에 취약한 원자력 발전단지 인근에 변환소가 설치되는 경우에는 면밀한 검토가 필요하다.

다섯째, 인버터 간의 간섭 현상에 의한 운전 정지 문제이다. 특히, 풍력과 태양광과 같이 인버터를 통해 계통에 접속하는 전원이 늘어날수록 인버터간의 간섭현상이 증대될 것으로 전망이 되며, 특히 대용량 HVDC 인버터와의 간섭현상은 계통의 안정성과 전력 품질을 더욱 악화시킬 것으로 보인다. 정부의 에너지 전환 정책에 따라 인버터 기반 분산전원이 증가하고 이에 따른 계통 보강 비용이 만만치 않은 가운데, HVDC 증설 정책은 계통의 신뢰도를 악화시키고 송전망 비용을 증가시킨다는 측면에서 어울리지 않는다. 

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