200MW급 2회선 해저로 설치…전력계통 보강 앞장
‘녹색에너지 메카 진도’ 건설할 수 있는 기틀도 마련

초고압 직류 송전(HVDC, High Voltage Direct Current)에 대한 관심이 전 세계적으로 급증하고 있다. 직류(DC) 송전과 교류(AC) 송전을 놓고 딱 잘라 뭐가 좋다고 말을 할 수는 없지만, 직류송전의 경우 대용량 장거리 송전이 가능할 뿐만 아니라, 전력 손실도 교류송전에 비해 좋다는 평가다. 아울러 서로 다른 주파수를 사용하는 경우에도 송전이 가능해 국가간 송전에 있어 최적 대안으로 떠오르고 있다. 국내의 경우 한전이 제주~해남 연계선에 이어 제주~진도간 연계선이 HVDC 방식으로 건설을 추진 중에 있다. HVDC 기술이란 무엇인지, 또 어떤 면에서 세계의 주목을 받고 있는지 알아보고, 제주~진도간 HVDC 건설사업은 어디까지 진행됐는지 자세히 짚어봤다.

▲ 제주~진도 HVDC 건설사업 개요도

◆ 사업 필요성 = 2012년 이후 제주지역 전력수급에 어려움이 예상된다. 무엇보다 제주지역의 경우 전력계통의 취약성으로 인해 광역정전 발생가능성이 상존, 그 보강이 시급하다. 여기에 육지의 3배인 제주지역 발전단가에 따른 전력구매비용에 대한 절감 필요성도 제기된다.

또한 진도군 발전계획(녹색성장 등)과 연계한 송전망 확충과 전력수요 증가에도 대비해야 한다. 이러한 다양한 필요성을 한 번에 충족시켜 주는 것이 바로 한전이 추진하고 있는 제주~진도간 HVDC 건설사업이다.

◆ 사업 개요 = 제주~진도간 직류연계 사업은 진도변전소에서 진도변환소까지는 지중 송전선로로 건설되며, 진도변환소에서 교류전류를 직류전류로 변환해 서제주변환소까지 해저송전선로로 연계되고, 서제주변환소에서 다시 직류전류를 일반 고객이 사용하는 교류전류로 변환해 공급하게 된다. 올 12월 가압이 목표다.

200MW급 2회선이 제주~진도간 113km(해저 101km, 육지 12km) 구간에 걸쳐 설치된다. 사용되는 초고압 직류 해저케이블은 250kV급이며, ±250kV 유침지절연케이블×3조, ±20kV XLPE케이블×1조, 광케이블(48Core×2조)로 구성돼 있다. 변환소는 AREVA가, 케이블은 LS전선이 공급, 설치한다.

특히 진도~제주간 연계선은 한 회선이 고장 나더라도 운전이 가능하도록 2회선으로 시공하며, 전력이 양방향으로 흐를 수 있도록 설계됐는데 이는 풍력과 조력 등 제주 지역에 신재생 에너지 발전단지가 조성되고 있는 점을 고려해 향후 제주 지역의 잉여 전력도 육지로 보낼 수 있도록 하기 위함이다. 기존 제주~해남간 HVDC 시스템은 일방적으로 전력을 보내는 형식이어서 제주지역 잉여전력을 육지로 전송하는 것이 불가능했다.

◆ 기대 효과 = 진도변환소를 진도 남쪽지역에 건설함으로써 지금까지 우리나라 3번째 크기의 섬임에도 불구하고 전력공급을 진도변전소 하나에만 의존했던 진도지역에 단기적으로는 전압강하 등의 전력공급 불안요인을 완전히 해소하고, 중장기적으로도 안정적 전력공급이 가능함에 따라 진도 남해안지역 경제발전에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.

특히 화석에너지 고갈과 기후변화에 신속히 대응하기 위해 저탄소 녹색성장이 필요한 시점에서 태양광, 풍력, 조류 등 전 세계적으로도 유래를 찾아보기 어려운 풍부한 신재생에너지원을 보유한 보배의 섬 진도를 ‘녹색에너지 메카 진도(Carbon-free Island JINDO)’로 건설할 수 있는 기틀을 마련할 수 있게 됐다.

또한 풍력이나 조류발전 등 신재생에너지 발전소를 통해 생산된 전력을 수송하기 위한 별도의 송전선로를 구성해야 하는 문제점을 HVDC사업을 통해 해결할 수 있으며, 제주도 풍력발전사업 활성화에도 크게 기여할 수 있을 것으로 보인다.

최첨단설비인 HVDC 변환소 및 향후 조류발전소 등 신재생에너지 발전사업이 추진돼 ‘녹색에너지 메카 진도’가 이뤄지면 진도는 천혜의 자연경관, 팽목항 개발 등에 따른 다도해 해상 관광레저 사업과 어우러진 저탄소 녹색성장 시대에 부합하는 세계적인 견학 및 관광명소가 될 것으로 기대된다.

아울러 직류연계 건설사업, 조류발전소 건설 등의 대규모 설비투자가 이뤄짐에 따라 변환소건설 지역지원사업, 발전소 주변지역 지원사업 등의 지원과 더불어 세수확대, 고용창출 등 직간접적 효과를 통해 진도지역의 경제 활성화에도 크게 기여할 전망이다.

무엇보다 이번 직류연계사업을 준공하게 되면 지난 10여년간 제주도 전력수요의 약 1/3을 공급해 왔던 해남~제주간 직류연계설비의 용량부족을 해소하고 설비 고장시에도 안정적으로 제주도에 육지의 값싼 전력을 공급할 수 있게 된다.

특히 향후 제주도내 풍력 등 신재생에너지 발전소 건설한계용량의 3배 이상을 건설해 운용할 수 있게 됨으로써 제주도내 그린에너지 공급 및 탄소배출감소에 이바지할 수 있을 뿐만 아니라 제주도에서 진도로 전력을 송전할 수 있는 효과를 거둘 수 있다.

▲ 해저케이블 포설 장비들. 왼쪽부터 매설선박, 포설선박, Rock-Berm선박, 매설장비, 보조매설장비.

HVDC 기술이란?

◆ HVDC 기술이란 = 초고압 직류송전(HVDC)이란 발전소에서 생산되는 AC 전력을 DC로 전환시켜서 송전한 후 수전점에서 AC로 재변환시켜 전력을 공급하는 방식을 말한다. 이러한 송전방식은 기존 DC 송전기술의 장점인 전압 승압을 통한 효율적이며 경제적인 전력전송을 가능하게 하고 AC 송전의 단점을 극복할 수 있다. HVDC 기술은 고전압 DC 전송기술을 이용해 해저케이블 송전, 대용량 장거리 송전, 주파수가 상이한 교류 계통간 연계, 도시 밀집지역의 단락용량 경감을 위한 연계 등 활용분야가 넓은 차세대 전력전송기술이다.

◆ 시스템의 장·단점은 = DC 송전방식은 AC방식에 비해 선로의 절연계급이 낮아 지지애자의 개수, 전선의 소요량을 줄일 수 있으며, 또한 철탑의 높이를 낮게 할 수 있어 우수한 경제성을 얻을 수 있다. 특히 리액턴스에 제한받지 받지 않고 전선의 허용한도까지 송전이 가능하다. 무엇보다 주파수 및 전압이 서로 다른 송·수전 계통이 DC 계통으로 돼 연계가 가능하되 각 계통이 전기적, 기술적 제약 없이 각각 독립적인 운전이 가능한 점도 장점으로 꼽힌다.
이외에도 DC 송전은 상대계통에 유효전력은 공급하지만 무효전력은 전달하지 않으므로 교류계통 사고시 인접 계통으로부터 유입전류가 증대하지 않아 계통분할의 효과가 있어 계통운영을 원활하게 수행할 수 있다. 장거리 전력전송에 있어서는 AC 송전에 비해 가격이 저렴하다.
반면 HVDC 시스템의 단점은 대용량 AC/DC 변환기에서 다량의 고조파가 발생해 고조파 필터를 반드시 설치해야 한다는 점이다. 아울러 DC전압을 높이면 부하손실은 작아지나 절연레벨을 높이기 위해서 투자비가 높아지고, DC전압을 낮추면 절연레벨은 작아지나 부하손실이 커지는 단점을 갖고 있어, 절연레벨과 부하손실을 고려해 최적의 DC전압을 선정하는 것이 무엇보다 중요하다는 것이 전문가들의 지적이다.

◆ 어떤 설비로 구성되나 = 전류형 HVDC 시스템을 기준으로 했을 때 크게 나누면 변환설비와 전선로, 전극소 등으로 구분될 수 있다. 이중 가장 중요한 AC/DC 변환설비는 변환용 변압기, 변환기, 조상설비, 고조파필터, 직류리액터, 냉각설비 등으로 구성된다. 변압기의 경우 일반 AC용 변압기가 아닌 DC 변환용 변압기가 사용되며, 변환기(사이리스터 밸브)는 순·역변환하는 기능을 담당한다. 조상설비에는 무효전력을 제어할 수 있는 동기조상기, 컨덴처, 분로리액터 등으로 구성되며, 고조파필터는 변환기에서 발생된 고조파를 흡수하는 기능을 담당한다. 직류리액터는 DC평활, 전류실패나 충전전류에 의한 전선로 보호에 필요하다. 전선로의 경우 DC 전용 케이블이 사용된다.

◆ 국내 설치 현황 = 현재 제주-해남간 HVDC 시스템이 건설돼 운영 중에 있다. 지난 1998년 상업운전을 개시한 본 연계설비는 변환설비 2개소, HVDC 해저케이블 2회선으로 구성돼 있으며, 각 변환설비가 150MW 정격을 갖고 있다. 그리고 제주~진도간 HVDC 연계 사업도 본격 추진 중이다.

◆ 남북간 계통 연결시 최적 대안 = 대북송전 논란이 사회적 이슈로 부상할 때마다 대안으로 제시된 것이 바로 HVDC 방식이었다. 이는 북한의 전력계통의 경우 시스템 주파수가 60Hz로 남한과 같아 AC로 연결하는 방식도 가능했지만, 직접적인 AC 연결이 차후에 가져다 줄 문제점을 사전에 차단하기 위해서는 DC 전송이 최적 대안이라는 것이었다.
특히 북한의 전력계통이 극심하게 불안한 상태에서 북한에서 계통상 문제가 발생시 남한으로 직결될 수 있어 이에 대한 대비책이 반드시 필요하다는 점을 감안할 때 일정 전력만을 공급할 수 있는 변환소를 설치, HVDC 방식으로 평양 또는 일정지역까지 전송하는 방안이 최적안이란 지적이었다. 이 상황은 지금도 마찬가지라는 분석이다. 그리고 남북을 넘어 동북아 계통연계에 있어서도 이 논리는 적용된다.