우리나라에 765㎸ 시대가 끝나고 HVDC의 시대가 도래하고 있다. HVDC는 미래를 이끌어 나갈 에너지신사업인 동시에 신송전 기술이다.
한전은 새로운 미래기술에 대응하기 위해 신송전사업처를 신설하고 북당진~고덕구간을 HVDC로 건설중에 있는 등 HVDC산업을 세계적 수준으로 끌어올리기 위해 최대한의 노력을 경주하고 있다.
한전의 HVDC사업을 초창기부터 계획, 입안하는 등 국내 최고 전문가중의 한사람인 문봉수 한전 경인건설처 처장이 최근 2016시그레위원회에서 주제 발표를 했다. 다음은 이날 주제 발표된 문봉수 처장의 ‘국내 HVDC 산업발전 방안’을 간추려 요약한 내용이다.

전력계통의 미래의 모습은 어떨까. 최근 전력산업은 신재생에너지 및 해상풍력 발전 성장을 필두로 비동기 계통연계 수요증가, 송전 효율 및 시스템 안정성 요구 증가, 대용량 송전 수요 증가, 환경 친화적 기술에 대한 요구 증가, 국가간 연계 수요 증가 등 급격한 환경변화를 겪고 있다.
따라서 이러한 환경 변화에 대응하고 발전하기 위해 현재각광 받고 있는 에너지신산업이라 할 수 있는 스마트 그리드화, AC/DC 하이브리드화, FACTS, ESS 보편화는 필수적이다.

HVDC는 이러한 에너지신산업을 선도할 신송전분야의 기술이다.
현재 HVDC는 국내외적으로 기술 발전 가속화를 실현하고 있다.
장거리, UHVDC 시스템을 비롯 MT(Multi Terminal)DC, BTB(BackToBack)시스템, DC 그리드, DC 브레이커, VSC(전압형) 시스템 등 다양한 기술이 적용되고 있다.
이처럼 HVDC의 기술발전과 함께 시장규모도 늘어나 2018년에는 세계시장은 66조에 달할 전망이며 설치용량은 2020년에 560GW에 이르고 VSC 시스템은 올해 총 시장의 20%나 차지할 것으로 예상되고 있다.
국내 HVDC의 적용이 필요한 것은 기존 모선분리, 리액터 설치, 차단기 대용량화로는 한계가 있고 고장전류 과다, 수도권 계통 분할 적용이 시급하고 계통 안정화 및 수도권 특성(부지 확보 난, 환경 문제) 고려한 기술 대안 및 제주, 서해안 등 대규모 신재생 에너지원 연계기술이 요구 되고 있기 때문이다.
다시말해 계통 현안 시급과 사업환경 어려움으로 인한 대안으로 HVDC 산업이 급부상하고 있다.

국내 HVDC의 사업현황을 보면 제주 #1 HVDC 사업은 해남~제주구간으로 용량은 300㎿(150㎿ 2회선), 전압은 DC 180㎸, 시공사는 1998년 상업운전에 들어갔으며 변환설비는 알스톰(영국), 해저케이블은 알카텔 케이블(프랑스)이다.
제주 #2 HVDC 사업은 진도~제주구간으로 용량은 400㎿(200㎿ 2회선) 전압은 DC 250㎸로 2013년부터 상업운전중이며 변환설비는 알스톰(영국), 케이블은 LS전선이다.
국내 HVDC 사업계획을 보면 북당진~고덕 HVDC, 서남해 해상풍력 등 신재생에너지 연계, 수도권 BTB 적용, 육지~제주 연계, 그리고 1단계 한국~러시아, 2단계 한국~일본, 3단계 한국~중국 등 수퍼그리드 등이 있다.

HVDC의 해외산업 동향을 보면 HVDC를 전력분야 핵심기술로 인식, 대규모 투자와 함께 기술보호정책이 이뤄지고 있다.
각국별로 보면 유럽은 VSC, MTDC등 신기술 개발이 활발하며 후발국을 견제하기 위한 기술보호 정책 강화를 표방하고 있다.
미국은 GE의 신규시장 진입에 따라 R&D 대규모 투자가 예정 되어 있으며 중국은 국가 주도 기술 역량을 집중하고 R&D-설계-제작-시험의 일원화를 추구하고 있다.

HVDC의 국내 산업 현황을 보면 전류형 기술은 2020년 90%를 목표로 기술 확보중에 있다. 한전과 알스톰의 조인트 벤처인 카페스가 제작사 기술이전, 라이센스 확보를 위해 최대한의 노력을 경주중이며 LS산전은 주요 기자재 제작기술이전에 투자와 함께 역량을 집중하고 있다.
전압형 기술은 기술개발 초기단계로 기술수준이 40% 미만으로 효성은 20㎿ 시스템 시험을 추진중에 있으며 LS산전은 MMC 컨버터 기술개발을 추진중에 있다.
현대중공업, 효성, LS산전, 일진전기 등 중전기 대기업 4사는 변압기, 개폐장치(GIS), 전력변환 장치 등에 LS전선, 대한전선이 케이블분야에, 삼화콘덴서가 전력변환장치, 인텍전기전자 GIS, 선도전기, 보성파워텍은 GIS, 전력변환장치, 평일은 애자 등에 참여하고 있다.

HVDC의 국내 산업 현황을 분석하면 대기업은 시스템 위주 R&D, 기업별 개별투자 등 체계적이지 못하고 중소기업은 R&D 미흡, 높은 진입 장벽, 판로 부재 등을 겪고 있고, 연구 및 학계는 기초연구, R&D의 사업화 미흡이 나타나는 구조를 안고 있는 것이 현실이다.
따라서 이를 해결하기 위해 국내 HVDC 관련 기술 및 산업의 체계적 발전 방안과 국내 계통 현안 문제 해소를 위한 기술 대안의 자립화, 그리고 미래 전력계통 운영을 위한 핵심기술 확보가 필수적인 것으로 나타났다.
특히 국내 시장 국산화 대체, 해외 시장 진출, 관련산업의 동반성장이 무엇보다도 중요하다.

HVDC 산업발전 방안
변환분야 HVDC 산업발전 방안은 1단계 기술 도입 및 사업 2단계 국내 기술 자립 3단계 해외 시장 진출 등 단계별 방안을 수립, 추진할 계획이다.
1단계 기술 도입 및 사업의 추진목적은 계통 안정화, 계통 현안 해소, HVDC 시스템 기술 적용이며 한전은 계통엔지니어링을, KAPES는 사업추진·해외기술 도입을, 대기업은 주요 기기 개발 등의 역할을 분담해 사업을 추진하도록 되어 있다.
2단계 기술자립 단계는 HVDC(핵심, 요소)기술 자립과 국내 기술 기반 강화, 국내 기술 신뢰성, 경쟁력 확보 등에 목적을 두고 있다.
2단계 추진 방안으로는 정부 및 한전이 기술 컨트롤 타워가 되고 KAPES는 엔지니어링·인증을, 대기업은 핵심 기기 개발을, 중소기업은 요소 기술 개발, 연구소·학계는 기술지원 등으로 역할을 구분, 실천하는 것이다.
3단계 해외시장 진출은 원천 기술을 확보, 한전-대기업-중소기업의 컨소시엄으로 2030년 세계 시장 점유 20%를 목표로 하고 국내 HVDC기술의 해외 표준화 반영 추진을 실현해야 한다.
변환분야 1단계 기술도입을 세부적으로 살펴보면 실계통 적용을 위한 신뢰성 확보 시스템 도입과 국내 기술 기반 확보, 해외 제작사 원천 기술 도입 추진, 주요 기기 국내 제작 역할 분담, 국내 기술 기반 확보 등을 추진한다.
기관별 역할은 한전이 사업 총괄 관리와 인력지원·계통계획을 맡고, 해외 제작사는 기술이전·핵심 기자재·품질보증을, KAPES는 사업수행과 기술이전, EPCM을 담당하며, 국내 제작사는 제작기술의 라이센스와 기자재·설계 제작을 맡게된다.
변환분야 2단계 국내 기술 자립은 기술자립을 통한 HVDC산업의 경쟁력 확보에 주안점을 둔다.
대량생산, 표준화, R&D, 인력개발을 통해 가격 경쟁력을 확보하고 표준화 추진과 시장 확대 및 공동 개척, 기술도입, 역량 통합을 추구한다.
품질부문은 신뢰성, 수명, 성능, 편의성, 모듈화, 친환경 등에 중점을 두고 선진 기술 도입, 국산화, 실증, 테스트 베드, 인증 등을 통해 경쟁력을 확보한다.
서비스부문은 부품조달, 사용자 편의성, 소형화를 실현하고 신속, 정확성, 표준화 및 간략화에 초점을 맞춘다.
변환분야 2단계 국내 기술 자립은 HVDC 산업 역량 통합을 위한 클러스트 구축, 핵심.요소 기술 및 기기 및 국산화·표준화를 실현하고 기술 인큐베이션, 테스트, 실증, 기술인증과 기술인력 양성, 정보교류, 공동시장 개척, 통합 R&D 등을 추진한다.
국내 기술 개발을 위해 한전과 KAPES는 계통 검토, 설계, 엔지니어링, 시험, 실증, 인증을 담당하고 대기업은 변압기, 컨버터, 냉각설비, 차단기 등 주요 기기 개발에 집중하며, 중소기업은 콘덴서, 금구류, 제어부품 ,CT/PT등 요소 기술 개발을, 연구소 및 학계는 해석·시뮬레이터 등 기초 및 기반연구 등으로 역할분담을 해 나간다.
가공송전 분야는 2019년까지 개발 완료를 목표로 설계기준수립-DC형 지지물 개발-기자재 개발-시공 기술 개발-2Bipole 실증연구 등의 로드맵을 수립·추진한다.
설계기준 수립은 설계기준 제정, 기준확정, 표준 구매 규격을 제정하고 DC형 지지물 개발은 구조설계 완료, 설계 최적화, 자재 제작 및 하중 시험, 기자재 개발은 애자, 금구류, 전선등 기자재 국산화, 시공기술은 가선, 조립, 금구류 설치 공법 기준 수립 등을 수행한다.
지중송전 로드맵은 2015년 HVDC 기자재 개발의 기술화 단계를 거치고 2016~2017년 시공기술+운영기술의 최적화 단계, 2018년 HVDC 프로젝트 적용의 표준화를 계획하고 있다.
HVDC 장거리 대용량 케이블 개발 계획을 보면 기존 MI 계열 케이블에서 DC XLPE 케이블로 기술개발 변화가 예상되고 새로운 MMC 기술의 전압형 컨버터 개발로 수요 급증이 예상되고 있다.
연구목표는 500㎸ HVDC XLPE 케이블 및 접속함 개발과 상용화에 있다.
연구방식은 산·학·연 합동 정부 R&D 지원과제 검토중에 있으며 △한전 전력연구원과 전기연구원 등 국내 연구소는 평가 시험 및 과도 해석, 계통운영 및 계통 해석 △케이블&재료 연구 대학교 등 학계는 절연, 전계 해석, 재료 특성, 기초공학& 학문적 배경 연구를 △산업계인 국내 케이블 제작사는 케이블 및 접속함 개발, 실증, 마케팅 및 양산설비 구축 등을 연구한다.
HVDC 전문인력 양성 방안으로는 1단계 입문과정(한전, KAPES), 2단계 심화과정(해외과정), 3단계 전문가 과정(Expert 양성)으로 단계별로 구분된다.
입문과정은 KAPES 위탁 HVDC 변환분야 기본과정 운영 및 기술세미나 시행 등 인력양성 저변확대를 위해 마련됐다.
2단계인 해외위탁 교육 과정인 심화과정은 설계, 변환, 송전, 계통 등 해외전문 교육을 시행한다.
3단계인 원천 기술 이전 전문가를 양성하는 전문가 과정은 알스톰과의 Co-Work Training 교육 등을 시행한다.
이밖에 대학 전기공학과와 HVDC 교과과정 반영 및 인력양성 MOU 체결을 추진한다.
기술자립을 위한 연구 활동 강화 방안으로는 연구분야를 2016년 3개 분야 29개 과제로 확대 시행하고 연구비도 2015년 3억8000만원에서 2016~2017년 330억원까지 투자를 확대할 방침이다.
RTDS를 이용한 제어 검증 기술 확보하고 2016년 말까지 AC/DC interaction도 분석 가능토록 HVDC용 RTDS를 구축할 예정이다