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직류배전 기술개발 현황 및 계획
2019년 01월 07일 (월) 10:14:01 한국전력신문 webmaster@epnews.co.kr


그동안 직류기술은 HVDC를 중심으로 기술개발 및 상용화가 추진되어왔으나 직류배전 분야는 개발이 안 된 미개척분야였다. 한전은 배전망에서 분산형 전원의 꾸준한 확산과 직류기반 디지털부하의 증가를 예상하였고 2010년부터 외국과 비교해 선도적으로 직류배전 기술개발을 추진하였다.
한전은 우선 직류배전 기술을 본격적으로 개발하기에 앞서‘저압 직류배전 비즈니스 모델을 개발’하고 ‘기술개발 로드맵’을 수립하였다. 이에 바탕으로 저압 직류배전 기술개발을 추진하여 저압 직류배전 계통의 표준전압(±750V)과 보호방식(비접지)을 선정하였고 전력변환기 초기 모델을 개발하는 등 관련 기술개발을 추진해왔다.


◆직류배전 해외 기술개발 현황

핀란드에서는 2012년부터 수목지역의 유지보수비용 절감 및 정전예방 차원에서 특고압 교류배전망을 저압 직류배전망으로 전환하여 운영하고 있으며, 독일의 Aachen 대학교 등은 DC Project를 구성하여 Low Voltage, Medium Voltage, High Voltage DC 기술개발을 추진하고 있다. 또한, 미국은 국책 연구소를 중심으로 전력변환기 개발 및 실증사업을 추진하고 있으며, 일본은 도심지 건물단위 및 소규모 섬을 대상으로 DC Microgrid를 실증하였다.

◆직류배전 핵심기술

직류배전을 구성하는 핵심기술은 기자재와 운영시스템이다. 기자재는 정류기와 인버터로 이루어진 전력변환기가 주요 기자재이며, 운영시스템은 보호협조와 전압제어 기술이 핵심기술이다. 특히 전력변환기는 차단 및 보호기능이 내장되어 있어 선로에 이상발생시 계통을 보호할 수 있고, 운영시스템과 연결되어 전압, 전류 등을 센싱하여 실시간으로 정보를 전달하고 있다. 직류배전 기술은 기존 교류방식의 기계적인 구동방식과는 달리 전력전자소자를 기반으로 구성되어 있다. 한전은 핵심기술 확보를 위하여 저압 직류배전 기자재 국산화 및 운영시스템을 자체 제작하였고, 현재는 시범사용 단계에 이르렀다.

◆직류배전 시장전망

외국의 시장전망 전문조사기관이 발행한 보고서에 따르면 전 세계 직류배전 시장이  2013년 25억불에서 2025년 241억불까지 성장할 것으로 전망하고 있다. 설비규모별로는 아시아, 태평양 지역의 직류배전 설비가 확대될 것으로 예상하고 있고, 인도와 중국에서 수요가 증가할 것으로 예상하고 있으며, 공급용도로는 이동통신과 주택공급용, 인터넷 데이터센터, 군사용 DC Microgrid 시장을 중심으로 수요가 증가할 것으로 내다보고 있다. 아울러 직류는 LED 조명, 전기차 충전 시스템과 함께 급속도로 발전할 것으로 전망된다.

◆한전의 직류배전 추진방향

한전은 직류배전을 실선로에 최초 적용하였고, DC 독립섬 구축을 통하여 직류기반 신재생과 연계하고 DC를 직접 공급하는 실증사업을 추진하고 있다. 또한, 특고압에 해당하는 MVDC 개발을 추진하여 적용가능한 비즈니스 모델을 찾아 직류 전력공급 상용화 기반을 조성할 계획이며, 이를 통해 국내 직류산업의 육성과 해외 직류 배전시장을 개척할 예정이다.

◆직류배전 실선로 최초 적용을 위한 시범선로 구축 

저압 직류배전은 최대 긍장 4km까지 100kW의 전력을 전압강하 없이 전송할 수 있으며, 이 장점을 활용하여 직류배전 기술개발 성과를 적용할 예정이다. 저부하 장거리 특고압 선로 5개소를 저압 직류배전 선로로 전환하는 내용으로서 산악경과지의 교류 특고압 22.9kV 선로를 저압 직류 ±750V로 전환하여 운영하고 있다.
이를 통하여 단극성(+)의 모노폴(Mono-pole)과 양극성(±)의 바이폴(Bi-pole)방식을 현장에 적용하고 단일 터미널 및 인버터 터미널의 결선방식별 공급방식을 검증하는 한편 다양한 용량별 전력변환기(AC→DC, DC→AC)를 사용할 예정이다.
이와같이 특고압 교류선로를 저압 직류선로로 전환하는 방식은 설비 유지보수 측면에서 경제성을 확보할 수 있고, 향후 AC/DC 전력공급 병행을 위한 중요한 경험이 될 것으로 전망한다.

◆DC 독립섬 실증사업

한전은 2018년 진도 서거차도에 직류기반 신재생과 연계된 세계 최대 DC Microgrid를 구축하였다. 섬내의 독립계통에서 디젤, 태양광, 풍력, ESS가 통합 연계된 직류 배전망을 구축하고, DC Home을 조성하여 전력생산부터 전송, 소비까지 모두 직류 기반으로 이루어지는 직류망을 구축했다. DC 독립섬 실증사업이 완료되면 직류배전의 효율성을 검증하고 직류배전망의 국내외 대표 참조모델이 될 것으로 기대하고 있다.

◆특고압 직류(MVDC) 기술 개발

저압 직류배전 기술확보 후 대용량 직류 전력공급 및 신재생 연계확대 기술력 확보를 위하여 2018년부터 멀티 터미널 기반의 특고압 직류기술 개발을 추진했다. 특고압 직류 기술개발을 추진하여 특고압 직류배전용 전력변환기, 차단기 및 개폐기 등 보호협조 기술을 개발하고, 대용량 수용가용 직류 수배전 시스템과 멀티 전압 공급기술을 개발하여 특고압 직류 기술을 확보하여 미래 직류 상용화에 대비할 계획이다.
특히 특고압 직류배전기술이 완성되면 EV 충전빌딩 및 Internet Data Center 특고압 직류 공급을 통한 고품질 전력서비스 제공이 가능할 것으로 예상되며 내륙과 연계된 도서지역 해저케이블의 특고압 DC 전력공급시스템 전환으로 전력공급 용량이 확대되고 HV-MV-LVDC가 연계된 새로운 전력망 건설 및 운영기술도 확보될 것으로 예상된다.

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