[일렉트릭파워 이재용 기자] 초고압 직류송전은 기존의 교류송전보다 장거리 송전에 유리하고 손실이 적어 차세대 기술로 주목받고 있는 기술이다.

한전 전력연구원(원장 김숙철)은 HVDC(초고압 직류송전) 설계·운용에 필요한 기술 개발 및 실증을 위한 시험장 착공식과 시험장 활용 협력에 대한 MOU를 전남 고창 전력시험센터에서 한국전기연구원, LS전선, 대한전선, 일진전기, 한양대 등 관련 산학연 관계자 약 100여 명이 참석한 가운데 개최했다.

HVDC 케이블 시험장은 연면적 4,750m² 2층 규모로 건설돼 시험실, 제어실, 회의실 등을 구축한다.

이와 함께 야외 지중송전 케이블 및 실내 지중케이블 실험이 가능한 실험장을 건설해 국내 전력케이블 업체도 시험장을 활용할 수 있도록 할 예정이다.

케이블 제작사와 시험장 활용 MOU 체결
한국전력 전기시험소로 1961년 출범한 전력연구원은 1993년 대덕연구단지 내 신사옥으로 이전해 한국전력 기업부설연구원으로 현재까지 국가 전력공급과 관련 산업 발전에 필요한 많은 연구를 해오고 있다.

차세대송변전연구소는 전력계통의 핵심분야인 전력망기술, 변전기술, 송전기술, 구조내진기술 분야를 담당하고 있으며 전력계통 계획 및 해석, 디지털변전소, HVDC(초고압 직류송전), 친환경 송전, 초전도 케이블, 전력설비 내 진성능 강화 공법 등을 연구하고 있다.

김태균 한전 전력연구원 송변전연구소장은 “HVDC 기술은 AC송전의 거리상 제약을 해소하고 손실을 줄이고 전력계통의 안정도를 향상시키는 등 전력사적인 측면에서 획기적인 변화를 가져오고 있다”고 설명하며 “전력연구원의 고창 HVDC 케이블 시험장은 HVDC 지중송전 분야에서 이런 변화를 이끌어가는 중추적인 역할을 하고자 건설을 추진하게 됐다. 현재 국내에서 500k급 HVDC 케이 블을 개발하고 있는 상황이고, 향후 800kV급 케이블 개발이 예상된다”고 말했다.

한전 전력연구원은 4월 10일 전남 고창 전력시험센터에서 HVDC 케이블 시험장 착공식과 함께 케이블 제작사인 LS전선, 대한전선, 일진전기와 고압직류송전기술 개발 및 시험장 운영·활용을 위한 MOU를 체결했다.

향후 국내 전력케이블 기업도 시험장을 활용할 수 있도록 할 예정이다.

HVDC 관련 연구 및 시험에 따른 경제적 효과는 대략적으로도 약 900억원대를 넘을 것으로 분석된다. HVDC 케이블 고장예방에서부터 케이블 수명연구에 따른 선로사용기간 연장, 국내 HVDC 케이블 건설사업 등 케이블 인정시험 수익을 포함해 800kV급 HVDC 케이블 개발시에는 상당한 수입대체 효과까지도 얻을 수 있기 때문이다.

HVDC 케이블 시험장··· 2020년 12월 완공 목표
전력연구원의 HVDC 케이블시험장 완공 시 신제품 개발에 소요되는 시험 비용(약 3억/회)의 외화 절감 및 신기술 시험 및 실증 기회 확보로 기업들의 적극적 기술개발이 예상된다.

한전 전력연구원의 고창 시험장은 800kV급 HVDC 케이블 시험이 가능하도록 세계적인 시험장 규모를 갖출 계획이다. 총 사업비 180억원 규모에 건축면적은 4,750m²의 지하1층 지상2층 건물로 최고 높이 38.65m에 달한다.

시험장 구축계획은 지난 2017년 5월 기본설계를 시작으로 착공단계에 들어섰으며 2020년 12월 완공을 목표로 하고 있다.

특히 HVDC 기술은 정부의 재생에너지 확대 정책에 따라 대규모 해상풍력 개발 및 계통 연계와 수요지로 장거리 송전, 국가 전력망 안정도 확보 측면에서 송변전 기술 보급 및 사업확대가 불가피할 것으로 예상된다.

김태균 처장은 “정부의 제8차 장기송변전설비계획에 따르면 신군포-신광명 500kV HVDC 사업 등 재생에너지 계통연계가 계획돼 있다”며 “또 동해안 대규모 발전력 계통 연계 등이 현재 진행되고 있다”고 설명했다.

2031년까지 HVDC 설비는 송전선로 2,992C-km, 변환소 26개소, 변환설비 용량 5만3,900MW에 달할 것으로 전망된다.

케이블 고장점 탐지기술, 글로벌 시장 견인
전력계통에서의 핵심기술들을 지속적으로 연구해오고 있는 송변전연구소는 지난해 10월에는 미국 전력연구원(EPRI, Electric Power Research Institute)과 북미지역 전력회사를 대상으로 ‘지중케이블 고장점 탐지기술’ 실계통 실증 및 사업화를 위한 계약을 체결한 바 있다.

전력 케이블 운영자가 육안으로 땅 속에 묻힌 장거리 전력 케이블의 고장 지점을 찾기 어려운 단점을 개선하는 동시에, 전력 케이블의 고장 지점을 99% 정확도로 빠르고 정확하게 찾아내는 것이 가능해 관리 비용을 줄이고 운영 손실을 예방할 수 있다.

미국 EPRI와의 계약은 1단계(Reporting), 2단계(Testing), 3단계(Commercializing)로 구분해 추진하게 된다. 1단계 과정은 북미지역 전력회사 기술교육과 시연을 주요 내용으로 하고 2단계에서 실계통 실증을 완료하면 3단계에서 실질적인 사업화를 추진하게 된다.

김태균 처장은 “한전 전력연구원에서는 지중케이블의 신속하고 정확한 고장위치 탐지를 위해 웨이브렛 변환을 이용, 노이즈제거 알고리즘을 개발해 실시간 고장점 탐지 장치에 적용했다”며 “지중케이블의 주파수별 반사특성을 이용, 케이블 끝에서 보내는 탐지신호가 되돌아오는 시간을 분석해 고장 위치를 찾아내는 오프라인 고장점탐지 장치를 2017년 12월 개발했으며, 100km 장거리 해저케이블 에서 성능 검증을 모두 완료했다. 현재 실시간 고장점탐지 장치는 ±180kV 제주-해남 간 해저케이블에서 운영 중”이라고 설명했다.

지중케이블 고장점 탐지기술은 케이블의 고장 지점을 99% 정확도로 신속하고 정확하게 찾아내는 것이 가능해 막대한 복구비용 및 운영손실 등을 사전에 예방할 수 있어 뉴욕전력청(NYPA), 콘 에디슨(Con Edison) 등 미국과 캐나다 10여개 전력회사로부터 주목받고 있다고 설명했다.

또 올해 3월 유럽의 대표적인 케이블 분야 진단기기 제작 업체인 BAUR와 NDA 체결을 계기로 유럽 등으로 해외 시장 진출 범위를 지속적으로 확대할 계획이다.

차세대 기술 활용해 전력설비 진단 및 운영
전력연구원 차세대송변전연구소에서는 차세대 디지털 변전기술, 전력설비 자동 진단 등 4차 산업혁명 융복합 기술 확보에 전력을 다하고 있다.

이를 위해 인공지능, 빅데이터, IoT 기술을 활용한 다양한 전력설비 상태진단 및 운영 기술을 개발 중이다.

먼저 PMU 측정기반 그리드 운영 빅데이터를 활용해 광역 정전을 감시할 수 있는 송전망 종합감시스템(WAMAC)을 개발해 현재 활용 중이다.

또 시스템 확장과 고장 징후 예지 등 고부가 애플리케이션 개발을 위해 현재 지속적인 연구가 진행 중이다. 김태균 처장은 “드론을 이용한 가공 송전선로의 선로 열화 및 소손 진단 기술을 개발해 2018년 철탑 76기를 점검 했고 이를 전국으로 확대할 예정”이라고 성과에 대해 설명하며 “드론 및 로봇 진단 기술도 향후 인공지능 분석기술과 융합해 설비진단 무인화 및 자율화 구현을 목표로 연구를 지속할 예정”이라고 말했다.

차세대송변전연구소에서는 지진 등 자연재해 대비 전력설비 안전성 확보를 위해 전력설비 내진 성능 개선 연구를 진행해 고리 등 10개 원전 및 36개 전력 설비의 내진 성능 보강을 완료했고 지진감시 및 산지철탑 급경사지 재해예 보시스템을 전사에 적용했다.

산·학·연 협력으로 최고 시험장 만들 것
HVDC 케이블 검사장 착공과 더불어 국내 케이블 제작사들과의 시험장 활용협력에 대한 전력연구원과의 MOU 체결은 점차 주목되는 초고압 직류송전 분야에서 국내 기술력이 일보 전진하는 발판을 마련했다는 평가다.

김태균 처장은 “고창 HVDC 케이블 시험장은 기본적으로 세계적인 HVDC 지중송전 분야의 핵심이슈 사항에 대한 연구와 함께 기업들의 신제품 개발에 필요한 인증시험을 수행하게 될 것”이라며 “특히 HVDC 케이블 수명진단, HVDC 케이블의 공간전하 시험 평가기술, HVDC XLPE 케이블 열화 기법 개발, 800kV 신절연 HVDC 케이블 개발 등 신기술 개발에 주력할 계획”이라고 설명했다.

HVDC 케이블 시험장이 국내에 구축하게 되면 그동안 외국에서 거쳐야 했던 인증시험이 국내에서 이뤄지게 돼 기업들로써는 시간과 비용이 크게 절감될 것이라고 내다봤다. 특히 국가경쟁력 측면에서도 크게 향상될 것이라고 전망했다.

최근 전력산업은 4차 산업혁명, 신재생 에너지의 필요성 증대 및 국가 간 전력계통을 연계하는 슈퍼그리드 등을 계기로 새로운 기술에 매우 의존적이고, 지속가능한 미래 먹거리를 선점하기 위한 무한경쟁의 시대로 접어들고 있는 추세다.

전력연구원 송변전연구소는 시험인프라를 활용해 산학연 기관들과 전력계통 현안 해결과 신기술을 개발해 오고 있다.

김태균 처장은 “이번 HVDC 케이블 시험장도 다른 기관들과 연구개발을 위해 공동으로 활용할 것이며, 기본적으로 기업들과 인증시험 및 시험평가 기술을 협력 개발하고 연구기관들과 HVDC 지중송전 기술현안 해결과 신기술 공동 개발을 추진할 것”이라며 “세부 협력방안에 대해 올해 상반기 내에 산학연 자문 및 운영위원회를 구성·운영할 계획”이라고 밝혔다.

이어 “전력연구원 송변전연구소는 2020년 고창 HVDC 케이블 시험장의 성공적 구축을 위해 최선을 다할 것”이라고 다짐하며 “HVDC 분야 산학연 기관들과 협력을 통해 세계적인 HVDC 케이블 시험장이 되도록 노력하겠다”고 밝혔다.