초전도 한류기는 초전도 현상을 이용하기 때문에 평상시엔 손실이 없어 전력계통에 아무런 영향을 주지 않다가 단락이나 낙뢰 등의 전력계통에 임의의 사고가 발생하면 사고전류를 초고속으로 낮춰주는 전력계통 보호 장치이다.
과학기술부 차세대초전도응용기술개발사업단(단장 류강식/이하 사업단)은 지난 2월 6일 전선이 끊어지거나 벼락 등의 사고 시 발생하는 고장전류를 0.1mm/s(1mm/s=1000분의 1초) 이내에 감지, 수초 이내에 정상전류로 바꿔 대형 사고를 방지할 수 있는 초전도 한류기를 개발했다고 밝혔다.
과기부 사업단은 연구 성과의 질적 향상과 기술개발의 조기완료를 위해 두 개의 연구팀을 구성해 연구를 수행했고, 세계 최고의 성능을 지닌 2가지 기종의 초전도 한류기를 동시에 개발하는 성과를 이뤘다고 설명했다.
한류기 개발 후발주자, 세계최고 기술로 상업화 앞서
그러나 연구팀은 한류기의 초전도체를 1/10로 축소하면서 동작 초기에만 반응케 하고, 나머지 초전도체 9/10의 역할을 선로변경을 통해 상전도 기기가 대응케 함으로써 초전도체의 최소화, 저온장치의 소형화를 이루고, 그에 따른 설비비 및 운영비를 낮출 수 있었다.
현옥배 박사는 “한류기에 쓰이는 초전도체 양을 1/10로 줄이고, 나머지 9/10의 역할을 상전도 기기가 담당케 함으로써 해외수입에 의존해야 하는 값비싼 초전도체의 양을 줄여 한류기 전체 비용을 절감할 수 있게 됐다. 가장 조기에 상업화를 시도할 수 있을 것”이라고 전했다.
그리고 현대중공업(대표이사 민계식, 최길선) 석복렬 박사 연구팀과 연세대학교(총장 정창영)가 공동으로 연구개발한 초전도 한류기는 154kV 이상의 고전압 전기절연에 유리한 새로운 개념의 무유도 권선법을 개발, 적용한 것으로 이로 인해 향후 상용가치가 높은 154kV급 초전도 한류기 개발에 필요한 핵심기술을 상당부분 확보할 수 있게 되었다.
연구팀은 “독자적인 무유도 권선법을 개발ㆍ채택하고, 가압ㆍ과냉각 기술을 적용해 기준치의 3배에 달하는 절연시험(AC 내전압 143kV)을 통과함으로써 초전도 전력기기 개발의 3대 핵심기술 분야인 초전도 코일, 냉각, 전기절연에 있어 세계최고수준에 도달했다”고 전했다. 무유도 권선법이란 초전도 선을 기본 틀에 감을 때 초전도 선 사이에 자기적인 유도가 없도록 손실발생을 최소화한 권선방법을 말한다.
한류기 상용시 2020년경 연간 2조원 절감 예상
이번에 개발된 2종의 한류기를 통해 변압기, 차단기, 케이블 등 기존 전력기기를 보호하고 정전사태 등을 방지해 전력계통의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되었다. 이들 한류기는 전력수요의 상승으로 송전용량을 증가시켜도 기존 차단기의 용량증대 없이 사용할 수 있어 정전비용 및 전기품질문제로 인한 비용손실을 절감할 수 있다.
과기부 사업단에 따르면 2종의 한류기가 상용화 된다면 2020년경에는 연간 2조7,400억원의 경제적 이익이 있을 것으로 전망된다.
하지만 한류기 개발 후발주자로서 아직 우리나라는 연구개발 환경에 있어 부족한 점이 많다. 한전 전력연구원 현옥배 박사와 현대중공업 석복렬 박사는 국내개발이 미흡한 초전도체의 수급과 협소한 인력 배경, 냉각기술의 국내기반 취약을 연구과정에서의 어려움으로 꼽았고 한류기 개발 초기단계인 만큼 앞으로 한류기와 다른 보호기기의 융화와 장기 신뢰성 확보에 힘써야 한다고 주장했다.
향후 한전 전력연구원과 LS산전(주)이 개발한 선로변경식 하이브리드 초전도 한류기는 장기신뢰성 시험 후 2009년경 실용화를 추진할 계획이며, 현대중공업과 연세대가 개발한 차세대 초전도 선을 적용한 초전도 한류기는 2007년 중순부터 한국전력 고창시험소에서 실제 계통과 동일한 조건에서 장기실증시험을 수행하고 그 연구결과를 바탕으로 154kV급을 개발하여 2011년경 실용화를 추진할 계획이다.
현장실증시험이 성공한다면 이번에 개발된 2종의 한류기는 전력계의 사고예방과 비용절감에 크게 기여할 것으로 예상된다.
