윤재영 한국전기연구원 책임연구원
전력계통은 인간이 발명한 가장 크고 복잡한 거대 시스템으로서 발전소에서 20kV 내외의 전압으로 전력을 생산하지만, 전력손실 때문에 변압기를 통하여 전압을 높인 상태에서 장거리 송전선로를 통하여 전력부하지점 근처까지 수송된다. 반대로, 전력부하지점 근처에서는 변압기를 사용하여 다시 전압을 낮추어 전력부하에 사용하게 된다.
이와 같이 전압을 변경하는 주요인은 전력손실을 저감시키기 위해서이다. 현재 사용하고 있는 기존 전력공급시스템은 구리도체로 구성된 송전/배전선로를 통하여 전력을 수송한다. 구리는 금속 중에서는 도전율이 가장 높고 전기적인 특성이 우수하지만, 대용량의 전력을 수송하기 위해서는 두께가 굵어지고, 전력손실이 커진다.
전력수요가 증가함에 따라서, 송전전압도 더욱 높아지며, 송전선로와 변전소 간격도 조밀해진다. 이는 심각한 환경과 민원문제를 야기하게 된다. 국토가 좁은 우리나라의 전력부하 밀도는 전 세계에서 가장 높은 수준이며, 환경문제에 대한 관심이 높아짐에 따른 님비현상으로 전력사업의 수행 자체가 심각한 도전에 직면해 있다.
초전도는 일정한 온도이상이 되면 전기저항이 제로가 되며, 반자성을 나타내는 현상을 의미한다. 초전도현상을 전력시스템에 적용하면 아주 얇은 도체에 큰 전류를 흘릴 수 있다. 초전도선은 구리도체 보다 단위 면적당 전류밀도를 100배 이상으로 증가시킬 수 있다.
현재 사용하고 있는 초전도변압기나 케이블 등 상전도 전력기기는 냉각을 위하여 오일, SF6 가스를 사용하므로, 폭발이나 화재의 위험성이 있고, 온실가스도 증가시킨다. 하지만, 초전도 전력기기는 액체질소를 사용하므로 폭발이나, 화재 등의 환경문제가 없다. 전체적으로 초전도전력기기는 기존 전력기기에 비해서 환경이나 민원문제가 없으면서, 전력손실도 대폭 절감시켜 결과적으로 온실가스 배출도 저감시키는 효과를 가져다준다.
이러한 초전도전력기기를 실제 전력공급시스템에 적용하면, 얇은 도체에 대전류를 흘릴 수 있으므로, 낮은 전압으로 대용량 전력을 수송할 수 있게 된다. 이는 기존의 고압 송전계통을 동일한 전력을 수송할 수 있는 저압배전계통으로 변경할 수 있음을 의미한다.
초전도전력기기를 적용한 (신)전력계통은 기존의 154kV 상전도 전력시스템을 154/22.9kV 초전도변압기와 22.9kV 초전도한류기 및 초전도 케이블을 병행적용하는 초전도(신)전력계통으로 대체하는 것을 말한다. 이러한 경우, 도심부에 증설되는 154kV 변전소를 변압기가 없는 22.9kV 개폐소로 대체할 수 있다. 22,9kV 개폐소는 154kV 변전소에 비해 부지면적이 20~30%에 불과하고, 변전설비 비용도 훨씬 저렴하다.
22.9kV 초전도케이블 역시 기존의 154kV 상전도케이블에 비해 관로나 전력구의 점유면적이 1/3 이하로 대폭 축소되므로 도심부의 토목공사비가 대폭 절감되며, 공사로 인한 도심 교통난도 덜 수 있다.
현재 수도권 도심이나 새롭게 개발되는 신도시지역은 압축적인 고밀도 전력부하지역으로서 모든 송배전설비는 지중케이블과 옥내 GIS(Gas Insulation Substation)로서 건설되고 있다. 향후 고온초전도(HTS : High Temperature Superconducting)기술을 도입한 (신)전력계통은 대도심 고밀도부하에 대한 안정적인 전력공급을 위한 미래 대안으로서 저압, 대용량 방식 초전도 전력기기의 병행 적용방식이다.
이러한 초전도(신)전력계통의 적용은 기존 전력공급방식의 패러다임을 변경하는 큰 사안이며, 연구개발자와 전력사업자가 상호 협심하여 공동으로 달성해야 하는 미래 에너토피아의 한 단면이다.
[저작권자 ⓒ디지털타임스 무단 전재-재배포 금지]
이와 같이 전압을 변경하는 주요인은 전력손실을 저감시키기 위해서이다. 현재 사용하고 있는 기존 전력공급시스템은 구리도체로 구성된 송전/배전선로를 통하여 전력을 수송한다. 구리는 금속 중에서는 도전율이 가장 높고 전기적인 특성이 우수하지만, 대용량의 전력을 수송하기 위해서는 두께가 굵어지고, 전력손실이 커진다.
전력수요가 증가함에 따라서, 송전전압도 더욱 높아지며, 송전선로와 변전소 간격도 조밀해진다. 이는 심각한 환경과 민원문제를 야기하게 된다. 국토가 좁은 우리나라의 전력부하 밀도는 전 세계에서 가장 높은 수준이며, 환경문제에 대한 관심이 높아짐에 따른 님비현상으로 전력사업의 수행 자체가 심각한 도전에 직면해 있다.
초전도는 일정한 온도이상이 되면 전기저항이 제로가 되며, 반자성을 나타내는 현상을 의미한다. 초전도현상을 전력시스템에 적용하면 아주 얇은 도체에 큰 전류를 흘릴 수 있다. 초전도선은 구리도체 보다 단위 면적당 전류밀도를 100배 이상으로 증가시킬 수 있다.
현재 사용하고 있는 초전도변압기나 케이블 등 상전도 전력기기는 냉각을 위하여 오일, SF6 가스를 사용하므로, 폭발이나 화재의 위험성이 있고, 온실가스도 증가시킨다. 하지만, 초전도 전력기기는 액체질소를 사용하므로 폭발이나, 화재 등의 환경문제가 없다. 전체적으로 초전도전력기기는 기존 전력기기에 비해서 환경이나 민원문제가 없으면서, 전력손실도 대폭 절감시켜 결과적으로 온실가스 배출도 저감시키는 효과를 가져다준다.
이러한 초전도전력기기를 실제 전력공급시스템에 적용하면, 얇은 도체에 대전류를 흘릴 수 있으므로, 낮은 전압으로 대용량 전력을 수송할 수 있게 된다. 이는 기존의 고압 송전계통을 동일한 전력을 수송할 수 있는 저압배전계통으로 변경할 수 있음을 의미한다.
초전도전력기기를 적용한 (신)전력계통은 기존의 154kV 상전도 전력시스템을 154/22.9kV 초전도변압기와 22.9kV 초전도한류기 및 초전도 케이블을 병행적용하는 초전도(신)전력계통으로 대체하는 것을 말한다. 이러한 경우, 도심부에 증설되는 154kV 변전소를 변압기가 없는 22.9kV 개폐소로 대체할 수 있다. 22,9kV 개폐소는 154kV 변전소에 비해 부지면적이 20~30%에 불과하고, 변전설비 비용도 훨씬 저렴하다.
22.9kV 초전도케이블 역시 기존의 154kV 상전도케이블에 비해 관로나 전력구의 점유면적이 1/3 이하로 대폭 축소되므로 도심부의 토목공사비가 대폭 절감되며, 공사로 인한 도심 교통난도 덜 수 있다.
현재 수도권 도심이나 새롭게 개발되는 신도시지역은 압축적인 고밀도 전력부하지역으로서 모든 송배전설비는 지중케이블과 옥내 GIS(Gas Insulation Substation)로서 건설되고 있다. 향후 고온초전도(HTS : High Temperature Superconducting)기술을 도입한 (신)전력계통은 대도심 고밀도부하에 대한 안정적인 전력공급을 위한 미래 대안으로서 저압, 대용량 방식 초전도 전력기기의 병행 적용방식이다.
이러한 초전도(신)전력계통의 적용은 기존 전력공급방식의 패러다임을 변경하는 큰 사안이며, 연구개발자와 전력사업자가 상호 협심하여 공동으로 달성해야 하는 미래 에너토피아의 한 단면이다.
[저작권자 ⓒ디지털타임스 무단 전재-재배포 금지]
