에너지신산업의 토대, 10대 전력기술③
[에너지신문] 한전은 에너지신산업의 상용화와 수출사업화를 적극 추진하고 있다. 이를 위해 한전 산하 연구기관인 전력연구원은 에너지신산업에 적용되는 10대 전력기술 개발에 주력하고 있으며, 그 성과물이 속속 모습을 드러내고 있다. 본지는 한전 전력연구원과 공동으로 10주간 10대 전력기술을 소개하는 코너를 마련했다.
①에너지저장기술 ②마이크로그리드기술 ③초전도기술 ④해상풍력기술 ⑤신송전기술(HVDC) ⑥스마트그리드기술 ⑦CO2 회수, 이용, 저장(CCUS)기술 ⑧청정화력기술 ⑨전력신소재기술 ⑩ICT융복합기술
▲초전도 기술의 활용현황
초전도현상은 물질의 저항이 어느 온도이하에서 영이 되는 현상이다. 1911년 영하 269도 부근에서 초전도상태가 처음 발견된 이래 1986년 영하 196도 이상에서의 고온에서 초전도상태가 유지되는 물질의 발견 등 100여년의 초전도 연구로 점점 높은 온도에서의 초전도체 개발연구가 계속되고 있다.
영하 196도 이상의 높은 온도에서의 초전도체 발견은 상온에서도 초전도체의 발견이 가능할 것이라는 기대감을 불러일으켰다. 특히 고가인 액체헬륨을 주로 사용하던 저온 초전도체에 비해 액체질소를 사용한다는 점에서 비용 및 사용상의 편리함을 기대할 수 있어 초전도 연구가 활성화 되는 계기가 됐다.
1986년 고온초전도체의 발견 이래 어느덧 30년이 흘렀다. 초전도 현상을 응용한 초전도기기의 실생활 적용의 본격화가 기대되는 가운데 현재 새로운 분야의 적용을 위한 연구가 다양한 분야에서 활발히 진행되고 있다.
▲초전도 설비, 대용량 & 컴펙트 현상 및 전력기기
초전도 현상이 적용된 대표적인 기기는 병원 검사에 자주 사용되는 MRI(자기공명진단장치) 장비다. MRI장비에는 고자기장의 1.5T(테슬라)급의 초전도자석이 설치돼 있고, 초전도자석의 극저온 유지를 위해 액체헬륨과 극저온 냉동기가 사용된다.
MRI 촬영시 연속적인 ‘꿍딱꿍딱’ 소리가 극저온 냉동기 구동 소리이다. 만일 이 MRI에 사용되는 1.5T급의 자석을 초전도가 아닌 일반 자석으로 제작한다면 부피도 훨씬 커질 뿐만 아니라 엄청난 열 발생에 따른 대용량의 냉각수 설비, 이에 따른 막대한 전력소모로 쉽게 사용하기 어려운 장비가 된다.
이와 같이 초전도설비는 대용량이면서도 컴펙트하게 제작 할 수 있다는 장점이 있다. 초전도 현상을 적용사례는 전력에너지, 통신, 운송, 의료, 우주 등의 다방면의 기술 분야에 활용되고 있다.
▲한전의 초전도 전력기술
국내 계통은 송전거리가 짧고 망상 구조(Network)로 운영되고 있다. 전력수요는 지난 10년간 연평균 4% 이상 증가했으며 향후에도 2% 이상 증가할 것으로 예상되고 있다.
이에 따라 고밀도·고효율 전력전송의 필요성이 증가하고 있으며 고장전류가 증가하면서 차단기의 차단 내력을 초과한 변전소의 수가 증가함에 따라 이에 대한 대책을 필요로 하고 있다.
한전은 초전도케이블과 초전도한류기를 이 문제 해결의 핵심 기술로 선정, 2000년 초반부터 본격적으로 연구 개발에 전념하고 있다.
▲초전도 케이블 및 한류기
한전 전력연구원은 초전도케이블 실계통 적용을 위해 2002년도부터 기술개발에 착수, 한전의 고창 전력시험센터에서 실증 단지를 구축하고 1만 시간 이상의 운전을 통해 운영기술 축적은 물론 실계통 적용 가능성을 확인했다.
2011년부터는 5년간에 걸친 대용량 송전급 초전도케이블 시스템 개발 연구를 통해 80kV 500MW급 직류 초전도케이블 500m를 제주 초전도센터에 설치하고 세계 최초로 2개월간 실계통에서 실증운전을 실시했다.
아울러 세계 최대 용량의 154kV 600MVA급 초전도케이블 1km를 제작, 시험을 완료하고 같은 장소에서 실계통 실증 운영 중에 있다. 현재 2017년 준공을 목표로 초전도케이블 시범 사업 (신갈-흥덕 변전소간 초전도케이블 연계사업) 이 추진 중에 있다.
▲향후 전망은?
현재 세계적으로 볼 때 초전도 케이블 및 초전도 한류기는 실증 단계를 넘어 시장 진입을 추진하는 단계에 있어 초전도 전력기기 중 가장 실용화에 근접해 있는 기기라 할 수 있다.
아직 시장 진입 초기 단계라 높은 가격에 의한 경제성은 다소 낮으나 이는 시장이 형성돼 대량 공급되면 극복할 수 있는 문제로 인식된다. 그 외에도 초전도 풍력발전기, 초전도 전력저장장치, 초전도 변압기 등도 연구개발 결과에 따라 가까운 시기에 적용될 전망이다.
친환경 고효율 초전도기기의 대중화에 의해 고효율 친환경 전력계통 구축은 물론 도심 변전소 축소, 송전 철탑 대체 등 쾌적한 환경을 통한 국민 생활의 질적 향상이 기대된다.