제주 HVDC

제주도는 육지와는 물론 여타의 섬 문화와도 극명한 차별성을 지니고 있다. 전력계통 구성도 매우

특이하다. 섬이라는 독립적인 계통 특성상 일부는 제주 지역 내에 있는 발전소에서, 일부는 육지에서

공급을 받는다. 이 중 육지에서 전력을 공급받기 위한 방안으로 한전은 ‘송전기술의 꽃’이라 불리는

HVDC(High Voltage Direct Current, 초고압 직류 송전)를 채택, 이를 운영하고 있다. 여기에 지난해

말에는 HVDC 실증을 위한 제주 HVDC 스마트센터가 준공됨으로써 HVDC 기술의 국산화에 박차를

가하고 있다. 이제 제주도가 그야말로 국내 HVDC의 교두보이자 산실이 된 것이다. HVDC 기술

자립화를 통해 글로벌 시장 공략의 든든한 밑거름을 제공할 제주 HVDC의 현재 및 미래를 소개한다.

HVDC 기술은 해저케이블 송전, 대용량 장거리 송전, 주파수가 상이한 교류 계통 간 연계, 도시

밀집지역의 단락용량 경감을 위한 연계 등 활용분야가 넓은 차세대 전력전송기술이다. 이러한 장점

때문에 전 세계적으로 관심이 급증하고 있는 분야이기도 하다.

기획특집 _ 電력질주

74 + Journal of the Electric World / Monthly Magazine

HVDC 관련 시장도 2020년 730억 달러(77조 원), 2030년 1,430억 달러(152조 원) 규모로 성장할

것으로 예상되는 등 급성장할 전망이다.

국내외 HVDC 관련 시장 동향을 살펴보면, 먼저 전류형 HVDC의 경우 전 세계적으로 115개 프로젝트가

운전 중에 있는데 그 규모가 약 136GW 수준이다. 건설 또는 계획 중인 프로젝트도 24개 약 66GW에

달한다.

중국, 인도, 브라질 등 국토가 넓은 나라에서는 대용량 장거리 송전이 중점적으로 추진되고 있다.

특히 미국에서는 노후 HVDC의 교체 및 업그레이드 수요와 함께 신재생 연계용 대용량·장거리 송전

프로젝트가 눈에 띄는데, 계통연계용 BTB 프로젝트도 추진되고 있다.

전압형 HVDC는 세계적으로 15개 프로젝트 약 3GW 규모가 운전 중에 있다, 그리고 17개 프로젝트

약 13GW 규모가 건설 또는 계획 중에 있다. 전압형의 경우 북해 연안 해상풍력 연계 프로젝트를

중심으로 추진되고 있는데, 최근에는 BTB에 전압형을 적용하는 사례도 나타나기 시작했다.

우리나라를 포함한 동북아 시장에서는 슈퍼그리드(Supergrid)를 위한 한·러-한·일-한·중

간 연계가 활발하게 논의되고 있는데, 이를 토대로 해외진출도 검토할 수 있을 것으로 기대를 모으고

있다.

육지의 값싼 전력을 공급하기 위한 HVDC 연계선이 제주 지역에 처음 건설돼 운영된 것은 1998년도

이다. 제주~해남 간에 연결된 HVDC 연계설비는 변환설비 2개소, HVDC 해저케이블 2회선

(150MW×2)으로 구성돼 있으며, 각 변환설비가 300MW급 정격을 갖고 있다.

하지만 제주~해남 간 HVDC 설비가 장기간 운전되면서 고장이 자주 발생하게 된다. 문제는 제주

지역 전력공급 분량에서 HVDC가 차지하는 비중이 1/3로 막대하다보니 고장 발생 시마다 제주 지역은

대규모 정전 위기감에서 자유로울 수 없었다. 또한, 관광·컨벤션 관련 서비스 산업이 발전하면서

지속적으로 전력수요가 급증하는 상황이었다.

가공 선로의 경우 투자비용 비교 직류 및 교류 방식 손실 비교

DC line cost

Cost

Distance

Losses

Total DC cost

Total AC cost

Losses

AC line costDC terminalcost

1620㎟

1200㎟ HVDC±400kV

Terminals

Transmission distance(km)

AC 2×400kV

Losses(MW)

150

100

50

500 1000

AC terminalcost

2014 March + 75

제주 HVDC

이에 정부에서는 2008년 제주 지역의 안정적인 전력공급을 위해 제2의 HVDC 건설을 추진하게

된다. 당시에도 HVDC 건설과 LNG복합화력 건설을 놓고 논란이 있었으나, 결국 HVDC 건설로

결론을 맺었다.

HVDC 증설의 경우 LNG복합화력에 비해 건설비용이 적게 들고 연료비가 비싼 제주 지역에

상대적으로 발전 단가가 낮은 육지계통의 전력을 공급해 경제성을 제고할 수 있다는 장점 등이 부각

된 것이다.

이어 한전은 제주와 진도를 연결하는 HVDC 추가 연계선 건설사업 계획을 확정했다. 이 사업은

200MW급 2회선을 제주~진도 간 113km(해저 101km, 육지 12km) 구간에 걸쳐 설치한 것으로 지난해

8월 운전을 개시했다. 사용된 초고압 해저케이블은 250kV급이다.

특히 이번 HVDC 연계선은 전력계이블 2회선, 귀로케이블 2회선 등으로 구성되는 Double

Monopole 형식으로 한 구간이 고장 나더라도 운전이 가능하도록 건설됐다. HVDC 고장 발생시 제주

지역의 대규모 정전 사태를 원천적으로 방지하기 위한 방안이다.

아울러 풍력, 파력, 조력 등 제주지역에 신재생에너지발전단지가 조성되고 있는 점을 고려해

제주 지역의 전력도 육지로 보낼 수 있는 양방향 전송 방식으로 설계됐다. 기존 제주~해남 간 HVDC

시스템은 일방적으로 전력을 보내는 형식이어서 1회선 고장시 전력공급이 불가능함은 물론, 제주지역의

잉여전력도 육지로 전송이 불가능했다.

제주특별자치도는 Carbon-Free Island 정책을 발표하고, 2030년까지 해상풍력 200만kW, 육상

풍력 35만kW 등을 건설할 계획이다. 양방향 전송 방식의 HVDC가 제 기능을 발휘해야 이 같은

정책의 실효성을 높일 수 있게 된다.

제주~진도 HVDC 연계 사업 개요도

진도변환소 서제주변환소

변환기

AC 154kV(교류)

AC 154kV(교류)

변환기해저케이블

DC±250kV(1차 : 180kV)(직류)

▒ 변환소 2개소(진도, 제주)

▒ 케이블 약 122km 설치

▒ 케이블 보호공사 1식

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그리고 제6차 전력수급계획에 제3 HVDC 건설 사업도 반영됨으로써 향후 예정대로 추진될 경우

제주 지역의 전력안정화는 더욱 공고해질 전망이다.

현재 제주 지역은 이러한 HVDC가 전체 전력공급설비용량 96.7만kW 중 30% 수준인 25만kW를

담당하고 있다. 나머지는 기력·복합 등 발전기가 59만kW를, 신재생에너지원이 12.7만kW를 차지

한다. 즉, HVDC의 효율적 운영이 제주 지역 안정적 전력공급의 핵심 키워드로 자리 잡은 것이다.

한편, 제주에서는 HVDC와 관련, 또 하나의 야심찬 도전이 진행 중이다. 바로 ‘제주 HVDC 실증단지

(스마트센터)’ 사업으로, 이는 HVDC 관련 기술의 국산화를 통해 급부상하고 있는 해외 시장으로 진출

하겠다는 포부를 담은 도전이다.

사실 우리나라를 둘러싸고 있는 러시아, 중국 및 일본에 비해 우리나라는 상대적으로 DC 송전

분야의 기술수준이 매우 취약한 상황이다. 이러한 상태에서 동북아국가 간 HVDC 연계 사업이 추진될

경우 설계, 건설 및 운영 단계에서 우리나라의 입지는 치명적으로 약화될 수밖에 없는 실정이다.

제주 HVDC 스마트센터 전경(한림변환소)

제주 HVDC 사업 현황

2014 March + 77

제주 HVDC

이에 한전에서 국내 기업체와 협동으로 추진한 것이 제주 HVDC 실증단지 건설 사업이다. 이를

위해 2009년 10월 한전은 LS산전, LS전선, 대한전선과 HVDC 국산화 기술개발 협동연구를 위한

양해각서를 체결한 바 있다. 실증단지는 한전을 비롯, 양해각서를 체결한 제작 3사가 공동으로 참여해

2011년 7월 착공, 지난해 12월 준공했다.

제주시 한림읍에 ±80kV 60MW급 변환소 2개소(금악, 한림)와 DC송전선로 5.3km(가공 4.8km,

지중 0.5km) 건설을 완료한 상태다. 현재 시운전을 완료하고, 장기운전 시험 중에 있으며, 추가 개발

(자체/국책과제 등) 실증장소로도 활용될 예정이다.

구체적으로 실증단지는 자체 설계한 HVDC 엔지니어링 설계기술을 검증하고 실증을 통해 데이터를

축적·분석함으로써 운전조건 및 계통여건에 적용하는 최적의 운영기술을 확보하는데 목적이 있다.

또한, 설계 기술 업그레이드에도 선도적 역할을 수행할 것으로 예상된다.

한전을 포함한 실증단지 참여기업들은 올해 그동안 국산화 한 싸이리스터 밸브, HVDC 변환용

변압기 등 핵심 기기 등에 대한 장기운전을 중점적으로 시험해 나갈 계획이다. 여기에 초전도케이블을

HVDC 설비와 연계하는 방안에 대해서도 연구를 진행키로 했다.

아울러 향후 HVDC 수요 증가에 대비한 인력양성 방안 마련에도 공동으로 힘을 모으기로 했다.

현재 국내의 경우 HVDC를 운전해 본 경험을 갖고 있는 전문가들이 많지 않은 상황이나 장기 운전을

위해서는 운전 요원 확보가 매우 시급하다. 이에 따라 한전을 포함한 관련 기업들과 연구계, 학계

등은 HVDC 관련 전문 인력 양성에 적극적인 행보를 가시화할 방침이다.

HVDC 변압기

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제주는 섬이라는 특수 지형적 조건으로 인해 HVDC가 처음 건설됐지만, 지금은 제1, 제2의 HVDC

건설·운영에 이어, 실증단지까지 본격 가동되면서 명실공히 국내 HVDC의 메카로 자리 잡게 됐다.

이는 점차 경쟁이 치열해지고 있는 해외 HVDC 시장에서 우리나라의 입지를 강화할 수 있는 계기를

만들었다는데 그 의의가 더 높을 것이다. 제주의 HVDC를 기반으로 해외사업을 적극 추진함으로써

전력산업의 새로운 블루오션으로 HVDC가 우뚝 서는 그날이 앞당겨지길 기대해 본다.

제주 HVDC 스마트센터 GIS 등 실계통 연계 설비

제주 HVDC 스마트센터 사업 현황

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