GCC 에너지시장을 혁신하는 슈퍼 그리드

Expotrade에 따르면, 2050년까지 지구 전체 전력의 57%는 재생에너지에서 생산될 것이다. 특히 석탄, 석유, 가스, 원자력뿐만 아니라 수력, 바이오매스, 풍력, 태양광이 주된 전력원이 될 것이다. 이러한 변화는 발전, 송전, 배전 부문에서 새로운 기술의 도입을 필요로 한다. 추가적으로 신뢰성 있는 전력공급에 대한 수요가 늘어나면서 유연한 송전이 가능한 고압직류송전(HVDC)의 필요성이 높아지고 있고, 실제로 HVDC가 전 세계적으로 확산되고 있다. 1986년에 최초로 HVDC가 구축되었는데, 프랑스와 영국 간 바다 속을 가르는 직류 방식의 송전망(IFA 2000) 구축이 이루어졌다.

GCC 국가들도 회원국 간 전력망을 HVDC로 연계하는 방안을 모색하였다. GCC 국가들은 빠르게 늘어나는 전력수요에 대응하기 위해, 여러 종류의 경제개발 협력 방안을 마련하였고, 그 중 하나의 협력방안이 바로 국가 간 전력망 연계이다. 여기에서 GCC는 여섯 중동국가를 의미하는데, 아랍에미리트, 바레인, 사우디아라비아, 오만, 카타르, 쿠웨이트가 회원국이다. 최근 제2차 오일 붐이 일고 있고, 인구가 빠르게 증가하면서, 이 지역에서 전력공급 서비스가 핵심 과제로 떠올랐다.

GCC는 GCCIA(Gulf Cooperation Council Interconnection Authority)라는 기구를 창설하고 여섯 걸프 국가들 간 전력망을 연계하는 계획을 수립하였다. 이 계획은 바레인, 카타르, 쿠웨이트, 오만, 아랍에미리트, 사우디아라비아 간 400kV의 슈퍼 그리드를 구축하는 것이다. 각 국가 전력망의 정전 위험에 대응하고 에너지 자원을 공유하기 위해, GCCIA는 모든 회원국의 전력망을 상호 연계하기로 한 것이다.

사우디아라비아에 HVDC 주요 시설을 갖추고, 직류방식의 고압 송전망이 지상에서는 900km, 해저에는 37km 길이로 바레인까지 연결된다. 그리고 일곱 군데의 400kV 변전소가 설치된다. 이는 세계에서 최대 규모의 HVDC 변환시설을 갖추는 셈이 되며, 용량으로 보면 1,800MW에 달한다. 흥미롭게도, 이 HVDC 시설은 추가 발전 없이 전력수요 증가에 대응하기 위해 전력을 교환할 수 있는 특징도 갖추고 있다.

HDVC 변환소는 송전 손실을 최소화하기 위해서 고전압에서 교류를 직류로 변환하는 작업을 실시한다. HDVC 전력변환 분야에 있어 가장 최근에 개발된 것은 모듈화된 멀티 레벨 변환장치이다. 직렬로 연결된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated-gate bipolar transistors, IGBT)와 캐패시터는 원하는 전압을 점증적으로 만들어낼 수 있다. IGBT는 수 십년 동안 변환기의 고전류 및 변동 전류에 노출된다. 이들 고전류는 구성요소의 전기적 접점에서 상당한 열을 만들어낸다. 그 결과 전류 및 온도 변동이 발생하여 와이어 접합(Wire Bonding) 부분의 문제나 납땜 이음 부분의 균열이 발생한다. 결국 합선이 발생하여 각각의 구성요소 및 근접해 있는 모듈까지 손상을 줄 수 있는 하이피크 전류를 만들어낸다. 이러한 위험에서 보호하기 위해 현재의 시스템은 추가적인 파워일렉트로닉스(Power Electronics)와 트윈셀 하우징(Twin-cell Housing)을 갖추고 있다(GTB2013110464).

여러 대륙 간 대용량의 전력을 송전하는 데 있어 HVDC 네트워크 기술이 적극 이용되고 있으며, 전력생산능력 차원에서 각 지역별 장점을 최대한 활용할 수 있는 기반이 되고 있다.

■  KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr