<사진. HVDC의 송전능력
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>
직류를 높은 효율로 송전할 수 있는 HVDC
히타치제작소와 스위스 ABB는 2014년 12월 16일, 일본 국내용 고압 직류 송전(HVDC, High Voltage Direct Current) 사업을 전개하기 위한 합병회사를 설립하는 데 합의하였다. 히타치제작소의 영업 네트워크 및 프로젝트 매니지먼트 능력, ABB의 선진 HVDC 기술과 조합시킴으로써 재생가능 에너지의 대량 도입 및 일본 국내 전력계통 강화에 도움이 된다.
교류가 아니라 직류로 대전력을 송전하는 이유는 다음과 같다. 공중에 송전선을 잡아당기는 가공선을 이용하여 1,000km 송전한 경우에 교류 송전의 손실은 9%이다. 직류송전(HVDC)이라면 이것을 7%로 억제할 수 있다. 손실이 낮을 뿐만 아니라 HVDC 기술을 이용하면 장치의 설치면적을 줄일 수 있으며, 건설비용도 낮게 할 수 있다.
2.6GW의 전력을 직경 12cm의 전용 HVDC 케이블 2개로 송전할 수 있다(5만 2,500V, 5,000A). 이것은 프랑스 수도 파리시를 담당할 수 있는 용량이다. ABB에 의하면 1,500km를 송전하더라도 송전 손실은 5% 이하이다. 홋카이도에서 큐슈까지의 거리에 해당하는 값이다.
HVDC는 모두 신규기술이 아니다. 일본 국내에서는 2006년까지 HVDC 기술을 사용한 대규모 프로젝트가 9개 있었다. 홋카이도 전력의 계통과 도호쿠전력의 계통을 해저에서 접속하는 홋카이도, 혼슈 사이의 전력계통 설비 및 츄부전력과 도쿄전력 사이에서 60Hz의 계통과 50Hz의 계통을 접속하는 프로젝트이다.
2006년부터 현재에 이르기까지 일본 국내에서는 새로운 대규모 HVDC 프로젝트가 추진되지 않았다. 그러나 정부의 전력시스템 개혁에서는 계통선 및 광역 송전선의 정비계획을 책정하는 것이 정해져 있다. 정비계획은 구체화되어 있다. 이 외에도 HVDC 기술의 적용범위가 확대되고 있다. 육상은 물론 해상풍력발전 등 대규모 재생가능 에너지의 도입이 계획되어 있기 때문이다. 지중 및 해저의 송전에서는 교류송전보다 직류송전의 장점이 보다 높아진다.
HVDC에는 두 개의 방식이 있다. 일본 국내의 9개 프로젝트에 채용된 타려식(separate excitation)과 비교적 새로운 자려식(self commutation)이다. 앞으로 대규모 프로젝트가 기대되는 지중 및 해저 등의 대규모 송전에서는 계통안정화의 장점이 있는 자려식에 우위성이 있다. ABB는 자려식 HVDC에서의 변환손실이 1%로 히타치제작소의 2.5~3%보다 작다.
그림 3에 HVDC를 구성하는 요소와 합병회사가 취급하는 범위를 나타내었다. 합병회사는 HVDC 시스템 설계에서 엔지니어링, 기기공급, 사후관리까지 담당한다. 그림의 중앙 좌우에 있는 교류용 기구에 둘러싸인 부분이 HVDC시스템이다.
좌측의 전력계통에서 보내진 전력을 우선 변환용 변압기로 조정한다. 그 후, 직류변환기에서 교류를 직류로 변환하여 어느 정도의 거리를 직류로 송전한다. 그 후 직류교환기에서 교류로 되돌린다. 그 후에는 반대의 순서로 처리한다. 변환용 변환기에서 전압을 조정하고, 상대측의 전력계통에 접속한다. 그림의 제어, 보호시스템의 부분은 컴퓨터군과 그 위에서 동작하는 프로그램이다.
ABB도 합병회사를 설립하는 장점이 있다. 일본 국내의 전력회사는 해외 제조사의 제품 및 기술을 적극적으로 채용하지 않는다. 당사가 영업 네트워크를 구사하여 직접 고객과 계약을 체결하는 프라임 컨트렉터가 되어 각각의 조건을 합병회사에 발주하는 형태를 채용한다. 히타치제작소의 프로젝트 관리 및 품질보증 프로세스 등도 도움이 된다.
ABB에는 HVDC 프로젝트의 실적이 있다. HVDC 기술을 1954년에 세계에서 처음으로 적용한 송전선을 도입한 것은 ABB이다. 세계 중 HVDC 설비의 약 반 정도를 관여하고 있으며, HVDC에 필요한 주요기기를 자사에서 개발 제조 가능하다. 1990년대에 자려식 HVDC기술(HVDC Light)을 처음 도입한 실적도 있다. 전 세계에서 완성된 15개의 자려식 프로젝트 중 14개를 ABB가 납입하였다.
HVDC의 송전거리 및 송전전력 기록도 많다. 2002년에는 호주에서 세계 최장의 지중 HVDC 송전을 실현하였다(180km, 22만 kW). 2005년에는 노르웨이에서 해상가스 채굴 플랫폼에 전력을 공급하기 위해 육상과 연결하는 최초의 HVDC를 실현하였다(70km, 8aks 8,000kW). 2008년에는 노르웨이, 네덜란드 사이에 세계 최장의 해중 송전 기록이 있다(580km, 70만 kW). 2010년에는 중국에서 세계 최장, 최대 용량의 HVDC를 실현하여 640만 kW를 1,980km 송전하였다.
■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr