데일리 한국 : [ 르포 ] 효성 의 HVDC , 제주 실증 현장 을 가 다 
 [ 르포 ] 효성 의 HVDC , 제주 실증 현장 을 가 다 
 기자 안희민 기자 statusquo @ hankooki . com 승인 시간 승인 2018 . 07 . 13 08 : 35 
 20 MW 급 효성 중공업 ( 주 ) MMC 방식 의 HVDC 실증 센터 
 데일리 한국 이 12 일 효성 의 제주 전압 형 HVDC 실증 센터 를 찾 았 다 . 
 ◇ 전류 형 HVDC 보다 공간 절약 과 우수 한 제어 성능 으로 해상 풍력 에 적합 한 전압 형 HVDC 
 초고압 직류 송전 ( HVDC ) 는 아직 한국인 에게 낯선 전기 설비 다 . 여전히 지멘스 , ABB , GE 등 백 년 이 넘 는 역사 를 갖 는 선진 제국 들 의 전유물 이 기 때문 이 다 . 
 전력 선진국 을 희망 하 는 국가 라면 HVDC 기술 을 습득 하 려는 이유 가 여기 에 있 지만 결코 쉽 지 않 다 . 일본 의 도시바 도 겨우 명함 만 내밀 었 을 뿐 글로벌 HVDC 시장 의 95 % 이상 을 지멘스 , ABB , GE ( 舊 알스톰 ) 가 차지 하 고 있 다 . 한국 에서 도 육지 와 제주 를 잇 는 전력선 과 몇 개 의 시험 설비 가 있 을 뿐 이 다 . 
 MMC 방식 의 HVDC 는 전압 형 HVDC 라고 하 며 , 글로벌 탑 3 기업 도 사업 화 를 이제 막 시작 한 기술 이 다 . 
 전압 형 HVDC 는 전류 형 HVDC 보다 좁 은 공간 에 집약 할 수 있 어 해상 풍력 에 적합 하 다 . 해상 풍력 의 각종 설비 는 말 그대로 바다 위 에 설치 되 기 때문 에 공간 의 크기 가 곧 비용 이 기 때문 이 다 . 
 글로벌 재생 에너지 설치 붐 을 타 고 각 나라 의 원근해 에 설치 되 고 있 는 해상 풍력 설비 에 맞 는 형식 이 전압 형 HVDC 이 다 . 
 현재 세계 에서 가장 큰 전압 형 HVDC 의 용량 은 1 , 000 MW 정도 로 알려져 있 다 . 반면 전류 형 은 8 ~ 12 GW 가량 이 다 . 해상풍력발전 단지 의 용량 이 800 ~ 900 MW 이 고 협소 한 공간 에 HVDC 설비 를 설치 해야 하 기 때문 에 전압 형 HVDC 가 선호 되 고 있 다 . 
 반 대로 전류 형 HVDC 는 설비 비용 이 저렴 하 지만 비교 적 큰 설치 공간 을 필요 로 해 원전 등 대형 발전소 에서 생산 된 전기 를 운송 하 기 적합 하 다 . 
 한국 에선 ' 전압 형 HVDC ' 에 유일 하 게 효성 이 오래 전 부터 도전 해 왔 다 . 경쟁사 들 은 전류 형 HVDC 가 주력 인 것 으로 알려져 있 다 . 
 전류 형 HVDC 는 변환 손실 이 작 고 대용량 구성 이 가능 하 지만 설치 면적 이 크 고 쌍방향 운전 시 운영 이 복잡 한 것 으로 알려져 있 다 . 전압 형 HVDC 는 설치 면적 이 작 고 제어 성능 이 우수 하 지만 전류 형 HVDC 보다 고가 이 고 변환 손실 이 크 다 . 
 효성 은 전압 형 HVDC 실증 센터 를 제주도 에 20 MW 규모 로 설치 했 다 . 실증 센터 를 제주도 에 설치 한 것 은 풍력 설비 와 연결 해 실증 하 기 위해서 다 . 그래서 행원 풍력 발 전단지 와 성산 변전소 중간 에 위치 해 있 다 . 행원 풍력 발전 단지 에서 생산 하 는 교류 전력 을 받 아 전압 형 HVDC 컨버터 로 전류 를 직류 ( DC ) 로 변환 시킨 후 다시 인버터 로 교류 ( AC ) 로 변환 시켜 성산 변전소 로 송전 하 는 방식 이 다 . 
 ◇ 현재 20 MW 급 전압 형 HVDC 실증 , 추후 나주 에서 한전 과 함께 200 MW 급 운영 할 예정 
 효성 의 제주 전압 형 HVDC 실증 센터 에서 교류 를 직류 로 , 다시 직류 를 교류 로 전환 하 는 일 이 일어난다는 말 을 모르 는 사람 이 들으면 웃 을 수 도 있 다 . 
 사실 전압 형 HVDC 기술 의 꽃 은 케이블 이 아닌 컨버터 와 인버터 다 . 
 케이블 의 경우 전류 형 HVDC 용 케이블 이 제작 하 기 어렵 기 때문 에 이 기술 만 확보 되 면 전압 형 HVDC 케이블 은 손쉽 게 구현 할 수 있 다 . 한국 의 경우 LS 전선 이 전류 형 HVDC 케이블 기술 을 확보 하 고 있 는 것 으로 알려졌 다 . 
 효성 의 전압 형 HVDC 컨버터 와 인버터 사이 에 전압 형 HVDC 케이블 을 가설 하 면 바로 하나 의 시스템 을 이루 게 된다 . 케이블 의 길이 에 따라 수십 에서 수천 킬로미터 밖 에서 전력 을 보낼 수 있 다 . 
 효성 이 전압 형 HVDC 컨버터 와 인버터 에 집중 하 는 이유 가 여기 에 있 다 . 케이블 없이 바로 컨버터 와 인버터 를 마주 보 게 하 는 방식 을 BTB ( Back to Back ) 방식 이 라고 한다 . 
 케이블 이 연결 돼 있 으면 PTP ( Point to Point ) 방식 이 라고 하 는데 효성 의 제주 전압 형 HVDC 실증 단지 는 전자 를 취한 셈 이 다 . 
 한 가지 주목 할 만 한 사실 은 효성 이 전압 형 HVDC 기술 보다 스 태 콤 기술 을 먼저 취득 했 다는 점 이 다 . 효성 은 국가 과제 인 20 MW 과제 를 진행 하 는 과정 에서 MMC 방식 의 스 태 콤 을 개발 했으며 , 인도 와 파나마 의 스 태 콤 해외 시장 및 국내 시장 에 진출 해 2000 Mvar 이상 의 수주 실적 을 확보 했 다 . 
 ◇ MMC ( Modular Multilevel Converter ) 방식 전압 형 HVDC 
 효성 은 제주도 의 행원 풍력 발 전단지 와 한전 계통 을 연계 하 는 MMC 방식 전압 형 HVDC 실증 센터 를 설치 했으며 , 지난 2017 년 10 월 에 성능 및 기능 시험 을 완료 했 다 . 설치 된 20 MW 급 변환 소 내부 에 는 총 144 개 의 서브 모듈 이 설치 돼 있 으며 , 변 환소 의 크기 는 가로세로 높이 50 m× 50 m× 10 m 로 구성 됐 다 . 
 MMC 컨버터 의 서브 모듈 은 전력 반도체 스위치 와 구동 보드 , 캐 패 시터 커패시터 , SMPS 등 으로 구성 돼 있 다 . 서브 모듈 은 12 개 가 직렬 로 연결 되 어 밸브 ( Valve ) 를 구성 하 고 두 개 의 밸브 와 두 개 의 밸브 리액터 를 직렬 로 구성 해 하나 의 상 ( Phase ) 를 구성 한다 . 
 3 상 으로 구성 된 컨버터 는 AC 전력 ( 교류 전력 ) 을 DC 전력 ( 직류 전력 ) 으로 변환 하 거나 DC 전력 을 AC 전력 으로 변환 하 는 역할 을 한다 . 결국 두 개 의 컨버터 를 이용 해 두 개 의 서로 다른 AC 계통 을 연계 하 기 위해서 AC 전력 을 DC 전력 으로 변환 하 고 다시 DC 전력 을 AC 전력 으로 변환 하 게 된다 . 
 MMC 방식 HVDC 시스템 은 다양 한 장점 을 가지 고 있 다 . 
 시스템 의 사양 에 따라서 서브 모듈 의 직렬연결 개수 를 조정 함 으로서 유연 하 게 설계 가 가능 하 다 . 시스템 의 용량 및 DC 링크 전압 설계 에 따라서 서브 모듈 의 직렬연결 개수 를 유연 하 게 설계 가능 하 며 , 현재 까지 약 1000 MW 용량 의 시스템 이 상용 화 되 어 있 다 . 
 스위칭 주파수 를 낮 게 동작 시킬 수 있 어 전력 변환 손실 이 약 1 % 이내 로 낮 게 운전 될 수 있 다 . 이 는 일반 적 인 전류 형 HVDC 의 전력 변환 손실 인 0 . 7 % 와 매우 근접 한 수준 이 며 , MMC 방식 HVDC 시스템 의 전력 변환 손실 은 다양 한 기술 개발 로 더 낮 아 지 고 있 는 추세 이 다 . 
 DC 전력 을 AC 전력 을 변환 하 여 출력 되 는 AC 출력 전압 파형 이 사인 ( sine ) 파형 과 유사 하 게 형성 되 어 고조파 발생 이 매우 적 으며 , 이러 한 특성 으로 표준 AC 변압기 적용 이 가능 하 다 . 
 서브 모듈 의 직렬연결 개수 에 여유 율 을 반영 해 가용 률 을 높일 수 있 다 . MMC 컨버터 는 서브 모듈 의 직렬연결 로 구성 돼 있 는데 직렬연결 된 서브 모듈 중 일부 서브 모듈 에 고장 이 발생 하 더라도 이 를 바이패스 ( Bypass ) 시켜 연속 운전 이 가능 하 다 . 고장난 서브 모듈 은 유지 보수 시 모듈 단위 로 교체 하 면 된다 . 
 효성 에서 국내 최초 로 개발 한 MMC 방식 의 20 MW 전압 형 HVDC 는 전력 전송 을 AC 에서 DC 로 바꿀 수 있 게 하 는 궁극 적 인 핵심 기술 로 효성 자체 기술 로 개발 하 고 실증 한 것 이 의미 가 크 다는 설명 이 다 . 이번 실증 으로 세계 시장 에서 기술 경쟁력 을 확보 했 다고 자타 의 공인 을 받 았 다 . 
 효성 은 작년 11 월 부터 한전 과 함께 200 MW 전압 형 HVDC 국산화 개발 을 시작 했으며 , 여러 중소기업 들 과 협력 해 과제 를 진행 해 나가 고 있 다 . 효성 은 2021 년 10 월 까지 진행 되 는 이 사업 을 성공 적 으로 완료 해 국내 에서 계획 돼 있 는 BTB 시장 , 수퍼 그리드 한중 연계 , 남북 송전망 의 HVDC 사업 등 약 1 만 MW 시장 에 진출 하 려는 구상 을 다지 고 있 다 . 효성 은 나아가 급격 한 글로벌 전압 형 HVDC 시장 에 진출 해 송전 분야 의 신 시장 을 선도 하 자는 전략 을 염두 에 두 고 있 다 . 
 입력 시간 : 2018 / 07 / 13 08 : 35 : 07 수정 시간 : 2018 / 07 / 13 08 : 35 : 07 
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