[스페셜 레포트] 녹색성장, 전력 인프라 : 스마트그리드 - 3

[구스닥]

앞 글에서 이어집니다...

차세대 송전기술, 고압직류전송(HVDC) & 초고압선과 해저케이블

● 전송효율 우수한 HVDC, 차세대 송전기술로 부각되며 중국, 유럽, 북미시장을 중심으로 고성장 전망

● 송배전 투자비 감소 및 해외 전력 프로젝트 목적으로 HVDC 국산화 추진, 관련업체 개발 추이 주목

● 중국의 '3종3횡1환' 등 대규모 전력망 투자로 글로벌 초고압선과 해저케이블 수요증가 지속

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1. 송전의 꽃인 HVDC의 개요 및 장단점

발전소에서 생산된 교류전력을 직류로 변환시켜 송전 한 후 다시 교류전력으로 변환시켜 전력을 공급하는 고압직류전송(HVDC; High Voltage Direct Current)이 차세대 송전기술의 꽃으로 부상하며 산업계는 물론 증시에서도 Issue로 부각되고 있다.

이는 세계 최대 전력시장으로 급부상하고 있는 중국이 12차 5개년 경제 규획기간(2011~2015년) 중 대규모 HVDC 투자계획을 밝히고 있는데다 유럽과 북미에서도 Super Grid 및 Grid 2030이라는 프로젝트와 함께 HVDC에 대한 투자확대가 본격화될 것으로 전망되기 때문이다.

또한 제주-해남간 HVDC 1단계가 운전중인 우리나라도 제주-해남 2단계, 제주-진도 2단계, 수도권, 서남해안 3단계 해상풍력단지조성에 HVDC가 도입될 것으로 예상된다.

특히 UAE 원전 등 해외 발전 및 전력 프로젝트를 Turn-key로 추진하는 한국전력의 경우 HVDC 국산화를 통한 원가경쟁력 확보가 요구되어 향후 국산화 진행 추이도 주목된다.

전지에서의 전류와 같이 항상 일정한 방향으로 흐르는 전류인 DC(Direct Current; 直流)방식의 송배전방식은 전력용 반도체소자기술의 성능 향상과 함께 AC(Alternating Current; 交流) 방식의 단점을 극복하고 차세대 고압전송의 핵으로 등장하고 있다.

참고로 AC방식은 매초 60번씩(60Hz) 등과 같이 규칙적인 순환간격으로 방향을 전환(미국에서는 110V, 영국에서는 220V 크기가 '0'을 중심으로 하여 주기적으로 ±로 변화)시키는 전력공급으로 송전손실, 유도장해, 페란티 현상, 계통안정도 저하, 주파수가 상이한 계통의 비동기 연계 불가능, 송전전력 한계 등의 단점을 가지고 있다.

이와 같이 높은 송전효율 등에 따른 경제성과 장거리 대용량 송전이 가능하다는 측면에서 부각되고 있는 HVDC는 풍력, 태양광 등 신재생에너지 환경시대의 도래와 함께 스마트그리드 환경으로 인한 유연전력시스템의 필요성이 증가하며 그 효용가치가 더욱 커지고 있고, 해저케이블을 이용한 송전방식에서는 필수적인 송전방식으로 부상하고 있다.

특히 교류(AC)전기를 생산하는 풍력발전의 경우 HVDC의 직교류 변환장치로 전기품질을 안정화시킬 수 있으며, 사막이나 대규모 평원의 태양광발전, 해상 등에서의 대규모 풍력발전, 수력이 풍부한 지역에서의 수력발전을 통해 생산된 대용량 전력을 원거리에 있는 대도시까지 효율적으로 송전할 때 HVDC가 유용하며 그 대표적인 적용이 중국의 '3종3횡1환 초고압 전력망' 프로젝트다.

한편 HVDC의 방식으로는 Thyristor(전력용 반도체소자) 밸브를 이용하는 전류형(CSC)과 IGBT 전력용 반도체소자를 이용하는 전압형(VSC)으로 구분할 수 있다.

이와 관련 두 가지 방식에 대한 선택은 상황과 환경에 따라 달라지겠지만, 일반적으로 대용량의 경우 전류형이, 소용량 또는 계통안정화가 절대적으로 필요한 경우 전압형이 적절한 것으로 알려지고 있다.

한편 HVDC의 방식으로는 Thyristor(전력용 반도체소자) 밸브를 이용하는 전류형(CSC)과 IGBT 전력용 반도체소자를 이용하는 전압형(VSC)으로 구분할 수 있다.

이와 관련 두 가지 방식에 대한 선택은 상황과 환경에 따라 달라지겠지만, 일반적으로 대용량의 경우 전류형이, 소용량 또는 계통안정화가 절대적으로 필요한 경우 전압형이 적절한 것으로 알려지고 있다.

2. HVDC의 시장 전망과 국내기업들의 성공적인 진출 가능성?

전세계 HVDC시장은 2008년기준 약 9조원 수준으로 알려지고 있으며, 이 가운데 ABB, Siemens, Alstom 등 글로벌 중전기 3社가 95%의 시장을 점유하고 있다.

현재 전세계 HVDC시장은 ABB(스위스), Siemens(독일), Alstom(프랑스) 등 글로벌 3개 업체가 전압형 HVDC에서 확고한 위상을 확보하고 있고 대용량인 전류형 HVDC도 이들 글로벌 업체와 합작한 중국업체들이 시장을 장악하고 있다.

따라서 제주-해남 2단계, 제주-진도 2단계, 수도권, 서남해안 3단계 해상풍력단지조성에 HVDC 도입을 계획하고 있는 우리나라의 경우 국산화를 통한 비용절감이 요구된다.

특히 UAE 원전 등 해외 발전 및 전력 프로젝트를 Turn-key로 추진하는 한국전력의 경우 HVDC 국산화를 통한 원가경쟁력 확보가 요구되어 향후 국산화 진행 추이도 주목된다.

이와 관련 한국전력은 조기개발의 필요상 글로벌 업체와 합작법인 형태를 통한 전류형 HVDC 국산화를 추진할 것으로 예상되며 설비제작업체로서 참여가 가능한 업체로는 LS산전, 현대중공업, 효성 등을 들 수 있다.

특히 LS전선이 전류형의 DC 국산기술을 보유하고 있는 점을 감안하면 LS산전이 기술력을 확보할 경우 LS그룹차원에서 해외진출 추진 등 시너지가 클 것으로 기대된다.

참고로 부산에 HVDC 전용공장을 2010년 착공하여 금년 6월에 완공할 예정인 LS산전은 80kV급에서 단계적으로 250kV, 500kV급 기술을 확보하며 저압에서 고압에 이르는 AC와 DC 전력설비의 풀 라인업 구축과 함께 2019년까지 HVDC분야에서 최대 1조 7,500억원의 매출을 목표하고 있다.

전세계 HVDC 시장 전망과 관련 향후 전력시스템의 유연성, 대전력 전송 등의 필요성이 증가하고 있는 가운데 세계 각국의 스마트그리드 정책 등에 따라 큰 폭의 성장이 예상된다.

참고로 2005년기준 세계적으로 55GW 규모의 HVDC가 설치(전세계 발전능력의 1.4%에 해당)되어 있는데, 2020년까지 중국에서만 48GW의 HVDC가 추가적으로 건설될 것으로 예상된다.

참고로 전세계 HVDC에 대한 현황 및 전망을 이해하기 쉽도록 유럽, 북미, 일본, 중국의 경우를 도표를 통해 살펴보면 다음과 같다.

한편 제주-해남간 HVDC 1단계가 설치(전류형 & 舊AREVA T&D社 제품, Alstom이 AREVA의 HVDC사업부를 인수)되어 운전중인 우리나라도 제주-해남 2단계, 제주-진도 2단계, 수도권, 서남해안 3단계 해상풍력단지조성 등에 HVDC가 도입될 것으로 예상된다.

아래 그림에서 볼 수 있듯이 국내 HVDC 적용 검토 사례로는

① 제주-해남 #1(300MW, 100km 해저케이블, 旣설치운영, 국내 최초)

② 제주-진도 #2(400MW/200M*2, 약 100km, 금년 4분기 준공)

③ 남북한연계

④ 한국-일본

⑤ 옥천-대구

⑥ 동북아연계

⑦ 영종도-수도권

⑧ 서해안풍력연계(3단계)

⑨ 수도권 HVDC 등이다.

또한 한국전력이 UAE 원전 등 해외 발전 및 전력 프로젝트를 Turn-key방식으로 수출을 추진하여 HVDC 제조기술 국산화를 통한 원가경쟁력 확보가 요구된다.

참고로 대표적인 인구밀집지역인 수도권의 경우 AC선로들이 많이 설치되어 있는 관계로 고장용량이 커 DC를 이용하여 분할할 경우 특정지역에서 사고가 날 경우 사고여파 및 고장전류를 차단하는 효과를 기대할 수 있다.

3. 초고압선과 해저케이블

HVDC가 국산화에 성공할 경우 성장 잠재력이 크지만 단기간내 성과를 기대하기 어렵다.

그러나 이미 국산화에 성공하여 Reference를 보유한 초고압선과 해저케이블의 경우 전세계적인 전력 인프라 확충과 더불어 성장성이 부각될 전망이다.

국내 전선업계 리더로 초전도(HTS; High Temperature Superconducting)케이블, 초고압선, 해저케이블, 풍력발전용 케이블 등 첨단제품을 통해 새로운 성장을 본격화할 것으로 기대되는 LS전선은 미국 최대 전선업체인 슈페리어에식스(LS전선 → Cyprus Investment 100% → SPSX 81.0%, 2010)와 중국 홍치전기(75.1%)로 전세계 4위 전선업체로 도약과 함께 국내외 초고압선과 해저케이블 시장확대의 대표적인 수혜주로 부각될 전망이다.

참고로 2010년기준 본사, 미국 SPSX(Cyprus 매출액임), 중국 홍치전기의 매출액은 3.9조원, 642억원, 2.9조원이었다.

우선 '꿈의 전선'이라 불리는 초전도케이블과 관련 LS전선은 국내 최초로 상용화에 성공했다.

전기저항이 '제로(0)'인 초전도체를 사용해 많은 양의 전기를 손실없이 멀리 보낼 수 있는 초전도케이블은 동급 일반 전력선(구리선)에 비해 크기가 작으면서도 5∼10배의 송전효과가 있어 낮은 전압으로 큰 전력을 사용할 수 있는 장점이 있다.

따라서 과밀화된 송배전용 초고압선 신규시장을 빠르게 대체할 것으로 기대된다.

구체적으로 LS전선은 미국 에너지 기술기업인 아메리칸 슈퍼컨덕터(AMSC)에 사상 최대인 3,000km의 초전도선재를 발주했으며 한국전력과 컨소시엄을 통해 2013년 제주 스마트그리드 실증단지에 고온 초전도 케이블을 설치하는 등 적극적으로 시장공략에 나서고 있다.

또한 차세대 케이블인 해저케이블의 상용화에도 LS전선은 적극적인 노력을 경주하여 2010년 6월 동해공장에서 국내 최초로 제품을 출하함으로써 그 동안 Nexans, Prysmian, ABB 등 유럽 3개社가 주도해 온 시장에 본격 진입했다.

제주-진도간 105km구간에 250kV급 해저케이블을 설치하는 공사를 순조롭게 진행 중이며, 도서지역의 원활한 전력수급을 위한 해남-신안간 해저 전력망 구축과 제주도 월정리 풍력시범단지에 설치될 해저케이블사업도 수주했다.

특히 이와 같은 프로젝트의 수행을 통해 엔지니어링과 시공기술을 내재화함으로써 LS전선은 유럽과 동남아시아 등 세계시장에 적극 진출할 계획이다.

또한 해양엔지니어링에 사용되는 Umbilical케이블을 개발한데 이어 향후 50kV급 해저케이블도 개발예정이다.

한편 2009년에는 20년간 사용해도 손상되지 않고 불에도 타지 않는 풍력발전용 전선을 만든 바 있다.

이에따라 해상 플랜트 및 해상풍력단지 증가, 국가간 전력망 연계사업 등으로 매년 30% 이상 높은 성장을 하고 있는 세계 해저케이블시장에서도 LS전선의 도약이 기대된다.

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