교류 송전과 직류 송전 그리고 HVDC

 

에디슨의 직류 테슬라의 교류

120년 전 전기가 태동하던 시기, 에디슨의 직류와 테슬라의 교류가 입지를 두고 힘겨루기를 하고 있었다. 이는 전류 전쟁이라 불리우며 결국 테슬라의 웨스팅하우스 사가 전쟁에서 승리하게 된다.

 이유는 변압에 있었다. 송전탑에서 전기를 보낼 때는 전류를 고압으로 송전해야 멀리까지 이동할 수 있는데, 각 가정에 전기가 전달 될 때는 해당 고압이 너무 위험하여 220V나 110V대로 변압을 해서 공급해야했다. 따라서 변압기로 쉽게 변환된다는 장점으로 인해 교류시스템이 장거리 송전에 유리했고, 120년간 교류가 대세를 이루어왔다.

 직류는 교류에 비해 변압의 과정이 매우 어려워 참패를 당할 수 밖에 없었다.

 

 

 

 

직류 송전의 발전과 HVDC

 하지만 교류 송전이 장점만 있는 것은 아니었다. 교류를 송전하면 필연적으로 에너지의 손실이 직류에 비해 커질 수 밖에 없었다.  송전 과정에서 아무런 도움이 되지 않는 무효 전력이 존재해서, 일정량의 전력을 전송하려면 더 많은 양의 전력을 보내야 하기 때문이었다. 

 이러한 교류 전송의 단점을 보완하고자 대안으로 나온 것이 초고압 직류 송전(High Voltage Direct Current)이다. 

HVDC는 발전소에서 생산된 교류를 초고압의 직류로 변환하여 장거리 전력 전송을 실현한다. 직류 전송은 교류에 비해 전력 손실을 최소화 할 수 있으며 대규모 정전에 교류에 비해 유리하다. 

 과거에는 직류의 전압을 고압으로 높이는 방법이 마땅치 않아 어려웠지만, 직류를 초고압으로 승압시킬 수 있는 반도체 소자가 개발됨에 따라 직류 전송의 상용화에 물꼬가 트였다.

 

HVDC 제어용 직류 차단기 (KERI)

또한 초고압 직류 전송의 가장 큰 난제였던, 고장 전류 발생 시 전력 조류를 차단하는 이른 바 직류 차단 기술이 우리나라 한국 전기 연구원(KERI)에서 개발되면서 HVDC개발에 물꼬가 트였다. 그로인해 현재 우리나라의 진도-제주 / 완도 - 제주 간 HVDC 해저 전력 전송 선로가 상용화 되어있다. 또한 신재생 에너지의 발생 전력이 직류의 형태인 경우가 많아 신재생 에너지와의 궁합도 좋은 것이 새로운 시대의 전력전송 분야에서 떠오를 것으로 귀추가 주목되고 있다.

 

현재 국내에 운행되고 있는 HVDC 2채널

 

 

결론

 에디슨과 테슬라의 전기 전쟁으로 부터 120여년이 지난 지금, 비주류가 되어 있던 직류 전송이 초고압 직류 전송(HVDC) 기술의 개발로 인해 다시금 재조명 받고 있게 되었다. 과연 직류가 주류로 바뀔 수 있을까?