초고압 직류송전(HVDC, High Voltage Direct Current)은 AC 발전기에 의해서 만들어지는 AC 전력을 AC/DC 변환기를 이용하여 DC 전력으로 변환하여 우리가 보내고자 하는 지역으로 DC 전력을 전송하고, 다시 DC/AC 변환기를 이용하여 AC 전력으로 변환하여 전력을 공급하는 방식이다.

이러한 HVDC 송전방식은 AC 전송방식보다 우수하다고 말할 수는 없지만 AC 전송이 갖는 단점을 해결하고 DC 전송의 특이한 장점 때문에 미국과 일본 그리고 유럽에서 오래 전부터 연구하여 실용화된 기술이다. 그동안 대용량의 전력을 포함한 일반적인 전력의 수송은 교류송전방식으로 전송되었으나, 전력계통의 특성이 상이한 국가간의 계통연계는 직류송전 방식(HVDC)이 반드시 필요한 기술이다.

직류 송전 방식이 교류 송전방식에 비하여 갖는 장점은 다음과 같다.

① 직류방식의 전압은 교류전압의 약 70%에 불과하여 기기의 절연이 용이하고, 현수애자의 수량 및 전선의 소요량을 그만큼 줄일 수 있거나, 철탑의 높이를 낮게 할 수 있어 우수한 경제성을 얻을 수 있다.

② 직류는 교류처럼 교번하는 성분이 없으므로(주파수가 0) 리액턴스 성분  에 의한 무효전력이 발생하지 않는다. 만약 동일한 피상전력을 직류와 교류방식으로 공급한다면 직류 송전 방식이 교류 전송 방식에 비해 유효전력 성분이 많아지므로 송전효율이 좋아진다.

③ 직류 송전은 대지(Earth)를 하나의 도체로 이용할 수 있으므로 최소 2선 이상이 소요되는 AC 송전에 비하여 경제적이다. 즉, 대지 귀로로 송전 가능 한 경우는 귀로도체의 생략이 가능하다. 따라서 용지교섭이 어려워 선하부지를 축소시킬 필요가 있는 지역에서 유리하다.

④ 직류 송전은 상대계통에 유효전력은 공급하지만 무효전력은 전달하지 않으므로  교류계통 사고시 인접 계통으로부터 유입전류가 증대하지 않아 계통분할의 효과가 있다. 그러므로 기존의 교류 계통을 적정규모로 분할하여 직류 계통과 연계할 경우 단락전류를 효율적으로 억제할 수 있어 계통운영을 원활하게 수행할 수 있다.

산업자원부의 제 5차 장기 전력수급전망에 따르면, 2015년까지 연평균 4.3%의 전력수요 증가율을 기록하며, 이를 충족하기 위하여 신규 발전설비 건설에 약 50조원의 투자비가 필요하다고 전망하고 있다.

이러한 전력수급의 해결방안으로 국가간 계통연계에 의하여 전력을 융통함으로써 상호 호혜적으로 협력하는 것이 유력한 대안 중의 하나로 대두되고 있다. 지구환경 보존을 위한 국가간 잉여전력을 융통하는 거시적 협조사례가 유럽, 북미권은 물론 동남아시아에 이르기까지 세계적인 추세로 증가하고 있다.

이에 따라 동북 아시아지역에서도 국가간 계통연계를 고려하는 다양한 연구가 수행중에 있으며, 이는 가까운 미래에 교류변전소와 교류 송전선로 대신에 직류 송변전 설비 관련 기술이 필요할 것으로 예상된다.

지금까지 우리나라를 둘러싸고 있는 러시아, 중국 및 일본에 비하여 우리나라는 상대적으로 직류송전분야의 기술수준이 매우 취약한 상태였으며, 이러한 상태에서 <그림 1>과 같은 동북아국가간 HVDC연계사업을 추진하게 되면 설계, 건설 및 운영 단계에서 우리의 입장은 치명적으로 약화될 수밖에 없는 실정이다.

이러한 상태가 지속될 경우, 세계적으로 시장이 빠른 속도로 신장되고 있는 HVDC 송전 관련기술을 개발할 수 있는 기회를 상실하게 될 것이 우려되었다.

따라서 전력연구원 전력계통연구소에서는 2002년 9월부터 국가간계통연계사업과 관련하여 개발이 필수적인 직류송전선로 환경기술 개발, 직류 가공선로 설비기술에 대한 ‘초고압 가공직류선로 설계기술 및 핵심기술개발’의 종합적인 연구개발을 착수하였다.

지금까지의 연구성과는 전기환경 모의시험을 통해 최적도체방식에 대한 연구를 수행하였으며, 이를 토대로 실규모 시험선로의 설계를 완료하였다.

2008년 5월까지 HVDC 실증시험선로를 준공할 예정인데 준공되는 실증선로를 이용하여 직류 가공송전선로의 계통운용기술, 송전선로 설계기술, 직류송전 기자재 개발을 국산화하여 남북통일에 대비한 장거리 전력유통기술과 국가간 대규모 전력유통에 대비하여 독자적인 직류송전기술을 확보할 예정이다.

- 송전기술그룹 신구용 선임연구원
(한전 전력연구원 전력계통연구소)