HVDC 송변전설비란?

1. HVDC 송변전설비란?

• HVDC는 High Voltage Direct Current의 약자로 초고압직류송전을 의미하며, 신재생 에너지 산업과 관련.
• 현재의 이상기후현상에 대응해 탄소배출을 줄이려는 노력 속에서 HVDC의 중요성이 부각.
• HVDC 기술은 신재생 에너지와 함께 미래 에너지 전환의 주요 요소.

2. HVDC의 주요 장점 및 배경

• HVDC는 발전소에서 생산된 고압의 교류 전력을 변환기로 고압의 직류 전력으로 변환하여 송전한 후, 수전지역에서 다시 교류로 전환하는 방식.
• 고전압 교류 전송 방식(HVAC)에서 고전압 직류 전송 방식(HVDC)으로 변경하면 전력 운용의 안전성과 효율이 높아져 대규모 정전 방지 및 전력 시장 수급 안정화에 기여.
• HVDC가 주목받는 이유는 신재생 에너지의 성장, 주파수가 다른 계통 간의 연계성, 직류 전력만을 소모하는 수요자원의 등장과 동북아 슈퍼그리드에 대한 논의 때문.
• 신재생 에너지원들은 디지털 시스템을 통해 직류 전력을 생성하는데, 이들과 기존의 직류송전 시스템의 융합이 전력사용의 효율성을 향상시킬 것으로 추정.
• HVDC는 서로 다른 주파수를 가진 전력 계통 간의 연결이 용이하여, 주파수 차이에 영향을 받지 않는다는 장점이 있음.

3. HVDC의 중요성 및 특성

• 직류전력만을 소모하는 수요 자원의 등장으로 HVDC에 대한 관심이 증가.
• 동북아 슈퍼그리드의 논의가 활발해지면서 HVDC에 대한 관심이 더욱 높아짐.
• HVDC는 기존의 송전 방식과 비교하여 송전 방식, 송전 거리, 송전 용량, 계통 안정성, 환경 영향 면에서 차이점을 보임.
• VDC는 직류 송전 방식을 사용하여, 600km 이상의 거리에서도 효율적으로 전력을 전송할 수 있으며 손실이 적음.
• 반면, 기존의 교류 송전 방식은 300km 이상 송전 시 손실이 증가한다는 단점이 있음.

4. HVDC의 송전 용량과 장점

• 송전 용량에서 교류 송전과 비교하여 HVDC는 대용량 송전에 유리하다. 이는 직류 송전이 전압을 높일 수 있기 때문.
• HVDC는 교류 계통과 독립적으로 운영할 수 있으며, 서로 다른 주파수를 가진 전력망을 연결하여 계통 안전성을 높일 수 있음.
• 송전선의 크기에 영향을 받지 않기 때문에 송전선로 폭이 좁아도 괜찮으며, 이는 환경 영향이 교류 송전 방식보다 상대적으로 적다는 이점.

5. HVDC의 주요 장점

• 경제적 측면에서 HVDC는 교류 송전보다 장거리 송전에 더욱 효과적이며, 송전거리에 따른 비용이 낮기 때문에 경제적.
• HVDC는 무효전력이 없기 때문에 송전 거리와 관계없이 일정량의 전력을 안정적으로 공급 가능.
• 교류계통을 직류계통으로 연결할 때 무효전력이 전달되지 않아, 기존 계통의 단락용량을 증가시킬 필요가 없음.
• HVDC는 송전 효율을 높이고 무효전력에 의한 손실이 없다는 장점이 있음.
• 안정성 측면에서 HVDC는 전력량을 제어할 수 있어, 고장이 발생했을 때 인근 계통에 영향을 미치지 않고 대규모 전력계통을 안정적으로 운영할 수 있음.

6. HVDC의 환경적 장점 및 종류

• 환경적 측면에서 직류 송전은 교류 송전의 최대 전압에 비해 약 70%의 절연레벨을 요구하므로, 절연을 위한 자재와 철탑의 소요량을 줄일 수 있음.
• 전류형 HVDC는 Thyristor 소자를 사용하며, 대용량 설비와 검증된 기술을 통해 설치되지만 설치 면적이 크고 운영이 복잡하다는 단점.
• 전압형 HVDC는 IGBT 소자를 사용하여 손실이 상대적으로 크고 설치 비용이 높지만, 설치 면적이 작고 전압원이 필요 없다는 장점점.
• 한국전력은 전류형 HVDC를 북당진-고덕 프로젝트에 적용하고 있으며, 전압형 HVDC는 완도-제주 프로젝트에 적용할 예정.
• 현재 운영 중인 HVDC 프로젝트는 1500MW급 북당진-고덕 1단계와 200MW급 진도-서제주 등으로, 한국전력은 향후 교류 송전 방식보다 HVDC의 비율을 증가시킬 계획.