LS산전, HVDC 변환용 싸이리스터 밸브 국산화 성공

연중 제주실증단지 설치, 실증운용...2019년 HVDC 매출 1.7조원 달성 고무적

LS산전이 HVDC(고압직류송전 ; High Voltage Direct Current Transmission) 시스템의 핵심기기 중 하나인 HVDC 변환용 싸이리스터 밸브를 국내 최초로 개발, HVDC 핵심기기 국산화를 순조롭게 진행하고 있다. LS산전은 지난해 완공된 HVDC 부산공장에서 ±250kV / 200MW 시스템까지 적용이 가능한 싸이리스터 밸브를 독자 개발했다고 최근 밝혔다.  싸이리스터 밸브는 HVDC 시스템의 변환설비 중 심장 역할을 하는 핵심적인 설비로 교류를 직류로, 또는 직류를 교류로 변환시켜 교류 계통에 전력을 공급하는 역할을 하는 장치이다.

기존 싸이리스터를 이용하는 산업용 정류기와는 달리 수십kV에서 수백kV의 직류전압에 연결되는 시스템이므로 고전압 절연 설계 기술뿐만 아니라 30년 이상의 긴 수명을 보장해야 하는 첨단 분야의 제품이다. 이번에 LS산전이 개발한 싸이리스터 밸브는, 제주-해남간 설치되어 있는 기존 HVDC 밸브와는 다르게, 지진에 강하고, 설치가 쉬우며, 원가 경쟁력을 확보하기 위해서 밸브 전체를 건물 천장에 매다는 방식(Suspending Type)을 채택했다.2009년 HVDC 사업에 진출한 LS산전은 지난해 변환용 변압기를 개발한 데 이어 이번 싸이리스터 밸브 개발까지 완료하며 HVDC 변환소 기자재 비용의 40% 이상을 차지하는 변압기 및 밸브 국산화에 성공했다.

LS산전은 이번에 개발된 밸브 기술을 기반으로 DC 250kV 및 500kV급 HVDC 시스템에 적용할 수 있는 싸이리스터 밸브도 계속 개발하여 국내는 물론 세계 시장 진출도 모색한다는 계획이다.LS산전 관계자는 “그 동안 선진기업 제품에 대한 벤치마킹과 자체 설계를 통해서 지난해 12월에 단위 모듈 DC 50kV급 밸브를 개발했으며 부산 HVDC 공장에서 개발 시험을 진행하여 성능을 입증했다”며 “±250kV / 200MW HVDC 시스템까지 적용이 가능한 용량이며, 연내에 한국전력공사와 협동연구로 진행하고 있는 HVDC 제주 실증단지에 적용하여 실증 운전을 통해 검증 할 예정”이라고 말했다.

그는 이어 “HVDC는 세계적인 전력 수요 급증과 DC 송배전 계통 확대 등으로 인해 향후 20년간 시장이 10배 이상 성장할 것으로 예상되는 엄청난 시장”이라며 “시장 진입을 위해 싸이리스터 밸브와 변환용 변압기 국산화 기술 기반을 구축하여 이 분야 토털 솔루션 제공 역량을 보유하게 됐다”고 덧붙였다.세계 HVDC 시장은 현재 연간 약 9조원 규모이며, ABB, Siemens, Alstom 등 3개 글로벌 기업들이 전체 시장의 95%를 점유하고 있다. LS산전은 국내 최초로 이 시장에 진출해 싸이리스터 밸브와 변압기 등 핵심기기 부문의 사업을 통해 오는 2019년까지 HVDC 분야에서 최대 1조 7,500억원 매출을 목표로 삼고 있다.

<참고>

1. 고압직류송전(HVDC; High Voltage Direct Current) 개요
발전소에서 발전되는 고압의 교류전력을 전력 변환기를 이용하여 고압의 직류전력으로 변환시켜 송전한 후 원하는 수전(受電)지역에서 다시 전력 변환기를 이용하여 교류전력으로 재 변환시켜 공급하는 방식이다.

2. 직류송전방식의 장점
1) 직류전압은 교류전압의 최대값에 비해 크기가 약 70%에 불과하여 기기의 절연이 용이하고, 전압이 낮기 때문에 각 기기에 설치되어 있는 절연체의 수량 및 철탑의 높이를 줄일 수 있다.
2) 동일한 전력을 보내는 경우 교류방식에 비하여 직류방식이 송전 손실이 적기 때문에 송전 효율이 좋아진다.
3) 전선의 사용량을 줄일 수 있고, 송전선로의 면적을 줄일 수 있어 효과적으로 송전할 수 있다. 특히 직류가 교류에 비해서 2배 이상의 전류를 흘릴 수 있게 된다.
4) 전압이나 주파수가 다른 두 교류 계통 사이를 연결하여 계통의 안정도를 향상 시킬 수 있고 교류계통 고장 시 인접 연결 계통으로 사고가 확산되는 것을 막을 수 있다. 최근에 미국 동부에서 발생했던 대규모 정전 사태는 HVDC를 사용하게 되면 한쪽 편의 사고가 다른 편으로 전파 되는 것을 막을 수 있게 된다. 우리 나라의 경우에는 남한에서 북한에 전기를 공급하는 경우에는 전압, 주파수가 모두 다르고 북한의 전기 품질이 좋지 않기 때문에 남한의 전기 품질을 유지 시키면서 북한에 전기를 공급할 수 있는 최상의 방안은 HVDC를 사용하는 것이다.
5) 송전거리에 대한 제약이 없고, 특히 450km가 넘는 육지 전력전송이나 40km가 넘는 해저를 통한 전력전송에 있어서 교류송전에 비해 직류송전 방식이 건설비가 저렴하다. 최근의 중국, 인도 등의 경우에는 발전소와 전기 사용자 사이의 거리가 1,000km 이상이 되기 때문에 HVDC 보급이 급속하게 확장되고 있는 실정이다.
6) 교류송전 방식에 비해 송전선로의 전자파 발생이 줄어 통신선 및 각종 기기에 발생하는 오작동 및 잡음을 줄일 수 있다.

3. 시장 여건

HVDC 시장은 향후 20년간 시장 규모가 10배 증가해 연간 140억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되고 있다.
▲장거리 송전 증가(중국, 인도, 남미) ▲해상풍력 증가(유럽) ▲국가간 계통 연계 증가(유럽) ▲계통 안정화 수요 증대 및 스마트그리드 활성화(범 세계적) 등으로 인해 지속적인 성장분야로 전망된다.
다양한 전력기기 기술 및 Turn-key 솔루션 사업역량을 확보할 수 있는 시장이나, 고도의 기술력을 요하는 만큼 진입장벽이 매우 높은 사업이다.