◇ 대용량 송전의 혁신 초전도케이블 기술
초전도케이블은 영하 180도 부근에서 전기저항이 사라지는 초전도체를 사용해 제작하는 케이블이다. 기존 케이블 대비 손실은 1/2, 송전용량 5배 이상의 능력을 갖는 저손실·대용량 송전이 최대 장점이다. 현재 포화상태인 도심 지하 전력구의 증설 없이 교체가 가능하며 변전소등 설비를 추가 건설하지 않고도 낮은 전압으로 대전류를 송전할 수 있는 차세대 케이블로 각광받고 있다.

제주 초전도 센터

전력연구원은 2013년 23kV급 초전도케이블 실계통 실증, 2014년 80kV 500MW급 직류초전도케이블 실계통 실증을 마쳤다. 2015년 세계 최대 용량인 154kV 600MVA 초전도케이블 시스템 개발에 성공, 최첨단의 대용량 초전도 송전기술을 확보했다.

또한, 초전도케이블 냉각시스템의 핵심기술인 극저온 냉동시스템 개발에 나서 영하 196도에서 단일용량 4kW급 스털링 냉동기 2대를 이용해 8kW급 냉동시스템 개발에 성공해 실계통 실증을 완료했다. 현재 영하 200도 이하에서 단일용량 10kW 냉각능력을 갖는 극저온 냉동기 시스템 개발에도 매진해 성능 평가를 진행 중이다.

제주 HVDC 실증단지내 설비

올해 세계 최고 용량 AC 154kV 600MVA 초전도케이블 실계통 실증시험을 통한 트렉 레코드 확보, 극저온 냉각시스템 국산화 개발, 장거리 초전도케이블 시스템 기술개발 등 초전도케이블 상용화를 위한 연구 개발에 박차를 가하고 있다. 한전은 기 개발된 23kV급 초전도케이블 시스템을 국내계통에 적용하는 시범사업 후보지를 확정하고, 2017년 실계통 사업을 추진한다.

◇ AC송전의 한계를 극복하는 HVDC 기술
AC계통 규모가 증가함에 따라 전력계통 운용의 안전성과 효율성을 확보하기 위해 AC송전이 가지는 한계를 극복할 수 있는 대안으로 HVDC 송전에 대한 관심이 높아지고 있다. 고장전류 저감을 위한 계통분리, 장거리 대용량 전력전송, 비동기 전력계통 연계, 해상풍력 연계 등의 프로젝트에 그 적용이 확대되는 추세다.

전력연구원은 제주 HVDC 실증단지 구축을 위해 시스템 설계, 주요 변환설비인 변환용변압기, 사이리스터 밸브, 제어 및 보호시스템을 국산화했다.  시험설비를 구축해 개발품의 성능시험을 마친 후 제주시 한림읍에 80kV 60MW급의 DC송전이 가능한 HVDC 실증단지를 2014년 준공하고 실증시험을 완료했다.

전압형 HVDC의 성공적인 실증 운전을 통해 트렉 레코드를 확보하는 동시에 전력계통 송전망의 확보를 위해 전력의 안정적인 수급 및 운영신뢰도를 향상시키는 연구과제를 기획하고 있다. 또한 국내 계통 적용을 통해 전력공급을 안정화하는 데 목표를 두고 과제 기획을 진행하고 있다.

DC케이블 제어시스템

◇ 전력과 ICT 융합을 통한 전력산업 혁신기술
사물인터넷(IoT) 기술이 빠른 속도로 발전하고 응용분야가 새롭게 등장하고 있다. 하지만 이 기술을 채택해 확산하려면 여러 가지 장애 요소들을 극복해야 한다. 통신, 데이터 처리, 서비스, 미들웨어 등과 같은 표준을 제정해야 하고, 유럽이나 북미 등에 비해 IoT 기술을 실험하고 검증할 수 있는 인프라가 부족한 게 현실이다.

전력설비는 전국적으로 산재되어 주기적인 현장 점검방식으로 관리되고 있어 전력설비 고장시 즉각적인 대처가 어려운 실정이다. 따라서, 전력과 IoT기술을 접목하면 전력설비의 불안정 상태를 실시간으로 관리할 수 있다. 비상시 신속한 대응을 할 수 있고, 지능형 설비 이력관리로 설비관리 효율화도 도모할 수 있다.

이에, 한전은 스마트 에너지 사업자의 전력에너지 신서비스 창출을 위해 개방형 사물인터넷(IoT) 환경을 조성하는 사업을 진행하고 있다. 대구와 광주지역에 약 1,000여개의 무선센서 노드 및 260여개의 게이트웨이 규모로 IoT 기반의 전력설비 자가진단 솔루션을 시험할 수 있는 테스트베드를 구축했다. 테스트베드에 설치한 무선센서는 수량이 많고 유지보수 비용이 많이 소요될 수 있기 때문에 저전력, 초소형으로 개발했다.

무선통신은 블루투스 프로토콜을 기반으로 하고 있으며, 상위단의 센서 노드 또는 게이트웨이로 통신하도록 구성했다.

초전도케이블 단말

전력연구원은 IoT 적용분야를 시설환경이 상대적으로 취약한 지중 전력설비의 누전감시, 온도감시, 전력량 감시, 지반침하, 침수상태 등을 감시하거나, 현장의 안전사고 예방을 위해 공사현장의 안전관리, 진단정보를 실시간 전송 및 판단하고, 재해재난 복구 관제기능이 가능한 시스템으로 발전시키고 더불어, 스마트센서를 전력설비 현장에 사용하는데 걸림돌이 되는 장기신뢰성과 저전력화, 센서네트워크 최적화 등을 개발할 계획이다.

연구원 관계자는 “ IoT를 우리나라의 신성장동력으로 발전시키고 IoT 생태계를 구축하는데 기여할 것”이라고 전망했다.