Special Issues ❸ 초전도 전력기술 개발 현황 및 전망 1 개황 1911년 네덜란드의 카멜링 온네스 교수에 의해 발견된 초전도 현상은 어떤 물 질이 특정 조건(온도, 전류, 자장)에서 저항이 사라지고 완전 반자성 특성을 보이 는 것을 말한다. 이렇듯 초전도의 역사는 이미 100년 이상 됐으며, 이 흥미로운 현상의 경우 현재 병원 MRI, 자기부상 열차 등 우리 생활 속에서 실제 적용된 사 김형근 한전 송변전기술팀 차장 례를 쉽게 찾아 볼 수 있다. 초전도는 앞으로도 다양한 산업 분야에서 응용이 가능한 미래 기술로 주목받고 있으며, 특히 전력분야에서는 설비기기를 소형화하면서도 경제성과 성능을 제고 할 수 있음은 물론 친환경적이라는 측면에서 굉장히 활용도가 높고 중요한 기술 중 하나로 꼽히고 있다. 전 세계적으로 초전도 전력기술을 활용하기 위한 연구는 1980년대 말 2세대 초 전도선재의 등장과 함께 미국, 유럽, 일본 등을 중심으로 활발하게 진행돼 왔으나 아직까지는 경제성 및 신뢰성 확보 등 추가 연구개발이 필요한 실정이다. 한전은 전력분야에서 초전도 기술의 활용이 친환경 고효율 대용량 전력전 송을 필요로 하는 계통현안을 해결할 수 있는 유력한 방안 중 하나로 인식하고 28 Journal of the Electric World
+ 초전도전력기술개발현황및전망 [ 카멜링온네스 ] [ 초전도현상 ] [ 완전반자성 ( 자기부상 )] 그림 1 초전도현상발견 DAPAS 프로젝트, 이천프로젝트, 송전급프로젝트를주도해성공적으로진행하고있다. 본고에서는한전이 2014년 10월제주실계통에세계최초로적용한직류 80kV 초전도케이블설치내용을포함해현재까지의연구성과및향후진행할초전도전력기술의현황과기대효과에대해서술한다. 2 현황 가. DAPAS 프로젝트 ( 초전도전력기술개발시작 ) 우리나라초전도전력기술개발은 2001년부터 2011 년까지진행된 DAPAS(Development of Advance Power system by Applied Superconductivity technologies Program, 차세대초전도응용기술개발사업 ) 프로젝트부터본격적으로시작됐다고할수있다. DAPAS 프로젝트의주요목표는고온초전도선재를이용한초전도전력기기개발이었으며프로젝트를통해초전도선재, 초전도케이블, 초전도한류기, 초전도모터, 초전도변압기를개발했다. 고온초전도선재는독창적인제조방법인 EDDC (Evaporation using Drum in DUAL Chamber) 방법과 RCE(Reactive Co-Evaporation) 장치를이용, 빠르고고성능의선재를제조할수있게돼경제성을극대화할수있게됐다. 초전도케이블은 22.9kV/50MVA의용량으로기존케이블대비 5배이상의전력을보낼수있는기술을 [ 초전도선재 ] [ 초전도케이블 ] [ 초전도한류기 ] [ 초전도모터 ] [ 초전도변압기 ] 그림 2 DAPAS 프로젝트개발기술 February 29
❸ Special Issues 2001 2007 2008 2011 2012 2016 DAPAS Project 22.9kV 케이블, 한류기개발 이천 1 단계 22.9kV, 50MVA 410m 이천 2단계 150MVA 100m, 장선화요소송전급 Project 80kVDC, 154kVAC 1km 그림 3 국내초전도기술개발추진현황 개발했다. 또한, 22.9kV/150MVA 초전도케이블의핵심기술을이용한모델과, 154kV/1GVA 초전도케이블의설계및제작기술을개발했다. 초전도한류기는 22.9kV/ 정격전류 600A급을개발했으며, 154kV/4kA급핵심부품을개발했다. 또한, 초전도모터와변압기도개발하는성과를거뒀다. 2001년 DAPAS 프로젝트를시작으로한전은그림3과같이국내초전도기술개발을추진하고있다. 월까지 3년에걸쳐수행됐으며, 22.9kV/50MVA/3상일괄형태인초전도케이블 410m와 22.9kV/630A/3상인초전도한류기를 154kV 이천변전소에설치했다. 초전도케이블은 No.5 주변압기 2차측에설치됐으며현장적용성을시험하기위해 Offset과중간접속함을배치했다. 주보호는전류차동계전방식을적용했고, 후비보호는과전류계전방식과초전도케이블 Thermal protection을적용했다. 한편초전도현상유지를위한냉각시스템도설치됐 나. 이천프로젝트 ( 초전도전력기술실계통실증 ) DAPAS 프로젝트를통해개발된초전도전력기기중 22.9kV 초전도케이블과초전도한류기의실계통실증을통한상용화모델및운영기술개발을위해이천프로젝트 ( 일명 GENI Project, Green superconducting Electric power Network at Icheon 으며냉매로는액체질소 (LN 2 ) 를사용해약 69K 의온도로운전했다. 초전도한류기는 22.9kV 장평배전선로에설치했으며일반저항과초전도선재가같이구성된하이브리드방식이다. 이천프로젝트 1단계를통해설치된초전도케이블과초전도한류기는 2011년 8월부터운전을시작했으며양호한운전성과를나타냈다. substation Project) 를 2008 년부터 2013 년까지 2 단계 로나눠 5 년간진행했다. 2 ) 2 단계 ( 대용량 상용화핵심기술개발 ) 이천프로젝트 1 단계에서실계통에설치한 22.9kV 1 ) 1 단계 ( 실계통최초운전 ) 이천프로젝트 1 단계는 2008 년 11 월부터 2011 년 10 초전도케이블및초전도한류기기술을발전시키기위 한이천프로젝트 2 단계를 2011 년 11 월부터 2013 년 10 30 Journal of the Electric World
+ 초전도 전력기술 개발 현황 및 전망 제어동 22.9kV 초전도한류기 초전도케이블 냉각기 중간접속함 종단접속함 Offset 22.9kV 초전도케이블 그림 4 이천 프로젝트 1단계 월까지 2년간 진행했다. 2단계에서는 초전도케이블의 다. 송전급 프로젝트 대용량화와 상용화 핵심기술 개발 및 초전도한류기의 (초전도 전력기기 실계통 적용기술 발전) 성능개선을 목표로 했다. 이천 프로젝트의 성공적 완수와 양호한 사업진행을 이천 프로젝트 1단계에서 실증한 22.9kV 초전도케 바탕으로 송전급 전압의 초전도케이블 및 초전도한류 이블 용량을 50MVA에서 150MVA로 3배 증가시키고 기를 실계통에 적용하기 위한 프로젝트가 2011년 7월 상용화에 필요한 Stop Joint, EB-G, 수직전력구 통과 부터 2016년 6월까지 5년간 진행되고 있다. 송전급 프 를 위한 고저차 극복 기술을 개발했으며, 22.9kV 초전 로젝트는 DC 80kV 초전도케이블, AC 154kV 초전도 도한류기의 동작시간을 반주기 후에서 반주기 전으로 케이블 및 초전도한류기를 실계통에 설치하고 운영기 개선시켰다. 술을 개발하는 것이 핵심 목표이다. 또한, 초전도케이 [초전도케이블 설치] [초전도케이블 시험] 그림 5 이천 프로젝트 2단계 February 31
Special Issues ❸ 서제주변환소 한림변환소 금악 HVDC 초전도 실증단지 그림 6 송전급 프로젝트 계획 블용 극저온 냉각시스템의 국산화와 국산 초전도선재 각 설계하고, 금악변환소와 한림변환소 간 500m 일부 의 적용성 평가도 병행해 추진하고 있다. 구간에 적용했다. 1단계 성과로 2014년 10월 DC 80kV 초전도케이블을 세계 최초로 설치하고 실계통에 적용 1 ) 1단계(세계 최초 DC 80kV 초전도 케이블 실계통 적용) 했다. 송전급 프로젝트 1단계는 2011년 7월부터 2014년 10월까지 3년간 수행했으며 송전급 초전도 전력기기 2 ) 2단계(세계 최고 AC 154kV 초전도 케이블 실계통 적용) 를 실계통에 적용하기 위한 시험기기를 구축하고, DC AC 154kV 초전도케이블은 제주 금악 실증단지에 80kV 케이블 시스템과 AC 154kV 케이블 시스템을 각 설치될 예정이며, 154kV 초전도한류기는 설치장소를 (5.3km, 2014.6) (0.5km, 2014.10) [DC 초전도케이블 계통 연계도] 그림 7 DC 초전도케이블 설치 32 Journal of the Electric World [DC 초전도케이블 포설도]
+ 초전도전력기술개발현황및전망 초전도전력설비실계통실증목표 AC154kV ( 세계최고 ) DC80kV ( 세계최초 ) AC138kV ( 現세계최고 ) 23kV 6.6kV 개발시작 2001 2004 2011 2015 35kV 중국 글로벌경쟁력수준 138kV 66kV 23kV 한국 일본 미국 그림 8 초전도분야글로벌경쟁력수준 중국은대부분외국기술을차용 검토중에있다. 한전은 DC 80kV 및 AC 154kV 초전도케이블시스템을실계통에적용해실증이완료되면, 장기신뢰성검증과함께경제성확보를위한연구를진행할예정이다. AC 154kV 초전도한류기는 2kA급을제작, 설치하고운전을통해실계통에적용해나갈예정으로, 현재실계통에초전도케이블시스템적용을위한준비작업과성능향상을위한작업이진행중이다. 3 향후계획 한국에서의초전도전력기술은오래전부터연구돼왔으나, 본격적으로진행된것은 2001년 DAPAS 프로젝트부터라할수있다. 10년간진행된 DAPAS 사업을통해고온초전도선재, 초전도케이블, 초전도한류기, 초전도 변압기, 초전도모터의제작및핵심기술개발이이뤄졌다. 이후개발된 22.9kV 초전도케이블및한류기의실계통적용및운영을위한이천프로젝트를진행했으며, 이천프로젝트의성공적진행을바탕으로송전급까지전압을향상시키는프로젝트또한진행중이다. 송전급프로젝트중 2014년 10월제주금악에설치된 DC 80kV 초전도케이블시스템은세계최초로실계통에적용된사례이며, 2015년계획중인 AC 154kV 초전도실증도세계최고수준의실증사례가될것으로사료된다. 향후한전은송전급프로젝트의성공적완수를바탕으로장거리송전기술개발및실제계통운영상필요한개소를적극발굴해나갈방침이다. 특히한전은미래성장동력창출을위해초전도기술개발과적용에집중해나감은물론글로벌신시장개척에도박차를가한다는계획이다. February 33