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(기술이 산업을 이끈다) 꿈의 케이블 '초전도' - 전기신문

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작성자
pl01
작성일
2016-01-04 12:50
조회
886
송전선로 문제 한방에 해결

기존케이블 보다 부피는 80%대로 줄이고, 전력공급 용량은 5배 가까이 늘린 꿈의 기술 초전도케이블. 전력설비분야에서 초전도 기술의 상용화가 손에 잡힐 듯 가까이 와 있다.


초전도 기술은 전력설비에 다양하게 접목돼 사용될 전망이다. 송전 전류손실이 거의 없고 기존 송전선보다 부피가 1/5인 초전도케이블, 고장전류를 제한하는 한류기, 효율 및 부피가 작은 초전도 변압기, 초전도 발전기, 초전도 모터, 전력저장장치 등이 대표적이다.
특히 초전도 케이블은 전기저항이 ‘0’ 인 초전도체를 전력 케이블에 적용한 것으로 기존에 사용되는 구리나 알루미늄 케이블에 비해 10배 이상 많은 전력을 송전할 수 있어 ‘꿈의 케이블’로 불린다. 현재 발전소에서 공장, 가정으로 전기를 보낼 때 손실되는 전기는 전체 발전량의 4~5%에 달한다.
국내의 경우 연간 1조원 이상의 전기가 송전 중 사라지는 것으로 추산된다. 따라서 초전도 케이블을 활용할 경우 송전손실을 획기적으로 줄일 수 있어, 발전소를 적게 건설해도 되고 또 송전선로 건설문제도 해결할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다.

초전도케이블은 우리나라를 비롯한 미국, 독일, 일본 등 전 세계에서 4개국 만이 보유하고 있는 첨단 기술이다. 우리나라는 정부의 전폭적인 지원속에 한국전력, 한국전기연구원, 대학연구소, LS전선 등에서 연구개발에 매진, 지난 2011년 9월 세계 네 번째로 교류 22.9kV 50MVA, 직류80kV 500MW급의 초전도 케이블과 단말, 접속함, 냉각시스템, 제어시스템으로 구성되는 실용화급 초전도 케이블 시스템 개발을 완료했다 이어 2014년 10월에는 세계 최초로 직류 초전도 케이블 시험 운전에 성공해 세계 최고의 기술을 보유하게 됐다.
특히 초전도 케이블의 핵심 재료인 ‘초전도선재’ 국산화에 성공하면서 초전도케이블의 상용화를 한층 앞당기게 됐다.
한전과 서남(대표 문승현)은 지난 2012년 10월 본격적으로 초전도선재 국산화를 위한 연구개발에 착수해 1차년도(2013년 9월)에는 임계전류 125A급 대용량 초전도선재 개발을 완료한데이어, 2차 년도인 지난해 6월에는 임계전류 150A급 대용량 초전도선재 개발을 완료하고, 물리적 특성은 물론 패키징 및 접합 기술을 높여 개발과제를 마쳤다. 그동안 외국제품에 의존했던 초전도선재가 국산화 되면서, 순수 국내 기술로 154kV급 송전선을 제작해 이를 상용화하기 위한 실증시험이 시작될 전망이다.

한전은 개발된 기술을 바탕으로 교류 154kV 초전도 케이블 (전압 154kV, 길이 1000m, 용량 600MVA)을 제주 안덕~금악구간에 시범설치 했으며, 이르면 올 3월중에 준공할 계획이다. 또 154kV 신갈-흥덕변전소 간 1km 구간에 세계 최초로 23kV 초전도케이블 상용화 설비 구축을올 연말에 시작할 계획이다.
한전 관계자는 “현재 단말접속 케이블 시스템 구성을 완료하기 위해 노력하고 있으며 설치 완료 후 실증을 끝내면 현재 Global Top으로 불리는 미국(전압 138kV, 길이 610m, 용량574MVA)보다 앞선 수준을 보유하게 된다”고 설명했다.

아직까지 초전도케이블은 세계적으로 상용화가 안 된 상태며 초전도케이블을 통한 장거리 송전기술, 냉동시스템과 초전도 선재의 경제성 등이 확보될 경우 시장은 큰 폭의 성장이 예상된다.
초전도케이블 못지않게 전력계통보호에 필요한 초전도한류기 개발도 진행중이다. 초전도한류기는 전력계통에 고장이 생길 경우 고장 전류를 0.002초 이내에 정상전류로 변환해 전력계통의 유연성, 안정도, 신뢰도 등을 개선하고 기기를 보호하는 장치다.
우리나라는 계통 선로의 길이가 상대적으로 짧고, 계통을 서로 연계하고 있어 고장전류가 발생하면 대규모 정전으로 이어질 수 있다. 이 때문에 고장전류를 제한하는 장치가 필수적이다.
한전 전력연구원(원장 김동섭)은 154kV급 초전도 한류기 시스템을 완료하고 실증 시험에 들어간 상태다.154kV, 2000A급 초전도한류기 시스템은 5만A 이상의 고장 전류의 크기를 40% 이상 제한할 수 있으며, 현재까지 세계 최고 수준은 미국에서 개발한 115kV, 900A급이다. 전력연구원은 고창전력시험센터에서 향후 1년 간 실증시험을 거친 뒤 초전도한류기의 장기 신뢰성(track record)을 확보한 후 154kV 초전도한류기 시스템의 조기 상용화를 위해 실계통 연계 운전을 수행할 계획이다.

초전도 기술이 가져다 줄 미래는 초전도 기술은 더 이상 미래를 지향하는 꿈의 기술이 아니라 이미 우리의 생활에 널리 이용되고 있으며, 나아가 인류에게 더욱 편리하고, 윤택한 삶을 제공할 것이다. 머지않은 미래의 가정에서는 초전도 기술이 적용된 양자컴퓨터로 옥상의 태양열판을 조절해 최적의 조건에서 전기를 생산하고 집안 각종 기기에 전기를 공급할 수 있게 된다. 더 이상 암을 비롯한 질병의 공포에 두려워 필요가 없을 것이며, 우리가 잘 알지 못하는 전력계통에는 다양한 초전도 전력기기가 설치되면 더 이상 손실이 없는 초 고효율의 전력을 공급하고 사용하게 된다.
자기부상열차는 초전도체를 사용한 강력한 전자석을 만들어 열차를 레일에서 띄워 운행하므로 열차와 레일 간의 마찰이 없기 때문에 기존 열차에 비해 속도를 시속 600km 이상까지 획기적으로 높일 수 있다. 차세대 운송 수단으로서 프랑스의 TGV, 일본의 신칸센, 우리나라의 KTX 등 현존 최고 운행 속도의 열차들 보다 2배 이상 빨리 운행할 수 있다. 우리나라는 독일, 일본에 이어 세계에서 세 번째로 개발에 성공했으며, 도시형 자기부상열차의 경우 일본, 미국, 중국, 한국 등이 개발에 박차를 가하고 있으며 우리나라는 세계 두 번째 상용화 성공을 목표로 하고 있다.

초전도란

초전도 현상은 1911년 네덜란드 라이든(Leiden) 대학의카멜링 온네스 (Keike Kamerlingh Onnes) 교수가 4.2K(약-269℃)에서 헬륨의 액화에 처음으로 성공하고, 이 온도에서 수은(Hg)의 전기 저항이 ‘0’ 이 되는 현상을 측정함으로써 초전도 연구의 역사적 첫 걸음을 내딛었다.
초전도 현상은 초전도 특성을 갖는 금속 화합물이 특정 온도에서 전기 저항이 ‘0’ 이 되고 내부에서 발생하는 자기장을 밀쳐내는 현상으로 현재까지 이러한 초전도 현상을 과학적으로 증명하려는 연구는 계속돼왔다. 특히 조금 더 높은 온도에서 초전도 현상을 보이는 화합물질을 발견하고자 하는 연구는 과학계 뿐 아니라 산업계에서도 세계적인 이슈가 되고 있다.

지금까지 한 세기에 걸친 연구로 초전도 특성을 보이는 물질만 약 1000종 이상이 발견됐지만, 이 중 단 5~6종만이 실제 생활에 응용 가능할 정도이다.

http://www.electimes.com/print.php?aid=1451283785130248002
유희덕 기자 yuhd@electimes.com