우리나라에 적용된 HVDC(해남-제주-진도) 시스템

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우리나라의 HVDC(High Voltage Direct Current, 고압 직류) 시스템은 육지와 제주도 간 전력 연계를 강화하여 전력 안정성을 크게 향상시켰습니다. 특히 해남-제주 간 HVDC 시스템과 진도-제주 간 HVDC 시스템은 제주도의 전력 공급을 보장하는 중요한 역할을 합니다. 이 글에서는 해남-제주 간 HVDC 시스템과 진도-제주 간 HVDC 시스템의 구성과 주요 내용을 자세히 살펴보겠습니다.

해남-제주 간 HVDC 송전

해남-제주 간 HVDC 송전은 우리나라의 HVDC 기술 적용 사례 중 하나로, 제주도의 전력 수급 안정화에 크게 기여하고 있습니다.

사업 배경

제주도는 지리적 특성상 고립된 전력 계통을 유지하고 있습니다. 이로 인해 자체 발전만으로는 연료비와 유지비 부담이 커서 육지와 전력 연계가 필요했습니다. 해남과 제주도 간의 HVDC 해저 직류 케이블을 통해 전력을 공급함으로써, 전력 단가를 낮추고 안정적인 전력 공급을 보장하게 되었습니다. 제주도에서 자체 발전 시 전력 단가는 약 180원/kWh에 달했지만, 육지에서 전력을 연계함으로써 단가를 약 70원/kWh로 낮출 수 있었습니다. 이 연계는 1997년부터 시작되었으며, 현재까지 안정적으로 운영되고 있습니다.

제주 연계 시스템 특징

제주 연계 시스템은 직류 쌍극 양측 접지 방식으로 구성되어 있습니다. 이는 해수 귀로 쌍극(Bipole) 방식으로, 상정 사고 시에도 이용률을 높일 수 있도록 설계되었습니다. 송전 전압은 교류 154KV에서 직류 ±180KV로 변환되며, 최대 300MW의 전력을 송전할 수 있습니다. 송전 거리는 전라도 해남에서 북제주까지 약 101km에 달합니다.

주요 내용

무효전력 공급

무효전력은 해남 측에서는 필터와 커패시터 뱅크를 통해 공급되며, 제주 측에서는 필터와 가스 터빈을 동기조상기로 사용하여 공급됩니다. 이러한 방식은 전력 계통의 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

변압기

이 시스템에는 3상 3권선 변압기 4대가 사용됩니다. 1차 측은 접지되어 있으며, 리액턴스는 약 13%로 설정되어 있습니다. 이 변압기는 고장 전류 기준 40kA를 기준으로 설계되었습니다.

변환 장치(Thyristor Valve)

변환 장치는 12 pulse 시스템의 수냉식 사이리스터를 사용하여 전압을 변환합니다. 이 장치는 광점호 제어 방식을 채택하여 시스템의 신뢰성을 높이고 있습니다.

접지 시스템

해수 귀로 방식으로 운영되며, 변환소에서 약 15km 떨어진 곳에 전극소가 설치되어 있습니다. 이 시스템은 전력 시스템의 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

HVDC 해저 케이블

해저 케이블은 Solid Type MI 케이블(Cu 800mm²×2C)을 사용하며, 케이블 보호를 위해 콘크리트 트러후에 포설되었습니다. 이는 해저 환경에서 안정적인 전력 전송을 보장합니다.

광통신 케이블

12코어 저 손실 광섬유 케이블이 사용되어 중계기 없이 통신이 가능하며, 회선 용량은 1300회선에 달합니다. 이 시스템은 향후 광단극장치 설치 시 추가적인 이익을 창출할 수 있습니다.

진도-제주 간 HVDC 송전

진도-제주 간 HVDC 송전은 제주도의 전력 수급 예비율을 높이고, 불안정한 전력 공급 문제를 해결하기 위해 도입되었습니다.

사업 배경

제주도의 전력 예비율은 2007년 43.8%에서 2012년에는 14.1%로 떨어질 것으로 예상되었습니다. 이에 따라 추가적인 HVDC 송전이 필요하게 되었고, 이를 통해 예비율을 50.8%로 높일 수 있었습니다. 진도 임회에 변전소를 추가 설치함으로써 불안정한 전력 공급 문제를 해결할 수 있었고, 진도 지역의 조류발전과 태양광 에너지 등 녹색에너지를 활용할 수 있는 기회를 마련했습니다.

진도 연계 시스템 특징

진도를 HVDC 연계 지역으로 선정한 이유

진도는 교류 계통과의 연계가 가장 안정적인 지역으로 평가되었습니다. 또한, 해남-북제주(1차 연계 지역)에서 10km 이상 떨어져 있어 변전소 간 간섭이 적었습니다. 이러한 이유로 진도는 HVDC 연계 지역으로 선정되었습니다.

계통 구성

평상시에는 Double Monopolar 운전(200MW×2) 방식으로 운영되며, 1선 고장 시에는 Bipolar 운전으로 전환하여 송전 용량 저하 없이 운영할 수 있습니다. 송전 전압은 교류 250KV에서 직류 ±250KV로 변환되며, 최대 400MW의 전력을 송전할 수 있습니다. 송전 거리는 임회 변전소와 서제주 변전소 간의 101km에 달합니다.

주요 내용

PLGR 공정

PLGR 공정을 통해 케이블 포설 장해 요소를 사전에 제거하여 안정적인 설치가 가능하게 하였습니다. 이 공정은 케이블 설치 과정에서 발생할 수 있는 문제를 최소화하는 데 중요한 역할을 합니다.

케이블 보호 방식

진도 연안에서는 케이블이 2km 구간에 걸쳐 매설되며, 1.5m 깊이로 원토가 되메워지고 0.5m의 사석이 덮입니다. 진도 양식 구간에서는 케이블이 0.5m 깊이로 매설되고, 콘크리트 매트리스가 설치됩니다. 항로와 해협 구간에서는 케이블이 3m 깊이로 매설되고, 사석이 덮입니다. 제주 연안에서는 케이블이 1m 깊이로 매설되고, 우레탄 및 콘크리트 매트리스가 설치되어 보호됩니다.

결론

해남-제주 간과 진도-제주 간 HVDC 송전 시스템은 제주도의 전력 안정성을 높이고, 경제적인 전력 공급을 가능하게 하는 중요한 인프라입니다. 이들 HVDC 시스템은 각각의 특성과 장점을 살려 효율적인 전력 공급을 보장하며, 우리나라 전력 시스템의 신뢰성을 높이는 데 큰 기여를 하고 있습니다. 앞으로도 이러한 시스템의 지속적인 운영과 개선을 통해 제주도뿐만 아니라 전국적인 전력 안정성을 강화할 수 있을 것입니다.

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