HVDC를 활용한 동북아 전력연계 및 국내 계통 영향에 관한 연구 The study on the cross-border interconnection with HVDC between the Northeast Asian countries and the effect to the Korea power system원문보기
본 연구에서는 국가간 전력연계 해외 사례와 관련 직류송전 기술에 대해 고찰 해 보았으며, 한-중-일 전력망 연계시 국내 전력계통에 미치는 영향에 대해 검토해 보았다. 시스템은 ±500kV bi-pole 2,000MW 전류형(LCC) 직류송전(HVDC)를 기준으로 연구를 진행 하였으며, 향후 실제 사업 추진 시에는 회선(Mono-pole 또는 Bi-pole), 설비타입(전류형(LCC) 또는 전압형(VSC)), 용량 및 전압급 등 최적의 설비조건을 선정하기 위한 다양한 검토가 추가로 이루어 질 필요가 있다고 생각한다.
본 연구에서 중점적으로 다룬 국가 간 전력 연계시 국내 계통 영향에 대해 다음과 같이 요약할 수 있다. 상정 고장시 과부하는 인천 가정개폐소에서 인천복합발전소(...
본 연구에서는 국가간 전력연계 해외 사례와 관련 직류송전 기술에 대해 고찰 해 보았으며, 한-중-일 전력망 연계시 국내 전력계통에 미치는 영향에 대해 검토해 보았다. 시스템은 ±500kV bi-pole 2,000MW 전류형(LCC) 직류송전(HVDC)를 기준으로 연구를 진행 하였으며, 향후 실제 사업 추진 시에는 회선(Mono-pole 또는 Bi-pole), 설비타입(전류형(LCC) 또는 전압형(VSC)), 용량 및 전압급 등 최적의 설비조건을 선정하기 위한 다양한 검토가 추가로 이루어 질 필요가 있다고 생각한다.
본 연구에서 중점적으로 다룬 국가 간 전력 연계시 국내 계통 영향에 대해 다음과 같이 요약할 수 있다. 상정 고장시 과부하는 인천 가정개폐소에서 인천복합발전소(CC)까지의 송전선에서 약 129%, 경상남도 신김해 변전소에서 북부산변전소를 연결하는 선로에서 141% 수준으로 발생하였으며, 이를 해소하기 위해서는 송전선로 보강이나 한류 리액터 용량 증대 등의 방안이 고려 될 수 있을 것이다.
또한, 위상각안정도, 일시적 과전압 및 주파수 안정도 검토를 수행 하였으며, 그 결과 시스템이 주요 외란 동안 안정적 상태에 있을 것으로 확인되었다. 단락전류 검토 결과 지역별 주요 모선에서의 단락전류 수준은 345kV 모선 개폐장치의 정격 차단용량인 63kA 이하로 확인되었다. ESCR 검토 결과 인천지역의 최소값은 1.35였으며, 경남지역의 최소값은 8.77로 확인 되었다. 인천 지역의 경우 동기 조상기 같은 추가적인 보상을 통해 시스템을 강화 해주는 방안이 고려될 수 있을 것이다. 결과적으로, 일부 과부하 선로 구간이나 시스템 강도가 상대적으로 약한 개소가 발견 되었으나, 적정한 보강을 한다면 충분히 해소 될 수 있는 부분이다. 따라서, 한-중-일 국가 간 2GW급 전력연계에 따른 계통 안정성에 문제가 없을 것으로 예상되며, 본 연구에서 검토된 전력연계 방안은 기술적으로 타당한 것으로 사료된다.
한편, 한-중-일 전력연계는 동북아 지역 최초로 시도되는 다국적 전력망 연계 사업을 말하며, 몽골 고비사막의 태양광 및 풍력 등 풍부한 청정에너지를 공동개발하고 중국 및 한국을 거쳐 일본까지 연계하여 3국이 공동 활용하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 국가간 전력연계를 통해 늘어나는 재생에너지 상황에 대응하고 국가 간 전력 요금 차에 따른 경제적 이윤 창출도 가능 할 뿐만 아니라, 보다 큰 차원에서 보면 에너지 협력을 시작으로 국가 간 경제 공동체를 형성하고 이를 통해 동북아 지역내 정치적 긴장 완화 및 동맹관계 강화 등의 효과를 기대 할 수 있을 것이다.
하지만, 이렇듯 장점이 많은 프로젝트 임에도 불구하고, 중국으로부터 전력을 수입 할 경우 순수한 재생에너지만이 아닌 중국 동부지역에 많은 부분을 차지하고 있는 석탄 및 원자력 발전에 의한 전기가 병행하여 들어올 수밖에 없을 것이라는 우려가 최근 일각에서 제기되기도 하였다.
동북아 수퍼그리드의 진정한 완성을 위해서는 몽골의 재생에너지가 대규모로 개발되어야 하며, 몽-중간 전력연계도 충분한 용량으로 이루어 져야 할 필요가 있다. 이러한 프로젝트들이 단기적으로 완성되기는 어려운 만큼, 만약 한-중간 전력연계가 우선적으로 이루어진다면 초기에는 중국으로부터 전력을 수입해 오는 상황이 될 수 밖에 없을 것이다. 다만, 전기라는 것은 발전되어 계통으로 유입되면 어떤 발전원으로 생산된 전기라는 것을 구별하는 것은 기술적으로 거의 불가능 하며, 전력구입계약 체결 시 특정 조건을 정해서 계약을 한다면 청정에너지원을 활용 한다는 기존의 취지를 일정 부분 달성 할 수 있다고 생각한다.
아울러, 중국 국가 에너지국(NEA) 등에 따르면, 중국의 신재생 에너지 발전량은 2018년 기준 약 27% 수준이며, 2030년까지 약 53%, 2050년에는 약 85%수준까지 끌어올리고자 하는 목표와 비전을 제시하고 있는 상황이다.[16],[19] 그리고, 2015년 중국과 몽골 정상간 MOU체결을 시작으로 양국간 전력연계 사업도 타당성 조사를 시작하는 등 지속적으로 추진되고 있다.[18] 또한, 일본 소프트뱅크(Softbank)社와 몽골 뉴컴(Newcom)社의 공동계획에 따르면, 양 사는 몽골 고비사막에 약 36만7천 헥타르(ha)의 부지를 확보하고 총 15GW 이상의 풍력 및 태양광 발전단지를 건설 할 계획이라고 한다.[17]
결론적으로 요약하면, 단기적으로 동북아 수퍼그리드를 위한 모든 여건이 성숙되지 못한 상황에서 사업 추진이 가장 빠르게 진행되고 있는 한-중 연계가 우선적으로 이루어진다면 일정 부분 중국의 非청정에너지를 수입 한다는 현실적 우려가 있을 수 있지만, 위와 같이 몽골 고비사막의 대규모 재생에너지 개발 계획, 중국내 재생에너지 증가 정책 및 몽-중 연계 추진 상황 등을 감안하면 중장기적으로는 몽골 고비사막의 청정에너지를 공동 개발하여 동북아 국가간 효율적으로 공유한다는 동북아 수퍼그리드 본연의 목적이 달성되는 것이 가능 할 것으로 예상한다.
끝으로 본 연구에서 국가 간 전력 연계 시 국내 전력계통에의 영향에 대해 검토 해 보았으며, 기술적으로 가능함을 확인 할 수 있었다. 또한, 본 논문에 포함되지는 않았지만 자체 검토결과 경제적인 타당성도 충분한 것으로 확인 되었다. 동북아 수퍼그리드가 이루어지면 계통섬과 같은 고립계통의 한계 극복을 통한 계통안정성 향상과 재생에너지 증가에 기여, 북상조류 저감에 따른 국내 전력설비 민원 저감, 대규모 인프라 사업 추진에 따른 관련 기업들의 참여와 고용 기회 창출 등이 가능 할 것이다. 뿐만 아니라, 나아가 동북아 국가간 경제공동체 형성을 통한 경제성장과 역내 정치적 긴장 완화 등 국내외적으로 다양한 효과를 기대 할 수 있을 것이다.
동북아 국가간 전력연계라는 대규모 프로젝트가 완성되기까지 앞으로 많은 난관이 있겠지만, 국가간 및 기업간 협력을 통해 해결 될 수 있으리라 희망하며, 본 연구 결과가 미래 동북아 수퍼그리드 완성의 밑거름이 될 수 있기를 기대하면서 본 연구를 마무리 하고자 한다.
본 연구에서는 국가간 전력연계 해외 사례와 관련 직류송전 기술에 대해 고찰 해 보았으며, 한-중-일 전력망 연계시 국내 전력계통에 미치는 영향에 대해 검토해 보았다. 시스템은 ±500kV bi-pole 2,000MW 전류형(LCC) 직류송전(HVDC)를 기준으로 연구를 진행 하였으며, 향후 실제 사업 추진 시에는 회선(Mono-pole 또는 Bi-pole), 설비타입(전류형(LCC) 또는 전압형(VSC)), 용량 및 전압급 등 최적의 설비조건을 선정하기 위한 다양한 검토가 추가로 이루어 질 필요가 있다고 생각한다.
본 연구에서 중점적으로 다룬 국가 간 전력 연계시 국내 계통 영향에 대해 다음과 같이 요약할 수 있다. 상정 고장시 과부하는 인천 가정개폐소에서 인천복합발전소(CC)까지의 송전선에서 약 129%, 경상남도 신김해 변전소에서 북부산변전소를 연결하는 선로에서 141% 수준으로 발생하였으며, 이를 해소하기 위해서는 송전선로 보강이나 한류 리액터 용량 증대 등의 방안이 고려 될 수 있을 것이다.
또한, 위상각안정도, 일시적 과전압 및 주파수 안정도 검토를 수행 하였으며, 그 결과 시스템이 주요 외란 동안 안정적 상태에 있을 것으로 확인되었다. 단락전류 검토 결과 지역별 주요 모선에서의 단락전류 수준은 345kV 모선 개폐장치의 정격 차단용량인 63kA 이하로 확인되었다. ESCR 검토 결과 인천지역의 최소값은 1.35였으며, 경남지역의 최소값은 8.77로 확인 되었다. 인천 지역의 경우 동기 조상기 같은 추가적인 보상을 통해 시스템을 강화 해주는 방안이 고려될 수 있을 것이다. 결과적으로, 일부 과부하 선로 구간이나 시스템 강도가 상대적으로 약한 개소가 발견 되었으나, 적정한 보강을 한다면 충분히 해소 될 수 있는 부분이다. 따라서, 한-중-일 국가 간 2GW급 전력연계에 따른 계통 안정성에 문제가 없을 것으로 예상되며, 본 연구에서 검토된 전력연계 방안은 기술적으로 타당한 것으로 사료된다.
한편, 한-중-일 전력연계는 동북아 지역 최초로 시도되는 다국적 전력망 연계 사업을 말하며, 몽골 고비사막의 태양광 및 풍력 등 풍부한 청정에너지를 공동개발하고 중국 및 한국을 거쳐 일본까지 연계하여 3국이 공동 활용하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 국가간 전력연계를 통해 늘어나는 재생에너지 상황에 대응하고 국가 간 전력 요금 차에 따른 경제적 이윤 창출도 가능 할 뿐만 아니라, 보다 큰 차원에서 보면 에너지 협력을 시작으로 국가 간 경제 공동체를 형성하고 이를 통해 동북아 지역내 정치적 긴장 완화 및 동맹관계 강화 등의 효과를 기대 할 수 있을 것이다.
하지만, 이렇듯 장점이 많은 프로젝트 임에도 불구하고, 중국으로부터 전력을 수입 할 경우 순수한 재생에너지만이 아닌 중국 동부지역에 많은 부분을 차지하고 있는 석탄 및 원자력 발전에 의한 전기가 병행하여 들어올 수밖에 없을 것이라는 우려가 최근 일각에서 제기되기도 하였다.
동북아 수퍼그리드의 진정한 완성을 위해서는 몽골의 재생에너지가 대규모로 개발되어야 하며, 몽-중간 전력연계도 충분한 용량으로 이루어 져야 할 필요가 있다. 이러한 프로젝트들이 단기적으로 완성되기는 어려운 만큼, 만약 한-중간 전력연계가 우선적으로 이루어진다면 초기에는 중국으로부터 전력을 수입해 오는 상황이 될 수 밖에 없을 것이다. 다만, 전기라는 것은 발전되어 계통으로 유입되면 어떤 발전원으로 생산된 전기라는 것을 구별하는 것은 기술적으로 거의 불가능 하며, 전력구입계약 체결 시 특정 조건을 정해서 계약을 한다면 청정에너지원을 활용 한다는 기존의 취지를 일정 부분 달성 할 수 있다고 생각한다.
아울러, 중국 국가 에너지국(NEA) 등에 따르면, 중국의 신재생 에너지 발전량은 2018년 기준 약 27% 수준이며, 2030년까지 약 53%, 2050년에는 약 85%수준까지 끌어올리고자 하는 목표와 비전을 제시하고 있는 상황이다.[16],[19] 그리고, 2015년 중국과 몽골 정상간 MOU체결을 시작으로 양국간 전력연계 사업도 타당성 조사를 시작하는 등 지속적으로 추진되고 있다.[18] 또한, 일본 소프트뱅크(Softbank)社와 몽골 뉴컴(Newcom)社의 공동계획에 따르면, 양 사는 몽골 고비사막에 약 36만7천 헥타르(ha)의 부지를 확보하고 총 15GW 이상의 풍력 및 태양광 발전단지를 건설 할 계획이라고 한다.[17]
결론적으로 요약하면, 단기적으로 동북아 수퍼그리드를 위한 모든 여건이 성숙되지 못한 상황에서 사업 추진이 가장 빠르게 진행되고 있는 한-중 연계가 우선적으로 이루어진다면 일정 부분 중국의 非청정에너지를 수입 한다는 현실적 우려가 있을 수 있지만, 위와 같이 몽골 고비사막의 대규모 재생에너지 개발 계획, 중국내 재생에너지 증가 정책 및 몽-중 연계 추진 상황 등을 감안하면 중장기적으로는 몽골 고비사막의 청정에너지를 공동 개발하여 동북아 국가간 효율적으로 공유한다는 동북아 수퍼그리드 본연의 목적이 달성되는 것이 가능 할 것으로 예상한다.
끝으로 본 연구에서 국가 간 전력 연계 시 국내 전력계통에의 영향에 대해 검토 해 보았으며, 기술적으로 가능함을 확인 할 수 있었다. 또한, 본 논문에 포함되지는 않았지만 자체 검토결과 경제적인 타당성도 충분한 것으로 확인 되었다. 동북아 수퍼그리드가 이루어지면 계통섬과 같은 고립계통의 한계 극복을 통한 계통안정성 향상과 재생에너지 증가에 기여, 북상조류 저감에 따른 국내 전력설비 민원 저감, 대규모 인프라 사업 추진에 따른 관련 기업들의 참여와 고용 기회 창출 등이 가능 할 것이다. 뿐만 아니라, 나아가 동북아 국가간 경제공동체 형성을 통한 경제성장과 역내 정치적 긴장 완화 등 국내외적으로 다양한 효과를 기대 할 수 있을 것이다.
동북아 국가간 전력연계라는 대규모 프로젝트가 완성되기까지 앞으로 많은 난관이 있겠지만, 국가간 및 기업간 협력을 통해 해결 될 수 있으리라 희망하며, 본 연구 결과가 미래 동북아 수퍼그리드 완성의 밑거름이 될 수 있기를 기대하면서 본 연구를 마무리 하고자 한다.
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