주목받는 전력 신기술
앞으로 전기를 소비하는 모습뿐만 아니라 발전소에서 송전선을 통해 전기를 끌어오는 설비까지 달라질 수 있습니다.
기술발달에 힘입어 교류(AC) 방식 일색이었던 송전방식이 직류(DC)로 확장되고 가정에서 태양광 패널을 통해 발전도 할 수 있는 시대가 열렸습니다.
에너지저장장치(ESS, Energy Storage System)와 같은 보조기기 발달로 주택과 건물이 발전소이자 전력 소비처가 되는 시대에 살고 있습니다.
송배전사업을 담당하는 한국전력은 전력기술을 개발하며 달라질 미래를 준비하고 있습니다. 대표적인 사례가 △주파수 조정용 수퍼커패시터와 △전기저항 없는 초전도 케이블 개발 사업입니다.
▲주파수 조정용 수퍼커패시터 개발자들
왼쪽부터 한국전력연구원 융복합연구소 윤여흥 선임연구원과 신제석 선임연구원
수퍼커패시터
주파수 조정용 수퍼커패시터는 리튬배터리형 ESS를 보완하는 역할을 합니다.
ESS의 여러가지 역할 중 하나가 전기 주파수를 60Hz로 일정하게 유지하는 것입니다.
주파수가 높으면 전원플러그에 연결된 전력기기가 파손되고 낮으면 전력기기가 작동하지 않습니다.
수퍼커패시터는 리튬배터리보다 충전과 방전이 빠릅니다.
리튬배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 옮겨다니며 충/방전을 하는데 수퍼커패시터는 전자가 정공에 착탈하는 방식으로 작동합니다.
그래서 수퍼커패시터는 충/방전 시간이 리튬배터리보다 짧습니다.
발전량이 불규칙한 재생에너지를 수퍼커패시터에 연결하면 리튬배터리보다 빠르게 주파수를 정상궤도에 올릴 수 있습니다.
이를 ‘속응성이 높다’고 표현합니다.
재생에너지의 발전량 비중이 70%를 넘는 아일랜드의 경우 주파수 조정용 수퍼커패시터를 이용해 재빠르게 재생에너지가 생산한 전력의 주파수를 일정한 수준으로 올려두는 방식으로 활용하고 있습니다.
우리나라의 경우 수퍼커패시터와 리튬배터리를 혼용한 하이브리드 주파수 조정용 ESS를 한국전력연구원 융복합연구소가 제작했습니다.
재생에너지가 발전 시 쏟아내는 전력을 처음에 수퍼커패시터가 밀리세크(ms) 수준에서 받아 안고 15~20초 후 리튬배터리가 받는 원리입니다.
한국전력연구원 융복합연구소는 이를 통해 우리나라에서도 재생에너지 발전비중이 선진국과 같이 높아지는 시기를 준비하고 있습니다.
▲초전도 케이블 플랫폼 사업모델을 연구하는
한국전력연구원 융복합연구소 이제열 선임연구원
전기저항 없는 초전도 케이블
한국전력연구원 융복합연구소는 초전도 케이블 플랫폼 사업모델도 연구하고 있습니다.
초전도 케이블이 있으면 여러 단계의 변전소를 짓지 않아도 되고 배전망에 변압기를 설치할 필요도 없게 됩니다.
초전도 현상은 전기 저항이 ‘0’이어서 처음부터 주택과 건물에 공급하는 전압인 22.9㎸로 전력을 생산해 공급할 수 있습니다.
현재 구리로 만든 전력케이블은 송전 거리가 멀수록 전력손실이 생깁니다.
그래서 발전기에서 생산한 전력을 처음엔 765㎸, 345㎸ 등 고압으로 승압한 후 154㎸로 송전합니다.
이후 배전망에서 22.9㎸로 감압해 주택과 건물로 전기를 공급합니다.
초전도 케이블이 있으면 고압 송전케이블은 물론 변전소, 변압기도 필요 없게 됩니다.
한전은 2019년에 초전도 케이블을 개발했지만 절대온도에 가까운 극저온에서 작동되어서 널리 적용하고 있진 못하고 제한적인 범위에서 사업모델을 개발하고 있습니다.
향후 상온 초전도체를 발견하면 우리의 발전과 송배전 과정이 급격하게 달라질 전망입니다.
▲에너지 타일(좌), 태양광 집열기(우) (출처 : 한국전력)
민간기업의 전력 신기술
이 뿐만이 아닙니다. 민간기업들은 한전의 지원을 받아 △화재 위험성을 제거한 바나듐 기반 벽면 배터리인 에너지 타일(스탠다드 에너지) △태양광 집열기(금철이노베이션)도 개발했습니다.
‘에너지 타일’은 벽면에 ESS를 설치할 수 있도록 제작됐습니다.
과거엔 화재 위험 때문이기도 하고 크기 때문에 별도의 ESS 전용 공간을 마련하였는데 에너지 타일을 사용하면 그럴 필요가 없습니다.
벽에 에너지 타일을 설치하고 지붕의 태양광발전기를 연결하면 바로 태양광발전기가 생산한 전기를 사용할 수 있습니다.
태양광 집열기를 이용하면 뜨거운 물과 전기를 사용할 수 있습니다.
이 기기의 성능이 워낙 좋아 생산한 온수의 온도가 공장에서도 사용할 수 있을 정도라고 합니다.
전기도 생산하는 만큼 별도의 발전기도 필요 없습니다.
이러한 전력 신제품들이 향후 우리의 생활에 어떠한 영향을 주게 될지 귀추가 주목됩니다.
[참고자료]
[BIXPO 2024] 한전, 주파수 조정용 수퍼캡·초전도 케이블 선봬
데일리한국, 11. 6.
한전, ‘BIXPO 2024’서 에너지 혁신 신기술 대거 선보인다
에너지데일리, 2024. 10 .30.
