HVDC 케이블의 글로벌 동향과 미래
전 세계 에너지 사업은 급증하는 전력 수요를 감당하기 위해 대규모·대용량의 전력망 구축이 잇따르고 있다. 이에 따라 대용량 송전을 위한 HVDC 케이블에 대한 수요도 지속적으로 증가하고 있다. 전선업계 신성장 동력으로 기대되는 HVDC 케이블의 세계적 동향과 향후 발전 전망에 대해 알아보자.
HVDC 케이블 기술의 현재
HVDC는 각국의 전력망을 잇는 슈퍼 그리드의 핵심 기술이다. 글로벌 시장연구조사기관인 스트래티스틱스(Stratistics) MRC는 글로벌 HVDC 전송 시장이 2017년 기준 76억 6천만 달러 규모에서 향후 2026년에는 162억 5천만 달러까지 성장할 것으로 예상하고 있다.
HVDC 케이블은 대규모·대용량 전력망을 구축하기 위해 보다 높은 전압을 수용할 수 있도록 발전 중이다. 현재 상용화된 가장 높은 전압의 지중 HVDC 케이블은 500kV급이다. 500kV급은 250kV급에 비해 절연 재료의 특성과 품질 관리 측면에서 기술적 난이도가 10배 이상 높다. 케이블 기술 중 가장 중요한 절연 재료 기술은 절연유가 함침된 종이 절연에서 생산과 제어가 용이한 압출형 XLPE 방식으로 발전하고 있다.
이와 더불어 친환경적인 신기술을 통해 비가교 방식의 절연 재료(P-Laser)가 기술 적용을 앞두고 있으며, 용량 증대를 위해 나노 복합 XLPE(Cross-Linked Polyethylene) 절연 재료 기술이 개발 중에 있다. 접속재용 절연 재료는 실리콘과 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 기술이 적용되고 있다. 고전계로 갈수록 전계 완화를 통해 제품의 향상을 가져올 수 있는 FGM(Field Grading Material) 기술을 적용하여 발전하는 추세다.
전 세계의 HVDC 케이블 기술 현황
세계적으로 HVDC 500kV급 압출형 케이블 시스템에 대한 PQ(Prequalification) 시험 인증은 일부 글로벌 전선업체만 보유하고 있다. 특히 프리즈미안은 MI(Mass Impregnated) 케이블, PPL(Polypropylene Paper Laminated)-MI 케이블, 압출형 XLPE 케이블, P-Laser 케이블 등 모든 시장에 진입해 앞서가고 있다. 2020년에는 독일의 국가 전력망 사업인 HVDC 525kV 프로젝트를 수주해 시장을 주도해 나가고 있다. NKT는 1999년 80kV HVDC 케이블을 세계 최초로 개발한 이후 꾸준한 기술 발전을 이뤘으며, 독일에서 수조 원대 프로젝트를 수주해 기술을 주도하고 있다.
아시아 지역은 일본이 세계 최초로 나노 재료를 적용한 HVDC 250kV를 자국에 포설한 이후, 400kV 케이블을 유럽에 처음 공급했다. 이후 독일의 전선업체와 협력해 독일 내 프로젝트를 수주하면서 새로운 방식의 기술 협력을 이뤄 나가고 있다. 중국은 막대한 인력과 자본으로 유럽의 기술을 흡수하여 개발을 진행하고 있으며, HVDC 320kV와 400kV 케이블을 빠르게 적용해 나가고 있다.
우리회사는 250kV MI 케이블과 500kV MI-PPLP 케이블을 상용화했다. 2017년부터는 한국에너지기술평가원에서 주관하는 스마트 그리드 핵심기술 개발 사업 중 하나인 ‘500kV HVDC XLPE 해저케이블 개발’ 국책 과제에 참여 중이다. 향후 여러 기관들과 협력해 8GW급 대전력 전송을 위한 제품을 확보할 예정이며, 향후 그린뉴딜 정책과 연계하여 신재생 에너지 사업에도 적극적으로 적용될 것이다.
제품뿐만 아니라 신뢰성 평가 및 계통 운영 해석 기술 관점의 개발도 함께 진행 중이다. 케이블 신뢰성 평가 방법 중 하나인 공간전하 측정법을 국내 최초로 케이블 절연 두께 20mm 이상의 제품에 적용했으며, 관련 기술 보유국인 네덜란드와 일본의 전문가로부터 세계 최고 수준이라는 평가를 받고 있다. 제품의 실계통 적용도 추진 중이다. 우리회사는 케이블의 생산, 핸들링, 시험, 선적 역량을 보유하고 있어 사업화와 즉시 연계가 가능하며, 국제공인시험까지 통과하면 세계 최초로 나노 입자를 적용한 대용량 HVDC 500kV 90℃급 케이블 시스템 기술을 보유하게 된다. 이 외에 국내 최초 육상 HVDC 케이블 사업도 진행 중으로, 과제 완료 후에는 유럽과 동북아 슈퍼 그리드의 전력 전송에도 기술 적용이 가능할 것으로 전망하고 있다.
전 세계적인 에너지 수요의 증가에 따라 지역 간, 국가 간 에너지 전송 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 케이블의 대용량, 대형화는 자연스럽게 케이블 시스템 시장을 좌우하는 핵심 기술이 될 것이다. 케이블 제조 기술, 접속함 제조 기술, 그리고 효율적인 진단 및 모니터링 기술을 더욱 발전시켜 케이블 시스템의 성능 형상에 박차를 가할 때다.
HVDC 케이블의 글로벌 동향과 미래
전 세계 에너지 사업은 급증하는 전력 수요를 감당하기 위해 대규모·대용량의 전력망 구축이 잇따르고 있다. 이에 따라 대용량 송전을 위한 HVDC 케이블에 대한 수요도 지속적으로 증가하고 있다. 전선업계 신성장 동력으로 기대되는 HVDC 케이블의 세계적 동향과 향후 발전 전망에 대해 알아보자.
HVDC 케이블 기술의 현재
HVDC는 각국의 전력망을 잇는 슈퍼 그리드의 핵심 기술이다. 글로벌 시장연구조사기관인 스트래티스틱스(Stratistics) MRC는 글로벌 HVDC 전송 시장이 2017년 기준 76억 6천만 달러 규모에서 향후 2026년에는 162억 5천만 달러까지 성장할 것으로 예상하고 있다.
HVDC 케이블은 대규모·대용량 전력망을 구축하기 위해 보다 높은 전압을 수용할 수 있도록 발전 중이다. 현재 상용화된 가장 높은 전압의 지중 HVDC 케이블은 500kV급이다. 500kV급은 250kV급에 비해 절연 재료의 특성과 품질 관리 측면에서 기술적 난이도가 10배 이상 높다. 케이블 기술 중 가장 중요한 절연 재료 기술은 절연유가 함침된 종이 절연에서 생산과 제어가 용이한 압출형 XLPE 방식으로 발전하고 있다.
이와 더불어 친환경적인 신기술을 통해 비가교 방식의 절연 재료(P-Laser)가 기술 적용을 앞두고 있으며, 용량 증대를 위해 나노 복합 XLPE(Cross-Linked Polyethylene) 절연 재료 기술이 개발 중에 있다. 접속재용 절연 재료는 실리콘과 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 기술이 적용되고 있다. 고전계로 갈수록 전계 완화를 통해 제품의 향상을 가져올 수 있는 FGM(Field Grading Material) 기술을 적용하여 발전하는 추세다.
전 세계의 HVDC 케이블 기술 현황
세계적으로 HVDC 500kV급 압출형 케이블 시스템에 대한 PQ(Prequalification) 시험 인증은 일부 글로벌 전선업체만 보유하고 있다. 특히 프리즈미안은 MI(Mass Impregnated) 케이블, PPL(Polypropylene Paper Laminated)-MI 케이블, 압출형 XLPE 케이블, P-Laser 케이블 등 모든 시장에 진입해 앞서가고 있다. 2020년에는 독일의 국가 전력망 사업인 HVDC 525kV 프로젝트를 수주해 시장을 주도해 나가고 있다. NKT는 1999년 80kV HVDC 케이블을 세계 최초로 개발한 이후 꾸준한 기술 발전을 이뤘으며, 독일에서 수조 원대 프로젝트를 수주해 기술을 주도하고 있다.
아시아 지역은 일본이 세계 최초로 나노 재료를 적용한 HVDC 250kV를 자국에 포설한 이후, 400kV 케이블을 유럽에 처음 공급했다. 이후 독일의 전선업체와 협력해 독일 내 프로젝트를 수주하면서 새로운 방식의 기술 협력을 이뤄 나가고 있다. 중국은 막대한 인력과 자본으로 유럽의 기술을 흡수하여 개발을 진행하고 있으며, HVDC 320kV와 400kV 케이블을 빠르게 적용해 나가고 있다.
우리회사는 250kV MI 케이블과 500kV MI-PPLP 케이블을 상용화했다. 2017년부터는 한국에너지기술평가원에서 주관하는 스마트 그리드 핵심기술 개발 사업 중 하나인 ‘500kV HVDC XLPE 해저케이블 개발’ 국책 과제에 참여 중이다. 향후 여러 기관들과 협력해 8GW급 대전력 전송을 위한 제품을 확보할 예정이며, 향후 그린뉴딜 정책과 연계하여 신재생 에너지 사업에도 적극적으로 적용될 것이다.
제품뿐만 아니라 신뢰성 평가 및 계통 운영 해석 기술 관점의 개발도 함께 진행 중이다. 케이블 신뢰성 평가 방법 중 하나인 공간전하 측정법을 국내 최초로 케이블 절연 두께 20mm 이상의 제품에 적용했으며, 관련 기술 보유국인 네덜란드와 일본의 전문가로부터 세계 최고 수준이라는 평가를 받고 있다. 제품의 실계통 적용도 추진 중이다. 우리회사는 케이블의 생산, 핸들링, 시험, 선적 역량을 보유하고 있어 사업화와 즉시 연계가 가능하며, 국제공인시험까지 통과하면 세계 최초로 나노 입자를 적용한 대용량 HVDC 500kV 90℃급 케이블 시스템 기술을 보유하게 된다. 이 외에 국내 최초 육상 HVDC 케이블 사업도 진행 중으로, 과제 완료 후에는 유럽과 동북아 슈퍼 그리드의 전력 전송에도 기술 적용이 가능할 것으로 전망하고 있다.
전 세계적인 에너지 수요의 증가에 따라 지역 간, 국가 간 에너지 전송 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 케이블의 대용량, 대형화는 자연스럽게 케이블 시스템 시장을 좌우하는 핵심 기술이 될 것이다. 케이블 제조 기술, 접속함 제조 기술, 그리고 효율적인 진단 및 모니터링 기술을 더욱 발전시켜 케이블 시스템의 성능 형상에 박차를 가할 때다.