재생 에너지 전환이 가속화되면서, 직류 전기를 수송할 직류 배전망의 필요성이 증가하고 있어요. 그런데 최근 구축되고 있는 직류 배전망은 교류 배전망을 변형한 형태라 전력망을 안정화하는 덴 한계를 안고 있는데요. 이러한 고민을 해결해 전력 시스템의 혁신을 앞당기기 위해 우리 회사가 개발한 것이 바로 ‘스마트 DC 배전 솔루션’이에요. 전력CIC)마케팅팀 구지영 매니저가 스마트 DC 배전 솔루션을 소개해드릴게요.
스마트 DC 배전 솔루션은
직류 배전망에 필요한 핵심 장치들을
개발해 패키지화한 솔루션이에요.
재생 에너지의 등장으로 에너지 시스템이 중앙 집중형에서 분산형으로 변화하고 있어요. 100년이 넘는 긴 세월 동안 인류는 화력 발전소 기반의 중앙 집중형 에너지 시스템에 의존해 왔는데요. 문제는 이 시스템이 재생 에너지 보급에는 적합하지 않다는 점이죠. 중소 규모의 태양광 발전소나 풍력 발전소에서 생산되는 에너지를 인근 지역에서 효과적으로 소비하기 위해선 분산 에너지 시스템이 필요해요. 그리고 분산형 시스템에서는 재생 에너지 발전소에서 생산되는 직류 전기를 수송할 직류 배전망의 역할이 중요하죠.
그러나 직류 배전망 확대를 위해선 해결해야 할 몇 가지 과제들이 있어요. 교류 배전망에 비해 높은 화재 위험성, 교류 배전망과의 효율적인 연계 방식, 다양한 직류 전압 대응성 등이죠. 다행인 것은 최근 반도체 기술의 발전으로 직류 배전망이 안고 있던 문제가 하나둘씩 극복되고 있다는 점이에요. 우리 회사는 전력 시스템의 전환을 준비하기 위해 2017년부터 스마트 DC 배전 솔루션을 개발하기 시작했어요. 직류 배전망을 위한 반도체 차단기와 반도체 변압기, DC-DC 컨버터를 자체 개발했고, 이러한 핵심 장치들을 연계해 패키지화한 것이 바로 스마트 DC 배전 솔루션이에요.
전력 반도체 소자는 직류 혹은 교류 형태의 전압·전류를 시스템에서 요구하는 적합한 형태와 크기로 변환하는 전력 변환 장치의 핵심 부품이에요. 우리가 흔히 떠올리는 반도체인 ‘메모리 반도체’보다 감당하는 전압이 높고 전류 용량도 크죠. 최근엔 실리콘 웨이퍼라는 신소재를 활용한 차세대 전력 반도체가 등장하며 재생 에너지나 전기차 분야의 한계를 극복하는 데 기여하고 있어요. 전력 반도체는 소재의 특성상 에너지 효율성이 높고, 소량 다품종 생산이 가능해 응용 범위가 넓다는 장점이 있는데요. 글로벌 시장 조사 기업인 욜 디벨롭먼트는 전력 반도체의 한 종류인 SiC 시장이 올해 1조1000억 원에서 2030년 12조2800억 원까지 성장할 것이라 내다봤어요.
직류 배전망을 위한
반도체 변압기, DC-DC 컨버터,
반도체 차단기를 개발했어요.
그렇다면 우리 회사의 스마트 DC 배전 솔루션은 직류 시스템 안정화를 위한 과제들을 어떻게 해결하고 있을까요? 솔루션의 핵심 장치들을 통해 이를 살펴볼게요.
교류 배전망과의 효율적인 연계를 위한 반도체 변압기
변전소에서 공급받은 고전압의 전기를 저전압으로 낮춰주는 역할을 하는 변압기. 이 변압기를 교류 송전망과 직류 배전망의 연계 지점이나 다양한 소규모 분산 전원 간의 연계 지점에 적용하기 위해 개발한 것이 바로 반도체 변압기예요.
이 반도체 변압기의 가장 큰 장점은 경제성인데요. 원래 교류, 직류 배전망을 연결하려면 변압기로부터 출력되는 교류 전력을 정류기라는 장치를 통해 직류로 전환해주어야 해요. 그러나 변압기와 정류기의 조합은 직류 배전 용량이 커질수록 효율이 떨어진다는 단점을 안고 있죠. 반면 반도체 변압기를 이용할 경우 정류기를 추가로 장착하지 않아도 교류-직류 배전망 연계가 가능해 시스템 구성이 단순해지고 효율도 상승해요.
또한 우리 회사가 개발한 반도체 변압기는 전력 변환 장치와 고주파 변압기를 결합했다는 특징이 있는데요. 고주파 변압기는 직류를 교류로, 교류를 직류로 변환하는 과정에서 발생하는 고주파 구간에서 변압기의 절연 내력을 책임지는 장치예요. 반도체 변압기는 일반적으로 고압의 배전 계통에 직접 연결되기 때문에 높은 전압에 대응하기 위한 절연 내력이 필요하거든요. 우리 회사의 반도체 변압기는 고전압과 전류 변환에 적합한 절연 내력을 갖춘 변압기예요.
다양한 직류 전압에 대응할 수 있는 DC-DC 컨버터
반도체 변압기에 탑재되는 부품인 DC-DC 컨버터는 재생 에너지의 직류 전압을 배전망의 다양한 부하에 안정적으로 공급하는 역할을 하는 전력 변환기예요. 전자기기는 각각 고유한 전압 범위를 가지고 있기에 안정적 공급을 위해선 필요한 전압으로 변환해주어야 하는데요. 우리 회사가 개발한 DC-DC 컨버터는 전기차 충전소에서 ESS나 태양광 발전 설비를 추가로 운영할 경우 여기에서 생산하는 에너지를 장치에서 바로 사용할 수 있도록 적절한 전압으로 변환하는 역할을 해요.
설비 기기의 소손이나 화재 위험을 크게 줄인 반도체 차단기
직류 배전망 구축 시 해결해야 할 또 하나의 과제는 바로 사고 전류예요. 직류 배전망은 단락 사고 시 관련 설비 기기의 소손이나 화재의 위험이 교류 배전망보다 크기 때문에 사고 전류를 빠른 시간 안에 차단하는 것이 중요한데요. 반도체 차단기는 기계식 차단기에 비해 아크 발생이 없고, 사고 전류 발생 시 기존 차단기보다 1000배 빠른 초고속 차단이 가능해요. 특히 기계식 차단기와 달리 교체 없이 지속 사용이 가능해 전기추진선박 등에 효과적이죠. 우리 회사는 육상용과 해상용으로 나누어 반도체 차단기를 개발하고 있답니다.
스마트 DC 배전 솔루션의 핵심 장치들을 살펴봤는데요. 이러한 특징들 덕분에 스마트 DC 배전 솔루션을 적용할 경우 고객사는 다양한 효과를 누릴 수 있어요. 먼저 반도체 변압기는 기존 변압기에 비해 부피 및 무게가 크게 감소했어요. 공간이나 환경의 제약으로부터 자유로운 덕분에 부유식 수상 태양광 설비나 대용량 해상 풍력 발전 설비 등에 적용할 수 있죠. DC-DC 컨버터는 모듈화를 통해 용량 확장이 용이하고 여러 적용처의 다양한 장치에 대응 가능해 고객 선택의 폭이 넓어졌어요. 반도체 차단기는 기존 차단기의 한계점을 넘어서는 기술로 높은 안전성과 품질을 보장하죠.
직류 배전망 시장 선점을 위해
솔루션 완성도를 높여 나갈게요!
우리 회사는 스마트 DC 배전 솔루션의 핵심 장치들을 국책 과제 현장에 시범 적용해보는 중이에요. 반도체 변압기와 DC-DC 컨버터는 한전 고창 및 나주 KENTEC에, 반도체 차단기는 육상용과 해상용으로 각각 납품되어 2024년까지 실증을 진행할 거예요. 시범 적용 단계가 마무리되면 전기추진선박 등에 우선적으로 솔루션을 적용해볼 예정입니다. 전기추진선박은 지상의 배전 시스템과 분리해 독자적인 운영이 가능하기 때문에 친환경 전환이 빠르게 일어나고 있는 시장이거든요. 그 외에도 전기차 충전 시스템, 수상 태양광 발전소, 해상 풍력 장치로도 솔루션을 단계적으로 적용해나갈 수 있어요.
직류 배전망은 아직 시장이 활성화되지 않아 기술 개발이 쉽진 않아요. 배전 환경을 예측해 나가면서 기술을 개발해야 하거든요. 그렇지만 수요처가 확실한 만큼 솔루션 완성도를 높이고 시범 적용에 속도를 내 시장 주도권을 확보해나갈 생각이에요. 시장을 선점하려면 특히 기술 표준 정립 작업이 중요한데요. 현재 저전압 배전(LVDC)의 실증 및 상용화에 대한 검토가 활발히 추진되고 있기에 표준 정립에 참여하려 해요. 고객의 목소리에 귀 기울여 유연하게 솔루션을 구성하고, 통신 기능을 탑재해 스마트 제어라는 트렌드까지 놓치지 않고 있는 스마트 DC 배전 솔루션. 시장에 본격 진출할 그날까지 많은 관심 부탁드려요!
이번 시간엔 우리 회사의 스마트 DC 배전 솔루션에 관해 알아보았는데요.
한번 배운 내용 잊어버리면 너무 아깝겠죠?
아래 문제를 풀어보고 오늘 배운 내용 잊지 마세요~
