[광주=토토 사이트 커뮤니티 안희민 기자] 한국전력이 미래 전력망 신기술로 주파수 조정용 수퍼커패시터(수퍼캡)와 초전도 케이블을 6일 선보였다. 이들 연구는 재생에너지 확대, 수소경제 도래를 염두에 두고 진행되고 있어 실용적인 측면에서도 필요성을 인정받고 있다.

◇“재생에너지 늘어도 전력망 이상 무” 주파수 조정용 수퍼캡

한전 융복합연구소 유연에너지 프로젝트팀 신제석·윤여홍 선임연구원은 주파수 조정용 수퍼캡을 리튬이온배터리와 하이브리드로 설치해 밀리세크(ms) 수준의 주파수까지 관리하는 연구를 소개했다.

한국의 경우 전기를 신뢰성 있게 안정적으로 유지하려면 주파수 60Hz를 일정하게 유지해야한다. 그런데 날씨에 따라 변동성이 큰 태양광과 풍력이 대거 도입되며 밀리세크 단위의 주파수 조정이 필요하게 됐다.

기존에도 주파수 조정용 에너지저장장치(ESS)가 있으나 리튬배터리를 주로 사용했다. 그런데 수퍼캡이 리튬배터리보다 속응성이 나아 수퍼캡을 주파수 조정에 활용하기 시작했다.

윤 선임연구원은 “전력망에 공급되는 재생에너지 비중이 확대되며 주파수가 상승하거나 떨어지는 기울기가 급해지기 시작했다”며 “수퍼캡이 밀리세크 단위에서 전력을 저장할 수 있는 만큼 재생에너지 전기를 저장할 때 처음엔 수퍼캡을, 15~20초 후에 리튬배터리를 활용할 필요가 있다”고 말했다.

그에 따르면 전체 발전량에서 재생에너지 비중이 70%를 넘는 아일랜드의 경우 수퍼캡을 100% 활용한 주파수 조정용 ESS를 사용한다. 한국의 경우 수퍼캡 1, 리튬배터리 4의 비율로 주파수 조정용 ESS를 제작해 실증하고 있다.

그런데 주파수 조정용 수퍼캡의 초기 투자 비용은 비싸다. 리튬배터리와 하이브리드로 주파수 조정용 ESS를 제작하면 사용 수명이 길어져 보완할 수 있긴 하다.

신 선임연구원은 “수퍼캡 가격이 MW당 2억 원 정도로 리튬배터리보다 비싸지만 수퍼캡이 리튬배터리의 역할을 대신해 전체 주파수 조정용 ESS의 수명이 1.5배 정도 길어져 전체 운용 비용은 비슷한 수준”이라고 밝혔다.

이들의 연구는 한국 전력망에서 재생에너지를 더욱 수용하기 위한 연구로 평가되고 있다.

◇ 전기저항 없는 초전도체 케이블, 전력망 비용 낮춰

한전 전력연구원 융복합연구소 전력설비신소재팀 이제열 선임연구원은 초전도케이블을 연구하고 있다.

한전은 이미 세계 최초로 초전도케이블을 상용화해 2019년 국제전기위원회(IEA)의 인증을 공식적으로 받았다. 지금은 세계 최초의 초전도플랫폼 사업모델을 개발하며 관련 시설을 개발하고 있다.

초전도체는 절대온도인 -250여°C에서 전기저항성이 ‘0’은 소재다. 따라서 초전도체를 이용하면 전력설비의 효율을 극대화할 수 있다. 다만 온도를 절대온도 가까이 낮추는데 에너지 비용이 막대해 선진국도 쉽게 도전하지 못하고 있다.

그런데 초전도케이블을 이용하면 여러 단계의 변환소를 짓지 않아도 되고, 배전망에 변압기를 설치할 필요가 없다. 전력을 생산하면 일단 전력손실을 고려해 765㎸, 345㎸, 154㎸ 등으로 승압해 송전한 뒤 배전망에서 22.9㎸로 감압하는데 초전도케이블을 사용하면 그럴 필요가 없다.

이 선임연구원은 “초전도케블의 전기저항성이 ‘0’기 때문에 처음부터 22.9㎸로 변환해 전력수요지까지 송전해도 동일한 용량을 보낼 수 있고 배전망에서 변압기가 필요 없게 된다”고 설명했다.

문제는 온도를 -200°C 이하로 낮추는데 드는 비용이다. 그래서 이 선임연구원은 액체수소 배관망을 묻을 때 같이 초전도케이블을 묻는 방안을 구상하고 있다.

그는 “액체수소의 온도가 절대온도에 가까운 만큼 액체수소를 혼입하는 LNG배관망이나 전용배관망과 함께 초전도케이블을 매설한다면 에너지 비용을 줄일 수 있다고 본다”고 설명했다.

이 선임연구원의 연구는 수소경제와도 접목할 수 있는 것이어서 더욱 주목받고 있다.