전력문제와 저압직류배전(LVDC)
전력 문제 해결을 위한 전기 기술 알아보기
2024년 5월, 한국의 제11차 전력수급기본계획 실무안이 공개되었다. 경제 성장과 산업 구조 변화, 기후 변화에 따른 대응 등에 따라 전력 수요는 꾸준히 증가할 것으로 전망된다. 2023년 최대수요인 98.3GW 대비, 15년 후인 2038년의 전력 수요는 128.9GW로 예측하고 있다.
특히, 반도체와 AI 등 첨단기술 확대로 인해 대형 공장과 데이터 센터가 증가할 것으로 예상되면서 전력 수요가 증가할 것으로 예상되었다. 이러한 수요 감당을 위해 원전과 SMR, 신재생에너지(태양광, 풍력)을 통해 발전 설비를 강화할 예정이다.
https://www.motie.go.kr/kor/article/ATCL3f49a5a8c/169132/view
국제에너지기구(IEA, International Energy Agency)에서 밝힌 글로벌 전력 수요 예측치도 이와 다르지 않다. 2024년부터 2026년까지 전 세계 전력 수요는 연평균 3.4% 성장할 것으로 보이며, 이는 경제 회복과 전기차 및 데이터 센터 확장에 의해 주도될 것이다. 특히, 2024년 전력 수요는 중국, 인도, 동남아시아의 성장에 힘입어 증가할 것으로 예상된다.
청정 전력 공급은 모든 추가 수요를 충족할 것이며, 재생 가능 에너지원의 비중은 2023년 30%에서 2026년 37%로 증가할 것이다. 전력 부문의 CO2 배출량은 2024년에 2% 이상 감소할 것으로 예상되며, 이후에도 감소세가 이어질 것이다. 미국은 2023년 수요 감소 후 2024년에는 회복할 것으로 보이며, 유럽연합은 2023년 3.2% 감소 이후 2024년에 성장세로 돌아설 것이다. 전력 가격은 2023년에 하락했지만 여전히 팬데믹 이전 수준보다 높으며, 기후 변화로 인한 극단적인 기상 현상이 전력 시스템의 안정성을 위협하고 있어 전력 보안 투자 필요성이 강조되고 있다.
https://www.iea.org/reports/electricity-2024
전력을 발전소에서 생산하는 것만큼, 발전소에서 실제 전력 사용 지역까지 송배전을 하는 것 역시 중요하다. 왜냐하면 전기가 전선을 흐르는 동안 저항으로 인해 에너지를 잃기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 주목을 받기 시작한 것이 직류(Direct Current, DC) 관련 기술이다.
전력을 직류(DC)로 송전하게 되면, 교류(AC)와 달리 전력 손실이 적다는 장점이 있다. 직류 송전에는 고전압과 저전압을 활용한 2가지 방법이 있다. 먼저 고전압 직류 송전(HVDC, High Voltgae Direct Current)은 현재 해상 풍력 발전소에서 생성된 전력을 육지로 송전하는데 사용되고 있다. 다음으로, 저전압 직류 송전(LVDC, Low Voltgae Direct Current)은 스마트그리드, 에너지 저장 시스템(ESS), 전기차 충전에 다양하게 활용될 수 있다.
스마트그리드에서 LVDC는 변환 과정의 손실을 줄여 전력 전송 효율을 높이고, 간섭과 전력 손실이 적어 안정적인 전력 공급을 보장한다. 또한 다양한 전력원을 유연하게 통합하여 전력 품질을 향상시킬 수 있다.
ESS와 LVDC의 결합은 변환 손실을 최소화하고, 시스템의 복잡성과 비용을 줄이며, DC 기반 신재생 에너지원의 효율적인 저장을 가능하게 한다.
LVDC는 전기차의 고속 충전과 직접 충전을 가능하게 하여 충전 효율성을 높인다. 또한 양방향 충전 시스템을 통해 전기차가 에너지 저장 장치 역할을 할 수 있다.
이 외에도 전력 효율화 증대를 위해, 스마트 그리드 기술을 통해 실시간으로 전력 수요와 공급을 조절하여 효율성을 높이거나, 분산형 전력 시스템을 통해 전력 소비 현장 인근에 소규모 발전 설비를 늘려 송전으로 인한 손실을 줄이거나, 변압기와 배전 시스템의 효율을 높여서 송배전 손실을 줄이는 방법들도 있다.
