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(특별기고) 남・북 전력계통연계 시 해결할 기술적 과제
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최규하 전기연구원 원장
2018년 4월 역사적인 남북정상회담이 개최됨으로써 정치적 협상과 화해무드가 조성되고 남북경협이 현실적인 사안으로 대두되고 있다. 남북한 협상과정에서 북한은 최우선적으로 전력협력을 희망할 것으로 예상된다. 이는 전력산업이 북한경제를 움직이는 인프라 동력원이며, 현재의 심각한 경제난을 초래하는 가장 핵심 원인이기 때문이다. 남북한 전력협력 정책방안은 전력망연계, 발전설비 건설, 발송배전 기자재 및 인력/기술협력 등 크게 4가지로 구분된다. 이 중에서 남북한 전력망연계는 북한 전력난을 완화할 수 있는 가장 현실적인 대규모 전력협력 대안이다.

2017년 기준 북한 발전설비용량은 766만kW로서 남한의 7.2%, 발전량은 4.4%를 기록하고 있다. 비록 평상시에 북한 전력계통은 심한 주파수 변동성을 가지지만, 기본 주파수는 60[Hz]로서 남한과 동일하다. 북한의 저압배전전압은 220/380V로서 남북한이 동일하지만, 고압송배전망은 3/6/10/20/60/100/200kV 계통으로서 남한의 22.9/154/345/765kV와는 완전히 상이한 계통구성이다. 특히 남한은 집약화된 루프계통으로서 세계 최고수준의 전기품질 수준이나, 북한은 심각한 전력난으로 인하여 전압, 주파수품질이 아주 열악하다. 북한 전력계통은 정상적인 전력망 운영이 곤란한 약소계통(Weak System)으로 정의할 수 있다.

남북한 송전망 연계방안의 개념설계는 상호 연계지점과 연계용량 및 연계방식을 결정하는 것이다. 연계망 개념설계가 완료되면, 그 이후 연계선로와 변전소(혹은 DC 변환소) 및 송전루트의 상세설계가 필요할 것이다. 먼저 연계지점은 양 계통간의 정상 및 이상상태 조류, 고장 및 안정도해석을 통하여 융통 가능한 용량과 가장 합리적인 양단 변전소 위치를 결정한다. 일차적으로 남한의 경기북부 345kV 변전소와 북한의 평양 이남 220kV 변전소를 연계하는 방안을 들 수 있다. 연계용량 역시 남북한의 중장기적인 계통계획에 근거한 계통분석을 통하여 결정될 것이다.

남북한과 같이 상호 분리된 전력망의 연계방식은 다양한데, 크게 AC 연계 및 DC 연계로서 분류된다. 여기서, AC연계는 남북 연계변전소간을 AC 연계선로로서 단순히 연계하는 방안 및 북한의 연계지역을 북한계통에서 분리하고 남한계통에 AC 선로를 통하여 편입하는 방안으로 구분된다. 후자와 같이 북한계통의 해당지역을 분리하여 연계하는 것은 AC연계로 인하여 남한계통의 전기품질에 악영향이 미치는 것을 방지하기 위함이다. 이와 같은 대표적인 사례가 개성공단인데, 북한계통에서 개성공단을 분리하고 남한 변전소에서 전력을 공급하였다. DC 연계방식은 기술적으로는 변환방식에 따라서 전압형(VSC) 및 전류형(CSC)으로 구분되며, 연계형태로는 단일지점에서 연계하는 BTB(Back-To-Back) 및 양단 변환소간을 연결하는 PTP(Point-To-Point) 방식으로 분류된다. 일반적 견지에서 계통안정성과 제어 및 전기환경영향 등 기술적 측면에서는 DC연계가 유리하지만 경제성에서는 다소 불리하다. 더불어 AC 송전기술은 남한이 완전 자립화상태이지만, DC 송전은 특히 변환부문에서 추가적인 R&D가 필수적으로 요구된다.

남북한전력망은 계통규모와 특성 및 전기품질 수준이 완전히 상이하고 전압계급도 다르므로 남북한 전력망 전체를 연계하는 경우에는 DC 연계방식이 우선적으로 추천된다. 이는 계통안정성과 고장 발생시의 파급영향을 최소화하기 위함이다. 하지만, 단계적으로 연계하는 경우에는 특정지역을 북한계통에서 분리하고 AC연계선로를 사용하여 남한계통에서 연계하는 것도 가능하다. 만약 AC 연계로서 남북계통 전체를 연계한다면 다양한 기술적 문제점이 발생할 수 있으므로 보완책을 사전에 마련하여야 할 것이다. 결론적으로 남북한 전력망 연계는 단계적인 AC 연계방식의 채용과 북한전력망 재구축에 따른 연계지역 확장을 하는 것이 합리적으로 판단된다. 이는 최초단계에서 DC방식이 기술적으로 장점이 있지만, 경제성과 더불어 북한계통 안정화 이후의 처리문제 등을 종합적으로 고려한 결과이다. 물론 북한계통 전체를 연계하면서 계통 안정화용의 DC 송전망 건설을 고려한다면 DC연계방식도 충분히 검토할 수 있다. 이 경우 최초단계는 1단계 DC연계이지만 북한계통 재구축과 안정화에 따라서 그 이후 단계는 AC연계방식을 적용할 수 있다.

중단기적인 남북한 전력협력을 뛰어넘어 남북한전력협력의 최종목표는 남북한 단일 전력계통/전력산업 공동운영체제를 구성하는 것이다. 이는 한반도통합전력망(UKPS-Unified Korean Power System) 구축과 운영으로 요약된다. 한반도전력망이 통합되면, 수화력협조 와 발전입지 및 중전기업체 수요성장 등 많은 기술/경제적인 이점이 발생할 것이다. 남북한은 전원구성과 부하특성이 상이하므로 통합 계통운영을 하면 상당한 경제적 효율성을 가지는 것으로 예상되고 있다. 남북한 양 측의 장기 전력수요, 계통안정성과 경제적인 계통운영을 위해 필요로 하는 융통전력은 최소 500만kW 이상일 것으로 예상된다. 전체적으로 남북한 양 전력계통을 연계하는 연계망은 4개 루트 정도로서 구성되는 것이 합리적이다.

통일은 먼 미래의 일이 아니라 우리 앞에 도달할 지상 목표이다. 2018년 남북정상회담을 계기로 남북한 경제협력과 이를 위한 전력협력의 중요성은 국가적 현안으로 다가왔으며, 이를 준비해야 하는 것은 모든 전기인의 의무라고 생각한다. 한국전기연구원은 국가차원에서 남북한 전력협력의 합리적 정책방안을 기획할 것이며 이를 실현시키기 위한 EMS와 같은 계통운영기술, HVAC/HVDC 송전기술 및 북한 공급용 차단기 등 다양한 기술개발을 추진할 것이다. 이는 한국전기연구원이 국책연구기관이자 전기기술을 개발하는 연구기관의 소명이라고 생각하며 향후 배전의 노력을 경주할 것이다.

남북한 전력협력은 통일에 대비한 최우선적 국가현안 과제이다. 전기연구원을 포함한 전력산업계는 학연산 협동체제로서 남북 전력 협력 실행이라는 공동의 장기적 목표를 가지고 나아갈 것을 제언한다.

작성 : 2018년 05월 02일(수) 11:45
게시 : 2018년 05월 03일(목) 09:08


유희덕 기자 yuhd@electimes.com        유희덕 기자의 다른 기사 보기

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