국내뿐 아니라 해외를 중심으로 산업활동의 증가 및 생활수준의 향상 그리고 그린에너지공급의 확대에 관한 영향이 커지면서 전력공급의 핵심 요소인 케이블 관련 산업도 가파르게 성장하고 있다. 특히, 현재 케이블 분야의 핵심 연구 과제로 떠오른 초전도케이블 및 해저케이블의 기술개발과 산업화 경쟁도 국내외적으로 치열하게 전개되는 상황이다. 정리 김동기 기자
현재 초고압 케이블 시장은 신흥국가의 산업화 진전과 함께 선진국들의 그린에너지 정책이 맞물리며 급속한 진전을 맞고 있다. 특히 에너지 공룡으로 불리는 중국은 전력시장의 성장과 함께 케이블의 소요도 크게 높여가고 있으며 유럽 및 미국 등 선진국의 경우도 노후 전력선의 교체와 해상풍력 발전 등 그린에너지 생산량 증가를 바탕으로 케이블 산업의 비중을 높여가고 있는 상태이다.
세계 최대의 전력생산 소비 국가인 미국은 현재 3500여개의 발전·송전·배전 전력사업자가 사업을 하고 있으며, 2011년말 기준 발전설비 용량이 1072GW에 이르고 있다. 또한 2030년까지 전체 전력소비량의 20%를 신재생에너지로 충당한다는 계획도 가지고 있다. 이외에도 기존 전력망이1960~70년대에 구축된 만큼 교체 수요도 증가될 것으로 예상되고 있다.
아시아 국가 중에서는 중국 국가전력망공사가 2015년까지 47조 원을 투자하여 화베이(華겗)와 화둥(華東), 화중(華中)에 구축하는‘3종3횡1환三縱三橫一環網’초고압 전력망 구축 사업을 진행하고 있으며 중동지역의 산업화에 따른 케이블 수요도 크게 증가될 전망이다.
이외에도, 유럽의 경우 전력 소비의 증가와 노후 케이블의 교체 이외에도 그린에너지에 관한 높은 관심을 반영하며 해상풍력 발전의 증가로 해저케이블 시장의 꾸준한 성장도 기대되고 있다.
국내의 경우도 2014년 이후로는 매년 1%대의 전력수요 증가가 전망되고 있으며 신재생에너지의 확대 등을 통해 초고압 케이블의 수요가 지속적으로 증대될 것으로 예상되고 있다.
이러한 산업의 규모의 확장과 함께 국내에서도 케이블 분야 중 고기술 및 고부 가치 분야로 꼽히고 있는 해저케이블 및 초전도케이블의 기술개발 분야도 꾸준히 진행되고 있다.
해저케이블의 경우 국내사 중 LS전선이 국내 및 해외 시장에서 실질적인 성과를 이뤄내는 단계에 도달했으며 초전도케이블의 경우도 아직 완전한 산업화가 이뤄지지는 않았지만 고온 초전도체를 바탕으로 활발한 산업화 연구가 진행되고 있는 상황이다.
그린에너지 확대로 해저케이블 시장 확대
세계적 탄소배출 규제의 확대와 함께 그린에너지의 중요성이 증가하면서 풍력에너지 그중에서도 해상풍력에 관한 설비 및 해저케이블에도 관심이 집중되고 있다.
이처럼 해저케이블 시장의 확대는 예상되고 있지만 이 시장을 향한 업체들의 진입은 용이치 않은 편이다. 해저에서의 환경을 견뎌내야 한다는 기술적 어려움과 케이블의 시공 및 전박적인 솔루션의 이해와 호환이 가능해야만 동 분야에 뛰어들 수 있기 때문이다. 현재 이 분야에서의 경쟁업체도 프리즈미안, 넥상스, ABB, JPS 등 몇 개 글로벌 업체들에 국한돼 있는 것도 이러한 이유 때문이다.
업체들의 진입은 어려운 상황이지만 이와는 상반되게 해저케이블의 전체적 시장은 앞으로도 꾸준히 성장하며 고부가가치 산업군으로 확대가 예상되고 있다.
글로벌 해저케이블 시장은 향후 4년간 연평균 17%의 높은 성장률을 기록할 전망이며 특히 이 중에서도 해상풍력 발전 수요가 연평균 37% 증가하면서 해저케이블 시장의 성장을 주도할 전망이다.
국내의 경우도 이 분야의 산업화 기술개발의 역사가 오래되지 않은 상황이지만 최근 국내 해저케이블 적용 등의 경험과 기술력을 바탕으로 국내 시장의 확대뿐 아니라 해외 시장에서의 경쟁력도 키워나가고 있다.
국내의 적용 사례로는 제주-진도 간 250㎸급 해저케이블 설치 공사, 화원-안좌 해저 전력망, 제주도 월정리 풍력시범단지, 전남 중죽-수도 조류 발전 단지 해저케이블 사업 등이 진행되거나 완료됐으며 앞으로도 계속적으로 국가적 정책의 주도하에 해저케이블의 적용 실례가 꾸준히 증가할 것으로 예상돼 산업화도 새로운 전기를 맞이할 것으로 예상되고 있다.
이처럼 국내에서의 해저케이블의 활용이 본격화되면서 이를 바탕으로 한 해외 진출도 괄목할만한 성과를 이뤄내고 있다. LS전선의 경우 카타르, 미국, 인도네시아 등지의 해저케이블을 공급해 왔으며 최근에는 국내업계 최초로 유럽시장에 진출도 이뤄냈다.
유럽 최대 풍력 발전 업체인 동Dong에너지社가 1600만 유로 규모의 해저케이블을 LS전선으로부터 공급을 받기로 한 것이다. 이 해저케이블은 동Dong에너지社가 영국 동남 해안 지방의 웨스터모스트 러프Westermost Rough 지역에 건설하는 해상풍력 발전 단지에서 사용될 예정이다. 유럽 해상풍력 발전 시장은 2020년 300억 달러로 지금의 2배 이상 확대가 예상되고 있다.
활발히 이뤄지는 고온 초전도케이블 산업화
초전도케이블은 초전도의 특성을 통해 Zero저항을 이뤄내며 전력 수송력을 극대화한 기술로 개발 초기 여러 전력공급 계통의 문제점을 해결할 수 있는 꿈의 기술로 불리며 관심을 끌었다. 그러나 이처럼 기존 케이블 시스템 대비 장점을 바탕으로 연구가 활발히 이뤄졌음에도 실용화의 과정은 다른 케이블 기술 분야에 비해서 느린 편이다.
무엇보다 초전도케이블의 경우 극저온의 상태를 유지해야만 초전도의 특성을 이뤄낼 수 있다는 특성 때문에 실험실 단계의 개발을 지나 산업화를 진행하는 점에 기술적 난점을 가지고 있다. 극저온의 상태를 유지하기 위해 대규모의 설비가 필요하다는 규모의 문제점 이외에도 전력의 효율성을 극대화하기 위한 제반시설의 유지 보수 비용이 산업화하기에는 너무 높다는 문제점은 실용화 단계에서 해결돼야 할 과제로 여겨지고 있다.
답보상태에 머물던 초전도케이블의 연구과제는 80년 후반 영하 196도 보다 높은 온도에서 초전도의 성질을 가지는 고온 초전도체의 발견 이후 새로운 활기를 띄고 있으며 국내의 경우도 동 분야에 관해서 국제적 경쟁력을 가지고 연구를 진행해 나가고 있다.
고온 초전도케이블의 장점으로는 기존 케이블의 20% 이하의 소형화가 가능하며 이를 통해 케이블 관로도 기존 관로 직경의 60% 이하로 소형화할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 또한 소형화를 통해 건설비용 및 운전비용의 절감효과를 가져올 수 있으면서도 송전용량의 경우는 장비의 소형화 및 유지비용 절감과는 반대로 현재의 2~4배의 확대가 가능해 포화상태에 이른 송전계통의 여러 난점들을 해결할 수 있는 새로운 대안으로 꼽히고 있다.
그동안의 국내외 기술 개발 과정을 살펴보면 대부분의 국가에서 대규모 프로젝트로 초전도케이블 관련 연구를 진행하며 일정한 성과를 이뤄내고 있어 실제 현장에 적용 가능한 산업화 기술에 조금씩 다가가고 있는 상황이다.
미국의 고온 초전도케이블 개발은 장기간의 연구를 통하여 결실을 맺은 성공적인 R&D 모델로서 주목받고 있다. 1987년 고온 초전도체의 발견 이후, 20년에 가까운 지속적인 투자로 수백미터급 고온 초전도선을 개발하였고 아직까지 비용절감 등의 문제를 안고 있기는 하지만 실계통에 적용하는 수준에 이르렀다는 평가다.
그 외 일본, 중국 대부분의 선진국들이 대규모 프로젝트 형식을 통한 초전도케이블의 연구를 계속적으로 진행되고 있는 상황이다.
국내의 경우도 2000년 초반 이후부터 고온 초전도케이블에 관한 연구가 시작돼 22.9㎸급 케이블의 개발을 완료하고 이천 변전소 구내에 초전도 시험동을 건축하기도 했으며 22.9㎸, 500m급 초전도케이블 및 630A급 초전도 한류기를 설치하여 실계통 적용 준비 단계를 마친 상황이다. 또한 송전급초전도케이블 시스템의 개발 및 실증프로젝트도 2016년을 목표로 진행되고 있다.
국내에서는 이를 통해 DC80㎸급 및 AC154㎸급 초전도케이블 기술 개발을 진행하고 있으며 향후 제주 실계통에 적용한다는 방침이다. 프로젝트가 성공적으로 완수될 시 국내기술은 세계 최초로 DC초전도케이블 시스템 개발 및 실증을 하게 되며 AC의 경우 세계 최고전압 및 용량의 초전도케이블 시스템 개발과 실증이라는 성과를 얻게 될 것으로 예상하고 있다.
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