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【에너지현장】 탄소중립 정책 이행 위한 움직임
2022-11-10

탄소중립 정책 이행 위한 움직임
친환경 가스 전력설비부터 개폐장치까지 개발·도입 추진
기후 위기에 대한 대응에 대한 중요성과 더불어 ‘2050 탄소중립’ 실현을 위한 각종 연구와 정책 R&D 등이 활발하게 이뤄지고 있다. 이 가운데 한국전력에서는 친환경과 신기술을 도입해 기기의 전환과 실증을 강화하기 위해 전력설비를 대체하고 새로운 장치를 도입하는 등 이를 실질적으로 이행하려는 본격적인 움직임이 시작됐다.

글 최종숙 기자 
자료 한국전력, 전력연구원
실증설비 준공 및 업무협약식
육불화황 감축을 위한 국제적인 노력
육불화황(SF6 )은 ‘황’과 ‘불소’의 화합물로 절연성능이 우수해 개폐기 등 전력설비의 절연가스로 사용되고 있으나 지구온난화에 미치는 영향이 이산화탄소(CO2 )의 23,900배에 달하는 대표적 온실가스다. 여기에 2005년 화석연료에 의한 지구온난화와 환경파괴를 제한하기 위한 ‘교토의정서’가 발표되면서 선진국의 온실가스 감축이 의무화됐다. EU에서는 2014년부터 6대 온난화 물질 중 불소(F)를 구성 원소로 한 SF6, 과불화탄소(PFCs), 수소불화탄소(HFCs)를 통칭하는 ‘F-Gas’의 총량규제를 시행 중이다. 이에 따라 F-Gas를 사용한 신기기의 개발을 금지하고 있으며, 2031년부터는 F-Gas가 적용된 신규기기의 도입을 금지할 예정이다. 이후 2016년 체결된 ‘파리 기후변화협약’으로 중전기기 산업계의 친환경 투자 확대에 박차를 가하게 됐다. 이 협약을 통해 한국은 2030년 온실가스 배출전망치(BAU) 대비 37 % 감축을 목표를 설정하면서 육불화황(SF6 ) 가스를 대체할 수 있는 기술의 필요성이 대두해 전 세계에서 관련 정책과 R&D가 활발히 진행되고 있다.
154㎸ 친환경(SF6 Free) 개폐장치
육불화황 무해화 실증설비 준공
한국전력(이하 한전)은 지난 9월 1일 전력연구원에서 전력설비에 사용 중인 육불화황을 분해 및 무해화하기 위한 실증설비의 준공식을 개최했다고 밝혔다. 한전은 친환경 전력설비로 대체하는 과정에서 발생하는 SF6 의 처리를 위해 2020년부터 SF6 분해기술 연구개발에 착수하기 시작했다. 이후 고농도의 SF6를 1000℃ 이상의 고온으로 열분해하고, 이때 발생하는 유해물질(불화가스(HF) 등)을 냉각·중화해 무해화하는 기술을 자체 개발했다. 해당 기술로 SF6 97.5 % 이상 분해 및 연간 60톤의 처리가 가능한 실증설비를 구축하고 올해 6월까지 시운전을 통해 성능을 검증하기도 했다. 한전은 이를 이용해 SF6 분해와 관련된 원천기술부터 설계·건설·운영까지 SF6 분해 핵심기술을 확보했고, 지속해서 운영해 2023년까지 기술 최적화를 완료할 계획이라고 밝혔다. 이번 실증설비를 활용해 2024년부터는 전력설비에서 발생하는 SF6를 처리할 예정이며, 이를 통해 온실가스 배출을 줄이고자 한다. 현재 전력설비 내 보유하고 있는 SF6 6,000톤을 분해해 1.4억 톤의 온실가스를 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 이날 한전과 한국수력원자력 및 한국서부발전은 ‘2050 탄소중립’의 달성을 위해 「SF6 분해기술 선도 및 탄소중립 실현을 위한 업무협약」도 체결했다. 각 기관은 한전이 개발한 SF6 분해기술을 이산화탄소 등 온실가스 배출이 없도록(Net-Zero) 고도화해 확대 적용하기 위해 상호 협력하기로 하고 향후 민간발전사와 국가철도공단 등으로 확대할 예정이라고 밝혔다. 한전의 김숙철 기술혁신본부장은 “탄소중립은 선택이 아닌 필수로서 한전이 보유한 SF6 처리기술을 전력산업 분야뿐만 아니라 철도 등 다른 산업 분야까지 확대할 계획”이라며 “국가의 탄소중립 목표 실현에 기여할 수 있는 주요 기술로 자리 잡을 수 있기를 희망한다”라고 말했다.
154㎸ 친환경(SF6 Free) 개폐장치
친환경 개폐장치 본격 도입
한전은 154 ㎸ 친환경(SF6 Free) 개폐장치 개발·도입을 추진 중이라고 밝혔다. 이 또한 정부의 놂탄소중립’정책의 이행으로 지구온난화 지수 크게 낮추기 위함이다. 기존의 전력설비에 적용되고 있는 SF6를 절연가스로 사용하는 개폐장치는 지구온난화 지수가 매우 높은 실정이다. 이에 국내 중전기 대기업 4사인 LS 일렉트릭-효성중공업-현대일렉트릭-일진전기가 나서 154 ㎸ 친환경 개폐장치가 개발되고 있다. 또한 본 개폐장치는 한전에 의해 왕곡·고창시험장에서 실증시험을 거치게 돼 있다. 실증시험 시험은 실제 변전소 운전조건과 유사한 상황에서 설비를 실증함으로써 성능검증을 실현할 수 있다. 친환경 SF6 Free 개폐장치는 기존 전력설비에 사용되는 SF6 절연가스 대신에 불소계 혼합가스 (Novec 4710 적용) 또는 건조공기로 구성, 지구온난화지수를 1 % 수준으로 크게 낮출 수 있게 설계돼 있다.

추진계획으로는 현장 확대 적용을 위한 기준시공기준서, 시공품질점검표, 유지보수·예방진단 기준서 제·개정을 비롯해 유지보수 방안, 점검 주기 협의 등이 포함되며, 가스 종류 난립 방지를 위해 절연 매질 대상 구매 규격을 명확히 하고 제작사별 설치·유지보수 매뉴얼을 제작할 계획이다. 또한 한전은 단기적으로는 외산 장비를 도입하고 중·장기적으로는 내년 말 목표로 개발, 국산화도 실현, 신뢰도 향상을 기해 나간다는 방침이다. 이밖에 한전은 다종가스(SF6 및 불소계 혼합가스 등) 농도 측정 및 진단 기술 개발을 통한 친환경 개폐장치 운영 기술 확보도 꾀하고 있다. 2025년 말까지 건설·운영 기준 및 기술(장비) 확보 후 점차적 현장 적용을 시행키로 했는데 우선 2개 사 이상 실증 완료 시 시범 도입해 나가기로 했으며 전 제작사 개발 추이 등을 고려해 확대 적용을 검토할 계획이다.

170 ㎸ 개폐장치 입찰 시작
한전은 온실가스 배출량의 78 %를 차지하고 있는 SF6의 감축을 위해 친환경 170 ㎸ 가스절연개폐장치(GIS) 개발을 추진한 바 있다. 지난 2016년 10월부터 170 ㎸ 친환경 개폐장치 개발 및 도입 계획을 수립해왔으며 지난해 말까지 가속열화시험을 추진하는 등 170 ㎸ 친환경 개폐장치 도입을 준비해왔다. 한전이 도입하는 170 ㎸ 친환경 개폐장치는 탄소중립 달성을 위한 한전의 미래 핵심 기자재 중 하나로, 기존 SF6 가스를 절연매질로 사용한 GIS를 대체하는 품목이다. 가스절연개폐장치에 친환경(Eco)을 붙여 ‘EGIS’로도 불린다. 개발된 VI 기술은 ‘불소계 혼합가스 적용 GIS’기술과 함께 한전이 진행한 신규 개발과제의 중 하나로 초고압 개폐기 적용을 목표한 신기술로 업계의 이목을 끌었다. 이후 지난 8월 마지막 주에는 170 ㎸ 친환경 개폐장치의 입찰이 시작됐다. 올해 예정된 총 5건 중 금암S/S와 음성S/Y 총 2건이 입찰을 진행 중이며 입찰 마감은 9월 13일에 끝이 났다. 이렇듯 170 ㎸ 친환경 개폐장치의 본격적인 도입에 따라 기업 간 수주 경쟁도 치열해질 전망이다. 현재까지 170 ㎸ 친환경 개폐장치 개발에 성공해 자격을 보유한 곳은 LS일렉트릭과 현대일렉트릭 두 기업이다.

효성중공업은 실증 시험을 끝내고 유자격 등록을 위한 막바지 서류 작업을 진행 중인 것으로 알려졌다. 이외에도 일진전기와 비츠로이엠은 연내 170 ㎸ 친환경 개폐장치 개발을 완료하고 내년 상반기 실증 후 유자격 등록을 마칠 것으로 보인다.
한전에 따르면 국내 탄소 배출량 7억 톤 중 약 38 %인 2억 7000만 톤을 전력 부분이 점유하고 있다. 한전 온실가스 배출량 중 51 %가 송·변전설비의 절연매질인 SF6 가스에서 나오기 때문에 한전 입장에서는 170 ㎸ 친환경 개폐장치의 현장 도입이 시급했다. 따라서 국가 탄소중립 달성을 위해 기존 GIS보다 온실가스 배출이 현저히 적은 EGIS 도입을 추진한 것이다.

한전 계획에 따르면 2024년까지 신설 변전소 물량의 50 %가 170 ㎸ 친환경 개폐장치로 발주되며 올해는 이미 진행 중인 음성S/Y와 금암S/S 두 곳 외에 3건이 추가로 발주될 예정이다. 이후 2023년과 2024년에는 각각 22건 중 11건, 18건 중 9건이 친환경 개폐장치로 발주되며 2025년부터는 전량 170 ㎸ 친환경 개폐장치가 적용된다.
변전설비 종합실증시험장 준공식
변전설비 종합실증시험장 준공
한전은 전력 기자재를 실제 전력 계통과 동일한 154 ㎸급 환경에서 성능평가 할 수 있는 「변전설비 종합 실증시험장」을 고창에 구축했다고 밝혔다. 이에 지난 9월 28일 전력연구원 고창전력시험센터에서 「변전설비 종합 실증시험장 준공식」을 개최했다. 시험장은 1993년 74만 ㎡ 규모로 준공돼 32개 전력시험장을 보유한 대규모 전력시험센터로서, 전력 설비의 신기술 개발과 현장 적용, 성능평가 및 장단기 실증시험을 시행한다. 또한 765 ㎸ 실증시험선로, 154 ㎸ 실증변전소 및 배전 실증시험장 등 송·배전 핵심 시험설비를 보유하고 있다. 앞서 언급한 154 ㎸ 친환경 개폐장치가 개발의 검증이 이곳에서 이뤄지며, 변전설비 종합 실증시험장을 통해 친환경·고효율 새로운 기기 개발, 노후 변전설비 증가에 따른 교체 및 주요 고장원인 규명 등을 사전에 예측할 수 있다. 이를 통해 ▲국내 고품질의 안정적 전력공급 ▲2050 탄소중립 실현에 기여 ▲수출(한전 실 계통 실적(Track Record) 확보)을 위한 경쟁력 향상이 가능할 것으로 보인다.

국내 사업으로는 신개발 친환경 기기 또는 신기술 적용 변전설비의 실제 전력 계통 적용 전에 미리 다양한 실증시험을 통해 신뢰성을 검증함으로써 변전 분야 기술혁신을 촉진하는 역할을 하게 된다. 수출 면에서는 변전설비 실증시험장을 산·학·연에 개방하고 공유해 새로운 기술개발과 실적(Track Record) 확보를 위한 인프라 서비스를 제공함으로써 국내기업의 세계시장 진출을 위한 전초기지로 활용할 수 있다. 변전설비 실증시험장은 전력 계통의 핵심인 변전설비의 신뢰성을 대폭 강화하기 위해 구축한 국내 최초 종합 실증시험 Test Bed이며, 154 ㎸급 실 규모 실증변전소와 고전압 시험동으로 구성된다. 실증변전소에는 154 ㎸, 23 ㎸ 가속열화시험 설비, 디지털 변전 실증시험 설비, 낙뢰 유입과 차단기 개폐 써지 실측 설비 등의 측정  설비가 구축됐으며, 옥외 고전압 시험동에는 5,000 A급 대전류 주입설비를 구축함으로써 실제 변전소와 동일한 환경에서 다양한 실증을 수행하도록 했다. 또한, 기설 고창시험센터설비, 에너지저장장치(ESS), 배전시험 선로와의 접속을 통해 디지털 변전, 예방진단, 신재생, 변전/배전 연계 등 다양한 분야에서 종합적인 성능 시험이 가능하다. 고창전력시험센터는 변전설비 종합 실증인프라를 보유함으로써, 세계적 규모의 전력시험센터로서 위상과 역할을 새롭게 확대할 것이라고 밝혔다.
변전설비 종합실증시험장에서 설명을 듣고 있는 모습

이외에도 올해 5월 신재생에너지 계통 수용성 향상, 임시 전력공급, 고장 대비 등을 목적으로 변전소를 3개의 트레일러 위에 이동형으로 설치한 모듈러 변전소(MGS, Modular Green Substation) 실증을 완료했다. 내년 2023년에는 기존 변전소의 디지털 전환을 위한 실증도 진행할 예정이며, 향후에도 지속해서 시험설비 운영의 기술적 완성도를 높일 것이라고 밝혔다. 한전의 정승일 사장은 “변전설비 실증시험장이 신기기·신기술에 대해 종합시험을 하는 개방형 R&D 플랫폼으로 활용됨으로써, 변전 기술의 신뢰도와 품질을 세계 최고 수준으로 끌어올리는 촉매제가 될 것으로 기대한다”라며, “아울러 친환경 기기로의 전환에 기여해 탄소중립을 실현하는 전력 분야 생태계 혁신에 앞장서겠다”라고 말했다.

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