스마트그리드의 링커

어느 지역에 태양광 발전, 연료전지 발전, 열병합 발전, 마이크로터빈 등의 분산 전원들이 다수 존재하면 배터리와 함께 이들을 잘 결합하여 전기에너지와 열에너지를 함께 공급할 수 있고 외부로부터의 전기에너지 공급을 받지 않고도 독립적인 운전이 가능하다 이러한 시스템을 마이크로그리드라고 하는데 새로운 개념의 에너지 생산 및 공급 기술로 주목을 받고 있다. 이러한 마이크로그리드 구성이 제대로 되려면 각종 분산 전원이 그리드에 접속될 수 있도록 해주는 전력 변환 기술이 필수적이다.

스마트그리드는 이러한 마이크로그리드들을 포함하는 상위레벨의 시스템이라 할 수 있는데, 기존의 전력망에 정보기술이 융합된 지능형 전력망으로서 기존의 일방통행식 전력망과는 달리 전력 공급자와 소비자 간의 양방향 전력 수수가 가능하다는 특징이 있다.

이렇게 양방향 전력 전달이 되면 전력계통설비가 포화되는 것을 방지하고 효율적인 전기 에너지의 분배가 가능하여 마치 고속도로에 병목현상이 없어지는 것과 유사한 효과가 있어 차세대에너지 기술로 급부상하고 있다. 앞에서 설명하였던 전기자동차, 배터리 에너지 저장시스템, 풍력, 태양광, 연료전지 발전 등이 스마트그리드의 핵심 요소들이다.

HVDC(High Voltage Direct Current : 고압직류)송전! 우리나라에도 제주도에 전기를 공급하기 위하여 전남 해남에서 3상 교류전력을 180kV의 고압직류로 가공한 다음 해남-제주 간(101km) 해저에 설치된 케이블을 통해 300MW의 전력을 전송하고 제주에서는 다시 직류전력을 3상 교류전력으로 가공하여 사용하고 있다. 여기서 "그냥 3상 교류전력을 보내면 될 텐데 왜 이렇게 번거롭게 전력을 가공해야 하나?"하는 의문이 생긴다.

이렇게 하는 것은 지중 송전이나 장거리 송전 시에는 건설비용도 절감될 뿐 아니라 송전 효율도 높기 때문이다.

1997년도에 해남-제주 간 HVDC가 완공된 이후 진도-제주 간 400MW급 HVDC도 추가로 완공되어 2014년 현재 시운전 중에 있는데 여기에 장착된 핵심 전력 변환 기술은 모두 외국의 알스톰 그리드 사에서 제공한 것이다. 이 분야의 세계시장이 급속도로 증가 함에 따라 국내에서도 한전과 전기연구원 및 대기업체가 중심이 되어 본격적으로 연구 개발을 추진하고 있는 실험이다.

일반가정에서는 잘 사용하고 있지 않지만 컴퓨터 작업을 전문적으로 하는 경우에는 UPS(Uninterruptible Power Supply : 무정전 전원장치)를 반드시 사용하고 있다. 발전소에서 공급되는 전력이 정전되는 순간 컴퓨터의 전원이 없어지므로 작업 중이던 데이터는 순식간에 다 날아가 버린다. UPS는 평소 배터리에 에너지를 저장하고 있다가 정전 이 되는 순간을 포착하여 정전되자마자 바로 배터리의 에너지를 교류로 가공하여 컴퓨터에 공급하므로 컴퓨터는 정전 걱정 없이 동작을 계속할 수 있다. 이러한 UPS의 쓰임새는 실로 무궁무진하다. 은행이나 관공서의 전산시스템용, 병원 수술실, 인터넷 데이터 센터(IDC), 공장자동화시스템 등등 가끔 병원에 가서 X-RAY나 CT(Computed Tomography : 컴퓨터 단층촬영) 및 MRI
(Magnetic Resonance Imaging : 자기공명영상) 검사를 하는 경우가 있는데 여기에도 전력 전자기술이 들어가 있다. X-RAY는 고속의 전자가 금속판에 충돌하면서 갑자기 정지할 때 발생하는 전자기파이다. 이때 전자를 진공 속에서 고속으로 날아가게 하기 위해서 수만V에 달하는 직류전압이 필요하다. CT도 X-RAY를 이용한다. MRI는 자기장을 발생하는 커다란 자석 통 속에 인체가 들어가면 고주파를 발생시켜 신체 부위에 있는 수소 원자핵을 공명시켜 각 조직에서 나오는 신호의 차이를 측정하여 컴퓨터를 통해 재구성 하여 영상화하는 기술이다. 이때 자기장이 정밀하고 세면 셀수록 보다 선명한 영상을 얻을 수 있는데 이렇게 하기 위하여 수천 A에 달하는 직류전류를 정밀하게 가공하여 공급 해 주어야 한다.

방사광은 빛의 속도에 가까운 초고속으로 가속된 전자(하전입자)가 자기장에 의해 원 운동이나 나선운동을 하게 될 때 곡률중심 방향으로 가속도가 가해지므로 원의 접선방향으로 집중되어 복사되는 전자기파이다. 기존의 X-선 보다도 수백만~수억 배 이상 밝기 때문에 원자나 분자구조까지 들여다볼 수 있어서 물체의 구조를 연구하는 기초과학에 서부터 신소재 개발, 유전공학, 화학공업, 신약 개발 등 응용과학과 다양한 산업에 걸쳐 광범위하게 활용되고 있다. 우리나라에는 1994년 12월에 포항공대 부설 포항가속기연구소에 25억 EV의 3세대 방사광가속기가 준공되어 세계 5번째 첨단 방사광가속기를 보유하게 되었으며 1995년도 가동을 시작한 이래 그 활용도가 너무 높아 포화상태가 된 지 오래다. 2011년도부터 건설이 시작된 4세대 방사광가속기는 3세대 가속기보다 빛의 밝기 가 100억 배 크며 펄스폭도 1/1000에 불과하여 1/1000조 초 단위 시간대 물질의 변화 와 살아 있는 세포 분자구조를 실시간으로 관찰할 수 있다. 따라서 단백질 구조연구를 통한 신약 개발, 고해상도 종양 촬영을 통함 암 치료법 개발 등 생명현상의 비밀을 풀어내는 의료산업과 신물질 및 신소재 분석을 통한 반도체 소자 산업 등에 획기적 발전이 기대되 고 있다. 미국과 일본은 이미 2008년, 2010년도에 각각 4세대 가속기 가동을 시작하였으며 2014년 현재 우리나라 외에도 영국, 프랑스, 중국, 스웨덴 등이 건설 중에 있다.

전자를 빛의 속도로 가속하기 위한 초고압 직류전원 장치와 전자가 저장 링에서 회전운동을 계속할 수 있도록 해주는 전자석용 초정밀 전원장치 등은 고도의 전력 전자기술이 뒷받침되어야 가능하다. 지금까지 일반가정과 사무실, 산업현장, 병원, 기간산업 등을 둘러보면서 전력전자기 술이 얼마나 광범위하게 활용되고 있는지 살펴보았는데 느낌들이 어떠신지? 수학의 발전 없이는 과학기술의 발전이 있을 수 없듯이 전기를 사용하는 시대에는 전력전자 기술의 의 발전 없이는 인류 문명의 발전도 크게 기대할 수 없다고 해도 과언이 아니다.