[전력산업대전환]①다시 에디슨의 시대로…교류에서 직류로 대전환 'HVDC'

장거리 송전, 재생에너지 연계 유리
LS 등 韓업체들 HVDC 대폭 투자
정부 국산화 추진, 전력 산업 본격화
"HVDC 산업 향후 폭발적 성장"

편집자주전력산업이 자동차, 반도체 이어 우리 산업의 효자종목으로 떠오르고 있다. 전력은 오랫동안 산업 분야에선 '조력자' 역할에만 그쳤다. 하지만 인공지능(AI) 데이터센터와 전기차, 재생에너지 확산으로 전력 수요가 폭증하면서 해외에서도 찾는 K산업의 주역이 된 것이다. LS일렉트릭 등 국내 전력기기 4사가 확보한 일감만 33조원어치다. 수출과 일자리 창출에 기여하는 성장 산업으로 자리매김했다. 전력업계의 관심은 선순환 구조를 어떻게 확보하냐에 쏠렸다. 보다 효율적인 송전을 위해 직류 관련 기술을 확보하는 게 핵심과제가 됐다. 전력산업 대전환을 위해 우리 기업들이 당면한 과제를 짚었다.

LS일렉트릭은 최근 동해안·수도권 초고압직류송전(HVDC) 1·2단계 사업의 변환용 변압기 공급을 따냈다. 이 회사는 2011년 1100억원을 투입해 국내 최초로 HVDC 전용 공장을 부산에 구축한 뒤 핵심 설비의 국산화를 추진해왔다.

올해는 약 1008억원을 들여 부산사업장에 제2생산동을 증설한다. 제2생산동은 1만3223㎡ 규모 부지에 들어서며 준공과 동시에 가동이 시작될 예정이다. 생산 라인이 더해지면 부산사업장의 초고압 변압기 생산 능력은 연간 2000억원 규모에서 6000억원 수준으로 확대된다. 공장이 정상적으로 가동되면 서해안 에너지 고속도로에 투입되는 HVDC 변압기를 전량 공급할 수 있는 양산 체계를 갖추게 된다.

LS일렉트릭의 HVDC(초고압 직류송전) CTR(변환용 변압기)에 대해 초고압 시험이 진행되고 있다. LS일렉트릭.

LS일렉트릭이 HVDC 변압기 생산시설을 확충하는 건 직류 시대에서 우위를 점하기 위해서다. 1880년대 에디슨과 테슬라의 '전류 전쟁' 이후 전력시장에선 교류전류(AC)가 한 세기 넘게 승자였다. 교류가 승리를 거둔 건 장거리 전송에서 직류보다 유리하기 때문이다. 하지만 복잡한 파형 제어와 전압 유지 문제를 안고 있었고 발전과 송전, 변전 과정에서 누적된 비효율은 해결되지 않았다.

또 풍력과 태양광처럼 출력 변동성이 큰 발전원이 확대되면서 교류 기반 계통의 불안정 사례가 각국에서 잇달아 나타나고 있다. 주파수와 위상 변화에 민감한 교류망 특성상 전력 품질을 유지하려면 막대한 조정 비용을 들여야 하기 때문이다. 기술의 발달로 에너지 전송에서 직류(DC·직류전류)의 문제점 역시 많이 개선됐다.

직류시대가 본격화되면서 전력 인프라 투자 역시 본격적인 확장 단계에 접어들었다. 변압기와 케이블, 밸브 등 주요 장비의 공급이 빠르게 늘고 있다. 그리고 중심 기술에는 HVDC가 자리하고 있다.

정부는 국내 업체 대상 공모를 통해 HVDC 관련 기술의 국산화를 추진하고 있다. 현재 HVDC는 변압기·컨버터·케이블 등 핵심 장비 대부분을 해외 기업이 공급하고 있어 의존도가 높은 편이다. 글로벌 기업 중심의 시장 구조에서 벗어나 핵심 사업을 주도하고 비용을 효율화하기 위해서도 국산화는 필수 과제로 꼽힌다. 올해 초 준공된 양주 직류변환설비(Back to Back·BTB) 사업과 설계에 착수한 서남해 사업은 주관기관 공모를 통해 국산화 모델로 개발이 진행되고 있다.

재생에너지·AI 물결 속 '직류' 급부상

글로벌 시장에서도 재생에너지 보급 확대와 탄소중립을 위한 송전 인프라 확충과 함께 초대형 데이터센터 전력 수요가 급증하면서 HVDC 투자가 본격화하고 있다. 특히 해상풍력·태양광 등 발전 설비가 도심과 떨어진 지역에 위치하면서 이를 연결할 장거리 송전 인프라의 중요성이 커지고 있다. 미국 에너지부(DOE)가 발표한 국가송전계획 연구보고서에서도 "2050년까지 탄소중립 달성을 위해서는 송전 인프라를 2020년 대비 3.5배 확충해야 한다"고 제언했다.

HDVC 기술은 교류를 직류로 변환해 송전한 뒤 다시 교류로 변환해 공급하는 역할을 한다. 직류 전환의 배경에는 '전력용 반도체' 발전이 큰 역할을 했다. 과거 직류는 전압 변환이 어려워 교류 대비 확장성이 낮았지만 최근에는 고압 직류 변환·제어 기술이 크게 개선되며 장거리 송전과 재생에너지 연계에서 유리하다는 평가다. 특히 재생에너지 발전원은 출력 변동성이 크고 지역 편차가 커 직류 기반의 효율적 송전이 필수다.

시장조사 업체 베리파이드 마켓 리서치(VMR)에 따르면 글로벌 HVDC 시장은 연평균 8.1% 성장해 2033년에는 28조원대 규모로 커질 전망이다. 미래 먹거리 시장을 선점하기 위해 중국, 유럽, 미국에서는 신규 사업이 빠르게 추진되고 있다. 일례로 미국에서는 아이오와주와 일리노이주를 잇는 '수 그린(SOO Green) HVDC 프로젝트'가 추진 중이다. 약 560㎞ 구간을 잇는 이 송전망은 525㎸ 초고압 직류, 2.1GW 용량을 목표로 하며 2031년 가동할 계획이다.

국내에서도 다수의 HVDC 프로젝트가 진행 중이다. 해남~제주, 진도~서제주, 완도~동제주, 북당진~고덕, 양주 BTB 등 약 2조2000억원 규모를 투자한 사업들이 진행 중이다. 2016년 시작해 2038년까지 준공을 목표로 10여개 사업이 추진되고 있다. 이 가운데 500㎸ 규모의 동해안-동서울 사업과 서남해(서해안 에너지고속도로) 사업 등 건설을 위해 총 16조8000억원의 자원을 투입할 계획이다.

대세는 직류…미래 먹거리 된다

세계 최대 가전·IT 전시회 'CES 2024' 한국관의 모습. 연합뉴스.

직류 전환 흐름은 송전 분야에 그치지 않고 배전·운영 기술까지 확장되고 있다. 국내에서도 직류 기반 전력망을 미래 산업으로 육성하기 위한 움직임이 본격화하고 있다. 한국전력공사는 내년 1월6~9일 미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대 전자·IT 전시회 'CES 2026'에 참가해 단독관을 운영한다. 한전은 전시관에서 현재 개발 중인 직류 배전 기술을 메인으로 선보이며 인공지능(AI) 기반 전력망 운영 기술들을 소개할 예정이다.

한전이 개발 중인 중고압 직류배전 기술은 교류와 직류 간 변환손실을 최소화하는 것으로 데이터센터, 전기차 충전기(EVC) 등에 공급이 가능하다. 한전 관계자는 "직류 전환은 대규모 HVDC 프로젝트뿐 아니라 가정과 데이터센터, 전기차 충전기처럼 배전 단위에서도 중요성이 커지고 있는 기술 흐름"이라며 "최근 직류 배전 기술을 국가 성장 동력으로 강조하고 있다"고 설명했다.

지속적인 성장이 기대되는 산업인 만큼 전력 기기 업체, 중장비 업체들에 대한 관심도 늘어나고 있다. 유승훈 서울과학기술대 미래에너지융합학과 교수는 "전 세계적으로 전력 수요가 매우 많이 늘어나고 있어 결국 장거리 송전망이 모든 나라에서 필요하고 HVDC가 중요한 역할을 하게 될 것"이라며 "HVDC 산업이 폭발적으로 커질 수밖에 없는 상황"이라고 말했다.

박준이 기자 giver@asiae.co.kr