효성중공업, 2GW HVDC 국산화 본궤도…핵심 기술 상세설계 마쳐

시장 선점 경쟁 가열되는 'GW급' 직류송전
새만금~서화성 실증 앞두고 핵심 기술 진척
민간 주도 영역인 밸브·제어장치서 '속도전'

효성중공업이 2GW급 전압형 초고압직류송전(HVDC) 기술의 핵심 가운데 하나인 밸브를 국산화하는 데 사실상 성공한 것으로 전해졌다. 밸브는 교류와 직류를 상호 변환하는 전력장치로, 200㎿급 전압형 HVDC에 적용한 적은 있지만 기술 난도가 높은 2GW급으로 개발한 건 국내에서 효성중공업이 처음이다. 신재생에너지 송전에 유리한 환경이 조성되면서 정부가 추진 중인 에너지 고속도로의 국산화에 크게 기여할 것이라는 평가가 나온다.

14일 업계에 따르면 효성중공업은 최근 2GW 전압형 HVDC 밸브를 구성하는 핵심 부품인 '서브모듈' 상세설계를 마쳤다. 회사 관계자는 "현재 서브모듈 상세설계를 완료한 상태"라며 "다른 부품 개발 등 관련 기술 국산화 작업도 계획에 따라 진행 중"이라고 밝혔다. 상세설계는 서브모듈을 실제로 만들 수 있도록 전압·전류 용량과 열 관리 방식, 절연 구조, 적용 부품 등을 구체적으로 확정하는 단계다.

효성중공업은 앞서 200㎿급 전압형 HVDC를 개발하고 지난해 한국전력 양주변전소에 해당 설비를 설치한 바 있다. 회사는 이 경험을 바탕으로 2년여 동안 2GW 적용을 염두에 둔 대용량화(스케일업) 개발을 진행해 왔고 2GW 밸브 기술을 거의 확보하게 됐다.

HVDC는 크게 변환용 변압기, 밸브, 제어장치로 구성된다. 변환용 변압기는 전압을 조정하고 밸브는 교류와 직류를 상호 변환하는 전력전자장치다. 제어장치는 밸브 내부 전력반도체의 동작을 제어해 전력 변환 과정을 관리한다. 현재 변압기는 정부 국책과제로 효성중공업을 비롯한 국내 전력4사가 공동 개발하고 있고 밸브와 제어장치는 각 기업이 개발을 주도하는 민간방식이다.

특히 효성중공업이 개발한 서브모듈에는 전력반도체 소자와 에너지 저장 부품, 구동·보호 회로 등이 결합된다. 밸브는 수백~수천 개의 서브모듈로 '밸브 타워'를 구성해 대용량 전력을 변환한다. 서브모듈 설계 조건은 밸브 전체 구성과 제어 방식의 기준이 되기 때문에 서브모듈 상세 설계는 밸브 개발 과정에서 핵심 단계로 꼽힌다.

효성중공업이 한국전력 경기 양주시 변전소에 공급한 200㎿급 초고압직류송전(HVDC) 시스템. 효성중공업

전력기기 대용량화는 점차 커지는 송전 규모를 감안할 때 반드시 넘어야 할 과제로 꼽힌다. HVDC는 교류 전력을 직류로 변환해 장거리·대용량 송전에 활용한다. 이 가운데 전압형 HVDC는 기존 전류형 방식과 달리 전력반도체를 활용해 전력 흐름을 능동적으로 제어할 수 있는 구조를 갖췄다. 재생에너지 연계와 계통 안정화에 유리하다는 평가를 받는다. 하지만 설비 용량이 커질수록 변환 설비의 전기적·열적 설계와 제어 기술 난도가 함께 높아진다.

특히 HVDC 관련 기술은 글로벌 '3강'으로 꼽히는 미국 GE버노바, 독일 지멘스에너지, 일본 히타치에너지(옛 스웨덴 ABB 전력망 사업부) 등 소수 기업만 상용 레퍼런스를 확보한 고난도 기술 영역으로 분류된다. 효성중공업이 밸브 기술을 확보함으로써 글로벌 수준에 성큼 다가가는 계기를 마련하게 됐다.

변압기와 밸브에 이어 제어장치까지 국산화에 성공하면 정부가 주도하는 2GW급 전압형 HVDC 실증 사업은 국산 기자재로 참여할 수 있을 것으로 보인다. 실증 대상 구간은 새만금~서화성(악 220㎞) 구간이다. 정부는 2026년 말 특수목적법인(SPC)을 설립한 뒤 2030년 실증선로 준공을 목표로 하고 있다. 실증 사업과 병행해 핵심 기자재의 국산화 개발도 함께 진행되고 있다.

다른 업체들도 기술개발 속도를 높이고 있다. LS일렉트릭은 지난 7월 GE버노바와 전압형 HVDC 변환 밸브 국산화를 위한 기술 협력 업무협약(MOU)을 체결했다. LS일렉트릭은 '전류형' HVDC 밸브와 정지형 무효전력 보상장치(STATCOM)용 밸브 생산 경험이 있다.

글로벌 시장조사기관 '포천 비즈니스 인사이트'에 따르면 2024년 글로벌 HVDC 변환소 시장 규모는 약 136억8000만달러(약 20조1000억원) 수준으로 평가됐고 2032년에는 약 304억1000만달러까지 확대될 것으로 전망된다. 이 기간 시장은 연평균 약 10.9% 성장률을 기록할 것으로 예상된다.

오지은 기자 joy@asiae.co.kr