일렉트릭 월드 전력 손실 ZERO. 초전도 케이블이 답이다.

금속이나 합금, 화합물 등의 온도를 낮추다 보면 어느 순간 전기 저항이 급격히 낮아져 “0”에 가깝게 된다. 이러한 물리 현상을 초전도(超電導, superconductivity)라고 부른다. “최고(super)의 전도성(conductivity)”이라는 이름에서 확인할 수 있듯 초전도는 저항으로 인한 전기 전도성의 손실이 없어, “꿈의 기술”로 주목 받아 왔다.

오랜 시간 수많은 학자들의 도전 대상이 되어 왔던 초전도에 대해, 봄호 Electric world에서 알아본다.

초전도의 첫 발견은 1911년 네덜란드의 과학자 카멜링 온네스(Kamerlingh Onnes)에 의해서였다. 도체의 온도를 낮추면 이온의 진동폭이 줄어 들면서 저항이 감소할 것이라는 가설에서 연구를 시작한 그는, 그 후 1913년 인류 최초로 초전도 현상을 실험을 통해 입증한 업적으로 노벨상을 수상하였다. 초전도 현상은, 쿠퍼쌍을 이루는 전자들의 운동에너지가 작아 질수록 나타나며, (Tc)임계온도, (Jc)임계전류밀도, (Hc)임계자기장 세가지 임계값에 의해 결정된다.

전기 저항이 사라진 초전도체는 활용도는 무궁무진하다. 전력 송전 시 발생하는 손실이 없어, 전기/에너지 분야에서 획기적인 미래 기술을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 의료, 수송, 에너지, 기계 등 다양한 분야에서 적용하려는 노력이 이루어 지고 있다. 강력한 초전도 자기장을 만들어 초고속 자기부상열차나 자기추진선박과 의료용 MRI, 핵 융합 장치 K-star 등에 유용하게 적용할 수 있다.

그 중에서도 가장 활발히 연구 개발이 이루어지는 분야가 초전도 케이블 분야이다.

초전도 케이블은 기존 전력 케이블에 사용되는 구리 도체 대신 고온초전도 도체를 이용하는 것으로, 대도시의 전력 공급 문제를 해결 할 수 있는 방안으로 주목된다.

기존 케이블에 비해 초전도 케이블은 교류 손실이 1/20로 극히 작아, 송전용량을 3배 이상 증가시킬 수 있으며, 765kV나 345kV 등 초고압 전력케이블이 아닌, 154kV나 22.9kV의 저전압으로 대용량 송전이 가능하다. 때문에, 케이블 및 도심지 초고압 변전소의 절연 레벨 감소로 송전을 위한 주변기기 등의 크기를 간소화할 수 있어 계통 전체의 송전 비용을 크게 절감할 수 있다.

또한 초전도 케이블은 1회선 당 송전 밀도가 높아 기존 케이블 대비 송전 용량이 약 20% 크기 때문에 소요 회선 수를 대폭 감소 할 수 있다. 그로 인해 케이블 관로의 약 60% 가량 소형화 할 수 있어 터널 건설비용을 절감해 경제적 이점을 가질 수 있다.

국내의 초전도 케이블 개발은, 국가사업인 21세기 프론티어 사업 중 차세대 초전도 응용기술 개발(DAPAS) 사업을 통해 활기를 띄기 시작했다. 2001년부터 2011년까지 진행된 연구 개발 과정을 통해 초전도 선재와 케이블, 변압기 등 관련 기술 확보와 실용화 기반 조성이라는 결과를 만들어냈다. 아울러 한국전기연구원과 한국전력, 창원대 등은 산학연 공동으로 22.9kV/50MVA급 및 154kV/600MVA급 초전도 케이블을 개발하였으며, 이를 한전 이천 변전소 및 제주도 실증 단지의 실 전력계통에 적용하여 운용하고 있다. 이는 세계 최고(最高) 용량의 초전도 케이블 기술이다.

해외에서의 연구 개발도 활발하다. 주로 미국, 일본, 유럽 등 선진국을 중심으로 활발히 진행되고 있으며, 사업화 준비 단계인 것으로 나타나고 있다.

현재 발전소에서 가정으로 전기를 보낼 때 발생되는 손실을 금액으로 환산하면 연간 1조원이 넘어간다. 만약 초전도체 케이블을 사용한다면 이러한 손실을 획기적으로 줄일 수 있다.

이른바 “꿈의 케이블”이라 불리는 초전도 케이블. 초전도 케이블 관련 기술은 더 이상 미래기술이 아닌 실용 기술로 사회 발전에 따라 예상되는 효율적인 전력공급 문제 등을 해결할 수 있을 것으로 전망된다.

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