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[연재] 쉽게 이해하는 전력산업(2) 송전
2007년 3월 2일 (금) 21:33:00 |   지면 발행 ( 2007년 2월호 - 전체 보기 )

송전개요송전은 원거리에 걸친 대량의 전기 이동이다. 이 과정에서 전기는 발전소에서 배전시스템과의 연계점까지, 혹은 일부 경우에는 직접 산업소비자에게로 수송한다. 송전시스템은 전력망이라 불리는 네트워크를 따라 공급과 수요를 연결하는 전기 고속도로다. 송전시스템을 구성하는 설비의 정의는 다양하지만, 일반적으로 송전이란 60kV 이상의 전압을 지닌 전력선을 가리킨다. (일부는 40kV를 또는 115kV를 경계로 함.)전형적인 송전전압은 69, 115, 128, 230, 345, 500 및 765kV이다. 송전선은 교류전력 혹은 직류전력을 전송하기 위해 설계될 수 있으나, 둘을 동시에 전송할 수는 없다. 우리나라의 경우는 대부분의 선로는 교류이며, 전라남도 해남과 제주도에는 직류송전선이 있다.

송전의 물리적 특성송전선에 추가하여 송전시스템은 변압기, 개폐소 및 송전변전소를 포함한다. 발전기 밖에 개폐소가 위치해 있고, 이곳에서 변압기는 발전기가 발전한 전압을 송전시스템 전압으로 승압한다. 개폐소는 발전기에서 송출되는 전력의 흐름을 조정하고 발전기와 송전망을 보호하는데 이용되는 개폐장치, 차단기, 모선 및 기타 보호장치 등으로 이루어진다. 변전소는 개폐기, 차단기 및 기타 보호장치, 필요시 각기 다른 인입 송전선 간의 전압을 조정하는 변압기를 포함한다. 송전시스템은 배전변전소에서 배전시스템으로 연결되며, 일반적으로 이곳에서부터 배전시스템이라 한다.송전망을 건설함에 있어 핵심적 고려사항은 송전용량에 관련된 자본과 운영비용을 최소화 하는 것이다. 용량은 주로 도체 크기와 전압에 의해 결정된다. 고압은 낮은 전류를 요구하므로 고압송전은 대규모 전력을 전송하는데 선호하는 방식이다. 이는 손실뿐 아니라 도체의 크기를 줄임으로써, 필요한 자본투자를 줄일 수 있다. 송전선은 일반적으로 지중케이블 혹은 부스바가 사용되는 밀집도시 지역을 제외하고는 가공(공중에 매달음)으로 설치된다.1961년 한전 창립 당시의 최대 송전전압은 154kV이고(66kV 1923년, 154kV 1935년), 1970년 초반부터 1976년대에 345kV 시스템이 건설되었다. 그리고 2000년 초기 745kV 같은 고압선로가 송전시스템에 추가되었다. 송전선의 건설은 대규모 용량의 송전선을 건설하는 것이 경제적이므로 일반적으로 대규모로 이루어진다.1980년대 말까지(30년간의 대규모 건설 이후), 우리는 주요한 새로운 건설이 더 이상 요구되지 않는 시점에 이르렀다. 사실, 일부 지역에서는 잉여 송전용량도 있었다. 전력수요 증가의 감소와 기존 송전선을 보다 효과적으로 사용하는 새로운 기술 혁신에 따라 이러한 상황에서 전력산업계는 1990년대에 걸쳐 송전 투자를 최소화하고 이미 투자된 설비를 최대한 이용할 수 있었다. 그러나 2003년 미국의 대정전 같은 사태로 말미암아 최근에는 많은 사람들이 송전망의 주요한 개선을 요구하고 있다.우리나라의 경우는 전국이 단일 송전망으로 구성되어 운영되고 있지만 미국의 전력회사의 경우는 신뢰도와 공급비용 공유를 목적으로 자신의 송전망을 연계하여 왔다. 미국의 송전시스템은 3개의 지역망 즉, 동부연계, 서부연계와 텍사스연계로 발전하였다. 이러한 3개의 지역망과 캐나다의 퀘벡주망은 미국 전역과 캐나다의 대부분 및 멕시코의 국경지역을 포괄하고 있다.송전시스템의 운영 및 설계송전시스템의 운영은 온전히 소비자 수요 및 발전자원의 운영과 직결된다. 그래서 발전기와 송전시스템이 소비자 수요에 효과적으로 응답하려면 두 가지를 전체적 관점에서 운영하여야 한다. 이러한 기능은 계통운영이라 불린다.계통운영의 중요한 기능은 전체 시스템에 해가 되지 않도록 허용용량 범위 내에서 송전시스템을 운영하는 것이다. 송전선의 이상적 송전용량은 세 가지 요인, 즉, 열적(전류)제한, 전압제약 및 계통운영제약에 의해 결정된다. 열적제한은 선로의 과열을 방지하기 위해 설정된 한도이다. 선로에는 저항으로 인하여 열의 생성을 초래한다. 주어진 선로의 온도는 전류흐름과 온도와 풍속(열의 공기 중 방출에 영향을 미침) 등과 같은 여러 요인에 의해 결정된다. 이러한 요인들은 송전선의 과열을 초래할 수 있고, 이로 인해 송전선이 처지거나(수목 혹은 다른 도체와 접촉하거나 잠재적으로 단락을 초래) 영구적인 손상을 받을 수 있기 때문에 위험하다. 송전선이 과열되지 않도록 보장하기 위해 계통운영자는 시스템에 열적한도를 설정한다. 전압제약은 특정한 선로에 발생할 수 있는 전압의 한도를 제한한다. 과전압은 회로단락, 전파장애 혹은 송전선 혹은 소비자 전기장치에 손상을 초래할 수 있다. 마지막으로 계통운영제약은 송전 및 배전망을 통해 흐르는 전력의 흐름을 조정할 필요에 의해 가해지는 제약이다. 특정 선로에 너무 많은 전력이 흐르면 이를 분산시켜야할 필요가 있으며 이는 송전망의 안정적인 운영에 장애요인이 될 수 있기 때문이다.송전시스템의 송전 능력과 발전 자원의 조합에 의해서 그 지역의 공급가능 신뢰도가 결정된다. 역사적으로 볼 때 송전 및 발전 자원은 수직통합 전력회사에 의해 전체적으로 계획, 건설, 운영되었다. 미국의 경우 전력산업 구조개편으로 이행함에 따라 수직통합 전력회사의 해체로 이어지고 송전시스템의 운영 및 계획은 발전부문 및 배전부문과 독립되어 독립계통운영자(ISO)가 운영을 담당하게 되었다. ISO와 규제기관은 발전설비의 증감이 수요증가와 연계된 종합적인 계획에 의하기 보다는 시장상황을 기준으로 이루어지는 시장 환경 하에서도 충분한 송전설비가 제공되도록 하기 위한 새로운 제도를 개발하기 위해 힘쓰고 있다.송전시스템 비용송전서비스와 관련 있는 비용 중 대규모 비용은 선로를 건설하기 위한 초기 자본비용이다. 보다 적은 비용은 선로를 신뢰성 있게 운영하기 위한 연례적인 유지보수 비용이다. 미국의 경우 송전선을 건설하는 비용은 저압(115kV) 마일당 약 13만 달러에서, 고압(230kV) 마일당 50만 달러, 초고압(345kV 이상) 마일당 1백만 달러까지 다양하다. 비용을 고려할 때 각 선로의 용량 또한 중요한 요인이다. 지중송전은 매우 고가이며, 흔히 가공선에 비하여 마일당 10배가 소요된다.송전소유권미국의 경우 전력산업 구조개편이 시행되기 전까지의 송전선은 수직통합전력회사 혹은 연방전력청에서 소유하였다. 구조개편으로 전력시장이 발전함에 따라 일부 전력회사들은 더 이상 송전선을 소유할 의미가 없다고 결론짓고 송전회사에(transco라고도 함) 매각하였다. Transco는 송전설비의 단독적인 소유 및 운영자다. 많은 전력산업 전문가는 시간이 경과함에 따라 Transco에서 주도적으로 송전 소유권과 운영을 담당하는 시장구조로 발전해가리라고 예상하고 있다. 이는 구조면에서 현재의 미국 주(州)간 천연가스 수송시스템과 유사하다. (투자자 소유 회사들이 주(州)간 파이프라인을 별도의 독자적인 사업으로 소유, 운영함.)송전건설의 이슈대부분 전문가는 전력인프라는 상당한 주의가 필요하다는데 동의한다. 그러나 여전히 새로운 송전설비의 건설은 어렵다. 이는 주민의 반대, 규제이슈 및 재정적 불확실 등 여러 요인들 때문이다. 새로운 송전선에 대한 주민의 관심은 토지사용 이슈, 재산권의 영향, 환경이슈 및 전자장(EMF) 위험 등이다. 새로운 송전선로의 입지는 건설을 반대하는 토지 소유주의 토지에 강제적으로 송전선을 횡단시킬 수 있는 강제규정이 없기 때문에 더욱 확보가 어렵게 되었다. 송전설비 건설의 피해 영향은 일부지역에 한하나 혜택은 광역으로 받는 경우라도 해당 지역의 반대를 극복하기가 어렵다.규제적 이슈도 역시 새로운 송전건설을 저해하는데 작용한다. 미국의 경우 수직통합전력회사의 일부분인 송전선은 주에 의해 규제되는 한편, 도매거래를 위한 송전선은 FERC에 의해 규제된다. 미국에서 규제와 시장구조가 진화함에 따라 송전자산의 소유자는 미래의 법률이 어떻게 투자보수를 허용할지 그리고 어떤 보수율을 허용할지 등의 중대한 불확실성에 노출되어 있다. 이러한 불확실성은 과거 수직통합 전력회사 체제에서 가능했던 규제적 요금회수 보호를 더 이상 받을 수 없게 하여 송전소유자로 하여금 새로운 프로젝트에 투자하기를 어렵게 만든다. 이는 미래 송전 건설자들에게 송전설비투자 대신 보다 신뢰할 수 있는 투자처를 찾도록 하는 결과를 초래하고 있다.미국 송전시스템의 현재 상태

역사적으로 미국에서 새로운 송전설비건설 지출은 전력수요 및 발전용량 증가에 맞춰 증설하여 왔다. 최근의 송전투자는 수요증가 혹은 발전설비 건설 성장에 따라가지 못하였다. 시장구조로 이동하는 지역에서는 전통적인 통합 발전, 송전 계획은 없어졌다. 구조개편은 의도하지 않은 송전망의 사용증가, 즉 경쟁적인 도매시장은 보다 넓은 지역간의 전기 이동을 초래했다. 이런 불가피한 결과에 따라 송전운영자는 송전 혼잡 처리문제를 통하여 송전망을 관리하기 위해서는 송전망이 충분해야 하며 이를 위해서는 설비증가가 필요함을 부각시켰다. 계통운영자는 송전설비 고장시 송전과부하해소(TLR) 절차를 시행하는데 이러한 고장건수의 증가수치가 송전설비 증가의 필요성을 나타내는 좋은 지표라 할 수 있다. (TLR 고장이란 신뢰도 조정자가 잠재적 혹은 실질적 송전설비 운영한계위반을 완화하기 위해 취하는 제반 조치가 포함되는 고장을 의미한다.) 현재의 송전망은 점증하는 전력수요에 대한 송전서비스를 하기에 불충분하다는 결론에 도달한다. 불행히도 전통적인 송전선 건설자{수직독점 전력회사(공익기업)}는 건설의 어려움과 비용회수의 불확실성을 감안하여 선로 건설허가를 받지 않으려 한다. 비공익적인 민간회사에 의해 지원되는 상업 송전 프로젝트는 최근에 등장했으며, 이는 송전선이 건설되는 보다 좋은 방법이 될 수 있을 것이다. 그러나 새로운 Transco는 앞에 언급한 송전선 건설에 따른 동일한 불확실성에 직면하고 있으며 이로 인해 건설 허가와 프로젝트 비용조달 문제를 여전히 어렵게 만들고 있다. 이와 같은 송전은 불확실성이 많은 전력 산업의 한 영역이다. 사실, 우리는 신규 송전건설을 볼 수 없을 수도 있다. 송전시스템의 중대한 성능개선을 위해서는 보다 많은 전력을 수송하기 위해 기존 선로를 개선하는 새로운 기술의 상업화를 기다리는 것이 좋을지도 모르겠다.<자료제공_전력거래소>

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