전기전자/정보통신

미쓰비시전기기보_2020.11 권두언 (p1)

수배전 시스템의 최신기술
[권두언] 시대의 요청에 부응하는 수배전 시스템과 절연재료∙전류차단기술
도쿄대학대학원 공학계연구과 전기계공학전공 구마다 아키코(熊田 亜紀子) 교수

전력 전송에서는 전기가 흘렀으면 하는 ‘시간’ ‘장소’에서 확실하게 흐르는 것이 요구된다. 고전압 절연 기술과 전류차단 기술은 이러한 전력 전송의 기반 기술이다. 고전압 절연 기술과 전류차단 기술의 (주로 일본에서의) 개발은, 전력계통의 송전 전압의 상승과 함께 발을 맞추며 비약적으로 발전해 왔다.

1990년대 중반에 확립된, 교류에 의한 UHV(Ultra High Voltage) 송전 기술은 그 금자탑이라고도 할 수 있다. 1990년대에 들어서자, 버블 경제 붕괴 후의 경기 침체와 인구 감소에 따른 전력 수요 포화의 영향으로 신규 설비 투자가 축소됐다. 또한 기기의 경년열화와 같은 시대 배경으로 인해 개발은 전력기기나 절연 재료의 가일층의 합리화, 고신뢰화, 환경 적합화로 이행해 왔다. 해외시장 개척에 있어서도 경쟁력을 확보할 만큼의 경제성 담보가 과제였던 것에도 기인한다.

이렇게 20년 전의 권두언에 쓰여있을 것 같은 문장으로 시작하는 것을 이해해 주기 바란다. 개인적인 이야기라서 미안하지만, 19년부터 전력시스템의 하드웨어에 관한 학부생용 강의도 본격적으로 담당하게 되었다. 학부생이라는 비교적 초보 학습자를 위한 강의는, 일단 전력시스템의 기반 기술인 고전압 절연 기술과 전류차단 기술의 의의, 그리고 고전압 삼상 교류에 의한 송전이라는 전력시스템의 골격을 가르치기 때문에, 위의 도입부와 같은 내용부터 시작하게 된다. 나 나름대로 강의자료를 업데이트하고 있지만 담당하고 있는 다른 강의(방전물리나 유전체재료)와 달리, 이 전력시스템 강의는 가르쳐야 할 내용의 핵심이 최근 몇 년 사이에 크게 변하고 있는 것을 피부로 느끼고 있다.

2000년대 이후에는 서서히 선진국으로부터 ‘환경 적합성’이 키워드로 등장하게 된다. 엘 고어 전 미국 부통령이 주연한 다큐멘터리 영화 ‘불편한 진실’이 제작된 것은 2006년이다. 또한 1997년의 COP(Conference of the Parties)3에서 의결된 교토의정서가 발효된 것이 2005년, 일본에서 태양광발전의 과잉 전력 매입이 시작된 것이 2009년, 개정 FIT(Feed-In Tariff, 발전차액지원제도)법이 발효된 것이 2012년이다.

이와 같은 시책의 효과로 일본의 전력 공급에서 차지하는 신에너지의 비율은 8%를 넘게 되었다. 환경 적합성이 높은 전원이 개발됨에 따라, 분산 전원을 갖는 수배전 시스템, 에너지 저장기술, 해상풍력발전시스템 등에 대한 직류 송변전, 데이터센터에 대한 직류 급전, 그리고 자려식 HVDC(High Voltage DC) 기술을 이용한 다단자 직류 송전 기술의 개발과, 전력 수송 및 저장 기술의 혁신∙개발이 진행되고 있다. 기존의 AC 송배전 네트워크에 DC 송배전 네트워크가 병존하는 시스템으로, 세계 각지의 전력시스템에서 100년 만의 패러다임 시프트가 지금 일어나고 있다.

그리고 앞에서 말한 전력 시스템에 관한 강의에서는, 전원 구성의 변화가 직류 기술의 복권 등 전력 수송 시스템에 이와 같은 영향을 미치고 있다는 내용의 ‘제2장’을 대폭 증강할 예정이다(2020년도는 온라인 강의에 대응하기 위해 강의자료는 처음부터 다시 만들었다).

이처럼 ‘직류의 복권, 환경 적합성’이라는 전력 시스템의 근간에 대전환이 일어나면, 당연히 그것을 구성하는 기기에는 전압 계급을 불문하고 새로운 수요가 생겨난다. 기계학습이나 AI(인공지능)로 대표되는 계산기 기술의 새로운 흐름이나 광계측 기술 등의 주변 기술을 ‘시즈(Seeds)’로서 반영, 기기 개발의 베이스가 되는 절연 기술이나 차단 기술의 연구 개발도 크게 발전하는 기회가 왔다고 생각한다.

또한 제조라인도 코로나19 사태의 영향으로 자동화∙무인화가 확대될 것이다. 강의자료에 새로운 절연 기술이나 차단 기술, 새로운 기기제조 기술 등의 ‘제3장’을 추가하기 위해 처음부터 다시 작성해야 할 날도 그리 멀지 않은 것 같다.

 -- 끝 --