초고압 변압기 및 차단기 Compact화를 통해 원가경쟁력 강화
● 연구개발 성과 및 테마
회사소개
효성 중공업연구소는 1978년 설립된 이래 국내최초의 765kV초고압 변압기개발, 800kV GIS(Gas Insulation Switchgear)개발을 통해 국내의 전력산업 기술을 선도해오고 있습니다.
최근 신재생에너지 증가와 전력수요의 증대 및 전력계통의 DC Grid화와 같은 전력산업의 환경변화에 대응하기 위해 전통적인 AC전력기기의 가격경쟁력을 확보하고, ESS, HVDC 및 Power Conditioning System(PCS) 등의 전력전자 기술개발에 박차를 가하고 있습니다.
2014년 주요 연구개발 성과
초고압 변압기의 권선온도를 정확하게 예측하는 것은 과설계를 방지하여 가격경쟁력을 확보할 수 있고, 과소설계에 따른 제품신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있습니다.
2014년에 효성은 오픈소스를 활용하여 변압기 권선온도를 예측할 수 있는 자체프로그램을 개발완료하였으며, 상용툴과 유사한 수준의 성능을 확보하였습니다.
또한 차단기 동작특성 해석프로그램을 자체적으로 개발하고 차단시 발생하는 물리적현상을 예측함으로써 차단기의Compact화, 저조작력화 형태의 제품개발에 적용하고 있습니다.
이런 업무에 통상 사용하는 상용 프로그램의 경우 초고압 변압기와 차단기에 특화되지 않았기 때문에 보다 정밀한 해석을 원하는 경우에 사용하기가 어렵습니다.
효성 중공업연구소는 정밀해석을 할 수 있는 자체프로그램의 확보로 보다 정밀한 해석을 통해 제품개발의 속도를 높일 수 있는 기반을 마련했습니다.
ESS는 사용목적에 따라 수요반응용, 신재생 연계용, Off-Grid용 및 주파수 조정용의4가지 용도로 사용됩니다.
효성 중공업연구소는2013년까지 수요반응용 ESS를 개발완료하였고, 2014년에는 국가과제를 통해 제주 조천변전소에 신재생 연계용ESS를 구축하여 Power Management System(PMS)와 PCS기술을 확보하였습니다.
이를 바탕으로 제주 가파도와 전남 가사도에 Off-Grid용 ESS를 설치, 시운전을 완료하였습니다.
해상풍력연계, 전력망 사이의 분리나 연결을 위해 유망한 기술로 대두되고있는 MMC방식 전압형 HVDC의 개발을 위해 효성 중공업 연구소는 2012년부터 국가과제로 해상풍력 연계용 20MW급전압형 HVDC 개발에 착수하였으며, 2014년에는 국내최초로 단상시스템과 제어시스템의 개발에 성공하였습니다.
최근 환경변화 및 전망
차세대전력망인 Smart Grid 시장은 아직은 초기형성단계로 정부의 정책적지원을 통해 보급단계에 있으며, 기존의 전력산업
을 구성하는 전력회사, 전력기기회사, 엔지니어링회사 이외에 건설, IT, 자동차산업 등이 새로이 참여하여 새로운 생태계의 구축을 위해 협력과 경쟁을 하고 있습니다.
신재생에너지와 마찬가지로 장기간동안 정부의 보조를 통해 인프라를 구축해야 하기 때문에 각국 정부는 적극적으로 지원정책을 만들어 자국산업이 빠르게 성장할 수 있도록 지원하고 있습니다.
한국의 경우 전정부에서는 Smart Grid구축을 신성장동력으로 추진하였고, 현정부에서는 에너지신사업정책을 통해 공급중심에서 수요중심으로 전력수급패러다임의 변화를 추구하고 있습니다.
이에 따라 수요관리시장을 개설하였으며, ESS는 수요반응용으로 적용될 수 있기 때문에 에너지신산업의 주요사업으로 선정되어 설치와 실증이 급격히 늘어나고 있습니다.
전력망의 DC화는 대용량 장거리송전에서부터 시작되어 전류형 HVDC가 먼저 적용되었습니다.
그러나MMC 방식의HVDC 개발을 통해 전압형의 손실이 급격히 낮아져 전류형과 유사한 수준이 되었고, ABB의 525kV XLPE 케이블개발을 통해 시스템한계용량이2GW급까지 향상됨으로써 전류형에서 전압형으로의 시장변화가 빠르게 진행되고 있습니다.
2015년 연구개발 계획 및 전략
2015년에 효성은 초고압 변압기 및 차단기의 Compact화를 통해 원가경쟁력을 강화하고자 합니다.
Compact화를 실현하기 위해서는 열유동, 구조진동, 전자계 및 재료와 관련한 요소기술을 확보하여 초고압 변압기의 운송중량저감을 달성하고 차단기의 복합소호, 외함주물, Layout 최적화를 통해 선진사를 뛰어넘는 세계최소사이즈의 차단기를 개발하고자 합니다.
ESS의 경우 2014년에 시작한 주파수 조정용 ESS의 개발을 완료하고 여수 호남화력에 설치하여제품신뢰성을 확보하고자 합니다.
이를 바탕으로 한전 및 미국 주파수 조정시장에 진출할 예정입니다.
HVDC는 2015년에 20MW급 전압형 3상 컨버터시스템을 개발완료할 것이며, 제주 한경풍력단지와 계통연계시험을 통해 신뢰성 및 레퍼런스를 확보하여 전압형 HVDC의 상용화기반을 마련하고자 합니다.
전력계통의 안정화 목적으로 사용되는 STATCOM은 Pulse Width Modulation(PWM) 방식에서MMC방식으로 기술이 발전하고 있습니다.
국내유일의 STATCOM 공급업체로서 효성은 지금까지 PWM 방식으로는 수주를 하였으나 2015년에는 MMC방식의 STATCOM을 개발하여 국내외 전력계통안정화에 적용할 예정입니다.
업무개선 활동 및 선진화 계획
효성 중공업연구소는 과제기획, 수행 및 사업화를 담당하는 제품연구팀과 제품개발에 필요한 전문기술들을 전담하는 기술팀의 유기적협조로 연구개발과제를 수행하는 ‘매트릭스’구조를 운영하고 있습니다.
이 두조직이 효과적으로 업무를 수행하기 위해서는 시스템엔지니어링 프로세스가 필요하며, 효성 중공업연구소는 2012년도입된 매트릭스조직운영을 통해 많은 제품들이 경쟁력있게 개발이 되면서 동시에 연구자들의 전문역량이 향상되는 성과를 보고 있습니다.
전문기술그룹들은 연구소뿐 아니라 사업부의 부족 기술의 지원, 하자발생시 Troubleshooting 등의 업무도 담당하여 효성 제품의 품질 및 신뢰성향상에도 큰역할을 하고 있습니다.
연구원의 R&D역량강화를 도모하고자 2012년부터 ‘GTE’(Global Technology Expert)프로그램을 추진하고 있습니다. 2014년에는 연구원들의 CDP(Career Development Program) 면담을 실시하여 연구소장, 기술그룹의 리더, 기술경영 및 기술방법론 멘토와 연구원이 자신의 기술역량 향상방안과 진로에 대해 논의함으로써 연구원의 Career Path를 올바르게 설정하는 데 도움을 주고 있습니다.
당부 및 각오
최근에 풍력발전은 계획이 계속 지연되어 국내기업들이 속속 사업을 철수하고 있으며 발전사들은 신재생에너지의 무발전량을 충족하지 못해 매년 엄청난 과징금을 부과받고 있습니다.
한때 신성 장동력으로 각광받아 너도나도 뛰어들었던 스마트그리드는 이제 모든 기업들에게 애물단지가 되어가고 있습니다.
반면에 각국은 Smart Grid에서 앞서나가기 위해서 차근차근히 준비를 거쳐 확산을 추진해나가고 있습니다. 아직도 기회는 충분히 있습니다.
한국은 신뢰성이 높은 전력망을 보유하고 있고 Smart Grid에 필수적인 IT기술에 있어서 세계 톱수준입니다.
따라서 이둘을 효과적으로 융합한다면 세계를 선도할 수 있을 것입니다. 이렇게 되면 국내기업은 자연스럽게 글로벌시장에서 최고의 경쟁력을 확보 할 수 있게 될 것입니다.