한국전기연구원 권익수 박사팀, ‘열·전기·기계적 복합 시험평가 플랫폼’ 세계최초 개발

육지보다 훨씬 가혹한 바닷속 조건에서 전력케이블의 장기 신뢰성 확보 기대

[일요신문] 한국전기연구원(KERI) 전력케이블연구센터 권익수 박사팀이 해상풍력용 해저 전력케이블의 장기 신뢰성을 검증할 수 있는 새로운 평가 플랫폼을 개발했다.

KERI가 해상풍력용 해저 전력케이블의 장기 신뢰성을 확인하는 ‘열-전기-기계적 복합 시험평가 플랫폼’을 세계최초로 개발했다. 사진=한국전기연구원 제공

에너지 고속도로 구축 및 탄소중립 실현을 위해 신재생에너지는 필수적이며, 그 중에서도 경제성과 효율이 높은 해상풍력 발전이 많은 관심을 받고 있다. 해상풍력은 육지와는 다른 환경에서 진행되기 때문에 전력케이블의 성능 검증이 무엇보다 중요하다.

기존 케이블은 전력구(통로), 관로, 직매(매설) 등의 방식으로 설치돼 물리적인 움직임이 거의 없고, 기계적 스트레스가 발생하지 않는다. 하지만 바닷속의 해상풍력용 전력케이블은 해류로 인한 기계적 스트레스를 크게 받아 장기적인 신뢰성을 확보하는 것이 핵심이다.

현재 전력케이블의 표준 시험은 먼저 전기·열 스트레스를 동시에 케이블에 인가해 평가하고, 그 다음에 기계적 스트레스를 인가해 여전히 성능이 유효한지 확인하는 일명 ‘순차적 방식’으로 진행되고 있다. 그러나 권익수 박사팀은 이 방식만으로는 해상풍력 분야에 적용하기에 신뢰성이 부족하다는 판단을 내렸고, 오랜 노력 끝에 열·전기·기계적 스트레스 결과를 한 번에 복합적으로 평가하는 신기술을 제안했다.

권익수 박사(왼쪽)를 비롯한 KERI 전력케이블연구센터 박사들. 사진=한국전기연구원 제공

세 가지 스트레스를 동시에 인가하기 위해서는 기존 장비와는 전혀 다른 구조 설계가 필요했다. 특히 높은 전압과 기계적 하중이 함께 작용하는 환경에서 안전하고, 안정적인 지지 구조를 구현하는 문제, 그리고 복합적인 스트레스가 가해지는 상태에서 다수의 센서를 여러 지점에 정확하게 부착 및 계측하는 정밀 측정 기술의 확보 등 여러 난제를 해결해야 했다.

이에 KERI는 실제 해상 환경을 모의하고, 전력케이블에 복합적인 환경을 인위적으로 구현해 성능을 평가할 수 있는 새로운 기법을 개발했다. 연구팀은 여러 가지 아이디어를 시험 회로에 반영하면서 전력케이블에 대한 수많은 사전 시험 및 시행착오를 거쳤다.

그 결과 전기·열·기계적 스트레스를 동시에 인가해 기존 시험법으로는 확인하기 어려웠던 전력케이블의 장기 신뢰성과 안전성을 더욱 정확하게 검증하는 데 성공했다.

KERI 연구진이 '열-전기-기계적 복합 시험평가 플랫폼'을 이용해 해상풍력용 해저 전력케이블의 장기 신뢰성을 확인하고 있다. 사진=한국전기연구원 제공

KERI 권익수 박사는 “바다는 육지보다 더욱 까다롭고, 변수가 많은 환경이기 때문에 해저 전력케이블에 대한 성능 평가 기준이 더욱 엄격해야 한다”며 “우리의 성과는 기존에 없던 새로운 시험 평가 플랫폼을 고안한 것으로, 세계 최초의 사례”라고 전했다.

기술과 관련한 국외 특허까지 확보한 KERI는 다양한 해역 조건과 케이블 종류에 걸친 시뮬레이션을 통해 데이터를 체계적으로 확보하고, 평가 기술의 논리성과 실효성을 더욱 높여 나간다는 계획이다. 궁극적으로는 탄소중립 시대를 맞아 KERI 기술이 해상풍력용 해저 전력케이블 분야에서의 새로운 표준 시험평가 방법으로 제정될 수 있도록 만든다는 목표다.

한편 KERI는 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. 이번 연구는 산업부 신재생에너지핵심 기술개발사업(풍력)으로 진행됐다. 

정동욱 부산/경남 기자 [e-mail]