B.1.2 외부망

정적 외부망 케이블 이미지 제공: JDR. 무단 전재 및 재배포 금지.

주요 정보

동적 외부망이 아직 검증되지 않았으므로 정적 외부망을 보유한 고정식 해상 변전소가 초기 부유식 프로젝트에 사용될 것으로 예상되며, 본 보고서에는 이 시나리오를 설명한다.

부유식 해상 변전소를 사용하는 부유식 해상 풍력발전단지의 경우, 외부망 동적 구간이 필요하다. 이는 해저에서 외부망을 연결하는 정적 길이 구간과 연결되어, 해상에서 해안까지 대부분의 케이블 거리를 커버한다.

육지에 도착한 직후, 해저 외부망은 양륙지점(Transition Joint Bay)에 있는 육상 외부망과 연결된다(자세한 내용은 I.3 참조). 육상 외부망은 양륙지점에서 육상 변전소로 연결된다. 육상 외부망은 단일심 케이블로 제조하여 설치되는데, 이는 개별적인 3개의 육상 케이블과 해저 3심 케이블을 연결한다는 의미이다.

고전압 교류 송전(HVAC) 외부망은 일반적으로 220kV로 정격화되어 있어 3심 해저 케이블당 약 300MW 송전이 가능하다. 미래의 풍력발전단지는 최대 275 kV의 높은 전압을 사용할 수 있을 것이다. 케이블 비용, 필요한 회로 수, 필요한 해상 변전소의 수와 균형에 맞는 전압을 선택한다. 풍력발전단지에는 이중화를 위해 두 개 이상의 외부망 회로가 있는 경우가 많다.

중전압 교류 송전(MVAC) 케이블은 해안 근처의 소규모 풍력발전단지의 송전용으로 사용한다. 따라서 향후 상업용 규모의 프로젝트에 사용할 가능성은 낮지만 MV 송전 케이블은 데모 프로젝트에 적합하다.

고전압 직류 송전(HVDC) 연결 장치는 일반적으로 1GW 이상의 설치 용량과 해안에서 멀리 떨어진 곳(일반적으로 80~100km)에 위치한 대규모 프로젝트를 연결하는 데 사용한다. 예를 들어, 이미 독일 해역에서 10개의 HVDC 변전소가 운영되고 있다. 규모가 크거나 해안에서 멀리 떨어진 부유식 프로젝트의 경우에도 HVDC 연결 장치를 사용할 것으로 예상된다.

HVDC는 장거리 HVAC 케이블에서 볼 수 있는 높은 수준의 무효 전력으로 인한 손실을 크게 줄여 연간 순 에너지 생산량을 증가시킨다. DC 시스템에는 무효 전력 흐름이 없고 전류가 사인파로 변동하지 않고 일정하게 흐르기 때문에 케이블 시스템의 전체 용량을 유효 전력을 전달하는 데 사용할 수 있다.

HVDC 변환기는 비용이 많이 들고 변전소 사이의 케이블 경로가 80~100km가 되어야만 HVDC 케이블 사용 이점이 비용을 넘어선다. 100km를 넘어서더라도 프로젝트별 고려 사항으로 인해 HVAC와 HVDC 중에서 최종 결정이 복잡해질 수 있다. 기술이 새롭게 등장함에 다라 HVDC 비용은 꾸준히 줄어들고 있다.

해저 HVAC 외부망 케이블은 3심 설계인 반면, 일반적인 해저 HVDC 시스템은 양극 및 음극 각각에 1개의 단일심 케이블이 있는 양극성 설계 형태를 띄고 있다. 동일한 용량의 경우, HVDC 케이블은 더 가볍고 설치가 용이하기에 비용면에서 이점이 있다. 이는 전압 최대값을 일정하게 유지하기 때문이며(교류때와는 달리 평균값이 낮아지지 않음) 무효 전력이 없어서 케이블 전체 용량을 확보할 수 있기 때문이다. 그 결과, HVDC 해상 풍력발전단지의 전체 외부망 비용은 일반적으로 HVAC 풍력발전단지의 비용보다 낮다.

영국의 첫 번째 상업용 규모의 HVDC 프로젝트인 고정식 Dogger Bank 프로젝트는 320kV 외부망을 사용하고 있다. 단일심 320kV 케이블 한 쌍은 한 쌍당 최대 1,200MW를 송전할 수 있다. 시간이 지나면 더 큰 규모의 프로젝트에서 전압이 525 kV로 증가할 수 있다.

정적 220kV 3심 구리 AC 외부망 케이블 하나의 질량은 약 110kg/m이다.

정적 320kV 단일심 구리 DC 외부망 케이블 두 개의 질량은 약 80kg/m이다.

HV 동적 외부망 케이블은 아직 활용할 수 없지만 업계의 연구 대상이다.

일부 케이블 제조업체는 자체 케이블 설치 장비와 선박(자세한 내용은 I.2 참조)를 보유하고 있으며 일반적으로 외부망 케이블 EPCI 패키지를 주도한다.

구성 요소