HVDC 해저케이블 기술과 시공 도전과제 – 동해안 연계 사례 포함

목차

1. 해저케이블과 HVDC 기술의 융합

2. HVDC 해저케이블의 구조와 설계 특징

3. 해저 HVDC 케이블 vs 교류 케이블 - 기술 비교

4. 해저케이블 시공의 주요 기술과정

5. 시공에서의 기술적 도전과제

6. 동해안 연계 HVDC 해저케이블 사례 - 한국형 모델

7. 국내 기술 기업 및 공급망 현황

 

1. 해저케이블과 HVDC 기술의 융합

HVDC(High Voltage Direct Current)는 초고압 직류 송전 시스템으로, 특히 장거리 해저 송전에서 기존 교류(AC) 방식보다 우수한 효율을 보여줍니다.
해상풍력, 섬 지역 전력공급, 국가 간 전력망 연계 등에서 HVDC 시스템과 해저케이블의 결합은 필수 요소입니다.

 

HVDC 해저케이블 기술

 

해저케이블은 지상 케이블과 달리 고압 절연, 내수압, 유연성, 기계적 강도 등의 까다로운 조건을 동시에 만족해야 하며, 케이블 제조 기술력, 해양 시공 기술, 계통 연계 설계 역량이 복합적으로 요구됩니다.

2. HVDC 해저케이블의 구조와 설계 특징

HVDC 해저케이블은 일반적으로 동심 구조의 단도체형(단극식) 또는 복도체형(쌍극식)으로 설계됩니다.
기본 구조는 다음과 같은 6가지 주요 층으로 이루어져 있습니다:

1. 도체(Core Conductor) – 구리 또는 알루미늄, 대전류 처리
2. 절연층(Insulation Layer) – XLPE(가교폴리에틸렌) 또는 MI(무기절연)
3. 금속 차폐층(Metallic Screen) – 유도전류 차단 및 접지 보호
4. 기계 보호층(Sheath + Armoring) – 수압·충격·굽힘 대응
5. 외피(Outer Jacket) – 내해수성, 절연력 유지
6. 광섬유 내장(Optional) – 온도·전류 모니터링용 센서 내장

특히 최근에는 HVDC XLPE 절연 해저케이블이 산업 표준으로 자리 잡고 있으며,
절연 내압은 보통 ±320kV~±525kV 이상까지 설계되고 있습니다.

 

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3. 해저 HVDC 케이블 vs 교류 케이블 – 기술 비교

HVDC 해저케이블은 교류 방식과 비교했을 때 다음과 같은 기술적 장점이 있습니다:

구분HVDC, 케이블HVAC, 케이블

 

송전 손실	매우 낮음 (거리 무관)	리액턴스에 따른 손실 증가
케이블 수량	2~3가닥 (직류 쌍극식 기준)	3상(삼상) 필요
절연 구조	두꺼운 절연 필요	반응성 제어 회로 필요
최대 거리	1000km 이상	50~100km 이내 권장
제어 유연성	우수 (전력 방향 제어)	제한적

 

즉, 장거리 송전 + 해저 설치라는 복합 조건에서는 HVDC 케이블이 구조적·전기적 우위를 가집니다.

 

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4. 해저케이블 시공의 주요 기술과정

HVDC 해저케이블 시공은 전통적인 전력 설비 공사와는 차원이 다릅니다.
수심, 조류, 해저지질, 경로 길이에 따라 다음과 같은 전문 공정이 필요합니다:

1. 해저지형 및 지질조사 (Submarine Survey)
   • 초음파/음파탐지기, 자력탐지기 등 활용
   • 암반, 퇴적층, 해양 생태계 고려
2. 해저 경로 엔지니어링 (Route Design)
   • 직선 경로, 굴곡부 반경 계산
   • 매설 깊이, 굴착 방식 설계
3. 케이블 선적 및 포설 (Cable Laying)
   • 수백 km 케이블을 전용 바지선에 적재
   • 선박 이동 속도, 케이블 장력 제어 자동화
4. 매설 작업 (Burial or Protection)
   • 해저 트렌처(Trencher) 또는 플라우(Plough) 이용
   • 연약 지반은 매립 방식, 암반은 덕트 설치
5. 종단 접속 및 계통 연결 (Jointing & Termination)
   • 변환소와 케이블 간 고전압 접속 설비 필요
   • 수중 접속은 자동화 장비 또는 수중 로봇 활용

 

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5. 시공에서의 기술적 도전과제

해저 HVDC 케이블 시공은 높은 기술력을 요구하며, 다음과 같은 도전 과제를 내포합니다:

• 해저 암반 구간 대응
  : 물리적 굴착이 어렵고 매설 깊이 확보 곤란
• 조류 및 파랑의 영향
  : 케이블 포설 중 선박 위치 유지 곤란 (DP 시스템 필요)
• 장거리 포설에 따른 장력 제어
  : 케이블 파손 방지 위한 실시간 인장력 모니터링 필수
• 해양 환경 규제
  : 해양 생태계 보호법, 어업권 충돌, 환경영향평가 대응
• 열 관리 및 냉각 이슈
  : 해저에서는 공랭 불가 → 케이블 구조 자체의 방열 능력 필요

이처럼 단순 시공이 아닌 정밀 공학과 복합 법규 대응력이 동시에 필요한 영역입니다.

 

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6. 동해안 연계 HVDC 해저케이블 사례 – 한국형 모델

(1) 제주~해남 HVDC 프로젝트

• 대한민국 최초의 대형 HVDC 해저 연계 사례
• 약 101km, ±250kV HVDC 해저케이블 적용
• LCC 기반 시스템 + XLPE 절연 케이블

(2) 제2 제주 HVDC 연계망 (추진 중)

• VSC 기반 기술 적용
• 국내 최초 수심 변화 큰 해저구간 대응 설계
• LS ELECTRIC, 효성중공업, KAPES 참여

(3) 울산~포항 해상풍력 HVDC 계획

• 부유식 해상풍력 전력 → 동해안 변환소 연결
• 해상 변환소 + 해저 VSC-HVDC 케이블 기술 검토
• 예비 타당성 평가 및 해양 기초조사 진행 중

이러한 사례들은 한국의 **지형적 조건(섬과 산이 많고 해안선이 길다)**을 반영한 HVDC 해저케이블 기술의 국산화 가능성을 보여줍니다.

 

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7. 국내 기술 기업 및 공급망 현황

HVDC 해저케이블과 관련한 국내 주요 기업은 다음과 같습니다:

기업, 역할, 특징

 

LS전선	해저케이블 제조	국내 유일 HVDC 해저케이블 양산 가능
LS ELECTRIC	VSC 컨버터 개발	변환소 설계·제조 역량 보유
효성중공업	전력기기 공급	절연체·차폐구조 기술 보유
현대건설	해양 시공	EPC Turn-Key 대응 가능
한국전력	발주 및 운용	KAPES 통해 글로벌 기술 연계

 

또한, 국내는 아직 해저 HVDC 전문 시공 선박이 부족하다는 한계가 있으며,
해외 기업(노르웨이 Nexans, 스웨덴 NKT, 일본 Sumitomo 등)과 협력 또는 기술 이전이 일부 진행 중입니다.

결론

해저 HVDC 케이블은 기술과 전략의 융합지점

HVDC 해저케이블은 단순한 전기 기술이 아니라 해양공학, 환경과학, 에너지정책, 소재공학의 종합 산업입니다.
기술력은 물론, 해상 시공 노하우와 제도적 기반이 함께 마련되어야 안정적인 구축이 가능합니다.

앞으로 한국이 해상풍력, 도서지역 전력, 동해안 송전 최적화를 추진하기 위해서는 국산 HVDC 해저케이블 기술 내재화, 전용 시공 인프라 확보, 지자체-중앙정부-민간 협력체계 강화가 필요합니다.

이는 국내 산업계에 있어 초고부가가치 EPC 시장 진입 기회일 뿐만 아니라, 국가 에너지 안보와 재생에너지 실현을 위한 필수 전략 자산이 될 것입니다.