HVDC vs HVAC 송전비용 비교 – 경제성 분석 시뮬레이션

목차

1. 기술 개요 - HVAC vs HVDC의 구조 차이

2. 비용 항목의 세부 구분

3. 시뮬레이션 조건 설정

4. 시나리오별 총비용 분석 결과

5. 경제성 분석 해석

6. 환경 비용과 사회적 가치 고려

7. 주요 적용 사례 - HVDC의 경제성 입증 현장

 

서론

송전 기술 선택은 경제성에서 결정된다

초고압 전력 송전 기술에는 두 가지 주요 방식이 존재합니다:
HVAC (High Voltage Alternating Current)와 HVDC (High Voltage Direct Current). 오랜 기간 HVAC는 세계 대부분의 전력망을 구성해 왔지만, 송전 거리, 전력 손실, 건설 비용, 유지비용, 계통 안정성 등 여러 요소를 고려하면 HVDC가 더 경제적인 경우도 많습니다.

 

HVDC vs HVAC

 

본 글에서는 HVDC와 HVAC의 송전비용을 정량적으로 비교하며, 어떤 조건에서 어떤 방식이 더 유리한지를 경제성 분석 시뮬레이션 기반으로 설명합니다.

1. 기술 개요 – HVAC vs HVDC의 구조 차이

HVAC 송전

• 교류 전력을 고전압으로 승압하여 장거리 송전 후 다시 강압
• 트랜스포머를 통한 전압 조절이 용이
• 리액턴스(유도 리액턴스, 정전 용량)에 따른 손실 증가
• 송전선로가 긴 경우 코로나 손실, 역률 저하 문제

HVDC 송전

• 교류 → 직류로 변환 후 장거리 송전, 수신지에서 다시 교류로 역변환
• 변환소 설치 필요 (초기 투자 비용 높음)
• 전선 수량 절감, 전력 손실 최소화
• 장거리·해저·지중 송전에 유리

 

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2. 비용 항목의 세부 구분

송전방식의 경제성을 분석할 때는 단순 건설비 외에도 다양한 항목이 반영됩니다.

항목. 설명, HVAC, HVDC

 

초기 인프라 비용	케이블, 타워, 변압기, 토목공사 등	중간	높음
컨버터/변압기	전압 변환 및 안정화 장비	낮음	매우 높음
송전선 비용	1km당 선로 구축비용	높음 (3상)	낮음 (1~2극)
손실 비용	연간 전력 손실에 따른 운영비	높음	낮음
유지보수	고장 대비 및 필터 교체	높음	중간
토지 및 경로 비용	부지 확보, 인허가 등	중간	낮음 (지중 가능)

 

이처럼 HVDC는 초기 설비비가 크지만, 운영비와 손실이 낮아 장기적 ROI가 뛰어난 구조입니다.

 

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3. 시뮬레이션 조건 설정

이번 비교를 위해 가정한 기본 시뮬레이션 조건은 다음과 같습니다:

• 송전 거리: 600km / 1000km / 1500km
• 송전 용량: 1000MW
• 송전 형태: 육상 지상 송전
• 환산 기간: 30년 운영
• 단위 전력단가: 130원/kWh
• 할인율: 5%
• 기술 방식: HVAC(400kV) vs HVDC(±500kV)

단가는 국제 표준 데이터를 기반으로 하되, 한국 원가구조와 유사하게 보정하여 적용하였습니다.

4. 시나리오별 총비용 분석 결과

거리, 송전방식초기, 투자비(억원)연간, 손실비용(억원)30년, 총비용(억원)

 

600km	HVAC	6,500	320	15,100
600km	HVDC	9,200	170	14,300
1000km	HVAC	9,800	560	24,600
1000km	HVDC	10,200	280	18,600
1500km	HVAC	14,000	870	35,100
1500km	HVDC	12,800	400	24,800

 

 

총비용 = 초기비 + (연간 손실비용 × 30년, 할인율 고려)

설치비는 HVDC가 높으나, 손실 및 유지비에서 우위

 

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5. 경제성 분석 해석

분석 결과, 송전 거리 600km 이하에서는 HVDC와 HVAC 간 총비용 차이가 크지 않지만, 1000km 이상에서는 HVDC가 절대적인 경제적 우위를 가지게 됩니다.

주요 원인

• 전력 손실의 기하급수적 증가(HVAC)
• HVAC는 거리 증가에 따라 리액턴스 손실이 급증 → 전력 낭비
• HVDC는 선로 전압강하 없이 일정 수준 유지

기준 임계 거리

• 일반적으로 500~700km 이상이면 HVDC가 더 저렴한 송전 방식이 됨

이러한 분석은 국가 간 연계, 해상풍력, 도서지역 공급망에 적절한 선택 기준을 제공합니다.

 

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6. 환경 비용과 사회적 가치 고려

HVDC는 단순 송전 효율 외에도 다양한 간접 효과를 제공합니다:

• 토지 소요 감소: 선로 수 감소로 부지 확보 용이
• 지중 송전 가능성: 도시 또는 자연보호 구간에 적합
• 계통 안정성 향상: 무효전력 흐름 제어, 블랙스타트 기능
• 온실가스 간접 절감: 손실 전력 감소 = 연료 소비 감소

따라서 장기적인 LCOE(Levelized Cost of Electricity) 관점에서는 HVDC가 환경·사회·경제 3대 영역에서 모두 우수한 선택지입니다.

7. 주요 적용 사례 – HVDC의 경제성 입증 현장

(1) 중국 서전동송(西电东送)

• 송전 거리: 2000km 이상
• 송전 용량: 8000MW 이상
• LCC-HVDC 활용, 연간 수천억 원 손실 절감

(2) 유럽 INELFE 프로젝트

• 프랑스 ↔ 스페인 1000MW HVDC
• HVAC 대비 약 25% 비용 절감 달성

(3) 한국 제주~해남 HVDC

• 약 101km 거리로 단거리지만 해저구간 손실 고려해 HVDC 선택
• 유지관리 용이성과 안정성 우위로 경제성 확보

 

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결론

송전 기술의 경제성, 선택은 전략이다

HVAC는 여전히 단거리·기존망 확장에 유리하지만,
송전 거리 500km 이상, 지중·해저 구간 포함, 신규 계통 구축 등의 조건에서는 HVDC가 장기적 경제성과 안정성 모두에서 유리한 선택입니다.

정책적 측면에서도 전력망의 유연성 확보, 신재생 확대 기반 마련, 전력 수출입 플랫폼 구축을 고려한다면, 향후 국가 간 전력 교류, 메가시티 공급망, 재생에너지 연계 허브 구축에 있어 HVDC는 필수 인프라로 작용하게 될 것입니다.