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지난 여름 전력이 부족해지면서 에어컨을 껐던 기억이 생생하다. 하지만 대규모 정전, 즉 블랙아웃은 사실 여름보다 겨울에 일어날 가능성이 더 높다고 한다. 이제 겨울철 난방 대부분을 전기로 감당하고 있기 때문이다. 에어컨이야 알아서 덜 쓴다고 하지만, 겨울철 난방이야 어디 전기 쓴다는 생각이 들던가.

하지만 빠르면 5년, 늦으면 10년 안에는 블랙아웃 걱정을 덜 것 같다. ‘송전기술의 꽃’이라 불리는 ‘초고압 직류 송전(HVDC)’ 기술 덕분이다. 발전소에서 만든 고압의 교류를 직류로 바꿔 보낸 뒤, 다시 가정에서 쓰는 220V 저압 교류로 바꿔 공급하는 기술이다. 올해 6월, LS산전은 한국전력과 프랑스 전기회사인 알스톰사와 함께 HVDC 기술 국산화에 본격적으로 도전한다고 밝혔다. 120년 전, 에디슨이 그토록 주창했던 직류가 이제야 날개를 단 것이다.


교류의 재앙 : 전선 하나만 잘못돼도 블랙아웃 일어나

전기는 교류와 직류, 2가지가 있다. 현재 우리가 쓰는 전기는 교류다. 직류는 전류의 크기와 방향이 일정한 데 비해, 교류는 주기적으로 변한다.

교류는 대형 발전소 한 곳에서 전기를 생산한 뒤, 수도권 등 전기 수요가 많은 먼 곳에 배달한다. 넓은 지역을 전깃줄로 거미줄처럼 촘촘하게 연결해야 했다. 만약 송전선로 한 개가 나무 새 항공기 번개 등에 의해 끊어지면 순식간에 다른 회선으로 엄청난 전류가 우회해 흐른다. 설계 용량보다 많은 전류가 흐르면서 도미노처럼 고장이 난다. 특히 교류는 다루기가 까다롭고 전력망이 복잡해서 이상 전류가 어디로 튈지 예측하기가 어렵다. 블랙아웃을 막기 어려운 이유다.

실제로 1965년 11월 9일, 미국 북동부 전체가 정전으로 마비된 적이 있다. 80만 명의 승객이 퇴근길에 뉴욕 전철에 갇혔고, 모든 기차가 정지했다. 착륙을 시도하던 비행기는 한동안 공항 상공을 맴돌아야 했다. 3000만 명을 공포에 떨게 했던 이 사건은 역사상 가장 큰 규모의 정전 사고로 역사에 기록됐다. 하지만 정작 사고의 발단은 고장난 전선 단 한 개였다. 그 뒤에도 1977년, 1994년, 1996년, 1999년, 그리고 2003년에도 대규모 정전 사태가 발생했다.



또 교류는 사회적 갈등을 불러일으킨다. 건강 문제 때문이다. 최근 사회적 갈등이 큰 밀양 송전탑 사례가 그렇다. 전기가 흐르는 회로에는 전자기유도현상이 일어난다. 이 때문에 초고압 교류 전기는 아주 센 자기장을 만드는데 이들이 백혈병이나 암을 일으킨다는 주장이 있다.

“교류 전선은 땅에 묻기도 어렵습니다. 전압이 높아질수록 굵어지는 케이블을 서로 전기적인 영향을 받지 않도록 묻으려면 땅을 엄청 깊고 넓게 파야 하거든요. 비경제적이죠.”

그렇다면 문제를 해결할 방법은 없을까. 장길수 교수는 “바로 직류 송전”이라고 강조했다.

직류는 교류보다 송전 효율이 좋다. 직류는 100을 쓰려면 100만 보내면 되는데, 교류는 100을 쓰려면 그 보다 더 많이 보내야 한다. 교류의 경우, 직류에는 없는 ‘무효전력’이란 것을 포함해 줘야 한다.
교류는 흐르는 강과 같아서, 그 강을 절대로 수직 최단거리로 건널 수 없다. 강물을 거슬러 올라가야만 최단거리를 따라 이동해 목표 지점에 도달할 수 있다. 반대로 직류는 흐르지 않는 강과 같다. 추가로 힘을 쓰지 않아도 최단거리로 건널 수 있다. 이 최단거리를 건너기 위해 쓴 힘의 차이가 바로 위에서 얘기한 에너지 차이다.

따라서 교류는 직류보다 송전할 때 손실이 많다. 반대로 이야기하면, 같은 크기의 송전탑이라면 직류를 사용했을 때 배달할 수 있는 전기가 훨씬 많다는 뜻이다. 규모가 작아 상대적으로 저렴한 비용으로 땅에 묻을 수 있고, 발열량이 작아 관리하기도 더 쉽다. 그럼 도대체 왜 이렇게 좋은 직류를 놔두고 우리는 여태 교류를 써온 걸까.
 


120년 전 직류는 멀리 갈 수 없었다

사실 미국에 최초로 공급된 전기는 직류였다. 1880년, 전구의 성공으로 한껏 고무된 에디슨은 “이로써 빛은 완성되었다. 이제 남은 일은 대량생산체제를 구축하는 것”이라며 뉴욕으로 본거지를 옮겨 전기공급소(직류 발전소)를 지었다. 1년 뒤부터는 고객들에게 직류를 배달하기 시작했다. 하지만 반경 0.8km 안에 있는 지역에만 배달할 수 있었다. 직류의 특성상 거리가 멀어질수록 손실이 커졌기 때문이다.

전기를 보낸다는 것은 여러 사람이 좁은 복도를 통과하는 것과 같다. 한 명씩 차례대로 빠르게 뛰어가거나 혹은 열 명이 복도에 가로로 늘어서서 느리게 걸어가도 시간 당 지나갈 수 있는 총 사람 수는 같다. 하지만 실제로는 열 줄로 늘어서면 서로 부딪치며 뒤엉켜 제대로 통과할 수 없다. 전기도 마찬가지다. 사람을 한명씩 통과시키듯 전류를 작게 하고, 속도를 빠르게 하듯 전압을 높여야 손실 없이 전기를 보낼 수 있다.

문제는 당시 기술로는 직류를 고압으로 만들 수 없었다는 점이다. 엄청난 송전 손실을 막을 길이 없었다. 에디슨은 직류를 110V로 배달할 때 가장 효율적이고 사용할 때도 적당하다는 것을 알아냈다. 하지만 한번 110V로 만든 직류 전기는 전압을 쉽게 바꿀 수 없었다. 대신 전선을 굵게 만들면 되지만, 전선 재료인 구리가 너무 비쌌다.

그 무렵 유럽에서 탄생한 교류는 직류와 달리 전압을 쉽게 바꿀 수 있었다. 전압을 높여서 먼 거리를 손실 없이 배달한 뒤, 다시 전압을 낮춰 소비자에게 공급할 수 있었다. 교류 변압기 특허를 사들인 미국의 사업가 조지 웨스팅하우스는 때마침 교류 모터를 개발한 과학자 니콜라 테슬라와 손을 잡고 완벽한 교류 송전 시스템을 만들었다.

당시 에디슨은 교류를 탐탁지 않게 여겼는데, 뭐든 직접 손으로 만져보고 확인하는 그의 성격상 교류를 직관적으로 이해하지 못했기 때문으로 보인다. 에디슨은 교류에 대한 이야기를 듣고 나서 “전기가 어떻게 거꾸로 흐른단 말인가”라고 되물었다고 한다. 그 이후 에디슨은 브라운이라는 전기 기술자를 앞세워 교류로 동물을 죽이는 실험을 하는가 하면, 교류로 작동하는 전기 처형 의자를 개발해 ‘교류가 위험하다’는 인식을 퍼뜨리려 했다.