에너지 자원 고갈과 기후 위기가 전 세계 산업·사회 전반의 화두로 떠오른 가운데, 전력 분야에서도 ‘배전 설계 혁신’을 통한 에너지 절감과 효율성 향상이 기업 경쟁력의 핵심으로 부상하고 있다. 고압·저압 배전 시스템은 발전소에서 생산된 전기를 최종 수요지로 전달하는 맨 마지막 단계로, 이 구간에서의 손실 감소와 스마트 제어는 전기 요금 절감은 물론 탄소 배출 저감의 열쇠가 된다.

에너지 업계에 따르면 전력 손실을 줄이기 위한 배전 설계를 위해서 △장비 선택 △시스템 아키텍처 최적화 △지능형 제어 △재생에너지 및 에너지 저장 연계 등을 고려해야 한다고 조언하고 있다.

우선 배전 설계의 첫걸음은 변압기와 차단기, 무효전력 보상 장치 등 핵심 장비의 효율을 끌어올리는 것이다.

비정질 합금 코어를 적용한 고효율 변압기는 무부하 손실을 기존 실리콘 강형 대비 70∼85% 범위에 맞춰 운전하면 ‘과도용량 탓’에 발생하는 불필요한 무부하 손실을 최소화할 수 있다.

개폐 장치로는 진공 차단기를 활용해 아크 에너지를 줄이며 유지보수 주기를 늘리고, 무효 전력 보상용 커패시터를 설치해 역률을 0.7 수준에서 0.95 이상으로 개선하면 선로 손실을 최대 40%까지 절감할 수 있다.

또한 배전망 구조를 단순히 연결하는 대신, 업무·조명·냉난방 등 부하 특성에 따라 계층적으로 분산 배치하면 전력 수요에 유연히 대응하면서 불필요한 전력 경로를 줄일 수 있다.

예컨대 대규모 복합단지에서는 조명 전용 회로, 설비 전용 회로를 구분해 지역별 수요가 적은 구간은 저전압 구간에서만 운전하거나, 간헐적 부하 구간은 별도 회로 차단기로 관리한다.

이와 함께 공급 반경을 단축하고 전선 길이를 줄여 선로 저항을 낮추고, 전류 용량을 고려해 케이블 단면을 최적 설계함으로써 전송 손실을 최소화한다.

3상 부하 불균형이 10% 이상일 경우 변압기 손실이 15∼20% 증가하므로, 각 상(相)의 부하를 균형 배분하는 것도 필수적이다.

스마트 계량기 및 센서 네트워크를 통해 전압·전류·부하 데이터를 실시간 수집하고, 중앙 집중형 EMS(Energy Management System)에서 분석한다.

야간 저부하 시간대에는 다중 변압기 중 일부를 자동 차단해 단일 변압기 운전으로 전환함으로써 무부하 손실을 줄이고, 부하 급증 시 신속하게 다수 변압기를 병렬 가동해 안정성을 확보한다.

무효 전력 보상 장치도 부하 변화에 맞춰 자동으로 투입·차단해 항상 고역률(>0.95)을 유지하도록 설계한다.

원격 모니터링·제어 기능을 통해 현장 출동 없이도 이상 징후를 조기 감지·교정해 설비 고장으로 인한 전력 낭비를 방지할 수 있다.

이와 함께 태양광·풍력 발전 설비를 배전망과 인접한 위치에 분산 설치해 자체 전력 생산 비율을 높이고, ESS(Energy Storage System)와 연계해 생산된 재생에너지를 저장·활용한다.

태양광 발전이 풍부한 낮 동안에는 ESS를 충전하고, 전력 수요가 몰리는 피크 시간대에는 저장 전력을 방출해 전력망 부하를 경감시킨다.

이를 통해 기업은 피크 요금 절감 효과를 누리는 동시에, 그리드 장애 시에도 ESS를 통한 백업 전력으로 중요 설비를 보호할 수 있다.

나아가 남는 전력을 계통에 판매하는 분산형 전원 모델을 적용하면 전력 판매 수익까지 도모할 수 있다.

전문가들은 고압·저압 배전 설계에서 에너지 절감·효율성 향상을 실현하려면 고효율 장비 선정, 배전망 구조 최적화, 지능형 제어 시스템 구축, 재생에너지 및 ESS 통합이라는 네 축(柱)을 종합적으로 고려해야 한다며 이러한 혁신 설계를 통해 전력 손실을 획기적으로 줄이고 운영비를 절감하며, 탄소 배출 저감을 통한 ESG 경영을 선도할 수 있다고 전했다.

또한 전력 인프라의 그린 트랜스포메이션을 위해서는 정부의 제도적 지원과 함께, 업계 차원의 선제적 투자 및 다학제 협업이 뒤따라야 할 것이라고 언급했다.