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LS일렉트릭 DC팩토리 전경 /LS일렉트릭 제공

[투데이에너지 이종수 기자]

직류배전 기술은 엔비디아의 초고성능 AI GPU 도입으로 인한 전 세계적인 데이터센터 전력 폭증 트렌드와 맞물려 차세대 전력 산업의 게임체인저로 주목받고 있다.

LS일렉트릭 DC팩토리는 폭발적으로 성장하는 초고전력·고효율 전력 인프라 시장에 최적의 솔루션을 제공하며, 전력난 해소가 시급한 글로벌 빅테크 및 대형 에너지 기업들의 벤치마킹 요청이 쇄도하는 핵심 거점으로 자리매김하고 있다. /편집자주

LS일렉트릭이 지난 7월 충남 천안사업장에 전 세계 최초로 전력 발전, 저장, 충전, 생산라인까지 전 과정을 100% 직류(DC) 전력망 기반으로 구축한 제조공장 ‘DC팩토리’를 준공하고 본격적인 가동에 들어갔다.

LS일렉트릭 DC팩토리는 다가올 직류 시대의 제조 기업 전력 배전망의 표준 모델을 제시했다는 데 큰 의의가 있다.

DC팩토리는 실제 차세대 ESS용 PCS(전력변환장치)를 생산하는 제조공장으로, LS일렉트릭의 직류 전용 핵심 기기를 대거 적용한 직류 전용 생산 라인을 통해 공장 에너지 효율을 획기적으로 개선했다.

AI 데이터센터의 전력 사용량이 급증하면서 기존의 교류 배전이 한계에 봉착하고, ‘직류배전’이 피할 수 없는 전력망의 미래로 다가오는 가운데, LS일렉트릭은 글로벌 직류배전 생태계의 기술 표준을 선점해 나가고 있다.

100% 직류배전 인프라 구축

LS일렉트릭은 직류 전용 핵심 기기와 제어 시스템을 결합해 공장 내에 100% 직류배전 인프라를 구축했다. 이를 통해 기존 교류 전력망의 ‘DC→AC→DC’ 다단계 전력 변환 절차를 한 단계 줄임으로써, 변환 과정에서 발생하는 전력 손실을 최소화했다.

LS일렉트릭은 지난 7월 2일 천안사업장에서 DC팩토리 준공식을 개최했다. /LS일렉트릭 제공

LS일렉트릭 DC팩토리에 설치된 반도체 변압기 /LS일렉트릭 제공

또한 LS일렉트릭이 자체 개발한 1MW급 반도체 변압기(SST), 반도체 차단기(SSCB), DC/DC 컨버터, 에너지저장장치(ESS) 등 직류 전용 핵심 기기들을 컨테이너 내에 일렬로 배치했다. 외벽의 태양광 패널, ESS, 전기차(EV) 충전소부터 공장 내부 클린룸의 생산설비, 공조, 조명, 제어 시스템에 이르기까지 전 설비가 DC 전원 구동을 전제로 구축되어 있다.

운영 측면에서는 기존 스마트팩토리 데이터 상황실을 활용해 태양광 발전량, ESS 충·방전 상태, AC/DC 사용량 흐름 등을 실시간으로 모니터링하고 원격 제어해 에너지를 최적화한다.

직류배전은 교류 전력을 직류로 변환하는 과정에서 발생하는 전력 손실을 줄여 에너지 효율을 극대화하는 것이 특징이다. LS일렉트릭 DC팩토리는 공장 전체의 에너지 효율을 10% 이상 끌어올리며 직류 배전의 실질적인 전력 절감 효과를 입증했다.

LS일렉트릭 관계자는 “DC팩토리를 도입할 경우 전체 공장의 에너지 효율이 10% 이상 향상되고, 생산설비를 완전히 전환할 시 최대 14%까지 개선된다”라며 “이에 따라 투자 회수 기간(ROI)은 단순 조명 교체 방식(5~6년) 대비 전면 전환 시 3년으로 대폭 단축된다”고 설명했다.

이어 “이 기술을 데이터센터에 적용할 경우 AC(교류) 대비 변환 절차가 줄어들어 15% 이상의 전력 효율 향상이 가능하다”고 덧붙였다.

LS일렉트릭은 DC팩토리 운영 과정에서 확보한 실증 데이터와 검증된 기술 신뢰성을 바탕으로 글로벌 차세대 직류 생태계 주도권 확보에 박차를 가할 방침이다.

차세대 ESS용 PCS ‘G2’ 양산

DC 팩토리는 직류 시대의 핵심 설비이자 ‘배터리 일체형 ESS(에너지저장장치)’의 핵심 솔루션인 전력변환장치(PCS) ‘G2’를 100% 직류 전력 기반으로 양산한다.

‘G2’는 LG에너지솔루션과 공동 개발했으며, 세계 최고 수준의 PCS 설계 기술을 적용해 운영 효율성과 공간 활용도를 높였다. 기존 공랭식 방식에서 탈피해 수냉식(Watercooling) 냉각 기술을 전격 도입함으로써 발열 제어 성능과 내구성을 크게 향상시켰다. 제품 설치 면적을 최소화한 구조로 제한된 공간에서도 최적의 전력 운용 환경을 제공한다.

LS일렉트릭이 지난 8월 5일 ‘차세대 ESS용 PCS G2 초도 출하식’을 개최했다. /LS일렉트릭 제공

LS일렉트릭은 지난 8월 5일 ‘차세대 ESS용 PCS G2 초도 출하식’을 개최하고, G2 양산을 본격화했다.

LS일렉트릭 관계자는 “‘G2’의 초도 출하를 시작으로 AI 데이터센터 및 신재생 발전 확대로 가파르게 성장하는 북미와 글로벌 ESS 시장을 적극 공략하고 있다”고 밝혔다.

특히 최대 규모로 꼽히는 미국 ESS 시장은 AI 데이터센터 전력 수요 확대와 인프라 투자로 오는 2030년 600GWh 규모로 확대될 것으로 예상된다. 최근 미국과 일본 등 주요 선진국의 중국산 전력기기 공급망 규제가 강화되고 있어 기술 신뢰성을 갖춘 한국 기업들에는 시장 확대 기회가 되고 있다.

LS일렉트릭의 DC 경쟁력

LS일렉트릭은 2010년부터 직류(DC) 기술 개발에 지속적으로 투자해 총 2100억 원(연평균 140억 원)의 R&D 자원을 투입해 왔다. 선행기술연구단을 포함한 전력연구개발본부를 중심으로 반도체 차단기, 반도체 변압기, DC-DC 컨버터 등의 핵심 기술을 상용화 수준까지 개발했다.

이를 통해 DC 팩토리에 탑재된 핵심 기기의 70% 이상을 자체 기술 및 국산화 제품으로 채웠다. 특히 초고압 송전(HVDC)부터 저압 직류(LVDC)까지 전 구간에 걸친 DC 풀라인업을 갖춘 전력 기업은 글로벌 시장에서 LS일렉트릭이 유일하다.

차세대 DC 전력 생태계 구축을 위한 핵심 기술 경쟁력 확보에도 힘쓰고 있다.

LS일렉트릭은 지난 7월 10일 글로벌 전력 반도체 기업인 인피니언 테크놀로지스와 ‘AI 데이터센터와 직류 전력 기술 개발 협력을 위한 업무협약’를 체결하고, △ESS용 전력변환시스템(PCS) △반도체 변압기(SST) △반도체 차단기(SSCB) 등 차세대 전력 반도체 기반 DC 전력 솔루션을 공동 개발하기로 했다.

LS일렉트릭 관계자는 “전력 반도체 기반 DC 전력 솔루션은 전력 변환 단계를 줄여 에너지 손실을 최소화하고 시스템 효율을 높일 수 있어 AI 데이터센터와 같은 초고밀도 전력 환경에서 핵심 전력 기술로 주목받고 있다”라며 “양사는 차세대 DC 전력 시스템의 전력·전압 변환 효율을 높이는 동시에 안정성과 신뢰성도 강화하는 기술 개발에 협력할 계획”이라고 밝혔다.

직류산업 생태계 조성 주도

지난 7월 2일 DC 팩토리 준공식과 더불어 기후에너지환경부 및 한국전력공사 주관으로 ‘K-DC 산업 확산 2026’ 행사와 K-DC 얼라이언스 정기총회가 진행되었다.

LS일렉트릭은 ‘K-DC 산업 확산 2026’ 행사에서 한국전력, 한국에너지공대, LS전선, 효성중공업, HD현대일렉트릭, LG전자와 함께 ‘글로벌 직류기술 특화 연구단지 조성 및 공동 기술연구 협력’ MOU를 체결했다.

K-DC 얼라이언스(Korea DC Alliance)는 2024년 11월 한국전력공사가 주도해 출범한 국내 최초의 직류산업 협력체로, 출범 당시 LS일렉트릭 등 총 45개 기관(기업·대학·연구기관·공공기관)이 참여했다. 단순한 협의체가 아니라 한국의 DC 전력망 표준과 산업 생태계를 공동으로 구축하기 위한 플랫폼으로 설계됐다.

LS일렉트릭, HD현대일렉트릭, 효성중공업, 대한전선 등 국내 전력기기 기업들에는 차세대 전력인프라 시장을 선점할 수 있는 공동 플랫폼이라는 점에서 의미가 크다.

LS일렉트릭은 국내 관련 기업, 대학, 연구기관과의 유기적인 협력을 통해 기술 경쟁력을 강화하고 대한민국 직류 산업 생태계 구축을 주도하고 있다.

향후 대응 과제

LS일렉트릭에 따르면 현재 국내는 직류(DC) 관련 안전 기준, 계량 표준, 설치 규정이 미비해 개별 사업장 단위로 수동 검증을 진행하는 초기 단계에 머물러 있다. 이에 따라 고효율 인증 제도 마련과 보조금 지급 등 실질적인 정책적 뒷받침이 시급한 상황이다.

기술 측면에서는 기존의 공장 단위(1~5MW) 수준을 넘어, AI 데이터센터가 요구하는 초고용량 전력(60~200MW급)에 대응할 수 있는 DC 핵심 기기의 대용량화 개발이 지속되어야 한다.

나아가 냉각, 공조, 조명, 드라이브 등 유관 기기 제조업체들과의 협업을 확대함으로써 기존의 교류 중심 장비들을 직류 전용 기기로 전환하고 전 산업 분야의 직류 생태계를 넓혀나가는 과제가 남아 있다.

출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)