테슬라와 DC-DC 컨버터

며칠 전 우리 과 대학원 학생의 석사논문 심사를 했다. 그 논문은 ‘DC-DC 컨버터’에 관한 것이었다. 일반인들에게 생소한 용어겠지만 나에게도 생소하긴 마찬가지다. 대부분 알고 있듯 발전소에서 만들어내는 전류는 교류(AC)다. 가정에서 사용하는 전기제품인 형광등, 냉장고, 세탁기 등은 교류로 작동되지만(냉장고, 세탁기의 모터는 교류로 작동되나 이들을 자동제어하기 위해 내장된 반도체 회로는 직류로 작동된다.) LED등, TV, 그리고, 컴퓨터 등 전자제품은 직류(DC)에서 작동된다. 전자문명 시대에 교류를 직류로 바꿔주는 ‘AC-DC 컨버터’가 필수인 이유다. 그런데, 왜 발전소에서 교류를 만들어 송전하는 것일까?

교류 전기 발전·송전 기여한 테슬라

발전소에서 교류로 송전하게 된 역사를 살펴보려면 19세기 후반까지 거슬러 올라가야 한다. 당시 유럽에서 미국으로 건너간 테슬라는 에디슨 밑에서 일하면서 교류 전기 발전 및 송전에 대한 기발한 아이디어를 생각해 냈다. 하지만, 이미 직류로 발전해 송전하는 시스템 구축에 많은 돈을 투자하고 있었던 에디슨은 테슬라의 교류 전기 발상을 좋아하지 않았다. 결국 테슬라는 에디슨의 전기회사에서 나와 교류 시스템에 필요한 발전기, 모터, 그리고 변압기에 대한 특허를 웨스팅하우스의 전기회사에 넘겨준다. 이처럼 발전소에서 높은 전압의 교류를 만들어 송전하는 오늘날의 방식은 테슬라에 의해 그 얼개가 갖추어졌다.

테슬라는 웨스팅하우스와 손잡고 에디슨과 ‘전류 전쟁’을 치루면서 교류 발전의 탁월한 경제성을 강조했다. 직류 발전을 고집했던 에디슨은 교류의 불안정성을 문제 삼았다. 또한 교류가 직류보다 위험하다는 사실을 부각시키려 노력했다. 직류는 매설된 전선을 통해 공급되었으나 교류 계통선은 공중에 노출되어 고압 전류가 흘렀기에 감전사고가 상대적으로 잦았다. 에디슨은 교류가 치명적이라는 불안감을 고조시키기 위해 교류로 전기의자를 가동하는 아이디어를 주정부에 제안하기도 했다. 하지만, 그럼에도 불구하고 단연 경제성 측면에서 우월했던 테슬라의 시스템이 인정받아 20세기 초 미국에서의 장거리 송전은 모두 교류로 하게 되었다.

교류로 송전된 전기는 전압이나 전류를 쉽게 변환시킬 수 있는 장점이 있었다. 직류의 경우 장거리 송전도 불가능했지만, 전기의 특성을 변환시키는 것도 쉽지 않았다. 하지만 최근 장거리 송전에 있어 교류보다 전력 손실이 적은 고압직류(HVDC) 송전 방식이 등장하면서 전류 전쟁의 승부가 뒤바뀌는 모양새다. 변환 효율이 뛰어난 DC-DC 컨버터까지 구현된다면 본격적인 직류의 시대가 활짝 열릴 것이다.

직류 전기 자동차 만드는 테슬라

몇 달 전 성능이 아주 뛰어난 전기차를 비교적 저가에 공급하겠다고 발표해 화제가 된 전기차 제조사 이름이 테슬라였다. 전기차는 직류 전원인 배터리로 가동된다. 그런데, 전기차 안에는 각종 센서장치와 전자제품들이 내장되어있어 배터리로부터 공급되는 직류는 전압과 전류량이 다른 직류로 변환될 필요가 있다. 그래서 필요한 것이 DC-DC 컨버터라면 아마도 독자들에게 처음엔 낯설었던 이 용어가 상당히 친근하게 다가올 것이다. 인류 문명에 있어 교류 전기 사용의 장을 활짝 연 선구자 이름인 테슬라가 이제 직류 전기 사용에 있어 또 다른 새로운 문명의 장을 활짝 열 것으로 기대되는 전기차 회사 이름이라는 사실은 참으로 역사의 아이러니라고 하지 않을 수 없다. 세상 오래 살고 볼 일이다.

△맹성렬 교수는 경실련 중앙위원회 위원, 과학기술위원회 정책위원이며 저서로는 〈UFO신드롬〉, 〈과학은 없다〉 등 저서가 있다.