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발전소
발전소(Power station, 發電所)는 자연상에 존재하는 다양한 에너지원을 이용하여 전기에너지로 바꾸는 설비를 갖춘 곳이다. 발전소는 이용하는 에너지원과 발전 방법에 따라 화력발전소, 원자력발전소, 태양광발전소, 수력발전소, 풍력발전소, 지열발전소, 조력발전소 등으로 나뉜다.[1][2][3]
목차
개요
발전소는 전력을 발생시키기 위해 원동기와 발전기 및 부속 계기를 갖추고 있다. 현재 발전용으로 사용되는 대부분의 발전기는 에너지의 흐름을 역학적에너지로 바꾼 후 전자기유도현상을 이용하여 전력으로 변환시키는 방식을 사용한다. 일반적으로 열에너지 또는 기계적에너지를 전기에너지로 변환시켜 전력을 발생시킨다. 세계에서 첫 번째 발전소는 1868년 잉글랜드의 암스트롱(Armstrong) 남작은 그가 소유한 호수에 지멘스 다이너모를 설치해 수력발전소를 만들었다. 최초의 화력발전소는 1878년 지그문드 스추커트(Sigmund Schuckert)가 바이에른주 에탈에 세운 것이다. 이 발전소는 린더호프 궁전에 전력을 공급하기 위한 것이었고 스팀 엔진을 이용한 24개의 발전기로 구성되었다. 현재 사용되고 있는 대부분의 발전기는 전자기 유도 작용을 이용하여 전력을 생산하고 있다. 열역학법칙에의해 에너지효율이 100%가 나오는 것은 불가능하므로 어떤 발전 방식이건 다른 에너지를 100% 전기에너지로 바꿀 수는 없지만 효율이 높으면 높을수록 좋다.
국내 전체 발전소에서 공급 가능한 전력량 대비 현재 사용량을 표시하여 "이용률"로 표시하며 100%에서 "이용률"을 뺀 값이 "예비율"이다. 예비율 관리가 중요한 이유는 전력은 그 특성상 양수발전과 같은 특별 케이스를 제외하고는 대용량 저장이 불가능하며 생산과 소비가 동시에 이루어져야 하기 때문이다. 전력거래소의 급전지시를 받아 발전소의 운전 여부를 결정한다. 만약 소비보다 전력 공급이 적으면 광역정전, 블랙아웃이 발생한다. 북미와 캐나다 등지에서 섣부른 발전소 민영화 조치로 대규모 광역정전 사건을 터트리며 엄청난 경제적 손실을 가져온 바 있다. 반대로 소비보다 전력 공급이 과다하면 전력 난조 현상이 발생한다. 이는 교류 전류의 전류값이 정격보다 높은 현상으로 전력 인프라의 대규모 피해를 가져올 수 있어 전력 공급 과소로 인한 광역정전보다 치명적일 수도 있다. 전력의 수요와 공급을 최대한 일치시키는 것이 전력 관리의 관건이다. 20세기에는 화석연료를 태워서 전력을 생산하는 화력발전소가 주류였고 원자력 발전은 천연 혹은 농축된 상태의 우라늄을 원자로의 연료로 사용한다. 현존하는 발전소 중에서는 원자력발전소가 가장 적은 분량의 연료를 사용하여 많은 전력을 생산할 수 있다. 하지만 문제가 생기면 그야말로 재앙이며 가장 유명한 사고로 체르노빌 원자력 발전소 사고와 후쿠시마 원자력 발전소 사고가 있다. 다만 우주에서는 이런 사고가 일어나도 피해가 적기 때문에 우주공간에서는 태양광발전과 함께 최고로 꼽는다.[4]
발전 방법
현재 기술로는 에너지원으로 뭘 쓰든 간에 아무튼 터빈을 돌려야 발전기를 돌릴 수 있다. 상용화된 방식 중 태양광 발전을 제외하면 에너지에서 바로 전기를 뽑아내는 발전 방식은 없다. 기본개념은 연료를 태워 물을 고온고압의 증기로 만들어 증기를 통해 터빈을 돌려 터빈에 의해 돌아가는 축으로 전기를 생산한다. 결국 연료 속에 포함된 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 과정인데 이는 에너지는 어떠한 형태로 변화하면서 보존된다는 에너지 보존법칙, 열역학 제1법칙을 이용한 것이며 변환 과정에서 손실이 발생할 수밖에 없다는 열역학 제2법칙까지 내포한다고도 할 수 있다.
분류
화력발전소
화력발전소는 연료를 연소하여 발생하는 열 에너지를 이용하여 발전기에 연결된 터빈을 구동시키고 이를 이용하여 전기를 생산하는 발전소이다. 화력발전소는 사용 연료에 따라 석탄 화력발전소, 중유 화력발전소, 석탄-중유 혼합연소 화력발전소, LNG화력발전소, LPG화력발전소와 같이 구분하며 작동 방식에 따라 다음과 같이 구분된다.
- 기력발전소 : 연료를 연소하여 발생한 열로 고온 고압의 수증기를 만들어 증기 터빈을 돌려 발전하는 방식의 발전소이다.
- 내연력발전소 : 디젤 엔진과 같은 내연 기관을 이용하여 발전기를 구동하는 소규모 발전소이다.
- 가스 터빈 발전소: 고압의 공기 및 연료를 연소하여 발생하는 가스로 터빈을 돌려 발전하는 방식의 발전소이다.
원자력발전소
원자력발전소는 우라늄과 같은 방사성 동위원소의 핵분열 과정에서 나오는 열에너지를 이용하여 고온 고압의 수증기를 만들고 이를 이용하여 증기 터빈을 구동시켜 발전한다. 사용된 수증기는 냉각탑을 거쳐 냉각되어 재사용되며 화력발전소의 일종이다.
수력발전소
수력발전소는 댐과 같은 설비를 통해 물을 가두고 이 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동할 때 발생하는 에너지로 발전기에 연결된 수차를 돌려 발전하는 발전소이다. 전력 수요가 적을 때는 상부 저수지로 물을 올려보내고 전력이 필요할 때 발전할 수 있는 형태의 수력발전소는 양수발전소라 한다.
태양광발전소
태양광발전소는 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생시키는 태양전지를 이용하여 전기를 생산해내는 발전소를 말한다.
풍력발전소
풍력발전소는 바람의 운동에너지로 터빈을 돌려 전기에너지를 생산하는 것으로써 대표적으로 수직축과 수평축발전이 있다. 수직축발전기는 발전기 위에 블레이드가 있는 형상으로 바람의 방향에 상관없이 발전이 가능하나 하중이 많아 수리가 어렵고 대용량화가 어렵다. 수평축은 바람방향을 기준으로 블레이드 앞이나 뒤에 발전기가 있는 형태로써 현재 가장 많이 보급되고 있는 발전기이다. 일반적으로 수평축 발전기의 운전은 4m/s~24m/s에서 운전이 가능하며 12~15m/s에서 최대 출력이 가능하다. 풍력에너지는 공기의 밀도에 비례하고 풍속의 세제곱에 비례하므로 풍속이 높은 곳에서 경제성 확보가 가능하며 수명은 약 20년으로 기대하고 있다.
지열발전소
지열발전소는 마그마의 대류에 의해 지구 표면으로 올라오는 지열을 이용한 발전소로 10-23%의 효율을 보이며 24개 국가가 사용 중이다.
핵융합발전소
핵융합발전소는 발전소의 가장 진화된 형태로 간단히 말해서 인공태양을 만드는 것이다. 원자력발전소는 커다란 원자가 쪼개지는 성질을 이용하는 데에 반하여 핵융합발전소는 작은 원자가 합쳐지는 성질을 이용한다. 그런데 여기서 미세한 질량 차이로 인한 막대한 에너지가 방출되고 물론 저것도 근사에 불과하지만 적어도 핵분열을 이용하는 원자력발전소보다 만 배 이상의 출력을 낼 수 있고 기술이 점점 발달할수록 그 출력은 상상할 수 없을 정도로 커져갈 것이다. 대략 2050년 정도에 농업혁명, 산업혁명, 정보화 혁명에 뒤를 이를 에너지 혁명이 다가온다. 카이스트에서 여러 과학자들이 심혈을 기울여 이 기술을 실현시키려 하고 있다.
대한민국 발전소
미국의 토머스 에디슨이 전구를 발명한지 8년이 지난 1887년(고종 24) 봄, 경복궁 안의 향원정 옆에 설치된 동력발전기에 의하여 우리 나라 최초의 전등불이 밝혀지면서 이 땅에 전기의 사용이 시작되었다. 그러나 실질적인 전력사업은 그보다 11년 후인 1898년 1월 당시 대한제국 정부로부터 전기, 전차, 전화 등의 사업경영권을 획득한 한성전기회사가 설립된 데에서부터 비롯하였다. 수력발전사업은 1905년 평안북도 운산군의 동양금광회사가 500㎾의 자가용 수력발전소를 건설하여 채광용 동력으로 이용한 것을 효시로 하고 있다. 그러나 대규모적인 발전소는 부전강수력발전소가 시초이며 시설용량이 14만 4000㎾로 조선수전주식회사에 의하여 1929년 말에 준공되었다. 화력발전사업은 조선전력주식회사가 강원도 영월에 건설한 영월화력이 시초로서 1937년 10월에 5만㎾의 제1기 공사를 완공한 이래 1939년과 1941년에 각각 2만 5000㎾급 발전기 2기가 준공되어 총설비용량이 10만㎾에 이르게 되었다. 일제강점기의 전원개발사업은 전쟁 수행의 목적으로 강력히 통제되어 수자원과 지하자원이 풍부한 북한 지역을 중심으로 진행되었다. 광복 직후 전국의 발전설비용량은 수력 158만 6000㎾, 화력 13만 7000㎾로서 총 172만 3000㎾이었으나 남한지역의 발전 시설은 수력 6만 2000㎾, 화력13만 7000㎾, 합계 19만 9000㎾로 11.5％에 불과한 수준이었다. 북한으로부터 부족한 전력을 받아 오던 남한지역은 1948년 5월 14일을 기하여 실시된 북한의 일방적인 단전과 1950년 6·25전쟁 중의 전력시설 파괴로 극심한 전력난을 겪게 되었다. 이러한 전력난 해소책으로 1948년 2월부터는 미국으로부터 도입된 2만㎾용량의 자코나호 등 8척의 발전함이 부산, 인천, 마산 등지에 정박하여 1956년까지 전력을 공급하였으며 특히 1951년의 경우에는 발전함에서 공급된 전력량이 총 발전량의 56.4％인 1억 9000만㎾에 이르기도 하였다.
휴전 성립 후 전력난 해소를 위하여 정부시책으로 수립된 장기 전원개발계획에 따라 1957년에는 당인리3호기, 마산1·2호기, 삼척1호기 등 2만 5000㎾급 화력발전소 4기와 화천수력 3호기(2만 7000㎾) 등이 준공되었다. 그러나 본격적인 전원개발은 그때까지 한국의 발전회사였던 조선전업과 배전회사였던 경성전기와 남선전기가 통합하여 한국전력주식회사가 설립된 1961년 이후 정부의 경제개발5개년계획과 병행하여 전원개발5개년계획이 수립되고 착수된 1962년을 기점으로 시작되었다. 경제성장과 공업화에 따라 대용량의 발전소들이 계속 건설되었으며 특히 1978년에는 국내 최초의 원자력발전인 고리1호기(56만 7000㎾)가 준공되어 세계에서 21번째의 원자력발전소 소유국이 되었다. 이러한 노력으로 1961년에 36만 7000㎾에 불과하던 전력설비는 제5차 계획 종료시기인 1986년에는 1806만㎾로 증가하게 되었다. 1998년말 우리나라의 총 발전설비용량은 약 4317만㎾로서 전원개발계획이 시작되던 1961년에 비하여 117배나 증가된 비약적인 성장을 이룩하였다.[5]
대한민국 2020년 에너지원별 발전량 형황
[6]에너지원 원자력 석탄 가스 신재생 유류 양수 기타 계 발전량(GWh) 160,184 196,333 145,911 36,527 2,255 3,271 7,681 552,162 비중(%) 29 35.6 26.4 6.6 0.4 0.6 1.4 100
각주
참고자료
- 〈발전소〉, 《위키백과》
- 〈발전소〉, 《나무위키》
- 발전소〉, 《네이버 지식백과》
- 〈발전소〉, 《네이버 지식백과》
- "Power station", Wikipedia
- 〈에너지원별 발전량 현황 : 지표상세화면〉, 《e-나라지표》
같이 보기
