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발전시설
발전시설(發電施設)은 발전소로 사용되는 건축물을 말한다. 제일 종 근린 생활 시설로 분류되지 않는다.
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개요[편집]
발전시설(발전소)는 전기를 생산하여 이를 전력시장을 통하여 전기판매사업자에게 공급하는 시설을 말하며, 「건축법」에 의한 용도별 건축물의 종류상 발전시설에 해당한다. 열에너지 또는 기계적에너지를 전기에너지로 변환시켜 전력을 발생시키는 시설로서 수력발전소, 화력발전소, 원자력발전소, 조력발전소 등이 있다. 전기사업용전기설비 중 발전시설(발전소)은 「국토의 계획 및 이용에 관한 법률」에 의한 기반시설 중 유통·공급시설의 하나이며, 반드시 도시·군관리계획으로 결정하여 설치하여야 하는 시설로서 도시·군계획시설로는 전기공급설비에 해당한다.
전기설비
전기설비란「전기사업법」에 의한 전기설비는 발전·송전·변전·배전 또는 전기사용을 위하여 설치하는 기계·기구·댐·수로·저수지·전선로·보안통신선로 및 그 밖의 설비로서 다음에 해당하는 것을 말한다.
- 전기사업용전기설비 : 전기설비 중 전기사업자가 전기사업에 사용하는 전기설비를 말한다.
- 일반용전기설비 : 소규모의 전기설비로서 한정된 구역에서 전기를 사용하기 위하여 설치하는 전기설비를 말한다.
- 자가용전기설비 : 전기사업용전기설비 및 일반용전기설비 외의 전기설비를 말한다.[1]
종류[편집]
수력발전소[편집]
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수력발전소(水力發電所/Hydroelectric power plant, HPP)란 강물, 호수 등 저수가 갖고 있는 중력 퍼텐셜 에너지를 물레방아, 터빈 등을 이용해 전기로 바꾸는 발전소를 말한다. 즉 물의 낙수차를 이용하여 전기를 생산한다. 발전 단가가 가장 저렴한 발전이나, (방식에 따라) 위험 역시 대단히 커질 수 있다.
에너지 수집
물의 낙차에너지를 사용하는 발전 방법은 대개 2가지가 있는데, 하나는 물에 대전된 전하를 특정 방향으로 집진하여 전기를 생산하는 것이고, 다른 하나는 떨어지는 물의 운동 에너지를 사용해 수차를 돌려 발전기를 구동하는 식이다. 당연히 후자의 방법이 가장 많이 쓰인다. 이 외에 1990년대 KBS에서 방영한 다큐멘터리 중에 댐 건설로 고향을 떠나게 된 시골 노인 부부 이야기가 나온 적이 있는데, 노부부의 집에 할아버지가 만든 소규모 물레방아 수력 발전기가 방송에 나온 적이 있다. 말 그대로 집 근처의 물줄기에 물레방아랑 물레방아와 연결된 발전기를 놓고 전기를 자급자족하는 형태. 과학캠프 등에서 종종 모형으로 재현하기도 하는 형태지만, 규모가 규모다 보니 경제성은 낮다. 근래에는 캠핑족을 노린 핸드폰등을 충전하기 위한 휴대용의 소규모 수력발전기도 시장에 나오고 있다.
전기는 기본적으로 전자의 이동이라서 저장해놓고 쓸 수 있는 게 아니다. 생산과 동시에 소비할 수 있을 뿐이다. 물론 휴대전화 쓰듯이 화학 에너지로 저장하여 사용할 수도 있지만 예전에는 발전소에서 팍팍 쏟아지는 정도로 대량의 에너지를 저장할 수 있는 배터리 기술이 없었고, 배터리 수명 문제 때문에 수지타산이 전혀 맞지 않았다. 2000년대 들어서 신재생에너지 발전이 폭발적으로 늘어나면서, 남는 전기를 저장하는 방법에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 에너지 저장 체계(약칭 ESS) 라고 해서 가장 각광받고 있는 분야. 발전소의 경우에 출력을 함부로 낮추었다간 다시 복구하는데 시간이 오래 걸려 문제가 생길 있기 때문이다. 그런데 밤에는 전기 사용량이 적어져서 남는 전기가 많이 생기므로, 수력발전소 댐의 물을 거꾸로 올리기도 한다. 이것을 양수식 수력발전소라고 해서 한국지리 시간에도 배운다. 청평 양수 수력발전소와 삼랑진 양수 수력발전소가 대표적인 사례이다.
이러한 발전소는 발전을 하는 하부 댐과 물을 끌어올려 저장하는 상부 댐으로 나뉘어 있다. 일종의 배터리라 볼 수 있는데, 화학식 배터리에 비해 저장 가능한 양이 매우 많으면서, 수력 발전소 효율이 최소 90%이며 최근엔 거의 95%정도이기 때문에 손실율도 적다는 장점이 있다. 단점이라면 거대한 시설이 필요하다는 점. 한편 물을 퍼서 저장하기 때문에 얻는 또 다른 이점은 유량이 적은 시기에도 일반 수력발전소보다 출력이 덜 줄어든다는 장점도 있다. 추가로 이러한 배터리 같은 특성 때문에 신재생 에너지와 함께 사용되는 경우가 많다. 신재생 에너지는 발전량이 불안정하다는 특징이 있기 때문에 수요에 맞게 공급하기 힘들 가능성이 높은데, 양수식 수력 발전소와 병행하여 일종의 거대 배터리를 겸용하는 시스템을 구축하면 이러한 문제를 해결할 수 있기 때문이다.[2]
화력발전소[편집]
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화력발전소(火力發電所, Thermal Power Station, 문화어: 화력발전기지)는 물을 끓인 증기를 이용하여 터빈을 돌려 화력 발전을 하는 발전소이다. 터빈을 지난 물은 복수기에서 냉각된 후에 다시 사용된다. 이것은 랭킨 사이클로 많이 알려져 있다. 증기를 만드는 데 석탄 등 여러 가지 연료를 사용하는 터라, 이 발전소는 변종이 많은 것이 특징이다. 화력 발전소는 석탄, 원자력, 지열(지열 발전), 태양열과 쓰레기 소각, 천연 가스, 바이오매스를 열원으로 사용한다. 천연 가스는 일반적인 보일러에서의 연소뿐만 아니라 가스 터빈을 사용하여 발전을 하기도 한다. 가스 터빈에서 나온 폐열은 복합 화력 발전소에서 효율을 극대화 시키는데 사용된다.
상업적인 발전소는 거대한 규모와 지속적인 운전이 가능하도록 건설된다. 이런 발전소에서는 3상 혹은 단상 발전기를 이용하여 50Hz 혹은 60Hz의 교류를 생산해 전 세계에 공급한다. 여럿 기업이나 시설에선 전기와 열 그리고 증기를 공급받기 위한 자체 발전소를 가지고 있다. 몇몇 산업이나, 거대 시설, 혹은 도시 근처에는 열병합 발전소가 있는데, 열병합 발전소에서는 전기와 발전도중 나오는 폐열을 이용한 지역 난방을 제공한다. 열병합발전 시스템(Cogeneration System)은 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 발생시키는 종합에너지 시스템(Total Energy System)이다.
일반적인 상업 발전소에서의 전력 효율은 약 33%에서 48%정도이다. 이 효율은 모든 열기계들이 따르는 열역학때문에 제한된다. 나머지 에너지는 열로 빠져버린다. 이 폐열은 주로 복수기에서 냉각수와 냉각탑에서 빠져버리게 된다. 이 폐열을 지역 난방에 사용하는 발전소를 가리켜 열병합 발전소라고 칭한다. 사막국가에 위치한 화력 발전소는 전력과 더불어 폐열을 이용하여 탈염 설비를 가동하기도 한다. 본질적으로 화력 발전소의 효율은 증기의 절대 온도의 비율에 제한되어 있어, 효율을 높이기 위해서 증기를 고온 고압으로 만드는 것이 중요하다. 역사상에는 물대신에 수은을 이용한 화력 발전소 실험이 있었다. 수은은 물보다 더 높은 온도를 가지면서도 더 낮은 압력으로 발전하는 것이 가능하였으나, 수은의 독성과 낮은 열순환능력으로 인해서 퇴출당하였다.[3]
원자력 발전소[편집]
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원자력 발전소(原子力發電所, Nuclear Power Plant)는 핵분열을 이용해서 발전하는 발전소를 말한다. 줄여서 원전(原電)이라고도 한다. 원전을 반대하는 진영에서는 핵발전소(核發電所)라고 일컫기도 한다. 원자력 발전소는 방사능과 매우 밀접한 관계가 있고, 사고가 나면 주변의 막대한 영역이 방사성 물질에 오염된다. 그러나 시설을 엄청나게 크게 만들 수 있고 안정적인 연료 수급만 가능하다면 kW 당 발전 원가가 다른 발전소에 비해 적으며 안정적으로 많은 전력을 공급할 수 있기에 여러 국가에 건설되어 있다. 원자력 발전소의 전력 비중은 전 세계적으로 약 10%로, 2021년 가장 많이 차지하는 국가는 프랑스로 68%를 차지하고 있으며 대한민국은 27.4%의 전력을 충당하고 있다. 전 세계에서 가장 많이 원자력 발전소를 운영하는 회사는 EDF로 영국·프랑스 다 해서 혼자서만 78개의 원자로를 가동하고 있다.
2020년 현재 세계에는 총 445개의 가동중인 상업발전 원자로가 있고 가동률은 70% 전후 가량이다. 2019년 1년간 2657 TWh의 전력을 생산했다. 이는 원자로 1기당 평균적으로 연간 약 6 TWh, 일간 16.4 GWh, 시간당 681 MWh를 생산한 셈이다. 에너지로 환산시 연간 21,500 GJ(기가 줄), 일간 59 GJ에 해당한다. 평균적으로 원자로 1기가 미국기준(가구당 평균전력소모량 연간 11.7 MWh) 약 50만 가구, 세계기준(가구당 연간 3.5 MWh)으로는 170만 가구에 전력을 공급할 수 있다. 한국기준(가구당 연간 4.2 MWh)으로는 140만 가구이다. 원자력 발전소 에너지 단가는 메가와트시 (MWh) 당 $60-$90 정도이다. 참고로 현재 태양광은 $150-$160/ MWh, 육상풍력은 $132-$162/MWh, 해상풍력은 $82-$155/MWh 정도이다.
원자로에서 중성자가 우라늄같이 무거운 원자와 충돌하여 원자핵이 분열되고 2~3개의 중성자가 방출된다. 이 방출된 중성자들이 다른 원자들과 충돌하여 원자들의 중성자가 방출되고 그 중성자들은 다시 더 많은 원자들과 충돌한다. 이러한 과정을 연쇄반응이라 하며 질량-에너지 동등성에 의해 우라늄 원소가 핵분열을 진행하면서 잃은 질량만큼 막대한 열에너지가 발생해 원자로가 가열된다. 냉각수가 엄청난 열에너지를 품으면서 고온고압의 수증기로 바뀌게 되고, 이 수증기를 이용해 터빈을 돌려서 전기를 생산한다. 의외로 적지 않은 사람들이 착각하는 부분인데 원자력을 전기로 바로 바꾸는 것이 아니다. 원자력에서 열에너지를 얻어 그 열로 증기를 만들고 그 증기로 생기는 운동에너지로 터빈을 돌려 전기를 만드는 것. 즉, 에너지전환이 여러 단계 이루어지며 그 과정에서 손실되는 에너지 또한 분명히 있다. 열에너지를 얻는 과정 빼고는 화력 발전과 원리가 똑같다. 차이점이라면 열에너지원이 불이 아니라 원자력이라는 것이다. 때문에 일반 화력발전소와 같이 열병합발전소로 운영하는 것도 가능하다. 국가에 따라 아예 열 전용 원자로를 개발하기도 한다.[4]
시화호 조력발전소[편집]
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시화호 조력발전소(始華湖潮力發電所, Sihwa Lake Tidal Power Station)는 경기도 안산시 단원구 대부동동에 위치한 조력발전소이다. 시화호를 품으며 대부도와 오이도를 잇고 있는 시화방조제의 중앙에 있다. 지방도 제301호선이 지나고 있다. 반월국가산업단지와 농지의 확장을 목표로 하는 '시화지구 간척사업계획'에 따라 군자만이라고 불리던 이 지역에 1987년부터 1994년까지 시화방조제가 건설되었다. 방조제로 물이 가둬진 담수호가 되자 각종 오·폐수가 쌓이기 시작했다. 화학적 산소 요구량(COD)이 평균 17.4ppm까지 오르면서 많은 생물이 폐사하자, '죽음의 호수'라는 별명과 함께 인근 주민과 여론의 비판이 일었다. 감사 결과 공직자들의 부패에 따른 결과임이 밝혀져 징계하게 된다. 이어 정부는 시화호 살리기에 나서며 2000년 해수유통을 결정하였다. 2001년 수질개선이 기대에 못 미치자 시화호를 특별관리해역으로 지정하고 종합관리계획을 수립하면서, 제2 배수갑문 겸 조력발전소 설치를 결정해 해수유통량의 증대를 꾀하게 된다.
발전소 주변 부지는 에너지 자립도시와 과학공원으로 계획되었으나 '시화호 워터프론트'(시화나래) 프로젝트 합의에 따라 일부 계획이 인근 도시로 이전된다. 2004년 12월 작은가리섬 인근 13만8천㎡에 사업비 3,551억 원을 들여 착공하였다. 가물막이 공사에 원형셀공법을 도입하였고 발전 시스템에 폐수를 줄이기 위한 친환경 설계를 도입하여 2011년 8월 완공하였다. 운영 주체는 한국수자원공사의 시화사업본부이며, 직원들은 시화조력관리단이라는 이름으로 조직되어 근무하고있다. 발전소와 과학전시관, 전망대와 휴게소, 수변무대 겸 광장으로 구성되어있다. 시화호의 해수유통량을 늘려주어 수질개선에 일조하였으나 오염된 퇴적토를 함께 배출하고 인근 해역의 유속을 느려지게 해 논란이 일었다. 조력발전 시설용량은 254MW로 세계 최대이며, 프랑스 랑스조력발전소와 함께 대표적인 조력발전소로 꼽힌다. 매월 10만 명이 찾는 안산시의 관광명소로, 향후 개발되는 인근 관광지와도 연계될 예정이다.[5]
포항지열발전소[편집]
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포항지열발전소은 경상북도 포항시 북구 흥해읍 영일만대로 493에 위치한 우리나라 최초 심부지열발전(Enhanced geothermal system) 방식의 지열발전소이다. 발주기관은 지식경제부, 참여기관은 (주)넥스지오, 한국지질자원연구원, 서울대학교, 포스코, (주)이노지오테크놀로지로 구성되어있다. 2010년부터 발전소를 계획하고 2012년부터 건설을 시작하여 2018년에 완공할 예정이었으며, 1000여 가구에 전기를 공급할 목표로 건설하고 있었다. 2002년부터 지열에너지 활용을 위해 입지조건을 조사한 결과, 포항 흥해지역은 깊이 1km 당 온도 상승률이 35~40도에 달해 지열 부존자원이 풍부한 것으로 확인되어, 지열수를 이용하기 위한 구상이 시작되었다. 이 당시의 계획은 현재와 같이 물을 주입하는 것이 아니라, 심부에 부존하는 지열수를 뽑아내어 아파트 난방 등에 활용하려는 사업으로서, 본 문서의 포항지열발전소와 직접적인 연관은 없으나 포항지역이 지열에너지 활용을 위한 입지조건을 가짐을 확인하게 된 초기의 사례라고 할 수 있다.
이후 2010년부터 계획된 현재의 포항지열발전소는 기본적으로 심부지열발전(Enhanced Geothermal System) 방식을 이용하는데, 지하 4~5km 지점에 물을 주입하여 인공적으로 대규모 저류조를 만들고 그곳에서 만들어지는 150~170℃의 뜨거운 물을 뽑아내어 터빈을 돌리는 원리로 가동된다. 아이슬란드처럼 화산 지형이 없더라도 땅속으로 깊이 들어가면 들어갈수록 지각이 뜨거워지는 것을 이용하여 발전하는 방식이다. 비교적 최신 지열발전 기술이며 세계 각국에서 연구가 진행되고 있다. 보통 화산지대에서 표면에 나오는 온천수를 활용하거나 깊이 500m~2km 내외에서 뜨거운 물을 뽑아 터빈을 돌리는 발전방식과 달리 5km 내외의 깊은 심도에서 인공적으로 물을 주입하고 뽑아내는 작업이 이루어지기 때문에 일단 시추공을 뚫는 데도 대규모 자본과 기술력이 필요하다. 따라서 이런 심부지열발전(EGS) 방식을 도입한 국가는 많지 않은 실정이다. 특히 아시아 국가들 중에서는 포항지열발전소가 사실상 최초라고 볼 수 있다. 또한 심부지열발전(EGS) 특성상 지반침하와 미소지진이 발생하기 때문에 이를 해결해야 하는 문제도 남아있다. 현재 포항지열발전소 측에서는 깊이 4.3km의 지열발전정 2개를 뚫어 놓은 상태이다.[6]
태양열발전소[편집]
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태양열발전소(solar thermal power station, 太陽熱發電所)는 태양에너지를 모아 열로 변환한 후, 그 열을 이용하여 전기를 생산하는 발전소이다. 태양열발전소는 태양열을 열 매체에 전달하여 수집된 열에너지를 전기에너지로 바꾸도록 설계된 발전 시설을 말한다. 태양열을 열 매체를 통해 수집하고, 수집한 열에너지를 전기에너지로 바꾸는 시스템을 이용한다. 반사경을 이용하여 집광시킨 태양광의 열을 이용하여 보일러에서 증기를 발생시키는데, 이때 증기 온도는 550℃까지 올라갈 수 있다. 발생한 고온의 증기는 터빈에 이송된 후 화력발전과 같이 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 이때 증기 발생에 필요한 열을 무공해 청정 자원인 태양열을 사용하므로 환경친화적인 발전 방식에 속한다. 대량의 물을 끓여 증기를 발생시켜야 하므로 소형 규모의 발전소는 효율이 떨어진다. 따라서 발전소의 위치를 선정할 때 장소와 면적의 제약이 크고, 대다수는 사막과 같은 지역에 건설된다. 태양의 열에너지를 모으는 방식에 따라 포물면 거울 초점 위에 배치된 집열관으로 모으는 방식인 파라볼릭 트로프(Parabolic trough) 또는 파라볼릭 디시(Parabolic dish) 방식과, 넓게 분포된 반사경 중앙부에 열 흡수기가 포함된 집광 타워를 설치하는 솔라 타워(Solar tower) 방식 등이 있다.[7]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
- 〈발전시설〉, 《네이버 국어사전》
- 〈발전시설〉, 《토지이용 용어사전》
- 〈수력발전소〉, 《나무위키》
- 〈화력발전소〉, 《위키백과》
- 〈원자력발전소〉, 《나무위키》
- 〈시화호 조력발전소〉, 《위키백과》
- 〈포항지열발전소〉, 《나무위키》
- 〈태양열발전소〉, 《네이버 지식백과》
같이 보기[편집]
- 발전
- 시설
- 전기
- 생산
- 공급
- 발전소
- 건축물
- 전기설비
- 전력시장
- 열에너지
- 기반시설
- 전기에너지
- 수력발전소
- 화력발전소
- 조력발전소
- 원자력발전소
- 기계적에너지
- 태양열발전소
- 포항지열발전소
- 시화호 조력발전소
