전기는 어떻게 생산될까?

에너지 전환은 다들 아시는 것처럼 에너지원을 불가역적인 화석연료로 부터 가역적이고 지속 가능한 재생 에너지 체계로 만드는 것입니다. 또한 이런 에너지 전환의 대상이 되는 부분은 전력 생산, 건물 등의 난방, 그리고 운송수단 입니다. 우리 나라에선 전력 생산 및 운송수단 정도만 뉴스를 통해 접했을 테고, 가장 강조된 것은 풍력과 태양광을 이용한 전력 생산 인지라 이것만으로 좁게 보고 계신 분들도 만을 겁니다. 

여하간 에너지 전환의 입장에서 전력, 난방, 운송에 공통점은 ...... 바로 전기 입니다. 

전력이야 말할 나위 없고 히트 펌프(Heat Pump)를 통한 난방은 전력과 난방의 융합이라 할 수 있고 운송은, 벌써들 얘기가 나오네 맞아요 전기차.

에너지 전환의 목적지에는 결국 전기가 있을 건데 그 때의 전기를 얘기하자는 것은 아니고, 오늘은 뭐 그냥 전기가 어떻게 만들어 지고 있나 그걸 보는 정도로 정리해 보겠습니다.  

 

처음접한 발전기 

여러분은 발전기를 언제 처음 접했는지 기억하시는지...

 

'70년대 말 초등학교 입학 전 선물받은 자전거의 전조등에 전선으로 연결되어 앞바퀴에 붙어 돌리던 작은 뭉치 그것이 돌이켜 보면 처음 실물로 보게된 발전기였다라고 생각이 됩니다.  

 

이리 얘기하면 내 연령대가 자연스레 누출이 되는 건가..ㅎㅎ

 

그 때 다들 그랬듯이 그 작은 뭉치는 호기심에 분해되었을 것이고, 아하! 자석과 구리선 뭉치의 조합이 회전하며 전기를 발생시키는 구나 알아챘을 겁니다. 

 

자기장 주위에 힘을 주니 전기가 흐른다. 

 

조금 더 시간이 지나 '과학상자'를 조립하며 혹은 아카데미의 프라모델 탱크들을 조립하다 모며 처음 접한 모터, 어라 이전에 보았던 자전거 전조등용 발전기랑 모터랑 같은 것들이네요.

 

네 이후 우린 학교에서 배우게 되죠. 모터에 전기를 공급하면 앞의 작은 축이 회전하고, 반대로 작은 축을 돌리면 연결된 전구가 빛을 발하는 된다는 것을 말이죠.

화학전지 

이후 고등학교에 가서 보니 또 다른 발전 원리를 배우게 됩니다. 금속의 이온화 경향이 어쩌구 저쩌구...

여하간 촉매제에 이종의 금속을 넣게 되면 전자가 이온화 경향이 큰 금속에서 작은 금속으로 이동하게 되고, 그렇죠 전류는 반대 방향으로 흐르게 됩니다. 

 

이밖에도 물리시간 마찰에 의해 발생하는 정전기, 전기 뱀장어 등에서 발생하는 생물학적 전기, 뭐 기타 등등 배우게 됩니다.

 

하지만 세월이 흘러 어느덧 이쯤이 되다 보니 많은 것을 잊고 전기는 발전소에서 만들어 지는 것으로만 자연스레 생각합니다. 여기에 최근 태양광 발전, 온도차를 이용한 열발전, 압력차를 이용한 발전 등 다양한 뉴스들을 접하고는 있지만 잘은 모르겠습니다. 

 

산업적인 발전

자 오늘 우리는 여기서 전통적인 발전에 대해 알아보고자 합니다. 

원자력 발전, 석탄 발전, 석유 발전, 가스발전, 수력발전 뭐 상당히 다른 것들 같지만 사실 에너지 source만 다르고 원리는 별반 차이가 없습니다. 모두 에너지원으로 부터 나온 에너지를 유체에 전달하고 이 유체의 에너지가 힘으로 바뀌어 자기장 내에 위치한 회전체를 돌리고 이 환경에서 힘은 전기로 전기로 변환되어 소위 발전을 하게 된다.  

 

수력발전

옛부터 우리 조상들은 강이나 내의 위치 에너지, 속도 에너지 등을 이용하여 수차를 돌려 회전 운동 에너지를 얻고 이를 방앗간 등에서 곡식을 빻거나 가루로 만든는데 이용하였습니다. 방앗간 대신 이렇게 수차로 부터 얻어지 회전 운동을 발전기와 연결하여 발전을 하는 것이 수력발전입니다. 좀 더 발전량을 늘이기 위해 댐을 건설하여 낙차를 높여 위치에너지를 키워 발전하는 모양새가 요즘 여러분들이 알고 계시는 아래와 같은 수력발전의 모양새입니다. 

 

 

화력 발전

화력발전은 석유, 석탄 또는 가스 등 화석연료를 연소시켜 얻은 열에너지를 사용하여 보일러에서 물을 끓이고, 여기에서 나오는 증기의 힘으로 터빈을 돌려 전기를 만듭니다. 주 장비로는 보일러와 스팀터빈가 있습니다. 

 

원자력 발전

원자력발전은 화력발전과 마찬가지로 증기의 힘으로 터빈을 돌려서 전기를 만든다는 점에서 동일하지만 다만 차이가 있다면 열원이 다르다는 것입니다.

화력발전에 사용되는 화석연료 대신 우라늄을 연료로 사용하고, 우라늄의 핵분열 때 나오는 에너지로 증기를 만든다는 점입니다. 원자력발전에서는 원자로가 화력발전의 보일러와 똑같은 역할을 하고 있습니다. 말하자면 원자로는 우라늄이 핵분열하여 에너지를 낼 수 있도록 만들어진 특수 우라늄 보일러입니다.

 

가스 복합 발전

복합 화력 발전소는 발전 출력 및 효율을 높이기 위해 앞단에 가스터빈을 이용하여 연소 가스를 이용 발전을 하게 되고 배열 회수 보일러를 통해 증기를 생성하여 이로 증기터빈을 돌려 2차 발전을 하게 된다. 이를 통해 단순화력 발전의 발전효율 40% 보다 15% 정도 높아져 55% 정도에 이르는 효율을 자랑한다.