발전이란(화력)

※화력 발전

 

■화력 발전이란?

화력 발전은 연료를 태우고 물을 가열하고 증기로 변환하여 증기압 등으로 터빈을 돌려 발전시키는 발전 방식이다. 화력발전에 의해 발생하는 증기는 냉각하여 물로 되돌아가 다시 가열되어 증기가 되어 터빈을 계속 돌린다. 국내의 발전량의 60%는 화력발전에 의해 충당되고 있다.

화력 발전은 발전 효율이 좋고, 발전량의 조정이 용이하기 때문에, 전력의 공급량 조정이 가능하다는 이점이 있다. 대표적인 발전방식에는 '기력발전', '내연력발전', '가스터빈발전', '복합사이클발전' 등이 있다.

화력발전을 유지하기 위해서는 대량의 화석연료가 필요하며, 이들 연료를 연소시킴으로써 온실가스의 발생, 산화물의 방출 등 지역환경에의 영향이 문제시되기 때문에 재생가능에너지를 활용한 대체 발전 방식에 대해 연구가 진행되고 있다.

 

●기력 발전

기력발전은 보일러에 의해 중유나 LNG를 연소시켜 열을 낳고 열을 물에 주는 것으로 증기로 바꾸고 그 증기압으로 터빈을 돌리는 발전 방식이다. 안정된 발전 능력과 발전량을 확보할 수 있기 때문에 국내에서도 많이 보급되고 있는 발전 방식으로 대규모의 화력 발전소 대부분이 이 방식이다. 발전 효율은 42~45% 정도로 되어 있다.

연료를 태우면 연료 내부의 황 성분이 황 산화물이되어 대기 중에 방출된다. 이것은 "NOx"라고 불리는 유해한 물질이며 엄격한 배출 기준이 정해져 있습니다.

NOx 외에 다량의 매진(방진)도 방출되어 대기오염으로 이어질 우려가 있다. 전력회사 등 대규모 발전시설에서는 연소온도를 낮추어 질소산화물의 발생량을 저감시키거나 탈질장치를 설치한 정화를 실시하고 있다.

황 성분을 포함하지 않는 LNG를 중유 대신 사용하면 황 산화물의 발생을 줄일 수 있습니다. 탈황 장치를 설치한 억제도 행해지고 있다. LNG는 매진도 억제할 수 있기 때문에 자연 친화적인 연료이다.

 

●내연력 발전

내연력 발전은 디젤 엔진으로 발전기를 돌려 발전하는 발전 방식이다. 연료의 연소에 의한 고온 고압 가스를 이용하여 발전기를 직접 돌려 발전하는 방식으로 건축 설비 분야에서는 자가용 발전기 등에서 이용되고 있는 비상용 발전기가 대표적이다.

원동기와 발전기가 세트로 내장되어 있어 연료의 연소에 의해 발생하는 고압 가스의 에너지를 원동기가 갖는 크랭크 기구에 의해 회전 에너지로 변환하여 발전기를 회전시킨다. 크랭크 기구는 피스톤 운동 에너지를 회전 운동 에너지로 변환하는 기구로, 내연력 발전의 가장 중요한 기구이다.

4사이클의 디젤 엔진이 널리 사용되고 있으며, 효율은 45%로 높은 수치를 유지하고 있다. 시동이나 정지가 용이하기 때문에, 건축물의 비상용 발전기나, 가설 발전기 등 공사 용도에도 이용되고 있다.

디젤엔진은 연료소비량을 늘려 출력증대에 한계가 있어 발전능력은 수십kW에서 수만kW 정도이므로 소규모 수요에 한정되어 채용된다.

 

●가스 터빈 발전

가스 터빈 발전은 등유, 경유 등을 연소시켜 발생한 연소 가스로 터빈을 돌리는 발전기이다. 디젤 엔진은 왕복 운동을 회전 에너지로 변환하는 발전 방식이지만, 가스 터빈 방식은 연료의 연소에 의한 에너지를 직접 회전 에너지로 변환하므로 크랭크 기구를 설치할 필요가 없어 연료 소비량의 증대 이와 함께 대용량 발전기가 제작될 수 있다는 장점이 있다.

고온의 배열을 방출하므로 열회수를 하여 종합 에너지 효율을 높일 수 있어 대규모 산업 플랜트에 채용 실적이 많은 발전기이다.

그러나 디젤 발전기와 같은 에너지를 출력하는 경우 그 발전 효율은 낮고 20~35% 정도밖에 없다. 디젤 발전기와 같은 능력을 가스 터빈 발전기로 대응하면 약 2배의 연료가 필요하기 때문에 수백 kW 정도의 소형 발전기에서 가스 터빈 발전의 우위성이 거의 없다.

부하 변동에의 추종이 용이하고, 경부하 시의 응답성이나 안정성이 높은 것이 가스 터빈 발전기의 장점이지만, 소규모 건축 설비 분야에서는, 격렬한 부하 변동이나 안정성에의 대응은 디젤 발전기로도 충분하며, 가스 터빈 발전기가 아닌 디젤 발전기를 채용하는 것이 일반적이다.

 

●결합 사이클 발전

복합 사이클 발전은 가스 터빈 발전과 기력 발전에 의한 증기 터빈을 병용한 발전 방식이다. 가스 터빈은 연소 가스로 터빈을 돌리는 방식이라고 해설했지만, 연소 가스는 매우 온도가 높기 때문에 배열이라도 물을 증기로 바꾸기에 충분한 열 에너지를 유지하고 있다.

배열을 회수하고, 증기를 발생시켜 증기 터빈을 돌리면, 사용한 연료를 효율적으로 소비할 수 있고, 효율 향상을 도모할 수 있다. 가스 터빈은 비교적 소형으로 끝나기 때문에, 운전이나 정지의 즉응성이 높고, 전력 수요의 변동에 대응하기 쉽다는 장점이 있다.

적은 연료로, 보다 많은 발전량을 만들어 내는 것을 생각해 만들어진 발전 방식의 하나로, 발전 효율은 47%를 넘는다.

또한 콤바인드 사이클 발전의 효율을 향상시킨 「Advanced 콤바인드 사이클 발전」이나 「More Advanced 콤바인드 사이클 발전」이라는 기술이 개발되어 전력회사의 발전 효율 향상에 기여하고 있다. 이들은 연소 가스 온도를 상승시켜 50%를 초과하는 발전 효율을 실현하고 있다.