발전이란(원자력,지열,온천,신에너지)

■원자력 발전

 

●원자력 발전이란?

원자력발전은 화력발전 보일러를 원자로로 대체한 시스템으로, 화석연료 대신 우라늄을 연료로 한 발전설비이다. 우라늄(235)에 중성자를 맞추면 원자핵이 분열되어 2~3개의 중성자와 함께 열에너지를 방출한다. 이 2 내지 3개의 중성자는 차례로 우라늄(235)과 접촉하여 핵분열이 계속되는 연쇄반응이 일어나 큰 열에너지를 발생시킨다.

이 열량으로 고온 고압의 증기를 만들어 터빈을 회전시킨다. 증기로 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 것은 화력 발전의 발전 방식과 크게 다르지 않다.

우라늄(235)은 1g이 핵분열하면 약 23,000kWh의 열량이 발생한다. 이 열을 증기로 회전시키는 에너지로 변환함으로써 큰 ​​전력을 얻을 수 있습니다. 핵분열을 제어하기 위해 중성자를 흡수하는 '제어봉', 중성자의 속도를 저감시키는 '감속재'를 사용하여 핵분열을 제어하고 있다.

제어봉에는 중성자를 흡수하기 쉬운 붕소·카드뮴·하프늄이 사용되고 있다. 감속재에는 중수나 경수가 사용되고 있다.

 

●지열 발전이란?

지구 내부에 축적되어 있는 지열을 이용한 발전 방식이다. 지구의 중심은 6,000℃의 고온의 내핵이 있어, 외핵, 맨틀, 지각과 점점 온도가 내려가지만, 이 중 「지하 5~10km」의 위치에 「마그마 모임」이라고 불리는, 1,000℃ 정도의 열을 발생시키는 것을 계속하고 있는 지점이 있다.

이 마그마 웅덩이의 상부에서 열 회수하여 증기를 발생시켜 증기 터빈을 돌려 발전하는 방식이다. 자연 에너지를 전기로 변환하는 시스템 때문에 자연 에너지 발전으로 분류된다.

우리나라는 화산이 없어 지열 에너지를 확보할 수 없지만 옆나라 일본의 경우 화산에 의한 지열이 풍부하기 때문에 충분한 지열 에너지를 확보할 수 있다. 그러나 지상에서 마그마 쌓인 상부까지 우물을 파고 열회수를 하게 되어 필요한 우물의 깊이는 2000~3000m가 되기 때문에 대규모 굴착공사가 필요하다.

 

◆지열 발전의 이점

지열발전은 화석연료를 사용하지 않고 자연에너지를 전력으로 변환하는 방식이기 때문에 이산화탄소의 발생이나 유해한 산화물의 생성도 없어 친환경적인 깨끗한 전력으로 여겨지고 있다.

연료를 연소시켜 열을 얻는 방식이 아니라 자연계에 있는 열에너지를 이용한 발전 방식 때문에 재생이 가능하며, 외국으로부터의 에너지 수입에 의존하지 않고 자립한 국산 에너지로서 주목 되었습니다.

 

◆지열 발전의 단점

천연 수증기를 안정적으로 공급할 수 있는 장소는, 지열 발전소로서 적합한 장소인 동시에, 자연스럽게 고온의 탕을 얻을 수 있기 때문에 온천이 설치되어 있는 것이 많아, 발전소의 건설이 곤란 한 장소이기도 하다.

원천을 온천 이용하고 있는 곳에 발전소용으로 대량의 열수를 펌핑해 버리면 기존 온천지에 어떤 영향을 미칠지 모른다. 온천지대의 경승지 부근에, 증기를 대량으로 방출시키는 플랜트 시설이 설치된다는 것도 경관에 악영향을 미치는 것으로 되어 있고, 지열 발전소를 설치하는 경우는 「경관을 파괴하지 않는 조치」를 요구한다 법령 정비도 진행되고 있다.

경승지로서, 온천이나 국립공원에 지정되어 있는 경우, 발전소를 설치하는 것으로, 주변 환경에의 악영향을 미칠 우려가 있어, 국내에서의 지열 발전의 보급은 늦고, 지열 발전소의 설치 계획부터 가동까지 10년이 넘는 기간이 필요하다.

 

◆온천 발전의 특징

지열발전으로서 대규모로 지중에서 원천을 펌핑하는 방식이 아니라 이미 펌핑되고 ​​있는 온천용 원천 중 미사용분으로서 바다에 버려져 있는 분의 열량을 회수하여 발전한다 온천발전이라는 구조가 있다.

온천가에서는 다량의 온천을 펌핑하고 있지만, 이것을 모두 이용할 수 있는 것은 아니고, 미사용분은 파기할 수밖에 없다. 100℃ 미만의 열량에서는, 증기에 의해 터빈을 돌리는 것이 곤란하지만, 비점이 낮은 물 이외의 매체를 이용함으로써, 비교적 저온이어도 일정 이상의 회전 에너지를 취출하여, 터빈을 회전시킨다.

자연 에너지를 이용한 발전은 만든 전력이 낭비 없이 사용되는 것이 전제이지만, 온천 유지를 위한 펌프나 여과 장치, 호텔 등이라면 공조나 급탕 설비가 다수 설치되어 있는 것이 생각할 수 있고, 발생한 전력을 낭비 없이 활용할 수 있고, 높은 효율을 유지할 수 있다.

지열발전소로서 대규모 시설을 세우는 것이 아니라 미사용 에너지를 분산전원으로 이용하는 것도 지열발전의 보급의 하나로 기대되고 있다. 지열발전은 높은 매입가격이 유지되고 있어 초기투자의 높이가 목이지만 장기간의 사용에 의해 비용회수가 용이하며 각지에서 '낭비하고 있는 온천열'을 전력으로 변환 예상됩니다.

 

●신에너지 발전이란?

신에너지 발전은 풍력발전이나 태양광발전이 해당된다. 태양에서 만들어지는 무진장의 열·빛 에너지를 전기로 바꾸는 시스템이 신에너지 발전으로 주목받고 있다. "재생 가능 에너지"라고도 불린다.

 

◆태양광 발전

태양광 발전은 무진장하게 얻어지는 태양광을 에너지로 하여 전력으로 변환하는 발전 방식이다. 태양광발전은 태양전지로 불리는 'n형 실리콘'과 'p형 실리콘'을 겹친 패널을 사용한 발전용 패널을 이용한다.

일사가 태양광 패널에 닿으면 플러스 전하와 마이너스 전하(정공과 전자)가 발생하여 전류가 생성된다. 이것에 부하를 접속함으로써, 조명을 점등시키거나 팬을 회전시킬 수 있다.

태양전지에 의해 발생하는 전기는 직류이며, 주택의 설비에 접속하기 위해서는 교류의 220V로 변환하여야 한다. 이것은 파워 컨디셔너라고 불리는 인버터 장치를 통과시킴으로써 직류를 교류로 변환하여 주파수와 전압을 안정시킨다.

태양광 발전은 발전을 위해 연료를 연소시키지 않기 때문에 깨끗한 발전이 가능하고, 구동부가 없기 때문에 보수 점검이 간단해진다는 이점이 있다.

대전력을 발생시키기 위해서는 넓은 면적이 필요하고, 날씨에 따라 발전량이 변동하고, 야간은 전혀 발전하지 않는다는 단점이 있기 때문에, 태양광 패널만을 전원으로서 활용하는 것은 곤란하다. 전력 안정화를 위해 축전지를 병용하는 것도 생각되고 있지만, 전지는 고가이며, 정기적인 교환 비용의 발생이나, 만일의 화재에 대응하기 위한 소화 설비의 준비 등, 많은 과제 있다.

 

◆풍력 발전

풍력 발전은 바람의 에너지로 풍차를 회전시켜 발전하는 방식이다. 풍력 발전은 풍력 에너지를 프로펠러의 회전 구동부에 전달하고 발전기를 회전시킴으로써 전력을 생성한다. 자연에너지인 풍력을 이용하고 있어 태양광 발전과 마찬가지로 화석연료의 연소가 없어 청정전력으로 분류할 수 있다.

바람 에너지는 태양열에 의해 발생하는 자연 현상을 이용하는 재생 가능 에너지이며, 이산화탄소, 배기 가스, 산화물의 발생이 없다. 현재는 운동에너지의 40% 정도를 전기에너지로 변환할 수 있는 고효율 시스템도 확립되어 해상이나 산간부 등 안정된 풍력을 얻을 수 있다면 발전설비로 이용할 수 있다.

풍력을 효율적으로 전기 에너지로 변환하기 위해 풍차의 형상도 다수 개발되고 있다. 프로펠러형 풍차, 사보니우스형 풍차, 다리우스형 풍차, 네덜란드형 풍차가 대표적인 풍력발전용 풍차이다. 형상에 발전 효율이나 바람의 포착 성능, 소음치가 다르기 때문에, 설치 장소나 용도에 맞추어 선정한다.

풍력발전에는 수많은 문제점이 있어, 풍풍의 발전 때문에 전력이 안정되지 않는다, 국내에서는 안정된 풍속의 확보가 곤란하기 때문에 대전력의 발전을 기대할 수 없는, 프로펠러의 회전음이 소음이 된다, 고속으로 회전하는 프로펠러로 새 동물에 접촉할 우려가 있다는 사안에 대해서는 충분한 검토가 필요하다.