발전소
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한국지역난방공사의 판교 열병합발전소 모습[1] 타 발전소와는 다르게 일반 건물과 같은 외관이 특이하다.
發電所
Power Station / Power Plant[2] / Power House / Power Generator[3] / Kraftwerk[4]
전력을 생산, 공급하는 시설.
현재 사용되고 있는 대부분의 발전기는 전자기 유도 작용을 이용하여 전력을 생산하고 있다. 중고등학교 과학 시간에 자석 주위에 코일을 감아놓고 자석을 움직이면 전력이 생산되는 물건의 스케일을 키운 것이라고 생각하면 쉽다. 다만 이 경우 사람이 직접 자석을 움직일 수는 없으니 기계적으로 저 자석이 움직이도록 터빈을 돌려야 되는데, 저 터빈이 무엇을 에너지원으로 삼느냐에 따라 발전 방법의 이름이 달라지고 발전효율도 달라진다.[5] 애초에 열역학 법칙에 의해 에너지 효율이 100%가 나오는 것은 불가능하므로 어떤 발전 방식이건 다른 에너지를 100% 전기에너지로 바꿀 수는 없지만, 당연히 효율이 높으면 높을수록 좋다.
전류가 흐르는 모든 도선은 열을 발생시킨다. 만약 송전 중에 열 에너지로서 많은 양의 전력을 잃게 되면 굉장한 손해일 것이다. 이러한 전력 손실을 막기 위해 실제로는 발전소에서 생산된 전기는 변전소를 통하여 승압된 뒤 가정이나 회사 등에 전압을 다시 낮추어 공급된다. 전압이 높을수록 열 에너지로서 소모되는 전력은 적어진다.
국내 전체 발전소에서 공급가능한 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 운전여부를 결정한다. 만약 소비보다 전력공급이 많으면 전력난조가 발생하고 소비보다 전력공급이 적으면 광역정전, 블랙아웃이 발생한다. 북미와 캐나다 등지에서 섣부른 발전소 민영화 조치로 대규모 광역정전 사건을 터트리며 엄청난 경제적 손실을 가져온 바 있다.
이전까지는 에어컨 사용 같은 냉방전력 수요가 폭증하는 여름에 이용률 최대를 기록하곤 하였으나 석유를 비롯한 각종 에너지 가격이 상승하여 오히려 전기로 난방을 하는 것이 더 싸지는 기현상이 발생하여 2010년 겨울 전력 예비율이 6%대로 추락하고 말았다.
현존하는 발전소 중에서는 원자력 발전소가 가장 적은 분량의 연료를 사용하여 많은 전력을 생산할 수 있지만 문제가 생기면 그야말로 재앙. 가장 유명한 사고로 체르노빌 원자력 발전소 사고와 후쿠시마 원자력 발전소 사고가 있다. 다만 우주에서는 이런 사고가 일어나도 피해가 적기 때문에 우주공간에선 태양광발전과 함께 최고로 꼽는다. 달기지 등 식민지 건설에 필수요소로 자리잡을 듯하다.
이론적으로는 핵융합 발전소가 최고이긴 한데... 현재의 인류 기술 수준으로는 불가능하며, 최초로 건설되는 핵융합 발전소의 건설 목표 년도는 2050년이다. 하지만 미래를 배경으로 하는 픽션에서는 심심치않게 등장한다.
20세기에는 화석연료를 태워서 전력을 생산하는 화력발전소가 주류였고, 원자력 발전은 천연, 혹은 농축된 상태의 우라늄을 원자로의 연료로 사용한다. 문제는 화석연료 및 우라늄은 매장량이 고정된 존재며, 슬슬 편하게 채굴할 곳이 고갈되므로 정제나 분리가 대규모로 필요한 곳에서 채굴하므로 비용이 증가하며, 무엇보다도 채굴 및 사용과정에서 환경을 오염시키는 문제로 지속적으로 까인 까닭에 현재는 자연의 힘을 이용한 발전소 연구가 활발하다.
국내는 물론이고 외국에도 개인이 풍력이나 태양열 발전기 등을 직접 설치해서 생활에 필요한 전력을 생산하여 사용하고, 남아도는 전력이 있으면 전기회사와 계약을 맺어 전력을 팔수도 있다. 이런 경우 발전기외에 추가 설비를 하기 때문에 원가를 아끼려 배터리에 충전해서 쓰는 경우가 많다. 물론 태양광 발전기 설치 시 밤에는 전력회사가 공급하는 전력을 공급받아야만 한다.
현대인의 생활에 전기가 필수적인 만큼, 당연히 국가 중요 시설이다.[6] 이 때문에 전쟁이나 소요사태가 발발할 경우 발전소의 안전 확보가 큰 과제가 된다.
"터빈을 돌려서"라는 표현이 매우 많이 등장하는데 어쩔 수 없다. 터빈을 돌리는것이 아무리 싫어도 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. 연구 단계까지 치더라도 압전 발전, MHD, 연료 전지, 열전 발전 정도가 예외. 아직까지는 이런 종류는 효율이 낮다.
기본개념은 1.연료(화학에너지)를 태워 물을 고온고압의 증기로 만든다(열에너지 _정확히는 압력에너지) → 2. 증기를 통해 터빈을 돌린다(운동에너지 또는 기계에너지) → 3.터빈에 의해 돌아가는 축으로 전기를 생산한다(전기에너지)
결국 연료 속에 포함된 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 과정인데, 이는 에너지는 어떠한 형태로 변화하면서 보존된다는 에너지 보존법칙 (열역학 제1법칙)을 이용한 것이다. 더 나아가면 변환 과정에서 손실이 발생할 수밖에 없다는 열역학 제2법칙까지 내포한다고도 할 수 있다.
한국전력통계 연감에 따르면 2016년 대한민국의 발전시설의 총 용량은 약 110GW(기가와트)이다. 연간 소비되는 총 전력량은 약 561TWh 정도. 따라서 연 평균 발전량은 약 64GW가량이다. 계절별, 시간대별로 발전량은 수시로 변한다. 예를 들어 야간에는 전력 소비가 줄고 혹서기 10시~11시 사이에 소비 전력이 연중 최대치로 올라간다. 만약 어떤 이유에서 소비 전력이 100GW를 넘기면 발전기들이 연쇄적으로 정지하는 블랙아웃이 발생한다. 이유는 항목 참고.
어째서인지 대부분 안 좋은 쪽으로 등록되어있다. 사실 정전이나 대형사고가 나는게 아닌 이상 발전소가 유명해질 일이 거의 없다. 특히 원자력 발전소는 원자력 사고가 한 번 터지면 세계 범위로 영향을 끼치기에 주목(?)받는다.
전기를 대량으로 사용하려면 반드시 있어야 하는 시설이므로 까메오나 배경이더라도 각종 매체에서 자주 등장한다.
한국지역난방공사의 판교 열병합발전소 모습[1] 타 발전소와는 다르게 일반 건물과 같은 외관이 특이하다.
1. 개요
發電所
Power Station / Power Plant[2] / Power House / Power Generator[3] / Kraftwerk[4]
전력을 생산, 공급하는 시설.
2. 설명
현재 사용되고 있는 대부분의 발전기는 전자기 유도 작용을 이용하여 전력을 생산하고 있다. 중고등학교 과학 시간에 자석 주위에 코일을 감아놓고 자석을 움직이면 전력이 생산되는 물건의 스케일을 키운 것이라고 생각하면 쉽다. 다만 이 경우 사람이 직접 자석을 움직일 수는 없으니 기계적으로 저 자석이 움직이도록 터빈을 돌려야 되는데, 저 터빈이 무엇을 에너지원으로 삼느냐에 따라 발전 방법의 이름이 달라지고 발전효율도 달라진다.[5] 애초에 열역학 법칙에 의해 에너지 효율이 100%가 나오는 것은 불가능하므로 어떤 발전 방식이건 다른 에너지를 100% 전기에너지로 바꿀 수는 없지만, 당연히 효율이 높으면 높을수록 좋다.
전류가 흐르는 모든 도선은 열을 발생시킨다. 만약 송전 중에 열 에너지로서 많은 양의 전력을 잃게 되면 굉장한 손해일 것이다. 이러한 전력 손실을 막기 위해 실제로는 발전소에서 생산된 전기는 변전소를 통하여 승압된 뒤 가정이나 회사 등에 전압을 다시 낮추어 공급된다. 전압이 높을수록 열 에너지로서 소모되는 전력은 적어진다.
국내 전체 발전소에서 공급가능한 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 운전여부를 결정한다. 만약 소비보다 전력공급이 많으면 전력난조가 발생하고 소비보다 전력공급이 적으면 광역정전, 블랙아웃이 발생한다. 북미와 캐나다 등지에서 섣부른 발전소 민영화 조치로 대규모 광역정전 사건을 터트리며 엄청난 경제적 손실을 가져온 바 있다.
이전까지는 에어컨 사용 같은 냉방전력 수요가 폭증하는 여름에 이용률 최대를 기록하곤 하였으나 석유를 비롯한 각종 에너지 가격이 상승하여 오히려 전기로 난방을 하는 것이 더 싸지는 기현상이 발생하여 2010년 겨울 전력 예비율이 6%대로 추락하고 말았다.
현존하는 발전소 중에서는 원자력 발전소가 가장 적은 분량의 연료를 사용하여 많은 전력을 생산할 수 있지만 문제가 생기면 그야말로 재앙. 가장 유명한 사고로 체르노빌 원자력 발전소 사고와 후쿠시마 원자력 발전소 사고가 있다. 다만 우주에서는 이런 사고가 일어나도 피해가 적기 때문에 우주공간에선 태양광발전과 함께 최고로 꼽는다. 달기지 등 식민지 건설에 필수요소로 자리잡을 듯하다.
이론적으로는 핵융합 발전소가 최고이긴 한데... 현재의 인류 기술 수준으로는 불가능하며, 최초로 건설되는 핵융합 발전소의 건설 목표 년도는 2050년이다. 하지만 미래를 배경으로 하는 픽션에서는 심심치않게 등장한다.
20세기에는 화석연료를 태워서 전력을 생산하는 화력발전소가 주류였고, 원자력 발전은 천연, 혹은 농축된 상태의 우라늄을 원자로의 연료로 사용한다. 문제는 화석연료 및 우라늄은 매장량이 고정된 존재며, 슬슬 편하게 채굴할 곳이 고갈되므로 정제나 분리가 대규모로 필요한 곳에서 채굴하므로 비용이 증가하며, 무엇보다도 채굴 및 사용과정에서 환경을 오염시키는 문제로 지속적으로 까인 까닭에 현재는 자연의 힘을 이용한 발전소 연구가 활발하다.
국내는 물론이고 외국에도 개인이 풍력이나 태양열 발전기 등을 직접 설치해서 생활에 필요한 전력을 생산하여 사용하고, 남아도는 전력이 있으면 전기회사와 계약을 맺어 전력을 팔수도 있다. 이런 경우 발전기외에 추가 설비를 하기 때문에 원가를 아끼려 배터리에 충전해서 쓰는 경우가 많다. 물론 태양광 발전기 설치 시 밤에는 전력회사가 공급하는 전력을 공급받아야만 한다.
현대인의 생활에 전기가 필수적인 만큼, 당연히 국가 중요 시설이다.[6] 이 때문에 전쟁이나 소요사태가 발발할 경우 발전소의 안전 확보가 큰 과제가 된다.
3. 발전방법
"터빈을 돌려서"라는 표현이 매우 많이 등장하는데 어쩔 수 없다. 터빈을 돌리는것이 아무리 싫어도 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. 연구 단계까지 치더라도 압전 발전, MHD, 연료 전지, 열전 발전 정도가 예외. 아직까지는 이런 종류는 효율이 낮다.
기본개념은 1.연료(화학에너지)를 태워 물을 고온고압의 증기로 만든다(열에너지 _정확히는 압력에너지) → 2. 증기를 통해 터빈을 돌린다(운동에너지 또는 기계에너지) → 3.터빈에 의해 돌아가는 축으로 전기를 생산한다(전기에너지)
결국 연료 속에 포함된 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 과정인데, 이는 에너지는 어떠한 형태로 변화하면서 보존된다는 에너지 보존법칙 (열역학 제1법칙)을 이용한 것이다. 더 나아가면 변환 과정에서 손실이 발생할 수밖에 없다는 열역학 제2법칙까지 내포한다고도 할 수 있다.
3.1. 현용 발전
- 수력발전: 인류 역사상 최초의 발전 방식이며[7], 물의 힘으로 터빈을 돌려서 발전하는 것이다. 댐을 건설하여 높은 낙차를 만드는 방법을 쓰는데, 폭포 같은 자연적으로 낙차가 발생하는 곳은 댐 없이 그냥 설치하기도 한다. 대표적으로 나이아가라 폭포에 이런 수력발전소가 있다. 상대적으로 발전시의 환경 오염이 적다는 장점이 있지만, 강이나 폭포 등 물이 많은 곳이 아니면 건설할 수 없기 때문에 건설 장소가 제한된다는 단점이 있다. 대규모 발전을 위해서는 댐이 필요한데 이를 위한 넓은 부지와 대규모 수몰지구 등으로 인해서 건설비가 꽤 많이 드는 편이고, 댐의 경우에는 주위 환경을 바꿔버리기 때문에 환경 오염과는 또다르게 악영향을 끼친다. 또한 하상계수[8]가 큰 지역에서는 갈수기 때에 발전을 못 한다는 제약도 따른다. 하지만 일단 지어놓으면 별도의 연료비가 들지 않고 자연낙하를 이용하는 경우가 많기 때문에 유지비가 저렴하여 반영구적으로 사용할 수 있다는 장점은 있다. 발전용량에 따라서 대수력발전부터 피코수력발전[9]까지 총 6단계로 구분한다.#
- 양수발전: 수력발전의 일종. 기본적으로 수력발전과 동일하나, 상대적으로 전력이 적게 소비되는 밤중에 수력발전용 터빈을 역으로 돌려서 물을 도로 끌어올려 저장하는 방식이 추가되었다.[10] 따라서 다른 발전처럼 전기를 생산만 하는 것이 목적이 아니라 한밤중 등 전기 소요가 없을 때 전기 에너지를 퍼텐셜 에너지로 바꿔서 저장하는 것이며, 이 방식은 사실상 유일하게 (그나마)대량의 전기 에너지를 저장할 수 있는 방법이다. 단점은 물을 전기로 끌어올렸다 떨어뜨리면서 생산하기 때문에 당연히 전체 생산 전력은 일반적인 방식으로 생산한 전력보다 줄어들기 때문에 효율이 떨어지며 설비가 복잡하므로 시설비가 늘어난다.
- 조류발전: 수력발전의 일종으로 해류가 센 바다 바닥에 터빈을 설치하여 해류를 이용해 터빈을 돌려서 전력을 생산한다. 명량 해전이 있었던 진도군 울돌목에 테스트용 발전기가 건설되었다.
- 파력발전: 파도의 힘으로 터빈을 돌려서 발전한다. 낙도 같은 곳에 테스트 용으로 건설하고 있다. 발전용량이 그리 큰 편이 아니라서 보조용도로나 많이 쓰였으나[11] 영국스코틀랜드 펠라미스 사에서 상업용 파력 발전 시스템을 선보였다. 이외에도 영국 체크메이트 그룹이 아나콘다 시스템을 연구 중이다.
- 조력 발전: 문서 참고.
- 원자력 발전: 원자로에서 물을 끓여서 증기를 만든 후 이를 이용해 터빈을 돌려서 발전한다. 엄청난 에너지 효율과 함께 발전 중 가장 오염물질의 유출에 대한 통제가 쉬워 환경보호에 좋은등 장점이 많으나, 사고가 나면 피해가 무지막지하게 클 수 있다는 단점이 있다. 다만 현재까지 일어난 모든 피해를 다 합쳐도 화력 발전에 비교하면 피해입은 사람의 수는 훨씬 적으며 실제로 사고로 인한 사망자는 체르노빌 사고에서만 있었다.[12] 허나 원자력 발전시 필연적으로 발생하는 핵쓰레기의 처리가 곤란한상황.
- 지열발전: 지열을 이용하여 발전을 하는 것. 화산지대나 온천지대의 지열을 이용하여 물을 끓이고 이 증기를 이용해 터빈을 돌려서 발전하는 것이다. 지구 내부 에너지가 보일러 역할을 하는 셈이다. 이것도 쓸 수 있는 지역이 제한된다는 단점이 있다.[13] 덤으로 화산가스로 인해서 부식도 잘 되며, 보통 지열이 잘 배출되는 지역은 지진이 많이 일어나는 등 지반 자체가 불안정한 곳이 많아서 특별하게 튼튼하게 건설해야 제대로 사용이 가능하며, 반복적으로 파손된 부분을 때워야 한다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해서 나온 것이 심부지열발전(EGS, Enhanced Geothermal System)으로 지하 4천~5천 미터를 시추해 외부환경에 영향을 받지 않는 지열에너지 저장곳간을 만든 뒤, 이곳에 일반 지열발전처럼 물을 흘려보내 만들어진 증기로 터빈을 돌려서 발전하는 것이다. 이 방식이면 전 세계 50% 지역에서 지열발전을 할 수 있게 된다. 현재 대한민국에서도 연구 중이다. 2014년 광주에서도 3.5MW급의 심부지열 발전소를 미국 알타락에너지사와 투자해 개발할 계획이다. 2015년 포항에 1.5MW급 심부 지열발전소 준공 예정이며 2030년까지 지열발전 규모를 200MW까지 확대할 예정.관련 기사 하지만 심부지열 발전이 지진을 유발한다는 주장이 제기돼서, 국내외에서 논란이다. 2017년 포항 지진 이후 현재 국내의 지열발전 사업은 사실상 중단 상태이다.
- 풍력 발전: 바람의 힘으로 풍차를 돌려서 발전하는 것. 바람이 많은 곳이 적다는 문제가 있고, 바람은 필요 이상으로 빨리 불 때도 있고 느리게 불 때도 있어서 안정성이 떨어진다는 문제도 있다. 즉, 발전기에 걸리는 부하가 안정적이지 않으므로 애당초 발전된 전기의 전압과 주파수가 상용 전력대로 나오는 것을 기대할 수가 없다. 그렇다고 터빈의 속도를 기계적으로 조정하려드는 건 부하 변화가 원체 빨라서 속응성이 떨어지고 말도 안 되는 수명 문제가 발생하므로 AC로 들어온 발전 전력을 컨버터를 이용해 DC로 바꾼 뒤, 인버터를 통해 다시 AC로 바꿈으로서 발전기의 회전수와 상관없이 일정한 전압과 주파수를 가지는 전력을 출력한다. 따라서 풍력 발전기는 그 특성상 빠른 부하 변화에 대응하기 위해 전력 변환 설비가 많이 들어간다. 게다가 전력전자 설비는 그 특성상 과부하 내성이 발전기에 비해 높지 않으므로 발전기가 한계 이상으로 회전수가 올라가버리면 과전압이 걸려 파손될 위험도 있다.
심지어 태풍이 불면 발전기에 과부하가 걸릴 정도로 고속회전하기 때문에 오히려 작동하지 못하게 묶어놓아야 한다. 덤으로 발전기 주변에 소음이 심하며 건설비에 비하자면 연비가 낮다. 풍력 발전기가 돌아가는 풍경을 멀리서 보면 은근히 멋지지만, 기존의 자연환경에 발전기를 세워놓다보니 도리어 경관을 해칠 수도 있다. 국내에서는 강원도 태백매봉산 발전단지와 평창 삼양목장의 풍력 발전기들, 영덕 풍력 발전단지가 유명하다.
지열과 같이 매우 한정된 지역에서만 대규모 발전소를 세울 수 있는 종류를 제외하면 그린에너지 중에서는 유일하게 화력발전에 대해서도 가격경쟁력이 있다. 현재 풍력 발전의 추세는 발전기를 점점 더 대형화하여 발전단가를 낮추고(작은 풍력 발전소 여러 개를 건설하는 것보다 큰 풍력 발전소 1개를 건설하는 것이 더 경제적이다.) 아예 소음 및 바람의 균일성 등의 문제에서 벗어나기 위하여 얕은 바닷가에 수십대의 풍력 발전기를 설치하는 방향으로 나아가고 있다. 현재 운용되는 풍력 발전기 중 규모가 큰 것은 회전자의 전체직경이 120m 이상 되는 것도 있으며, 유럽의 선진국에서는 회전자의 전체직경이 150m 이상 되는 크고 아름다운 것도 개발 중이라고 한다. 하지만 생물학적으로 큰 문제가 있는데 주로 바람이 있는 거대한 땅에 세우다 보니 새들이 부딪쳐 죽는 경우가 워낙 많다는 점. 풍력 발전에 유리한 바람 조건은 새들이 이동하기 유리한 조건과 많은 부분이 겹치기 때문에 특히 위험하다. 프로펠러의 회전이 일정 속도 이상이 되면 눈으로 장애물이라고 인지하지 못하기 때문에, 생태통로에 그라인더를 설치한 것마냥 수많은 날짐승들이 죽어나간다. 혹은 발전기가 돌면서 생기는 압력차에 의해 죽는다고도 한다. 특히 박쥐 등. 미국에서는 미국 상징이자 보호희귀종인 흰머리독수리까지 희생되는 통에 말이 많다.
그래도 다른 대체자원보다 경쟁력이 있어 여러 발전 모델들이 개발되고 있다. 디스커버리 채널에서 소개된 몇 가지 것들을 소개하자면. 도심속에서 사용 가능한 나선형 구조의 소형 풍력발전기, 상공 수십~수백 미터 위에 띄워 돌아가는 풍선 형태의 풍력 발전기 등.
지상 풍력 발전은 환경문제나 소음 등으로 사실상 뒤로 밀리고 해상 풍력 발전이 대세가 되었다. 지상 풍력 발전에서 오는 문제점들 대부분이 무시가 가능하고 대형화에 맞는 공간도 확보가 용이하며, 대체적으로 해상이 지상보다 바람이 고르고 잘 불기 때문이다. 실제로 한국정부는 제6차 전력수급기본계획(2013~2027)을 확정하면서 신재생 에너지 중 그나마 대규모 개발이 가능하기에 해상풍력 발전으로 2027년까지 바다에 풍력 발전기를 서해안과 제주에 도배하려고 하고 있다. 우선 2019년까지 부안·영광 앞바다에 2500MW용량의 대규모 해상풍력 발전단지를 만들려고 하고 있다. 해양 풍력이 발전 효율이 육지보다 1.4배나 높지만 설치 비용도 더높아 경제성은 사실 적자가 안나면 다행이라는 예측. 정부 계획대로 풍력 발전기가 500기를 모두 설치하려면 500㎢ 면적이 필요하다.관련기사 제주도에도 2019년까지 해상풍력 발전단지 1000MW, 2030년까지는 2000MW를 건설하려 계획하고 있다. 2013년 제주도에서 실증단계 풍력 해상단지가 조성되는 단계였다. 서남해 해상풍력 조성사업은 한국해상풍력(주)가 설립되고 2017년 착공하였고 2017년 11월에는 30㎿ 규모의 상업용 해상풍력발전단지가 제주 해상에 완공되었다.
지열과 같이 매우 한정된 지역에서만 대규모 발전소를 세울 수 있는 종류를 제외하면 그린에너지 중에서는 유일하게 화력발전에 대해서도 가격경쟁력이 있다. 현재 풍력 발전의 추세는 발전기를 점점 더 대형화하여 발전단가를 낮추고(작은 풍력 발전소 여러 개를 건설하는 것보다 큰 풍력 발전소 1개를 건설하는 것이 더 경제적이다.) 아예 소음 및 바람의 균일성 등의 문제에서 벗어나기 위하여 얕은 바닷가에 수십대의 풍력 발전기를 설치하는 방향으로 나아가고 있다. 현재 운용되는 풍력 발전기 중 규모가 큰 것은 회전자의 전체직경이 120m 이상 되는 것도 있으며, 유럽의 선진국에서는 회전자의 전체직경이 150m 이상 되는 크고 아름다운 것도 개발 중이라고 한다. 하지만 생물학적으로 큰 문제가 있는데 주로 바람이 있는 거대한 땅에 세우다 보니 새들이 부딪쳐 죽는 경우가 워낙 많다는 점. 풍력 발전에 유리한 바람 조건은 새들이 이동하기 유리한 조건과 많은 부분이 겹치기 때문에 특히 위험하다. 프로펠러의 회전이 일정 속도 이상이 되면 눈으로 장애물이라고 인지하지 못하기 때문에, 생태통로에 그라인더를 설치한 것마냥 수많은 날짐승들이 죽어나간다. 혹은 발전기가 돌면서 생기는 압력차에 의해 죽는다고도 한다. 특히 박쥐 등. 미국에서는 미국 상징이자 보호희귀종인 흰머리독수리까지 희생되는 통에 말이 많다.
그래도 다른 대체자원보다 경쟁력이 있어 여러 발전 모델들이 개발되고 있다. 디스커버리 채널에서 소개된 몇 가지 것들을 소개하자면. 도심속에서 사용 가능한 나선형 구조의 소형 풍력발전기, 상공 수십~수백 미터 위에 띄워 돌아가는 풍선 형태의 풍력 발전기 등.
지상 풍력 발전은 환경문제나 소음 등으로 사실상 뒤로 밀리고 해상 풍력 발전이 대세가 되었다. 지상 풍력 발전에서 오는 문제점들 대부분이 무시가 가능하고 대형화에 맞는 공간도 확보가 용이하며, 대체적으로 해상이 지상보다 바람이 고르고 잘 불기 때문이다. 실제로 한국정부는 제6차 전력수급기본계획(2013~2027)을 확정하면서 신재생 에너지 중 그나마 대규모 개발이 가능하기에 해상풍력 발전으로 2027년까지 바다에 풍력 발전기를 서해안과 제주에 도배하려고 하고 있다. 우선 2019년까지 부안·영광 앞바다에 2500MW용량의 대규모 해상풍력 발전단지를 만들려고 하고 있다. 해양 풍력이 발전 효율이 육지보다 1.4배나 높지만 설치 비용도 더높아 경제성은 사실 적자가 안나면 다행이라는 예측. 정부 계획대로 풍력 발전기가 500기를 모두 설치하려면 500㎢ 면적이 필요하다.관련기사 제주도에도 2019년까지 해상풍력 발전단지 1000MW, 2030년까지는 2000MW를 건설하려 계획하고 있다. 2013년 제주도에서 실증단계 풍력 해상단지가 조성되는 단계였다. 서남해 해상풍력 조성사업은 한국해상풍력(주)가 설립되고 2017년 착공하였고 2017년 11월에는 30㎿ 규모의 상업용 해상풍력발전단지가 제주 해상에 완공되었다.
- 태양광 발전: 문서 참고.
- 태양열 발전: 태양열을 이용한 발전방법으로 태양광을 반사시킬 유리판을 방사상으로 배치하여 한 지점에 집중시키면 열 에너지를 얻을 수 있는데 그 열로 물을 끓여 터빈을 돌려서 발전하는 방식이다. 태양이 들어가긴 하지만 태양광발전하고는 별 상관 없다. 당연히 햇빛이 쨍쨍 내려쬐는 사막 같은 곳에서만 제대로 돌아가는 발전이다. 그나마 태양열 발전은 태양전지에 비해 에너지 변환 효율이 낫다.
- 화력발전: 석유나 석탄, 천연가스 등 화석연료로 터빈을 돌려서 발전한다. 대규모 발전소 중 가장 오래된 역사를 자랑하며, 대다수의 전력을 화력발전소에서 뽑고 있다. 사실, 증기 터빈을 돌리는 발전소는 모두 다 화력발전의 아류작들이다. 열병합 발전소도 이 화력발전의 일종이며 이 경우에는 연료와 쓰레기를 동시소각하면서 나오는 폐열을 일부 이용하며 발전에 이용하는 폐열로 물을 데워서 아파트 단지에 난방을 공급 하기도 한다. 그 밖의 원자력이나 지열발전도 화력발전소의 보일러가 원자로나 지열로 바뀐 것 뿐이다. 당연히 오염물질이 상당하므로 배연설비에 신경을 써야 한다. 보통은 터빈을 사용하지만 소규모 화력발전소는 내연기관을 이용하기도 한다. 개인이나 시설에서 보통 예비용으로 쉽게 구비하는 발전기도 내연기관을 이용한 화력발전이라고 볼 수 있다.
일단 짓기 편하고 빨리 올릴 수 있다는[14] 장점이 있지만, 발전시 사용하는 주 연료가 화석연료다 보니 공급 문제에 있어서에 민감하다. 즉, 화력발전에서 생산하는 전기의 전기세 상승은 화석연료 생산량/가격과 비례 관계에 있다는 것. 인도같은 경우는 소가 워낙 많아서 소똥을 태우는 화력발전소가 아직도 많이 남아있다. 미국에서도 소똥화력발전소를 90년 초반에 세운 바 있는데 재료비는 무척 싸지만, 건설비가 좀 비싼 편이라고 한다. 보통 화력난로가 아닌 더 특별한 난로를 써서 태워야 하기 때문이다. 아래 언급 된 일부 운용 중인 바이오매스 발전소도 넓게 보면 화력발전에 포함 되며, 메탄가스나 산림 부산물등을 연료로 사용한다.
- 인력발전: 사람의 힘으로 터빈을 돌려서 전기를 생산하는 것. 자전거에 부착되어, 사람이 자전거를 작동시키면 바퀴가 돌아가면서 같이 돌아가는 발전기나 긴급상황에 쓰기 위해 만들어진 핸드폰이나 손전등 충전용 수동 발전기가 이에 해당한다. 당연하게도 대규모 발전은 무리다.
3.2. 연구 중인 발전
- 온도차발전: 온도가 높은 공기나 물은 위로 상승하고, 반대로 온도가 낮은 공기나 물은 아래로 하강하면서 발생하는 순환현상을 이용한 발전방법이다. 아직까지는 높이차를 크게 만들어야 하는 등의 기술적 난점들이 많은 상태이다. 냉매로 물 대신에 기화율이 높은 암모니아 등을 사용하는 개량안이 시도되고 있다.
- 연료전지: 수소&산소 혹은 에탄올 등의 연료를 집어넣으면 전기가 나오는 장치. 터빈이 아닌 촉매를 이용해 전기를 생산하는 것으로, 본격적인 발전소라기보단 차세대의 전지에 가깝다. [15] 하지만 연료전지를 사용하는 소규모 발전소나 가정용 발전기는 다양하게 연구되고 있는 중. 아폴로 우주선에서 사용했다.
- 바이오매스 : 여러 유기폐기물이 부패되면서 메탄이 발생한다, 이것을 태워서 터빈을 돌려서 [16] 발전을 하고자 하는것으로, 해당 발효의 촉매가 되는 미생물이 중요하다. 유럽의 일부지역에서 프로토타입형이 몇 개 존재한다. 국내의 경우 일부 실용화되어 쓰레기 매립장이나 하수처리시설에서 발생하는 메탄 가스를 발전에 사용하고 있다. 그 외 에도 산림부산물을 이용한 목질계 바이오매스 발전소도 운영되고 있다.
- 마이크로웨이브 발전, SSP(Space Solar Plants): 태양광 발전의 강화판. 넓은 태양광 패널을 지닌 인공위성을 띄워 발전하는 것이다. 지구의 대기권 밖으로 나가면 태양광이 몇십~백배로 강하기에 비교적 작은 태양광 패널로도 지상의 태양광 발전의 수십~수백 배의 전력이 생산가능하다. 하지만 장거리 무선전력송신 기술이 아직 발달하지 못하여 언제 실용화될지는 미지수. 설령 송수신 기술이 완성된다 하더라도 강한 태양광에 의한 패널의 빠른 마모 문제를 어떻게 해결해야 하는지 등의 기술적 문제, 원래 지구로 들어오지 않을 에너지를 지구로 강제로 보내면 지구온난화 등 환경 영향을 끼치는 것이 아닌지와 같은 환경적 문제를 비롯한 여러 문제가 산재한다. 한발 더 양보해서 모든 난점을 딛고 제작 및 실용화에 성공하더라도 그걸 꼭 발전위성으로만 쓴다는 법도 없다는 사실 또한 문제점. 당장 이걸 군사적 목적으로 쓰면[17] 그게 바로 이온캐논이 된다. 아래 심시티 시리즈에 나온 마이크로웨이브 발전소는 바로 이것이 모델이다.
- 열전발전: 온도차 발전과 유사하나, 어떤 물체 내의 부분적인 온도차이가 생기면, 전자의 활동도가 달라져서 전류가 생기는 것을 이용한 발전방식이다. 펠티어 소자의 역이라 보면 된다. 여전히 효율은 시망급…
- 염분차 발전: 해수와 담수의 염분차를 이용하여 터빈을 돌려서 전기를 생산하는 방식. 네덜란드에서 50킬로와트 용량의 시험 설비가 가동되는 등 최근 활발히 연구되고 있다.
- 압전발전: 압전소자를 이용하는 것으로 충격이나 압력으로 전기를 생산한다. 가장 가까운 예는 버튼식 라이터 혹은 휴대용 가스버너. '딱'소리가 나면서 불꽃이 튀는 모습을 볼 수 있는데, 이것이 압전효과로 발생된 전기이다. 과속방지턱이나 인구유동이 많은 곳의 계단에 실험적으로 사용되기도 한다. 가장 많이 사용되는 물질인 PZT에 납이 들어가기 때문에 환경오염에 대한 우려가 있기도 하다.
4. 발전소 목록
5. 한국의 발전소
한국전력통계 연감에 따르면 2016년 대한민국의 발전시설의 총 용량은 약 110GW(기가와트)이다. 연간 소비되는 총 전력량은 약 561TWh 정도. 따라서 연 평균 발전량은 약 64GW가량이다. 계절별, 시간대별로 발전량은 수시로 변한다. 예를 들어 야간에는 전력 소비가 줄고 혹서기 10시~11시 사이에 소비 전력이 연중 최대치로 올라간다. 만약 어떤 이유에서 소비 전력이 100GW를 넘기면 발전기들이 연쇄적으로 정지하는 블랙아웃이 발생한다. 이유는 항목 참고.
- 한국지역난방공사
5.1. 해외의 발전소
어째서인지 대부분 안 좋은 쪽으로 등록되어있다. 사실 정전이나 대형사고가 나는게 아닌 이상 발전소가 유명해질 일이 거의 없다. 특히 원자력 발전소는 원자력 사고가 한 번 터지면 세계 범위로 영향을 끼치기에 주목(?)받는다.
- 셀라필드 원자력 단지 (영국)
- 스리마일 섬 원자력 발전소 (미국)
- 체르노빌 원자력 발전소 (우크라이나)
- 싼샤 댐 (중국)
- 후쿠시마 원자력 발전소 (일본)
6. 관련 문서
7. 매체에서의 등장
전기를 대량으로 사용하려면 반드시 있어야 하는 시설이므로 까메오나 배경이더라도 각종 매체에서 자주 등장한다.
7.1. 커맨드 앤 컨커 시리즈
7.2. 심시티 시리즈
[1] 난방공사가 웬 발전소냐? 라고 생각할 수도 있지만 열병합 발전소의 경우 발전을 하고 남은 열을 이용하여 스팀을 만들어 주택과 공장에 난방열을 공급한다. 난방공사가 이 모든 것을 직접 운영하여 높은 효율을 내고있다. 열효율이 무려 80%.[2] 미국과 그에 영향을 많이 받은 한국, 일본에서는 이쪽이 더 많이 쓰인다. [3] 이건 보통 건물이 아닌 발전기 자체를 의미한다.[4] 크라프트베르크, 독일어로 발전소를 의미한다.[5] 터빈으로 풍차를 쓰는 풍력발전과 수차를 쓰는 수력발전 이외에는 전부 증기 터빈을 쓴다.[6] 국내 포털 사이트 지도들의 위성사진이나 로드뷰에서 발전소들이 군부대처럼 가려져있는 이유가 이것이다.[7] 1878년 영국의 윌리엄 조지 암스트롱이 저택용으로 만든 것이 시초. 엄밀히 말해 대규모 발전소는 아니다.[8] 하천의 최소 유량(갈수기)과 최대 유량(홍수기) 간의 편차[9] 작은 규모의 물길(수로, 하수구 등도 포함)에 수차와 발전기를 설치해 물의 흐름으로 발전하는 것.[10] 발전기와 전동기의 구조가 똑같기 때문에 이런 게 가능하다. [11] 무인 등부표의 동력원이라던가 본문처럼 소규모 인원이 사는 낙도지역 전력 공급용. 이거라도 없던 시절 등부표는 주기적으로 사람이 연료나 전지를 갈아 줘야 해서 상당히 불편했다.[12] 재앙적인 사고 가능성 때문에 정치권과 국민들의 시선 조명을 집중적으로 받으며, 이 때문에 안전장치와 매뉴얼 등 안전성에 엄청난 신경을 쓰기 때문. 원자력 발전소에 들어가는 갖가지 전기적, 기계적 안전장치의 수는 혀를 내두를 정도이고, 덮어놓은 콘크리트 격납용기의 두께는 십 몇 미터에 달한다. 어떻게 보면 비행기 사고와 비슷한 면이 있다.[13] 그런데 이 지열이란 것이 대지에 있는 자연적인 방사능 물질이 자연붕괴하면서 열을 내는거라 어떻게 보면 원자력 발전이다?[14] 어디까지나 다른 발전소에 비해 빠르다는 거지, 가장 빠른 가스화력발전소의 경우 3년 정도 걸린다.[15] 하지만 Solid oxide fuel cell 등 800도 이상 올라가는 발전소 규모의 연료전지도 존재한다[16] 물론 연료전지의 효율성이 높아진다면 연료전지의 원료로 사용할 수도 있다.[17] 이것을 감당할 수 있는 수신기로 들어가야 할 수백~수천 MW의 에너지를 수신기가 아닌 곳으로 그냥 쏴버리는 것.[18] 원래 무연탄을 사용했지만 발전기 노후화로 2001년 철거되고 그 자리에 천연가스를 쓰는 새로운 발전소가 건설되어 2010년 11월 30일부터 가동을 시작했다.[19] 여담으로 기존에 사용하던 중유를 '''바이오중유'''로 대체하면서 '''세계 최대 바이오 발전소'''가 되었다.관련기사[20] 원래 무연탄을 사용했지만 1980년 천연가스로 전환했다. 이 무연탄을 운반하던 역할을 하던 철도 노선이 바로 당인리선.[21] 원래 칠보발전소와 운암발전소 2개가 있었다. 이 중 운암발전소는 1931년에 건설된 남한 최초의 수력발전소였다. 물을 가두는 댐도 운암댐이라고 해서 현재의 섬진강댐에서 2km 상류쪽에 있었다. 그러다 더 규모가 큰 섬진강댐이 생기면서 운암댐은 물에 잠기고, 1985년 운암발전소도 노후화를 이유로 폐쇄되었다. 이후 칠보발전소가 섬진강수력발전소로 이름이 변경되었다가 2018년 4월부로 다시 칠보수력발전소로 명칭 변경되었다.[22] 140만kw급 경수로 3개 추가 건설중[23] 한국 최초 열병합발전소이자 집단에너지공급시설이다.[24] 차량 형태의 간이 발전소.