기술 개발 효율 높이면 에너지원 파격적으로 줄일 수 있어
[에너지단열경제]안조영 기자
전기 에너지를 생산하는 에너지원은 다양하다.
태양, 바람, 물은 물론 우리가 잘 아는 석탄, 석유, 가스 등의 화석연료나 원자력을 생산하는 우라늄 등이 에너지원이다.
전기 에너지를 생산하는 방식도 태양광 등을 이용해 직접 전기를 생산하는 직접 방식과 에너지원을 이용해 증기 등의 열을 발생시킨 후 이를 이용해 발전기를 돌려 전기를 생산하는 간접 방식이 있다.
인류가 에너지 고갈에 걱정하고 새로운 에너지를 찾아 많은 노력을 경주하고 있는 가운데, 에너지원의 투입 대비 전기를 생산하는 발전효율이 높으면 에너지원을 아낄 수 있다.
또 생산한 전기를 필요한 수요처에 보내는 송전상의 효율, 전기가 수요처에 도달한 후 필요한 에너지로 다시 재생 시키는 변환효율의 기술이 파격적으로 개선되면 현재의 에너지 생산의 부담이 대폭으로 줄어 들 것이다.
전기 에너지의 효율에 대해 알아본다.
먼저 발전효율은 발전기에 투입하는 에너지에 대한 발전량의 비율이다.
보통 백분율로 나타낸다.
화석연료의 연소열로 발생시킨 증기를 이용하는 증기 발전에서는 터빈에 유입하는 증기의 열에너지가, 수력발전에서는 수차로 흘러내리는 위치 에너지가 투입 에너지가 된다.
현재 운용되고 있는 증기 발전의 발전효율은 40~50% 수준이다.
수력발전의 발전효율은 80~90% 정도다.
여타 발전기의 발전효율은 건식 태양광발전이 8~15%, 풍력발전이 30%, 연료전지가 20~40% 정도다.
화력발전의 발전효율에 있어서는, 발전기 혹은 그 원동기에 투입하는 열에너지에 대한 발전기에서 얻을 수 있는 전기에너지의 비율을 발전단열효율이라 한다.
투입 에너지에 발전시설에서 소비되는 에너지도 포함시키는 경우에는 송전단열효율이라 한다.
화력발전의 발전효율은 40~50% 정도이지만, 보일러 등에서 발생하는 열손실이 더해지는 발전단열효율은 39~43% 정도로 내려간다.
게다가 투입 열에너지의 3~8% 가량이 발전시설 전체의 운용에 이용돼 송전단열효율은 37~41% 정도로 떨어진다.
일반적으로 화력발전소의 발전효율이라고 할 때는 송전단열효율을 이야기 한다.
송전효율은 발전소에서 보내는 송전 전력과 변전소나 일반 수요처에서 받는 수전 전력의 효율을 말한다.
즉, 송전 선로의 효율이다.
초고압 송전일수록 선로에서 발생하는 손실이 줄어드나 위험성도 상당하다.
최근 기술 개발을 통해 고압직류 송전 방식이 선보여 기존의 고압교류 송전 보다 높은 효율을 보이고 있다.
전력변환효율은 출력 전력과 입력 전력의 비율을 의미한다.
열에너지 등의 다른 형태의 에너지를 변환시켜 얻은 전기에너지의 비율을 뜻하기도 한다.
주 전원에서 받은 전력을 효율적이며 안정적으로 공급하기 위해 주로 전력 컨버터 등을 이용한다.
직류 및 교류 전류로의 변환이나 전류, 전압 및 주파수 등의 제어를 통해 전력을 변환시킨다.
태양광이나 태양열의 경우 전지 등의 내부에 존재하는 열전변환소재를 통해 열에너지 등의 다양한 형태의 에너지를 전력으로 변환한다.
현재 태양광 발전 또는 변환 효율은 변환 장치의 기술 개발을 통해 최근 들어 20%를 넘어선 것으로 알려지고 있다.
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