발전소의 종류와 장.단점을 알려주세요.(아주자세히)

1) 원자력발전소

원자력발전소는 보통 100개 이상의 개별적 기능을 가진 계통으로 구성된다. 이들은 크게 원자로를 중심으로 한 핵증기공급계(NSSS:Nuclear Steam Supply System)과 증기를 공급받아 발전기를 돌리는 터빈·발전기계통 그리고 기타 부수설비로 구분된다. 현재 한국 원자력발전소의 주종을 이루고 있는 가압경수형 발전소를 살펴보면 원자로를 중심으로 한 1차 계통, 증기발생기, 터빈, 발전기 및 복수기를 포함한 2차 계통, 사고에 대비한 공학적 안전설비계통, 송배전계통, 계측제어계통, 기타 보조계통들로 구성되어 있다.

1993년 6월 현재 원자력발전소를 갖고 있는 국가는 30개국이며 건설 중이거나 계획중인 국가는 모두 37개국에 달하고 있다. 이들 나라에서 운전 중인 원자력발전소는 416기, 3억 4090만 kW에 이르며 건설 중이거나 계획 중인 것을 합하면 557기로 총용량은 4억 6482만 kW에 달하고 있다. 원자력발전소를 운전 중인 나라들은 거의가 선진국이거나 개발도상국 중에서도 앞서가는 나라들로서 과학적·경제적 바탕을 갖춘 국가들이다.

한국은 1994년 5월 현재 9기(7,616MW)의 원전을 운전 중이고 7기(6,100MW)가 건설 중인데, 2006년에는 원자력발전소가 총 23기(20,416MW)에 이를 전망이다. 1993년 말 기준으로 볼 때 원자력발전 설비용량은 총 전력설비용량의 27.5%에 불과하지만 국내 전력생산량의 40% 이상을 점유하고 있다. 국내 운전중인 원자력발전소는 월성 1호기(가압중수로, PWR:679MW)를 제외하고 전부 가압경수로(PWR)인데, 국내 원전의 운영실적은 세계적인 수준으로서 최근 수년간 세계 평균이용률보다 약 15% 가량 높게 유지하고 있다.

특히 1993년도에는 국내 원전 운영사상 최고의 이용률인 87.2%를 기록하여 세계 2위에 해당하는 실적을 올린 바 있다. 이와 같은 높은 이용률에 따른 경제적 이득은 100만 kW급 원전 2기(건설비 약 3조)를 추가로 보유하고 있는 것과 같은 효과가 있다. 국내 원전의 발전정지 건수도 발전소운전 경험 및 기술축적에 따라 점차 감소하여 선진국 수준에 근접하고 있다.

2) 수력발전소

수력 발전소란 높은 곳에 있는 물을 낮은 곳으로 유도하여, 물이 떨어지는 힘, 즉 물이 가지고 있는 위치에너지를 운동에너지로 바꿔 수차를 돌리고, 수차에 연결된 발전기로 발전하여 전기에너지를 일으키는 것을 말한다. 수력 발전소는 일반적으로 험한 산속에 건설되어 전기 소비지에서 멀기 때문에, 송전선이나 댐 등의 건설에 많은 비용과 기간을 필요로 한다.

수력 발전소의 종류

발전에 이용할 수 있는 물의 에너지는 낙차와 유량의 곱이 클수록 더욱 커진다. 이 낙차를 얻는 방법에 따라 발전소의 형식이 달라진다.

o 댐식 … 강을 가로질러 높은 댐을 쌓아 물을 저장하고, 이것을 수압이 걸린 터널을 통하여 바로 아래의 발전소로 물을 떨어뜨려 발전한다.
o 수로식 … 강을 상류에서 막아 취수구를 만들고 물을 수로로 유도한 다음, 본류와의 낙차를 이용하여 발전한다.
o 댐·수로식 … 댐으로 저장한 물을 수로에 의해 더욱 낙차를 크게 하여 발전한다.

양수 발전소

양수 발전이란 그림과 같이, 수력 발전소의 위와 아래에 저수지를 만들고, 야간에 화력 발전 등에 의한 전기를 사용하여 발전에 이용한 물을 아래의 저수지에서 퍼올려 놓은 다음, 다음날 주간에 재차 이 물을 방출하는 방법을 말한다. 즉 야간에 발전한 전기를 물의 상태로 저장해 놓고, 주간에 재차 전기로 바꾸는 셈이다. 이와 같은 발전소를 양수 발전소라 한다.

수력 발전력

1892년에 세계 최초로 수력발전소 2개소가 가동되기에 이르렀다. 그 하나는 웨스팅하우스사가 건설한 발전소. 미국의 오레건주에 있는 폭포를 이용한 수력발전이었다. 또 하나도 수력발전으로 일본의 비파호(琵琶湖) 물을 이용한 교토 시영 발전소였다. 웨스팅하우스의 발전소는 3,300볼트의 교류발전기, 일본은 550볼트의 직류발전기로 시작했다. Q(㎥/s)의 물이 유효낙차H(m)에서 낙하하였을 경우 물의 에너지가 전부 이용되었다고 가정하였을 경우 발생할 수 있는 이론 수력은 PO=9.8HQ(㎾) 이며 실제 발전력은 발전력= PO(수차의 효율)×(발전기의 효율)이다.

3) 화력발전소

화력발전소는 그림과 같이 원유나 중유 등을 연료로 하여 보일러로 증기를 발생시킨 다음, 그 압력으로 터빈·발전기를 돌려 발전하여 전기 에너지로 바꾸는 곳이다. 화력 발전소에서 원유나 중유 등의 연료는 보일러 내에서 연소하는데 연소한 폐가스는 굴뚝으로 방출된다 , 그 열 에너지를 보일러 내의 보일러 물(水)에 가하여 고압·고온의 증기를 만든다. 이 증기는 터빈에 보내지고, 터빈에서 그 열 에너지를 회전의 기계 에너지로 바꾼다. 그리고 터빈에 직결된 발전기를 돌려 발전하면, 전기 에너지로 변환되는 것이다.화력 발전소는 연료로 사용하는 석유 등을 해외에서 운반해오기 때문에, 수송이 편리하고 운전에 필요한 대량의 물을 얻기 쉬운 해안가에 만들어진다

4) 태양열발전소

태양으로부터 방사되는 복사에너지가 대기층을 투과하여 지표면에 도달되는 열 및 광 에너지를 모아 필요한 곳에 사용하는 에너지를 말합니다.

◇ 역사적배경

- 기원전 212년 아르키메데스가 태양반사경을 사용
- 19세기,오구스뜨 무쇼 교수에 의해 태양펌프원동기를 제작하여 전시
- 1878년 파리 산업박람회에 태양 냉동장치를 출품하여 얼음덩어리를 제조 성공
- 한국신문화초기의 종합지인 "개벽" 제1호에 태양열의 연구라는 논문이 게제
- 1954년 뉴델리,1차 태양 및 풍력에너지에 관한 국제 발표회 이후 태양에너지
학회 (International Solar Energy Society)가 발족됨.
- 미국 MIT대학에서 태양열 주택 1호를 필두로 태양열 난방이용 기술 개발
- 1973년 OPEC의 석유가격 상승으로 에너지파동과 1978년 제2의 석유파동에 의해 다시 태양에너지가 활기를 찾는듯 하였으나 80년대 이후 저유가 시대가 지속되면 서 일반인들의 관심밖으로 사라짐
- 90년대 이후 지구 온난화에 따른 위기의식이 전세계적으로 고조되고, 온난화의주범이 곧 화석에너지인 석유, 석탄 이라는 점에서 무공해 에너지인 태양에너지는 이제 인류가 갖고있는 청정연료로 21세기 가장 유용한 에너지원임을 인식함.

◇ 특징

- 태양으로부터 나오는 에너지는 무한할 뿐만 아니라 깨끗하고 공해가 발생하지않는 에너지의 보고입니다. 또한 태양에너지는 지구상의 모든 구석구석에 고르게 분배되기 때문에 개발하기에 따라서는 매우 다양한 용도로 활용할 수 있는 가능성 을 가지고 있습니다.

- 이처럼 태양열에너지는 많은 장점을 갖고 있지만, 단위면적당 공급받을 수 있는 에너지량이 적고, 흐린 날이나 비오는 날 처럼 항상 태양에너지를 사용할 수 없다는 점에서 태양에너지를 이용한 기술의 어려움이 있으며, 현재 석유값에 비해 비경제적이라는 문제점을 가지고 있는 상태입니다.

- 이처럼 태양열에너지는 많은 장점을 갖고 있지만, 단위면적당 공급받을 수 있는 에너지량이 적고, 흐린 날이나 비오는 날 처럼 항상 태양에너지를 사용할 수 없다는 점에서 태양에너지를 이용한 기술의 어려움이 있으며, 현재 석유값에 비해 비 경제적이라는 문제점을 가지고 있는 상태입니다.

- 그러나 현재 이러한 제반의 문제점을 해결하는 연구가 계속되고 있으며, 그 결과 비교적 온도가 낮은 100℃미만의 온수 급탕이나 건물의 난방이용 기술은 기술력에 힘입어 상당한 경쟁력을 갖고 있습니다.

5) 풍력발전소

네덜란드하면 흔히 튤립과 함께 멋진 모습의 풍차를 떠올리게 됩니다. 또, 우리는 `플란더즈의 개'나 `동키호테'를 통해 풍차의 모습을 많이 보아왔습니다. 예로부터 이렇게 바람은 돛단배나 풍차, 물을 길어 올리는 펌프 등에 많이 이용되어 왔습니다. 오늘날 사람들은 바람의 힘을 전기로 바꿔 이용하고 있습니다. 이것이 풍력발전입니다. 풍력발전은 수시로 불어오는 바람이 발전기에 붙어있는 날개를 회전시킴으로써 전기를 얻는 기술입니다.

풍력발전기는 태양에너지와는 달리 바람이 불기만 하면 전기를 얻을 수 있고, 설치하기가 쉬우며 설치비가 저렴합니다. 그래서 앞으로 바람이 많은 사막이나 해변가, 섬 등의 외딴 곳에서 주요 발전방법의 하나가 될 것으로 예상됩니다.

◇ 풍력에너지의 장점
- 무한정의 청정에너지원입니다.
- 화석연료를 대신하여 자원 고갈에 대비할 수 있습니다.
- 풍력발전시설은 가장 비용이 적게 들고, 건설 및 설치기간이 짧습니다.
- 풍력발전시설단지는 농사, 목축 등 토지 이용의 효율성을 높입니다.
반면에 풍력 발전기는 굉장히 커서 자칫 시각 장애를 줄 수 있고, 소음 공해를 일으킬 수도 있습니다.

6) 바이오애너지

◇ 바이오연료
도시가스나 석유, 전기 등은 편리하지만 공해를 많이 일으킵니다. 공해를 덜 발생시키고 사용하기에 편리한 것은 없을까요? 화학공학, 생물공학, 유전공학 기술들을 사용하면 여러 종류의 바이오매스들을 알코올(메탄올,에탄올)이나 도시가스와 비슷한 메탄가스, 수소가스 그리고 전기로 바꿀수 있습니다. 이렇게 만들어진 알코올 이나 가스 혹은 왕겨탄 같은 연료들을 바이오연료라고 합니다.
그러므로, 나무를 많이 심어서 우리 국토를 푸르게하여 산소가 많은 상쾌한 공기를 만들게 하고, 다 자라면 조금씩 베어서 바이오연료로 만들어 쓰면 얼마나 편리하고 깨끗한 세상이 되겠습니까?

7) 소수력발전은 소규모 하천의 물을 인공적 유도를 통해 터빈을 이용하여 발전하며 발생된 전기를 수요자에게 공급하는 기술이며, 우리나라의 경우 설비용량 3,000㎾이하('82. 3 소수력 개발 기본 방침)의 소규모 발전설비를 말합니다.
- 미국 : 시설용량 15,000㎾이하
- 중국 : 시설용량 25,000㎾이하



ㅇ 장 점

- 국내 부존자원 활용
- 전력생산외에 농업용수 공급, 홍수조절에 기여
- 일단 건설후에는 운영비가 저렴

ㅇ 단 점

- 대수력이나 양수발전과 같이 첨두부하에 대한 기여도가 적음
- 초기 건설비 소요가 크고, 발전량이 강수량에 따라 변동이 많음

ㅇ 방식

- 수로식(Run of river type) : 하천경사가 급한 상류지역
- 댐식(Storage type) : 하천경사가 적은 중하류의 유량이 풍부한 지역
- 터널식(Tunnel type) : 수로식과 댐식의 혼합방식으로 굴곡이 심한 하천지역

8) 지력애너지

지구는 거의 50%의 태양열을 흡수하며 땅속의 온도는 비교적 일정합니다.지표면 가까이 땅속은 대략 10℃∼ 20℃ 정도로 일년내내 유지되고 있으며, 또한 지하 수㎞까지의 지열온도는 30℃∼ 150℃ 이상을 유지하므로 이러한 광범위한 지열이 분포를 용도에 따라 우리생활과 산업에 적용시켜 활용할수 있습니다.

ㅇ장점

- 무공해 청정에너지원입니다.
- 화석연료를 대신하여 자원고갈에 대비할 수 있습니다.
- 냉난방원으로 활용할수 있습니다.

지열을 필요한 공간으로 이동시켜 냉방 및 난방을 하는데 이용하는 것으로 대표적인 주요설비로는 지열을 회수하기 위한 열교환기와 회수한 지열을 냉난방에 이용하기 위한 히트펌프 등으로 구성됩니다.

ㅇ 열씨스템의 종류는 대표적으로 폐회로(Closed Loop)와 개방회로(Open Loop)로 구분됩니다.

- 폐회로는 회수한 지열을 운반하는 파이프가 폐회로로 구성되어 있으며, 이 시스템은 상대적으로 냉난방부하가 작은 곳에 쓰입니다. 루프
에 형태에 따라 수직, 수평루프시스템으로 구분됩니다.
- 개방회로는 수원지, 호수, 강, 우물 등에서 공급받은 물을 운반하는 파이프가 개방되어 있는 것으로 풍부한 수원지가 있는 곳에서 적용 될 수 있습니다.

ㅇ 우리나라의 이용
- 모델하우스, 레스토랑, 숙박시설 등 수개소에 설치 운용되고 있습니다.

ㅇ 다른나라의 이용

- 미국
▶오클라호마주 주의회 의사당 : 수직루프를 이용하여 기존의 냉난방시스템을 개선한 것으로 역사적인 외형을 바꾸지 않고도 냉난방설비를 현대화하였으며, 또한 이작업을 통해 기계실이 줄어들어 사무공간을 더 확보할 수 있었습니다.
▶켄터키주의 칼트하우스 호텔 : 오픈루프시스템을 사용, 600개의 방을 냉난방하고 있습니다.
▶미네소타주의 오나미아 초등학교 : 수직루프시스템을 사용, 미국 전역에는 지열시스템을 설치한 학교가 많이 있으며, 파이프가 설치된 지면위로 운동장이나 주차장으로도 사용할 수 있습니다.

ㅇ 원리
지열을 필요한 공간으로 이동시켜 냉방 및 난방을 하는데 이용하는 것으로 대표적인 주요설비로는 지열을 회수하기 위한 열교환기와 회수한 지열을 냉난방에 이용하기 위한 히트펌프(열펌프) 등으로 구성됩니다.

ㅇ 열펌프란
지열을 필요한 공간으로 이동시켜 냉방 및 난방을 시키는 전기적인 장치로서 열펌프는 내부에 지열교환회로, 냉매회로, 공기냉방회로, 온수회로 등으로 구성되어 있으며, 하나의 기계내에서 여름에는 냉방사이클로 작동되고 겨울에는 난방사이클로 작동하는 것이 특징입니다.

9) 수소에너지
수소에너지는 미래의 청정에너지源(원) 가운데 하나이다. 수소가 미래의 궁극적인 대체에너지원 또는 에너지매체로 꼽히고 있는 것은 현재의 化石燃料(화석연료)나 원자력등이 따를 수 없는 장점을 갖고 있기 때문이다. 또한 수소는 연소시 극소량의 질소가 생성되는 것을 제외하고는 공해물질이 배출되지 않으며, 직접 연소를 위한 연료 또는 연료전지등의 연료로 사용이 간편하다. 또 무한정인 물을 원료로 해 제조할 수 있으며 가스나 액체로 쉽게 저장 수송할 수 있는 장점이 있다. 게다가 산업용 기초소재에서부터 일반연료, 자동차, 비행기, 연료전지 등 현재의 에너지시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 응용돼 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 에너지원으로 평가되고 있는 것이다.

10) 연료전지
우리나라에서 사용하는 전기의 60%가량은 화력 발전으로 생산됩니다. 화력 발전에 쓰이는 연료들은 거의 모두 우리나라에서 생산되지 않는 화석연료들입니다. 그래서 우리나라의 전력 생산에는 많은 외화가 들어갑니다. 전기의 95%이상을 외국에서 수입한 자원으로 만듭니다.
하지만 화력 발전을 하는 것보다 적은 양의 화석연료를 이용하여 많은 양의 발전을 할 수 있다면 그것이야말로 우리나라 같은 자원 빈국에서 필요로 하는 발전입니다. 이와 같은 생각에서 연구된 것이 바로 연료전지입니다.

기존의 화력발전은 화석연료를 연소해서 증기기관을 돌리고 다시 터빈을 돌림으로써 발전을 하기 때문에 발전 도중에 많은 양의 에너지가 손실됩니다. 하지만 연료전지는 화석연료를 전기화학반응시켜서 바로 전기에너지를 얻기 때문에 에너지 손실이 적은 저공해의 발전입니다.

◇ 연료전지의 역사

- 1839년 영국의 William R Grove에 의해 수소를 연료로 하는 최초의 연료전지가 제작, 실험되었으나 제조비용, 연료의 특수성 및 짧은 수명 등으로 연구개발이 미비했습니다.
- 연료전지는 우주선, 특수 잠수함, 무인 통신중개소 등과 같이 단위 부피당 높은 발전 출력이 요구되는 곳에서 사용하기 위하여 1960년도 초부터 미국, 소련 등에서 본격적인 연구가 시작되었습니다.
- 미국 우주개발 계획의 하나로 General Electric사에서 연료전지를 개발하여 제미니 우주선에 장착하는 첫번째 시도가 1965년에 이루어졌습니다.
-산업혁명 이후 시작된 화력발전은 심각한 지구 공해 문제와 1970년대 초의 석유파동 등으로 자원고갈 문제에 부닥치게 되었습니다. 이에 선진각국에서는 공해 요인이 적고 효율이 높은 연료전지의 개발에 큰 관심을 갖게 되었고, 현재 우리나라에서도 미래의 에너지원 중 하나로 기대되는 연료전지 개발에 많은 예산을 투입하고 있습니다.

11) 석탄중질유가스화
가스화 복합발전 기술 (IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)

ㅇ가스화복합발전(IGCC;Integrated Gasification Combined Cycle)은 기존의 연소에 근거한 발전방식에 비해 높은 42-50%의 발전효율을 얻으면서도 이때까지 더러운 시료로 여겨졌던 고유황, 고회분의 석탄과 정유공장 부산물 (heavy residual oil, petroleum coke)까지도 21세기의 환경규제치를 만족하면서 깨끗하게 에너지원으로 활용할 수 있는 가장 상업적으로 실용화에 근접한 차세대 발전방식입니다.

ㅇ 석탄가스화 복합 발전의 경우에는 기존 미분탄 화력 발전 효율보다도 높은 42-53% 정도의 효율을 기대할 수 있으며, 고청정 환경성의 측면에서 석탄가스화 복합발전설비는 기존의 유연탄 화력발전 방식에 비해서 SOx, NOx 및 분진 등의 배출량을 크게 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 재(ash)를 분진형태가 아닌 용융된 후 엉긴 슬랙형태로 수거하므로 환경적으로 안전하며, 슬랙과 탈황공정에서 만들어지는 황원소를 회수하여 경제성 있는 부산물로 활용할 수 있다는 장점이 있어, 21세기 석탄 이용시 적용될 환경 규제치를 가장 현실적으로 만족시킬 수 있는 차세대 석탄화력발전 시스템으로 평가받고 있습니다.

ㅇ 가스화용융 기술의 장점
- 공해가스 측면
·환원성 분위기 반응으로 인해, 공해물질인 SOx, NOx 미발생, 대신 H2S, NH3
로 발생하여 후처리 용이
·고유황 시료일수록 소각에 비해 경제성 유리
·Dioxin 생성 억제
·공해 처리가스량의 저감
- Ash처리 측면
·슬랙으로 발생, 중금속 용출문제 해결 및 재활용 가능
·미연탄소 0.5% 이내, ash 내 유기물질 완전 파괴
- 에너지 측면
·시료내 열량을 CO/ 수소의 chemical energy 로 변환
·급냉 등 후속공정에서의 에너지손실 최소

12) 폐기물에너지
거대한 쓰레기더미로 이미 쓸모없는 땅이 되어버린 한강변의 난지도 매립장을 기억하십니까? 지금 인천의 수도권 매립지에는 매일같이 쓰레기가 산더미같이 쌓여가고 있습니다. 이렇게 쌓여가는 쓰레기를 그대로 방치한다면 지구는 쓰레기에 파묻혀 버리고 말 것입니다.

특히 우리나라와 같이 좁은 땅에 많은 인구가 사는 나라에서는 쓰레기에 대한 문제가 아주 심각합니다.폐기물이란 액체 혹은 고체 상태의 물질로서 폐프라스틱, 폐유, 고철, 음식물 쓰레기, 폐유리병, 동물의 사체 등으로 사람의 생활이나 사업활동에 필요하지 않게 된 물질을 말합니다. .폐기물을 에너지화 함으로써 우리는 심각한 쓰레기 문제와 에너지부족문제를 해결할 수 있습니다.

우리가 무심코 버리는 쓰레기 중에는 수집과 분리만 잘 하면 귀중한 에너지 자원으로 다시 이용할 수 있는 것들이 많습니다.이를 위해서는 소비자, 지방자치단체 그리고 제품 생산자 간의 적극적인 협조가 필요합니다. 먼저 소비자는 사용 후 버려지는 쓰레기를 종류별로 분리해서 분리수거 쓰레기통에 버립니다. 그러면 자치단체는 종류별로 수집을 하고, 제품생산자는 재활용에 힘쓰면 쓰레기 문제를 해결할 수있습니다. 또한 동시에 지구환경을 보호하는 데도 많은 도움이 될것입니다.

폐기물에너지화 기술이란 쓰레기를 재활용하여 에너지자원으로 이용함으로써 자원절약 및 환경보전을 이룩하고자 하는 기술입니다.가정이나 공장 등에서는 쓰레기를 가능한 한 적게 배출 시켜야 합니다. 이를 위해서는

▶쓰레기의 발생억제(감량화)
▶사용한 제품의 재사용
▶회수된 물질을 원재료로 재활용
하는 방법이 있습니다.

그런데 이러한 방안들이 기술 또는 환경 측면에서 적절하지 않은 경우에는 폐기물의 에너지화기술(소각, 고체연료, 재생연료유, BIO 연료 등)을 이용 하여 대체에너지로 사용하면 자원재활용 및 에너지 절약 측면에서 많은 이익을 얻을 수 있습니다.결국, 쓰레기 발생량을 줄이고 자원을 재활용하는 것은 유한한 자원을 효율적으로 이용하고, 더불어 쓰레기 처리 문제를 덜어줍니다.