전력

전력

조명, 컴퓨터 작동, 원동력, 오락용과 같은 많은 용도로 쓰이며, 산업 가열 장치, 조리, 난방, 철로 견인(牽引)과 같은 다른 많은 용도에서도 다른 에너지와 함께 사용된다.

전력은 전류와 전압의 곱이다. 주어진 전력값은 전류와 전압값의 무한한 조합으로 만들어낼 수 있다. 만약 전류가 직류(DC)라면 전자들은 전력을 공급받는 장치를 항상 같은 방향으로 통과해 진행한다. 만약 전류가 교류(AC)라면 전자들이 그 장치와 그것을 연결하는 전선들에서 흐르는 방향이 교대로 바뀌면서 움직인다.

응용기기에는 어떠한 형태의 전류도 적당하지만 교류전류가 더 높은 효율성으로 생산·공급될 수 있기 때문에 일반적으로 교류를 사용한다. 직류전류는 전기도금이나 전기야금과 같은 특정 산업응용분야에서 필요로 한다.

대규모적인 전력의 생산과 공급은 1831년 마이클 패러데이와 조지프 헨리가 서로 독립적으로 만든 유도 원리를 기초로 해서 작동하는 장치인 발전기가 개발됨에 따라 비로소 가능하게 되었다.

발전기를 사용하는 최초의 공공발전소는 1882년 1월 런던에서 가동되었으며, 같은 해 뉴욕에서 뒤이어 가동되었다. 둘 다 직류 시스템을 사용했는데 원거리 전력전송에는 비효율적이라는 것을 알게 되었다. 1890년대 초기에 최초의 실용적인 교류 발전기가 독일의 라우펜(Lauffen) 발전소에 건설되어 1891년에는 프랑크푸르트암마인에 공급하기 시작했다.

발전기를 구동하는 데는 수력과 화력의 2가지 주요한 동력원이 있다.

수력발전은 낙하하는 물로 발전기를 돌려 얻어진다. 다른 대부분의 전기 에너지는 핵 반응로나 화석연료(化石燃料)인 석탄, 석유, 천연 가스 등의 연소를 통해 생산한 증기로 발전기를 돌려 얻는다(열 에너지). 1930년대까지는 수력 터빈 발전장치를 갖춘 수력 발전소가 전기 에너지의 대부분을 생산했다. 그것이 증기 터빈 장치를 사용하는 화력발전소보다 운용에 비용이 적게 들기 때문이었다.

그러나 그이후로 많은 기술적인 진보로 화력발전에 드는 비용이 줄어들어 수력발전 생산보다 더 경제적이 되었다. 게다가 산업화된 많은 나라에서는 수력발전소를 짓기에 좋은 장소가 점점 줄어들고 있다. 결과적으로 그런 나라에서는 전체 전력생산에 대한 화력발전의 비율이 해마다 증가되었다. 증기-전기장치(steam-electric unit)를 돌릴 때 핵(核) 에너지를 이용하는 화력발전소도 이런 경향에 기여했다. 그럼에도 불구하고 화석연료 매장량의 감소, 증가하고 있는 공해 문제, 그리고 사고에 의한 원자력 발전소로부터 방사성 누출의 잠재적 위험성에 대한 우려가 높아감에 따라 자기유체역학(MHD) 발전기, 핵융합로, 태양전지, 지열(地熱) 발전소 등 여러 가지 대체 전기 에너지원 개발에 대한 연구를 촉진시켰다.

중앙 발전소에서 생산된 전기 에너지는 많은 송전지점 또는 변전소에 전송되고 여기에서 소비자에게 분배된다.

전송은 가공선(架空線)과 지하 케이블, 수중 케이블, 마이크로파 시스템을 포함하는 광범위한 고압 전력선망을 통하여 이루어진다(전송선). 교류전류를 먼 거리로 보낼 때는 전송선로의 저항으로부터 발생하는 전력 손실을 감소하기 위하여 발전소 발전기에서 생성된 전압보다 더 높은 전압을 필요로 한다. 변압기(變壓器)가 전송 전압을 높이기 위해 발전소에서 사용된다. 변전소에서는 다른 변압기로 전압을 단계적으로 낮추어 배전 체계에 적당한 수준이 되게 한다.