공부하고 정리하고

오늘은 신재생 이야기를 계속하려고 합니다. 저번 시간에 파력발전에 관해서 소개했었습니다. 오늘은 조력 발전을 소개하고자 합니다. 수력발전과 원리가 동일하기 때문에 원리만 간단히 소개하겠습니다.

조력 발전

바다의 밀물과 썰물의 차이를 이용해 전기를 생산하는 발전 방식을 말합니다. 물이 밀려 들어올때 수문을 열어 저수시설에 물을 채우고 만조일 때 수문을 닫아 물을 저장하였다가 물이 다 빠져나갔을 때 문을 열어 수력발전과 같은 방식으로 발전을 합니다. 여기서 잠깐 밀물과 썰물의 원인에 대해 살펴보고 가겠습니다.

밀물과 썰물

왜 바닷물은 물이 빠졌다가 채워졌다가 할까요? 이 이유는 달에 있습니다. 달의 인력으로 인해 생기는 힘인데 이 간만의 차(조차)로 인해 바닷물의 조류가 생겨 생태계에 주요한 역할을 합니다.
조금 더 자세히 말하면 달의 중력으로 해수면을 달 쪽으로 끌어당기고 그 반대편은 원심력으로 인해 쏠리게 되어 쏠린 부분이 만조 쏠리게 되어 적게 되어진 부분을 간조라 합니다.

국내 조력 발전 시설

시화호조력발전소로 경기도 안산시에 위치하고 있습니다. 밀물때 발전을 하고 썰물 때 배수하는 방식으로 발전을 합니다. 썰물 때 물이 빠지는 수문이 8개 800t의 수차 10기를 가진 발전 규모입니다. 발전량은 하루 254MWh를 생산하고 이는 연 552,700MWh로 인구 50만명이 한 해동안 사용할 수 있는 양입니다.
조차 상황에 따라 전기공급이 달라지는 점 때문에 비중앙급 발전기로 분류되지만 전력 판매 수입은 연 600억원가량입니다.

조력 발전의 장점
-무제한, 친환경 에너지입니다.
-바다에 건설하므로 토지 소모가 적다.
-운영비가 적다.
-주변 지역 관광지화(국내 시화호도 매월 10만 명이 찾는다고 한다.)

조력 발전의 단점
-초기 건설비가 비싸다.
-조석 간만의 차가 큰 지역이어야 하므로 입지조건이 까다롭다. (서해안은 입지조건이 좋은편)
-하루에 두 번 정도 간만의 차로 발전이 가능하다. 즉, 이때 말고는 발전이 불가능

조류 에너지?

조력 발전 말고 조류 발전도 있습니다. 물을 가두어 터빈을 돌리거나 그러한 것이 아니라 바다 안에 있는 풍력발전이라 생각하면 쉽습니다. 조류가 빠른 지역에 설치하여 조류의 속도로 터빈을 돌려 발전하는 방식입니다. 하지만 다른 발전보다는 전력생산량이 적을뿐더러 조류가 빠른 지역에서만 발전이 가능하므로 다른 에너지의 보완역할으로 보입니다.

오늘은 조력 발전에 관해서 알아 보았습니다. 요즘 신재생 에너지에 관한 포스팅을 하다보니 정말 다양한 방법으로 발전을 시도해 다양화시도를 하고 있다는게 느껴집니다. 연구가 활발히 진행이 되어 모든 발전이 상호 보완적인 발전체계가 되어 에너지 강국이 되었으면 합니다.

-이미지 출처-

1. http://tidalenergytoday.com/2015/01/20/video-annapolis-tidal-power-station/
2. https://m.blog.naver.com/hanleesa
3. http://earthsky.org/space/quarter-moon-earth-at-perihelion-and-neap-tide
4. http://dongascience.donga.com/special.php?idx=656
5. 
6. https://www.executive-velocity.com/

안녕하세요!!

오늘은 바람의 힘으로 전기를 생산하는 풍력발전에 대해 이야기해 보겠습니다. 사실 풍력발전을 다들 들어보거나 본 적 있으신 분들이 많을 거라고 생각해요. 영화나 드라마에도 많이 나오고 관광지화되기도 하였죠. 그럼 오늘은 풍력발전의 내부를 들여다보고 원리를 설명해보겠습니다.

풍력발전이란?

바람의 힘을 바로 전력으로 바꾸는 발전입니다. 기존의 발전과 어떤 점이 다른가? 라는 질문에서는 다른 점이 존재한다고 말할 수 있습니다. 기존의 발전 화력, LNG, 원자력, 태양열 등등은 열에너지를 생산해 이 열에너지로 물을 끓여 증기를 만들고 이 증기의 힘을 터빈으로 보내 터빈을 돌려 발전을 하는 방식입니다. 하지만 풍력발전에서는 이 터빈 자체가 풍력 발전기의 날개입니다. 즉, 열에너지를 생산할 필요가 없는 발전입니다.

바람의 힘을 어떻게 이용할까?

길을 걷다 보면 바람이 강하게 불면 날아갈 것 같은 느낌을 받습니다. 바람이 밀어내고 있는 것 같죠. 바람은 공기의 흐름입니다. 유체라고 할 수 있습니다. 이 공기의 흐름이 빠르다면 그만큼 높은 운동에너지를 가지고 있는 것입니다. 자 이제 이 바람이 날아와 풍력발전기의 블레이드를 때립니다. 그러면 프로펠러는 돌게 되고 프로펠러 뒤에는 발전기가 연결되어 있습니다. 그림과 같이 연결되어 있는데 프로펠러가 돌면서 연결된 자석이 돌고 자석이 돌면서 전류의 방향이 계속 바뀌며 전류가 생성됩니다.

여기서 추가로 설명해야 할 것은 토크 힘입니다. 왜 바람이 날아와 블레이드를 때리면 돌게 될까? 중심축으로부터 블레이드는 반경 방향으로 뻗어져 있습니다. 선풍기처럼 연결되어 있다는 말입니다. 이때 바람은 블레이드의 수직 방향으로 들어옵니다. τ=r×F의 토크 식을 생각하면 회전 방향으로 힘이 생긴다는 것을 알게 됩니다. 이 때문에 회전을 하는 것이지요.

어떻게 하면 더 큰 힘을 얻을까?

토크 즉, 돌림힘이라 하는 이 힘을 강하게 얻어야만 풍력발전기의 날개가 빨리 돌아가고 전기생산량이 늘 것입니다. 그렇다면 다시 식을 생각해보죠. τ=r×F 돌림힘이 커지기 위해서는 우변 항에 있는 r, F가 커지면 될 것 같습니다. r이 커진다는 것은 블레이드 날개가 커진다는 것이고 현재 축구장만 한 날개도 만들어진다고 하는 것 같습니다.
F가 커지기 위해서는 바람이 강하게 불어야 합니다. 이를 위해서는 발전 설비를 지을 때 역학조사를 치밀하게 하여 바람의 세기가 강한 곳을 골라야 할 것입니다. 그리고 발전기를 설치할 때 각각의 발전기들이 서로의 공기 흐림에 영향을 주어 효율을 떨어뜨리지 않도록 효율적으로 배치하는 것이 중요하겠습니다.

발전종류는?

크게 수평 방향의 날개를 가지거나 수직 방향의 날개를 가진 발전방식으로 구분할 수 있습니다.
우선, 수평 방향은 대형화가 용이하고 발전효율이 높아 대형 발전단지로 많이 존재함을 보았습니다. 하지만 바람의 방향이 바뀌면 방향을 변환시켜주는 시스템이 필요한 단점이 있습니다. 이 단점 보완한 것이 수직 방향의 블레이드를 가진 발전입니다. 바람의 방향에 자유로운 장점이 있고 가로 방향으로 넓은 면적을 차지 않기 때문에 토지이용률이 비교적 낮습니다. 하지만 대형화가 힘든 점이 있으며 발전효율이 낮은 점이 있어 대규모 발전에 이용하기에는 한계점이 존재합니다.

풍력발전의 장점
-무공해, 무한 에너지
-무인화 가능
-발전단가 저렴
-유지부소와 초기 설비비용을 제외한 추가비용이 발생 안 함
-건설 기간이 짧다

풍력발전의 단점
-태양열과 마찬가지로 초기 투자비가 요구되어 초기 설비비용이 비쌉니다.
-바람이 간헐적이기 때문에 지속적인 발전이 힘듭니다.
-만약 건설 당시에는 바람이 많이 불었으나 이후 어떠한 요인에 의해 무풍지대나 바람이 약한 지역으로 바뀔 경우 설비 전체를 사용 못할 수도 있다. 그렇기에 입지선정이 제한적이며 어렵다.
-회전 시 발생하는 소음으로 주변 민가, 농가에 피해가 발생한다.
-발전의 비연속성으로 전력저장장치가 필수적으로 필요하다.

건설방법이나 각각의 종류에 따라 자세히 설명하고 싶었으나 그러려면 양이 좀 많더군요.. 그래서 이정도로만 소개하도록 하겠습니다. 다음에 기회가 된다면 더 자세히 포스팅해보도록 하겠습니다.

-이미지 출처-

1. http://www.telegraph.co.uk/
2. http://monthly.chosun.com/client/news/viw.asp?nNewsNumb=201008100034
3. http://maxpixel.freegreatpicture.com/Human-Hair-Female-Girl-Wind-Person-Hair-Flying-1103917
4. https://energy.gov/eere/wind/how-do-wind-turbines-work
5. http://www.windpowerengineering.com/blades/blade-addition-boost-wind-turbine-power-20/
6. http://atomstory.or.kr/p/35927/

저번 포스팅에서 신재생에너지란 무엇인가에 관해 이야기 했었습니다. 신에너지를 먼저 할까 재생에너지를 먼저 할까 고민하다가 재생에너지에 대해서 더 많이 아시지 않으실까 해서 재생에너지부터 포스팅하고자 마음을 먹었습니다.
재생에너지에서 뭐니 뭐니 해도 가장 실생활에서 많이 쓰이는 에너지는 태양에너지입니다. 태양을 이용한 에너지는 태양광과 태양열이 있습니다. 이 두 가지의 차이를 아시나요? 태양광은 광전효과를 이용한 것이고 태양열은 뜨거운 태양열을 이용한 발전입니다.
그렇다면 조금 더 자세히 설명해보겠습니다.

태양광이란?

태양광을 이해하려면 광전효과에 대해서 알아야 합니다. 광전효과란 일정 수준(일함수) 보다 높은 에너지를 가진 빛이 금속으로 진행하게 되었을 때 금속에서 광전자가 방출됩니다.

이 광전자를 태양전지를 이용해 우리가 사용할 수 있는 전기로 만들 수 있도록 전력변환장치로 구성합니다.

태양전지란?

여기서 말하는 태양전지는 반도체입니다. pn접합형 반도체입니다. 원리는 간단합니다. n형은 상대적으로 전자의 농도가 짙고 반도체 p형은 상대적으로 전자가 적어 전자로 채워져 있어야 할 자리가 비게 되어 정공이 생기는 반도체입니다.
즉, 전하를 옮기는 수단으로 정공이 사용되는 반도체가 p형이고 전하를 자유전자가 옮기는 반도체를 n형 반도체라 합니다.
이제 두 반도체를 접합시키게 되면 접합면에 공핍층이 형성됩니다. 공핍층은 전자와 정공이 결합해 중성이 되어 두 반도체를 가르는 전위차를 형성합니다. 즉, 벽을 형성합니다.
이때 양단에 순방향(p형에 (+), n형에 (-) )으로 전압을 걸어주게 되면 이 공핍층이 사라져 전류가 흐를 준비가 되었습니다. 이렇게 전기를 생산할 준비가 다 되었습니다. 이때 빛 에너지가 들어와 광전효과에 의해 원자핵으로부터 벗어나 전자가 생기게 되고 생겨난 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하게 됩니다. 이렇게 해서 전자를 받을 수 있게 됩니다.
반도체 이야기는 잠깐 소개하기에는 깊기 때문에 이정도만 소개하겠습니다.
이렇게 얻은 전류를 축전기를 통해 저장하고 직류이기 때문에 일반 가정에서 사용하기 위해 교류로 변환하여 사용하게 됩니다.

태양광발전의 장점
-에너지원이 무제한이며 발전 시 공해를 발생하지 않습니다.
-유지보수가 용이합니다.
-건설 기간이 짧습니다.

태양광발전의 단점
-하늘이 흐리거나, 밤이 되면 발전이 불가능합니다.
-에너지 밀도가 낮아 같은 발전량 대비 필요 면적이 매우 큽니다.
-발전면적이 넓어 오히려 산림파괴의 문제점이 있습니다.
-초기 투자비와 발전 단가가 높은 편입니다. (반도체 사용)

태양열발전이란?

태양의 복사에너지가 지구로 와서 산란 흡수를 하며 지구의 온도를 결정합니다. 일사량이 많은 적도 지역은 덥고 비교적 적은 남극과 북극은 추운 이유도 태양에너지 일사량의 차이지요. 이 태양 복사에너지를 모아 뜨거운 열에너지를 모으는 발전이 태양열 발전입니다. 이를 집열이라고 하는데 우리나라에서는 발전에 사용할 만큼 대규모 시설은 만들기 힘듭니다. 일사량도 부족하고 그만큼 면적 또한 부족하기 때문입니다. 하지만 가정용이나 소규모로는 사용하는 것으로 알고 있습니다. 우리나라에는 적용하기 힘들지만 일단 소개해보겠습니다.

태양열을 수집하는 집열기는 저온용, 중온용, 고온용 집열기 등이 있습니다. 대규모 발전에 사용하는 집열기는 고온용집열기인데 꼭 위성 안테나 처럼 생겼습니다. 이러한 고온용 집열기를 그림에서 처럼 중간에 있는 타워를 바라보게 해서 많이 설치합니다. 그럼 이 집열된 열이 타워의 꼭대기에 집열되게 됩니다. 여기에는 물탱크가 있는데 여기서 발생하는 증기를 이용해 일반 발전설비처럼 증기터빈을 이용해 발전하게 됩니다.

태양열 장점
-무공해, 무제한 발전입니다.
-가정용으로 온수기로 사용 가능 합니다.

태양열 단점
-흐리거나, 밤에는 발전이 안 됩니다.
-높은 일사량이 필요합니다. 보통 사막 같은 곳을 이용합니다. 면적 또한 많이 필요합니다.

태양열과 태양광 두 발전 다 청청에너지원이지만 발전이 간헐적이라는 단점이 존재합니다. 이를 해결하는 현실적인 방안은 기존에 사용하는 발전을 같은 설비용량으로 예비발전을 대비하는 방법이 있습니다. 또한, 미래지향적 방안은 발전효율상승과 더불어 배터리 저장용량 증가로 발전이 안될 때 충전량으로 보충하여야 합니다.

태양열과 태양광을 한번에 설명하려니깐 너무 양이 많아 소개정도로만 마치겠습니다.

-이미지 출처-

1. http://www.independent.co.uk/
2. https://inhabitat.com/tag/solar-panel/
3. https://www.quora.com
4. http://www.doopedia.co.kr/
5. http://www.colbridge.com/solar-panels-ernakulam-kochi-kerala/
6. https://constructionreviewonline.com/
7. https://www.avantes.com/
8. http://www.te-a.kr/sub_product_2.asp
9. http://www.sunwindenergy.com

2015년 파리기후 협약을 맺고 전 세계에서 지구온난화의 주범인 온실가스를 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 온실가스의 주범은 탄소이죠. 과도한 탄소 배출로 높아진 탄소량을 국가적으로 저탄소 배출을 위해 노력을 하고 있습니다. 더욱이 최근 탈원전 정책으로 신재생에너지의 역할이 더 커질 전망입니다. 아직 전력공급이 간헐적인 문제점, 낮은 에너지 밀도로 인한 규모 거대화로 산림 파괴 등의 문제가 있지만, 미래를 보았을 때 현재보다는 비중이 커져야 함은 당연합니다.

그렇기에 어떠한 에너지원이 있는지 또한 각각의 에너지원의 원리와 장∙단점을 하나씩 나누어 상세히 포스팅할 계획입니다. 오늘은 신재생에너지에 대해 간단한 소개만 해보도록 하겠습니다.

신에너지와 재생에너지

신에너지와 재생에너지는 무엇이 다른것일까요?
이 두가지를 비교하는데는 국가마다 조금씩 차이가 있지만 거의 비슷합니다. 우리나라 국내법규인 ‘신에너지 및 재생에너지 개발∙이용∙보급 촉진법’ 에 따라 신에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 수소, 산소 등의 화학 반응을 통하여 전기 또는 열을 이용하는 에너지로써 수소에너지, 연료전지, 석탄 액화, 가스화한 에너지 및 중질잔사유를 가스화한 에너지 등 석유, 석탄, 원자력, 천연가스를 제외한 에너지를 말합니다.

재생에너지는 renewable energy라 하는데 재생가능한 에너지를 변환시켜 에너지원으로써 사용하는 에너지를 말합니다. 여기에는
-태양에너지
-풍력에너지
-수력 에너지
-해양 에너지
-지열 에너지
-바이오 에너지
-폐기물 에너지
등 석유, 석탄, 원자력, 천연가스를 제외한 에너지를 말합니다.

결국 신재생에너지는 에너지원이 거의 무한한 고갈의 염려가 없는 에너지를 말합니다.
위에서 언급한 10가지 정도의 에너지를 앞으로 하나씩 소개해보도록 하겠습니다. 

-이미지 출처-

1. http://amiowealth.com/uk-sets-new-renewable-energy-record-as-wind-and-solar-surge/
2. http://news.softpedia.com
3. https://www.zmescience.com/ecology/climate/how-much-renewable-energy/
4. http://control-tech.com.au/renewable-energy/