공부하고 정리하고

오늘은 우리나라의 원자로와 일본의 원자로를 비교 설명하는 시간을 가져보려고 합니다. 그리고 다음 시간에는 일본 후쿠시마 원전은 왜 어떻게 사고가 난 것인지 알아보도록 하겠습니다.
우선, 우리나라와 일본의 원자로 노형이 완전 다른 것은 아닙니다. 일본은 우리나라와도 같은 노형도 존재합니다. 하지만 후쿠시마 사고가 난 원전은 우리나라와 다른 노형이니깐 이 두 가지를 비교분석하려고 합니다. 우리나라가 사용하는 원전은 PWR이라 하여 가압형 경수로이고 사고가 발생한 일본의 원전은 BWR이라하여 비등형 경수로입니다. 이 두가지는 큰 차이를 가지는데요. 한번 자세히 알아보겠습니다.

BWR
Boiling-water reactor라 하여 비등수형 경수로라고 합니다. 

전세계적으로 사용하는 대표적인 원자로이며 후쿠시마 사고가 발생한 원자로입니다.

이 원자력 발전은 발전을 위해 사용하는 보일러 자체가 원자로 입니다. 즉, 원자로에 물을 공급하고 그 물이 끓어 증기가 되고 그 물이 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 그렇기 때문에 핵연료봉의 누설이 발생한다면 이곳을 순환하는 물 전체가 다 오염이 되버립니다. 그렇기 때문에 상대적으로 안전에 취약합니다. 하지만 그렇다고 사고가 발생할 가능성이 큰 것은 아닙니다. 일본이 안전성에 경각심이 줄어 들 만큼 안전하니깐요. 이 시설에는 사고 발생을 대비하여 원자로를 정지시키기 위한 여러 장비들이 있고 또한 정지후 원자로의 붕괴열과 잔열을 제거하기 위한 설비가 존재합니다. 하지만 사고가 발생한다면 밖으로의 누출확률이 가압형 경수로와 비교해서 매우 높습니다. 

그럼 도대체 가압형 경수로는 어떻게 설계되었길래 BWR과 다르며 안전하다고 하는 걸까요?

PWR
Pressurized-water reactor라 하여 가압수형 경수로라 합니다. 미국이 개발한 원자로이며 현재 우리나라는 원자로를 비롯한 여러 부가 설비들을 국산화에 성공해 기술을 자립한 원자로입니다.

이 원자력발전은 앞서 소개한 BWR에 비교하면 발전효율이 떨어집니다. 왜냐하면 물을 끓이기 위한 급수가 원자로에 안 들어가기 때문이죠.  

그럼 어떻게 끓일까요? 

원자로를 도는 순환수와 발전을 위한 터빈-복수기-보일러 세트를 분리하여 증기발생기라는 열교환기를 사용하여 간접적으로 열을 전달하고 발전을 하게 됩니다. 그리고 이 원자로를 도는 순환수를 포함한 원자로를 원자로 격납건물을 사용하여 완전 격납시키게 됩니다. 이 방식으로의 발전은 여기서 BWR과 크게 다른 점입니다.
음… 뭐 분리시켜서 따로 돌린다구.. 그럼 조금 안전할 수는 있겠지… 인정! 하지만 다 터지면 끝나는데 그게 무슨 의미가 있어!! 라고 생각하실수 있습니다.
하지만 여기서 생각해야 할 것이 원자로 격납건물 하나가 차폐체라고 생각하시는 것은 잘못된 생각입니다. PWR의 경우는 3가지의 차폐체로 이루어져 있습니다. 이를 다중방호 설비라 하는데 한번 알아보겠습니다.

첫째, 핵연료 펠렛과 피복재입니다. 펠렛은 우라늄을 2~5% 정도 농축한 것을 고압으로 압축, 열처리를 통해 덩어리로 고화된 물질입니다. 그래서 방사성물질이 발생하더라도 최대한자기안에 가둬두려고 합니다. 그다음이 피복재입니다. 피복재는 엄청난 고온에도 견디도록 설계되어 있고 방사성 물질을 안에 가둬두려고 합니다.
둘째. RCS 압력경계입니다. 이는 원자로 냉각수 순환 배관과 원자로를 포함한 것을 말합니다. 마찬가지로 피복재처럼 고온 고압을 견디도록 설계되어 있습니다.
셋째, 원자로 격납건물입니다. 만약 냉각수 순환 계통에 문제가 발생해 격납건물로 누설이 된다면 마지막으로 차폐해주는 건물입니다.

실제 미국의 스리마일섬에서 사용하던 PWR 원자로는 냉각수 누설사고(LOCA)가 발생하였을 때 이 격납건물에 의해 차폐가 완전히 되었고 지금도 그 격납건물을 제외하고는 방사능 누출이 없다고 합니다.
그러니까 결국 안전망이 세 가지라는 겁니다. 그리고 사실 지금 말한 방호설비는 정말 극히 일부분에 불과합니다. 제가 앞으로 천천히 어떠한 안전설비가 있는지 소개하도록 하겠습니다.

결론적으로 PWR과 BWR은 안전망이 하나 더 있나 없나의 차이입니다. 하지만 안전한 정도는 월등히 높죠. 현재 우리나라는 단 한 개의 BWR도 없습니다. 처음부터 PWR을 도입했기 때문인데요. 정말 다행인 부분이라고 생각합니다.

해당 포스팅은 스팀잇에 작성한 개인적인 글들을 옮겨놓기 위해 작성하고 있습니다.

"해당 포스팅 원본: https://steemit.com/kr-science/@chosungyun/6gxmbk-3 "

오늘은 신재생 이야기 편으로 이야기를 하려고 합니다. 지금까지 해양의 힘을 이용한 파력, 조력을 알아보았습니다. 오늘은 온도 차 발전에 대해서 알아보겠습니다.

해양 온도차 발전

영어로 OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion)이라고 합니다. 해양의 온도차를 이용해 발전을 하는 방식인데 이 온도 차는 표층수와 심층수의 온도차를 이용하게 됩니다. 하지만 바닷물이 표면도 차가우면 온도 차 발전이 힘듭니다. 그래서 적도 근처인 열대 해역에서 주로 발전을 하게 됩니다. 이때 열대해역은 해면의 온도는 20도이고 500~1000m 아래의 심층수는 4도 정도로 변함이 없습니다. 그렇다면 이 온도 차로 발전을 하게 되는데 어떻게 가능할까요? 기존에 아는 화력이나 원자력은 고온고압의 환경에서 증기를 돌리는데 이 방식으로 적용이 될까요? 여기서는 적용이 어렵습니다. 그래서 저온 비등 냉매를 사용하게 됩니다. 저온 비등 냉매라는 것은 암모니아나 프로필렌같이 끓는점이 낮은 물질을 압력을 적절히 조절해 4도일 때는 액화되고 20도일 때는 기화될 정도의 환경을 만들어줍니다. 그럼 기화된 작동 유체가 터빈을 작동시켜 발전을 하게 됩니다.

이 방식이 가장 기본적인 방식이고 폐회로 사이클(Closed-loop Cycle)입니다. 또 사용할 수 있는 방식은 개회로 사이클(Open-loop Cycle system)인데 기존에는 앞서 설명한 방식은 열을 작동 유체에 전달하였다면 개회로 사이클에서는 펌프로 유입된 따뜻한 해수를 펌프로 압력을 낮추어 비등하게 만들어 저압터빈을 구동하여 전기를 만드는 방식입니다. 이 방식은 심층으로부터 끌어올린 해수가 열교환기에서 응축되면서 담수를 만드는 역할도 한다고 합니다.

마지막으로 하이브리드형 사이클(Hybrid Cycle system)이 있습니다. 표층 해수를 유입해 일차적으로 폐회로 사이클(Closed-loop Cycle)로 전기를 생산하는데 여기서 나오는 온수를 개회로 사이클(Open-loop Cycle system)로 보내어 한 번 더 발전을 하고 담수까지 얻는 방식으로 구성되어 있습니다.
개회로 사이클이 5.5%의 전력효율 폐회로 사이클이 5%의 전력효율을 나타낸다고 합니다.

장점
-자원이 공짜이며 공해를 발생하지 않습니다.
-해수 담수화가 가능한 발전 방식도 있다.
단점
-온도 차가 20도 정도 나야 지속적인 발전이 가능하다.
-발전효율이 낮다.

이 발전방식은 아직 연구가 지속되고 있고 우리나라도 동해안 남쪽에 온도차가 큰 지역이 있어 활용 가능성이 있습니다. 하지만 아직은 갈 길이 먼 것 같습니다. 앞으로 효율 개선을 위한 연구들이 지속된다면 언젠가는 크게 상용화되는 날도 오지 않을까요?

-이미지 출처-

1. http://tidalenergytoday.com/2017/06/12/new-otec-guide-on-the-horizon/
2. http://www.otecnews.org/2012/10/
3. https://www.britannica.com/technology/ocean-thermal-energy-conversion
4. https://www.slideshare.net/PrashantTipu/otec-54791316

지금까지 재생에너지 중에 태양, 바람, 물의 낙차에서 에너지를 얻은 것을 이야기해왔죠? 

오늘은 바다에서 에너지를 얻는 방법을 소개해보겠습니다.

해양 에너지

파도, 조석간만의 차, 해양의 온도 차에서 나타나는 에너지를 일컫는 말입니다.
파도는 파력발전, 조석간만의 차로는 조력/조류발전, 온도 차로 온도 차 발전이 가능합니다. 하나씩 자세히 살펴보도록 하죠.

파력 발전

파동에 대해서 아시나요? 파동은 일종의 에너지의 전달입니다. 소리의 전달, 빛의 전달도 파동이죠. 파도는 전달 매개체로 매질을 물을 사용합니다.

이를 파도라 하죠. 파동으로 물의 이동은 크지 않지만 많은 에너지를 전달하게 됩니다. 국내에 있는 파력에너지의 부존량은 약 650만kW라고 합니다. 이를 잘 이용할 수 있다면 발전 일부분을 차지하는 역할을 하고 있을 겁니다.
하지만 이 에너지를 전력으로 변환시키는 일은 생각보다 쉽지 않았습니다. 19세기 말부터 시도하였지만 전력변환효율이 낮은 관계로 상용화에는 오랜 시간이 걸렸습니다. 발전원리는 어떻게 될까요?
파도가 칩니다→1차 변환→2차 변환→발전→송전→전력이용의 방식으로 전력을 사용하게 됩니다.
여기서 1차 변환은 파도의 에너지 파랑 에너지를 흡수하는 방법의 차이가 존재합니다. 이 에너지를 발전에 사용할 수 있는 에너지로 전환하는 것이 2차 변환입니다. 1차 변환에는 가동물체, 진동수주, 파랑의 수압변동 흡수등의 방법으로 에너지를 흡수를 합니다. 즉, 파도의 에너지를 기계적 에너지로 전환합니다. 2차 변환에서는 유압장치, 공기터빈, 수류터빈등을 이용합니다. 즉, 기계적 에너지를 전기에너지로 전환합니다. 여기서 1차 변환-2차 변환이 대표적으로 사용되는 발전 방식은 작동원리에 따라 3가지 정도로 나누어집니다. 이 세 가지 위주로 설명하겠습니다.

-가동 물체형 : 파도에 의해 고정된 힌지를 중심으로 상하운동을 하는 부유구조물을 사용합니다. 이 수면의 움직임에 따라 민감하게 반응하는 물체의 움직임을 전기에너지로 변환하게 됩니다.

부유식, 잠수식 두 가지 방법으로 설치합니다. 파력에너지를 직접 이용하기 때문에 에너지 효율이 비교적 높은 장점이 있지만 파력 발전기가 파력을 직접 부딪혀야 하므로 구조물이 빨리 취약해집니다.

-진동 수주형 : 발전기 내부 공기 챔버에 있는 물이 상하 진동함으로써 공기 챔버안의 공기가 왕복 운동을 하게 됩니다. 이로 인해 파랑 에너지를 공기의 유동에너지로 1차 변환하고 이를 다시 공기 터빈을 사용하여 2차 변환합니다. 설치 방법은 부유식, 고정식, 안벽형으로 설치됩니다. 발전효율이 월파형 보다 높고 파랑의 형태와 상관없이 발전이 가능한 장점이 있지만 파랑의 변동성을 제어하기 힘듭니다.

-월파형 : 파력의 진행 방향 전면에 비탈면을 두어 파랑 에너지를 위치에너지로 변환하여 물을 저장합니다. 이 저수시설의 하부에 설치한 수차 터빈을 돌려 발전을 합니다. 기존에 설명한 수력 발전과 동일한 방법입니다. 설치방식은 파도를 저장하기 위해 잠수식은 불가하고 부유식, 방파제의 방식으로 설치됩니다. 방식은 직관적이지만 일정 수위 이상에서만 발전이 가능합니다.

파력발전의 장점
-무한한 에너지원이다.
-소규모 발전이 가능하다.
-방파제로도 활용할 수 있다.
-친환경적이다.

파력발전의 단점
-파도에 따라 발전출력 변동이 심하다.
-초기 제작비가 높다.
-수심, 바람, 항해, 육지에서 거리 등을 고려해 입지 조건이 한정적이다.

오늘은 파력발전에 대해서 알아보았습니다. 미래를 보았을 때 바다에서 에너지를 얻는 것은 필수적이라고 생각합니다. 그런 면에서 파력발전은 더욱더 발전되기를 기대해봅니다.

다음 시간에는 조력 발전에 관해서 다루어 보겠습니다. 

-이미지 출처-

1. https://pixabay.com
2. http://www.oceanenergycouncil.com
3. http://www.ctman.kr/news/3782
4. http://koc.chunjae.co.kr/Dic/dicDetail.do?idx=14493
5. https://www.pelamiswave.com/pelamis-technology/
6. https://www.pelamiswave.com/pelamis-technology/
7. http://www.soz-etc.com/energien-erneuerbar/
8. https://www.researchgate.net
9. https://iphoto.kiost.ac.kr/

저번 시간에 풍력발전에 관해서 이야기했었습니다. 오늘은 물의 떨어지는 힘을 이용한 수력 발전에 관해서 소개하겠습니다.

언젠가 한 번쯤 댐에 가본 적이 있으실 겁니다. 댐에 모아놓은 물은 어마어마한 양이죠. 물을 모아놓았다가 가뭄이 오면 농사를 위해 물을 흘려보내는 역할도 하고 비가 많이 왔을 때 물의 방류량을 조절에 물난리가 나는 것을 막는 역할도 합니다. 이런 댐이 전기도 생산합니다. 어떻게 생산하는지 한번 알아보겠습니다.

전기 생산의 원리

물리를 공부한 적이 있는 분이시라면 누구나 위치에너지 운동에너지를 들어 보았을 것입니다. 높은 곳에 있으면 위치에너지가 올라가고 아래로 내려오면 그 위치에너지만큼 운동에너지로 변환이 됩니다. 이를 이용하게 됩니다.
댐은 산에서 흘러나오는 물을 한곳에 모아 가두어 둡니다. 즉, 밑으로 흘러내려 가려고 하는 물들을 산이라는 곳에 가두어 두는 것입니다. 그래서 물은 위치에너지를 가지고 댐에 저장이 됩니다. 위치에너지는 질량×중력가속도×높이로 구해지게 되는데 중력가속도는 지구에서는 9.8m/s2으로 일정하고 높이는 높을수록 질량은 클수록 에너지가 큽니다. 여기서 높이는 댐의 고도가 될 것이고 질량은 물을 어느 정도 저장하고 있냐인 저수량에 의해 결정이 됩니다. 그러니 결국 댐의 규모와 관련이 큽니다. 위치는 저수량과 경제적 여건을 고려하여 어느 정도 한계가 있고 저수량도 규모가 크면 커지게 됩니다. 결론적으로 가장 중요한 부분은 한 번에 내보낼 수 있는 방수량 시간당 방수량이 크면 많은 에너지를 낼 수 있습니다.

이 에너지가 나오면 아래로 흐르게 됩니다. 아래로 떨어지며 물은 위치에너지에서 운동에너지로 바뀌게 됩니다. 즉, 내려오면서 힘을 가지게 되는 것이죠. 예를 들어 생각해보면 폭포가 있는 계곡에 놀러 갔을 때 높은 폭포수 아래에 가면 물을 맞지만 아픕니다. 이것이 운동에너지로 전환이 되었기 때문이죠. 결국, 수력발전은 위치에너지에서 전환된 운동에너지로 발전기를 돌려 전기를 생산하게 됩니다.

발전 방식은?

저번 포스팅에서 풍력발전은 바람이 날개를 돌려 거기에 연결된 터빈이 돈다고 하였지요? 수력도 마찬가지의 원리입니다. 다만, 이번에는 바람이 아니라 물입니다. 높은 데서 낮은 데로 떨어진 물은 운동에너지가 높아집니다. 이 말인 즉슨 빠른 유속을 가진 물이 흐르는 것입니다. 그리고 흐르는 곳에 수차를 설치합니다. 이 수차는 물에 의해 돌아가게 됩니다. 그리고 이 수차는 발전기와 연결되어 있습니다. 이 발전기에 있는 영구자석이 돌면서 교류전원을 생산하게 됩니다.

수력발전의 장점

-친환경적으로 연료비가 없고 대기오염물질 방출이 없습니다.
-전기생산 이외에 식수공급, 자연재해 예방 등의 다양한 기능을 함께 제공합니다.

수력발전의 단점

-댐 건설을 위해서는 산의 생태계를 파괴해야 합니다.
-앞서 전기생산 원리에서 말했듯이 풍부한 수량과 높은 낙차가 필요하며 넓은 지형이 필요하므로 입지 조건이 제한적입니다.
-초기 건설비용이 높다

양수 발전?

수력 발전을 이야기하면 양수 발전이라는 말을 많이 들어보셨을 겁니다. 양수 발전은 무엇일까? 엄밀히 말하면 발전이라고 할 수는 없다고 생각합니다. 더 적절한 표현은 거대한 배터리다 라고 말하고 싶습니다. 왜냐하면, 양수 발전은 전기를 사용하여 물을 펌프로 끌어올려 댐에 다시 보내는 일을 하게 됩니다. 왜 이런 짓을 할까요?
두 가지 정도의 기능이 있습니다. 첫째는 발전 기동이 좋아 긴급한 부하변동에 신속히 대응할 수 있습니다. 두 번째는, 남는 전기를 저장하기 위해서입니다. 전기는 비교적 낮보다는 잠을 잘 시간인 밤에는 사용량이 낮아집니다. 그래서 전기 생산을 줄이기는 하지만 기저부하인 대형 발전소는 전기 생산을 중단하는 것이 큰 손실이고 원자력의 경우는 더욱더 크게 손실이 옵니다. 그래서 전기를 생산하되 저장을 하게 됩니다. 하지만 현실적으로 배터리의 저장량은 한정적이라고 할 수 있습니다. 그래서 물을 펌프로 끌어올려 댐에 저장하고 나중에 전기수요가 있을 때 수력발전을 하여 전기를 생산하는 방식이 양수 발전입니다. 이 방식은 전기를 사용하여 다시 올리는 만큼 발전 효율이 낮습니다. 하지만 전기를 버려야 하는 것을 일부 저장하게 됨으로써 전기 생산을 증진시키는 장점이 있습니다.

수력발전은 원리는 정말 간단하지만 그 규모는 엄청납니다. 이러한 댐을 보았을 때 단순히 물의저장뿐만 아니라 전기까지 생산 해준다는 것을 생각해보는 시간이었습니다.

-이미지 출처-

1. http://www.list-rooster.com
2. https://www.iaspaper.net/water/
3. http://study.zum.com/book/14575
4. http://www.placesnearpune.com
5. http://blog.kepco.co.kr/912
6. http://angeles.sierraclub.org/news/blog/2016/12/ready_set_organize
7. http://www.water-technology.net/projects/chongqing/chongqing8.html
8. http://www.asiatoday.co.kr/view.php?key=505807
9. http://www.ecoseoul.or.kr/xe/?document_srl=1875277

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/