발전소

1. 개요

2. 발전 원리

3. 발전 방법

3.1. 현용 발전

• 화력발전: 석유나 석탄, 천연가스 등 화석연료로 터빈을 돌려서 발전한다. 대부분 석탄을 사용한다. 발전소 중 가장 오래된 역사를 자랑하며, 인류문명 발달과 산업 혁명의 추진력이자 에너지동력원이 되어왔다. 아직까지 전 세계 대다수의 전력을 화력발전소에서 뽑고 있다. 열병합 발전소도 이 화력발전의 일종이며 이 경우에는 연료와 쓰레기를 동시소각하면서 나오는 폐열을 일부 이용하며 발전에 이용하는 폐열로 물을 데워서 아파트 단지에 난방을 공급한다. 그 밖의 원자력이나 지열발전도 화력발전소의 보일러가 원자로나 지열로 바뀐 것 뿐이다. 다만 오염물질이 상당하므로 환경설비에 신경을 써야 한다. 보통은 석탄을 사용하지만 소규모 화력발전소는 내연기관을 이용하여 연료유를 사용하기도 한다. 어지간한 선박에는 발전기가 달려 있는데 역시 내연기관을 이용하는 것이다. 개인이나 시설에서 보통 예비용으로 쉽게 구비하는 비상용 발전기도 내연기관을 이용한 화력발전이라고 볼 수 있다. 일단 짓기 편하고 빨리 올릴 수 있다는[10] 장점이 있지만, 발전 시 사용하는 주 연료가 화석연료다 보니 공급 문제에 있어서에 민감하다. 즉, 화력발전에서 생산하는 전기의 전기요금 상승은 화석연료 생산량/가격과 비례 관계에 있다는 것. 더불어 대기오염과 온실가스 증가를 초래한다.
  인도 같은 경우는 소가 워낙 많아서 소똥을 태우는 화력발전소가 아직도 많이 남아있다. 미국에서도 소똥화력발전소를 1990년 초반에 세운 바 있는데 재료비는 무척 싸지만, 건설비가 좀 비싼 편이라고 한다. 보통 화력 보일러가 아닌 더 특별한 보일러를 써서 태워야 하기 때문이다. 아래 언급된 일부 운용 중인 바이오매스 발전소도 넓게 보면 화력발전에 포함되며, 메탄가스나 산림 부산물 등을 연료로 사용한다.

• 수력발전: 인류 역사상 최초의 발전 방식이며[11], 물의 힘으로 터빈을 돌려서 발전하는 것이다. 댐을 건설하여 높은 낙차를 만드는 방법을 쓰는데, 폭포 같은 자연적으로 낙차가 발생하는 곳은 댐 없이 그냥 설치하기도 한다. 대표적으로 나이아가라 폭포에 이런 수력발전소가 있다. 상대적으로 발전시의 환경 오염이 적다는 장점이 있지만, 강이나 폭포 등 물이 많은 곳이 아니면 건설할 수 없기 때문에 건설 장소가 제한된다는 단점이 있다. 대규모 발전을 위해서는 댐이 필요한데 이를 위한 넓은 부지와 대규모 수몰지구 등으로 인해서 건설비가 꽤 많이 드는 편이고, 댐의 경우에는 주위 환경을 바꿔버리기 때문에 환경 오염과는 또다르게 악영향을 끼친다. 또한 하상계수[12]가 큰 지역에서는 갈수기 때에 발전을 못 한다는 제약도 따른다. 하지만 일단 지어놓으면 별도의 연료비가 들지 않고 자연낙하를 이용하는 경우가 많기 때문에 유지비가 저렴하여 반영구적으로 사용할 수 있다는 장점은 있다. 발전용량에 따라서 대수력발전부터 피코수력발전[13]까지 총 6단계로 구분한다.#

• 양수발전: 수력발전의 일종. 기본적으로 수력발전과 동일하나, 상대적으로 전력이 적게 소비되는 밤중에 수력발전용 터빈을 반대로 돌려서 물을 도로 끌어올려 저장하는 방식이 추가되었다.[14] 따라서 다른 발전처럼 전기를 생산만 하는 것이 목적이 아니라 한밤중 등 전기 소요가 없을 때 전기 에너지를 퍼텐셜 에너지로 바꿔서 저장하는 것이며, 이 방식은 사실상 유일하게 (그나마)대량의 전기 에너지를 저장할 수 있는 방법이다. 단점은 물을 전기로 끌어올렸다 떨어뜨리면서 생산하기 때문에 당연히 전체 생산 전력은 일반적인 방식으로 생산한 전력보다 줄어들어 효율이 떨어지며 설비가 복잡하므로 시설비가 늘어난다.

• 조류발전: 수력발전의 일종으로 해류가 센 바다 바닥에 터빈을 설치하여 해류를 이용해 터빈을 돌려서 전력을 생산한다. 명량 해전이 있었던 진도군 울돌목에 테스트용 발전기가 건설되었다.

• 파력 발전: 파도의 힘으로 터빈을 돌려서 발전한다. 낙도 같은 곳에 실험용으로 건설하고 있다. 발전용량이 그리 큰 편이 아니라서 보조용도로나 많이 쓰였으나[15] 영국 스코틀랜드 펠라미스 사에서 상업용 파력 발전 시스템을 선보였다. 이외에도 영국 체크메이트 그룹이 아나콘다 시스템을 연구 중이다.

• 조력 발전: 문서 참고.

• 원자력 발전: 원자로에서 물을 끓여서 증기를 만든 후 이를 이용해 터빈을 돌려서 발전한다. 엄청난 양의 에너지와(1g의 우라늄 = 석탄 3t) 함께 방사능을 제외하면 꽤 친환경적이나 사고발생시가 방사능 피해가 무지막지하게 클 수 있다는 최대 단점이 있다. 다만 현재까지 일어난 피해량은 양적인 측면에서만 본다면 많지 않다.[16]

• 지열 발전: 지열을 이용하여 발전을 하는 것. 화산지대나 온천지대의 지열을 이용하여 물을 끓이고 이 증기를 이용해 터빈을 돌려서 발전하는 것이다. 지구 내부 에너지가 보일러 역할을 하는 셈이다. 이것도 쓸 수 있는 지역이 제한된다는 단점이 있다. 덤으로 화산가스로 인해서 부식도 잘 되며, 보통 지열이 잘 배출되는 지역은 지진이 많이 일어나는 등 지반 자체가 불안정한 곳이 많아서 특별하게 튼튼하게 건설해야 제대로 사용이 가능하며, 반복적으로 파손된 부분을 때워야 한다.
  
  위와 같은 문제점을 해결하기 위해서 나온 것이 심부지열발전(EGS, Enhanced Geothermal System)으로 지하 4천~5천 미터를 시추해 외부환경에 영향을 받지 않는 지열에너지 저장곳간을 만든 뒤, 이곳에 일반 지열발전처럼 물을 흘려보내 만들어진 증기로 터빈을 돌려서 발전하는 것이다. 이 방식이면 전 세계 50% 지역에서 지열발전을 할 수 있게 된다. 현재 대한민국에서도 연구 중이다. 2014년 광주에서도 3.5MW급의 심부지열 발전소를 미국 알타락에너지사와 투자해 개발할 계획이다. 2015년 포항에 1.5MW급 심부 지열발전소 준공 예정이며 2030년까지 지열발전 규모를 200MW까지 확대할 예정.관련 기사 하지만 심부지열 발전이 지진을 유발한다는 주장이 제기돼서, 국내외에서 논란이다. 2017년 포항 지진 이후 현재 국내의 지열발전 사업은 사실상 중단 상태이다.

• 풍력 발전: 바람의 힘으로 풍차를 돌려서 발전하는 것. 바람이 많은 곳이 적다는 문제가 있고, 바람은 필요 이상으로 빨리 불 때도 있고 느리게 불 때도 있어서 안정성이 떨어진다는 문제도 있다. 즉, 발전기에 걸리는 부하가 안정적이지 않으므로 애당초 발전된 전기의 전압과 주파수가 상용 전력대로 나오는 것을 기대할 수가 없다. 그렇다고 터빈의 속도를 기계적으로 조정하려드는 건 부하 변화가 원체 빨라서 속응성이 떨어지고 말도 안 되는 수명 문제가 발생하므로 AC로 들어온 발전 전력을 컨버터를 이용해 DC로 바꾼 뒤, 인버터를 통해 다시 AC로 바꿈으로서 발전기의 회전수와 상관없이 일정한 전압과 주파수를 가지는 전력을 출력한다. 따라서 풍력 발전기는 그 특성상 빠른 부하 변화에 대응하기 위해 전력 변환 설비가 많이 들어간다. 게다가 전력전자 설비는 그 특성상 과부하 내성이 발전기에 비해 높지 않으므로 발전기가 한계 이상으로 회전수가 올라가버리면 과전압이 걸려 파손될 위험도 있다.
  
  심지어 태풍이 불면 발전기에 과부하가 걸릴 정도로 고속회전하기 때문에 오히려 작동하지 못하게 묶어놓아야 한다. 덤으로 발전기 주변에 소음이 심하며 건설비에 비하자면 연비가 낮다. 풍력 발전기가 돌아가는 풍경을 멀리서 보면 은근히 멋지지만, 기존의 자연환경에 발전기를 세워놓다보니 도리어 경관을 해칠 수도 있다. 국내에서는 강원특별자치도 태백매봉산 발전단지와 평창 삼양목장의 풍력 발전기들, 영덕 풍력 발전단지가 유명하다.
  
  지열과 같이 매우 한정된 지역에서만 대규모 발전소를 세울 수 있는 종류를 제외하면 그린에너지 중에서는 유일하게 화력발전에 대해서도 가격경쟁력이 있다. 현재 풍력 발전의 추세는 발전기를 점점 더 대형화하여 발전단가를 낮추고(작은 풍력 발전소 여러 개를 건설하는 것보다 큰 풍력 발전소 1개를 건설하는 것이 더 경제적이다.) 아예 소음 및 바람의 균일성 등의 문제에서 벗어나기 위하여 얕은 바닷가에 수십대의 풍력 발전기를 설치하는 방향으로 나아가고 있다. 현재 운용되는 풍력 발전기 중 규모가 큰 것은 회전자의 전체직경이 120m 이상 되는 것도 있으며, 유럽의 선진국에서는 회전자의 전체직경이 150m 이상 되는 것도 개발 중이라고 한다. 하지만 생물학적으로 큰 문제가 있는데 주로 바람이 있는 거대한 땅에 세우다 보니 새들이 부딪쳐 죽는 경우가 워낙 많다는 점. 풍력 발전에 유리한 바람 조건은 새들이 이동하기 유리한 조건과 많은 부분이 겹치기 때문에 특히 위험하다. 프로펠러의 회전이 일정 속도 이상이 되면 눈으로 장애물이라고 인지하지 못하기 때문에, 생태통로에 그라인더를 설치한 것마냥 수많은 날짐승들이 죽어나간다. 혹은 발전기가 돌면서 생기는 압력차에 의해 죽는다고도 한다. 특히 박쥐 등. 미국에서는 미국 상징이자 보호희귀종인 흰머리수리까지 희생되는 통에 말이 많다.
  
  그래도 다른 대체자원보다 경쟁력이 있어 여러 발전 모델들이 개발되고 있다. 디스커버리 채널에서 소개된 몇 가지 것들을 소개하자면. 도심속에서 사용 가능한 나선형 구조의 소형 풍력발전기, 상공 수십~수백 미터 위에 띄워 돌아가는 풍선 형태의 풍력 발전기 등.
  
  지상 풍력 발전은 환경문제나 소음 등으로 사실상 뒤로 밀리고 해상 풍력 발전이 대세가 되었다. 지상 풍력 발전에서 오는 문제점들 대부분이 무시가 가능하고 대형화에 맞는 공간도 확보가 용이하며, 대체적으로 해상이 지상보다 바람이 고르고 잘 불기 때문이다. 실제로 한국정부는 제6차 전력수급기본계획(2013~2027)을 확정하면서 신재생 에너지 중 그나마 대규모 개발이 가능하기에 해상풍력 발전으로 2027년까지 바다에 풍력 발전기를 서해안과 제주에 도배하려고 하고 있다. 우선 2019년까지 부안·영광 앞바다에 2500MW용량의 대규모 해상풍력 발전단지를 만들려고 하고 있다. 해양 풍력이 발전 효율이 육지보다 1.4배나 높지만 설치 비용도 더높아 경제성은 사실 적자가 안나면 다행이라는 예측. 정부 계획대로 풍력 발전기가 500기를 모두 설치하려면 500㎢ 면적이 필요하다.관련기사 제주도에도 2019년까지 해상풍력 발전단지 1000MW, 2030년까지는 2000MW를 건설하려 계획하고 있다. 2013년 제주도에서 실증단계 풍력 해상단지가 조성되는 단계였다. 서남해 해상풍력 조성사업은 한국해상풍력(주)가 설립되고 2017년 착공하였고 2017년 11월에는 30㎿ 규모의 상업용 해상풍력발전단지가 제주 해상에 완공되었다.

• 태양광 발전: 문서 참고.

• 태양열 발전: 태양열을 이용한 발전방법으로 태양광을 반사시킬 유리판을 방사상으로 배치하여 한 지점에 집중시키면 열 에너지를 얻을 수 있는데 그 열로 물을 끓여 터빈을 돌려서 발전하는 방식이다. 태양이 들어가긴 하지만 태양광발전하고는 별 상관 없다. 당연히 햇빛이 쨍쨍 내려쬐는 사막 같은 곳에서만 제대로 돌아가는 발전이다. 그나마 태양열 발전은 태양전지에 비해 에너지 변환 효율이 낫다.

• 인력발전: 인밀레 매트릭스사람의 힘으로 터빈을 돌려서 전기를 생산하는 것. 자전거에 부착되어, 사람이 자전거를 작동시키면 바퀴가 돌아가면서 같이 돌아가는 발전기나 긴급상황에 쓰기 위해 만들어진 핸드폰이나 손전등 충전용 수동 발전기가 이에 해당한다. 당연하게도 노예 합법국가가 아닌 이상대규모 발전은 무리다.

3.2. 연구 중인 발전

• 온도차발전: 바다에서 온도가 높은 표층과 온도가 낮은 심층의 수온차를 이용하는 발전으로, 크게 두 가지 방식이 있다.
• 폐쇄식: 끓는점이 낮은 냉매를 순환기에 집어넣어 온도가 높은 표층에서는 기화되고 온도가 낮은 심층에서는 액화되는 과정에서 발생하는 순환으로 발전하는 방식. 쉽게 말해 전기로 온도차를 만드는 에어컨이나 냉장고의 원리를 역이용한 것이다. 냉매로는 암모니아 등이 연구되고 있다.
• 개방식: 폐쇄식과 기본적인 원리는 동일하되 별도의 냉매 없이 바닷물을 직접 이용한다. 낮은 기압에서는 끓는점이 낮아지는 것을 이용해 표층의 따뜻한 바닷물을 직접 기화시키는 방식이다.

• 연료전지: 수소&산소 혹은 에탄올 등의 연료를 집어넣으면 전기가 나오는 장치. 터빈이 아닌 촉매를 이용해 전기를 생산하는 것으로, 본격적인 발전소라기보단 차세대의 전지에 가깝다.[17] 하지만 연료전지를 사용하는 소규모 발전소나 가정용 발전기는 다양하게 연구되고 있는 중. 아폴로 우주선에서 사용했다.

• 똥 바이오매스 : 여러 유기폐기물이 부패되면서 메탄이 발생한다, 이것을 태워서 터빈을 돌려서[18] 발전을 하고자 하는것으로, 해당 발효의 촉매가 되는 미생물이 중요하다. 유럽의 일부지역에서 프로토타입형이 몇 개 존재한다. 국내의 경우 일부 실용화되어 쓰레기 매립장이나 하수처리시설에서 발생하는 메탄 가스를 발전에 사용하고 있다. 그 외 에도 산림부산물을 이용한 목질계 바이오매스 발전소도 운영되고 있다.
• 비슷한 것으로는 발전세포를 이용한 물건도 연구되고 있는데, 현실적인 문제로 대규모 발전은 도저히 가망이 없어서 최근에는 많이 연구하지 않는 편이다. 대신 조금 우회해서 폐유를 먹고 기름을 내뱉는 조류를 이용한 바이오 디젤로 가닥이 잡히고 있다.

• 마이크로웨이브 발전, SSP(Space Solar Plants): 태양광 발전의 강화판. 넓은 태양광 패널을 지닌 인공위성을 띄워 발전하는 것이다. 지구의 대기권 밖으로 나가면 태양광이 몇십~백배로 강하기에 비교적 작은 태양광 패널로도 지상의 태양광 발전의 수십~수백 배의 전력이 생산가능하다. 하지만 장거리 무선전력송신 기술이 아직 발달하지 못하여 언제 실용화될지는 미지수. 설령 송수신 기술이 완성된다 하더라도 강한 태양광에 의한 패널의 빠른 마모 문제를 어떻게 해결해야 하는지 등의 기술적 문제, 원래 지구로 들어오지 않을 에너지를 지구로 강제로 보내면 지구 온난화 등 환경 영향을 끼치는 것이 아닌지와 같은 환경적 문제를 비롯한 여러 문제가 산재한다. 한발 더 양보해서 모든 난점을 딛고 제작 및 실용화에 성공하더라도 그걸 꼭 발전위성으로만 쓴다는 법도 없다는 사실 또한 문제점. 당장 이걸 군사적 목적으로 쓰면[19] 그게 바로 이온 캐논이 된다. 아래 심시티 시리즈에 나온 마이크로웨이브 발전소는 바로 이것이 모델이다.

• 열전발전: 온도차 발전과 유사하나, 어떤 물체 내의 부분적인 온도차이가 생기면, 전자의 활동도가 달라져서 전류가 생기는 것을 이용한 발전방식이다. 펠티어 소자의 역이라 보면 된다. 여전히 효율은 시망급…

• 전자기유체(MHD)발전

• 핵융합 발전

• 염분차 발전: 해수와 담수의 염분차를 이용하여 터빈을 돌려서 전기를 생산하는 방식. 네덜란드에서 50킬로와트 용량의 시험 설비가 가동되는 등 최근 활발히 연구되고 있다.

• 압전발전: 압전소자를 이용하는 것으로 충격이나 압력으로 전기를 생산한다. 가장 가까운 예는 버튼식 라이터 혹은 휴대용 가스버너. '딱'소리가 나면서 불꽃이 튀는 모습을 볼 수 있는데, 이것이 압전효과로 발생된 전기이다. 과속방지턱이나 인구유동이 많은 곳의 계단에 실험적으로 사용되기도 한다. 가장 많이 사용되는 물질인 PZT에 납이 들어가기 때문에 환경오염에 대한 우려가 있기도 하다.

4. 발전소 목록

4.1. 대한민국의 발전소

4.1.1. 한국전력공사

• 한국전력공사[23]

• 한국남동발전

• 고성그린파워[27]

• 한국남부발전

• 한국동서발전

• 한국서부발전

• 동두천드림파워[35]

• 신평택발전[36]

• 한국중부발전

• 한국수력원자력

• 노을그린에너지[44]

4.1.2. 기타 발전사

• 김천에너지서비스

• 나래에너지서비스

• 상공에너지

• 전북에너지서비스

• 파주에너지서비스

• 포천민자발전

• 포천파워

• 한국지역난방공사

• 한국수자원공사

• 서울에너지공사

• SK E&S

• 부산정관에너지

• GS EPS
• GS파워
• GS동해전력
• 포스코에너지
• CGN율촌전력
• 평택에너지서비스
• 대륜발전
• 에스파워
• 포천파워
• 삼천리

4.2. 해외의 발전소

• 셀라필드 원자력 단지 (영국)
• 스리마일 섬 원자력 발전소 (미국)
• 체르노빌 원자력 발전소 (우크라이나)
• 싼샤 댐 (중국)
• 후쿠시마 원자력 발전소 (일본)

5. 관련 문서

• 발전
• 에너지
• 대체에너지
• 원자력
• 원자력 발전소
• 후쿠시마
• 바이오 리액터
• 화력발전
• 조력 발전
• 수력발전소
• 비상발전기
• 정전 시동
• 태양광 발전
• 태양열 발전
• 풍력 발전
• 발전차[49]
• 발전차(자동차)

6. 매체에서의 등장

6.1. 게임

6.1.1. 시드 마이어의 문명

6.1.2. 커맨드 앤 컨커 시리즈

6.1.3. 심시티 시리즈

6.1.4. 도미네이션즈