Power plant 종류와 국내 발전소 현황 그리고 전망

Power plant 종류와 국내 발전소 현황 그리고 전망

 

플랜트 길라잡이 - 8

전기가 없는 현대 사회는 상상할 수 없습니다. 스마트 폰 에서부터 전기 자동차까지 이미 우리 생활에 가장 밀접한 에너지인 전기. 전기를 생산하는 플랜트의 종류는 어떠한 것이 있으며 국내 발전소의 현황과 전망을 예측해 보겠습니다.

Power Plant 의 종류.

Power plant는 크게 석탄, 석유를 Fuel 형태의 원료를 사용한 발전 형식과 Eco-Friendly (친환경) 대체 에너지를 사용한 발전 형태로 나눌 수 있습니다. Power plant 는 줄여서 PP로 표기하거나 호칭합니다.

** 발전소의 용량에 따라 Grade 를 정하는데

• IV : 1,000 MW 이상 발전소
• III : 101~999 MW 발전소
• II : 5~100 MW 발전소
• I : 5 MW 이하 살전소

 

Power plant 종류 (Fuel)

1. Steam turbine power plant
2. Gas turbine power plant
3. Nuclear power plant

Eco-Friendly power plant (친환경 에너지)

1. Wind power generator
2. Solar energy power plant
3. Hydro-electric power plant
4. Biomass and gas power plant

 

1. Steam turbine power plant (증기를 이용한 발전소)

 

<Power Plant - Pixabay>

<Steam turbine power plant - 출처 위키미디어>

 

Steam turbine power plant 는 석유나 석탄과 같은 연료를 사용하고 이를 가열하여 물을 끓이고 이때 발생하는 증기를 이용해서 Turbine 을 회전시켜 전기를 생산하는 시설로 Fuel 형태의 가장 대표적인 Power plant 입니다. Steam 발생시키는 Generator 와 Turbine, 사이클의 효율을 올려주기 위한 Condenser 의 주요 Part와 이를 보조해주는 장치인 냉각 탑, Re-heater 등으로 이루어져 있습니다.

 

Furnace를 통과하면서 가열된 증기가 Turbine 을 회전시키고 Generator 를 통해서 전기를 생산.

<석탄화력발전소 - 출처 위키미디어>

 

석탄화력발전소는 가장 대표적인 Fuel 형태의 발전소입니다. 원료인 석탄(Coal) 을 석탄 야드에서 벙커로 이동 후 분쇄기를 통해 분쇄 후 부드러운 형태의 파우더로 가공됩니다. 이후 보일러로 이송시켜 Furnace 를 통해 가열되고 발생한 열은 튜브를 통해 보일러를 가열합니다. 이 때 Rankine cycle의 원리가 적용되며 끓는 점 이상의 온도로 가열된 증기는 터빈을 회전시키는데 사용됩니다. Turbine 을 회전시키고 회수 된 물은 Condenser 를 통해 응축되고 이는 다시 다음 Cycle 에 이용됩니다. 이러한 Closed loop 를 사용하여 반복적으로 전기를 생산하게 되는 것이지요. 국내의 화력 발전소들이 내륙보다는 바닷가를 중심으로 해안가에 많이 설치되어 있는 것을 알 수 있는데요 왜 그럴까요? 여러 가지 환경적인 요인과 규제조건도 있겠지만 Condenser 라는 응축기를 냉각하는데 사용하는 Cooling source로 해수를 많이 사용하기 때문입니다.

2. Gas turbine power plant (가스를 이용한 발전소)

Gas turbine power plant 는 Gases 를 사용하여 turbine 을 회전시켜 전기를 생산하는 발전 형태를 갖고 있습니다. 주요 구성 요소는 압축기와, 연소기, Gas turbine 으로 구성되어 있습니다.

여기서 잠깐!

Steam turbine 과 Gas turbine 의 차이가 무엇인가요?

스팀 터빈과 가스 터빈 둘 다 Turbine 을 사용하는 것으로 유체가 가지고 있는 에너지를 사용한다는 것이 동일합니다. 작동하는 유체의 종류에 따라 분류되며 설계 방식에 차이가 있습니다. 또 다른 차이점은 Steam turbine 은 Turbine 내의 블레이드를 통해 확장되는 증기 에너지를 사용하여 Rankine cycle 을 적용하며 Gas turbine 은 가스 에너지가 팽창할 때 발생하는 에너지를 사용합니다. Brayton cycle 을 적용합니다. 이 두 가지 방식을 모두 적요한 발전소를 Combined cycle plant 입니다. Steam 과 Gas 를 복합 적용하여 전기를 발생하는 발전 형태로 국내에서는 복합화력이라고 호칭하고 국내외적으로 CCPP 라고 표기,호칭합니다.

Rankine cycle (랭킨 사이클)

Steam turbine 에 사용하는 Cycle 로써 기본 주요 구성 요소는 보일러, 증기 터빈, 콘덴서, 펌프로 이루어져 있습니다.  작동 유체가 저압에서 고압으로 이송 후 보일러로 이송 후 가열되어 포화 증기가 되고 터빈을 통해 팽창하면서 터빈을 회전시켜 전력을 생산합니다. 이때 사용된 유체는 Condenser 를 통해 회수되면 Cycle 을 반복합니다. 

<Rankine cycle - 출처 위키미디어>

 

Brayton cycle (브레이턴 사이클)

Gas turbine 에 사용되는 Brayton cycle 은 Compressor 와 Combustion, Turbine 으로 구성되어 있습니다. Fresh air 를 Compressor 에서 압축한 후 Fuel 와 함께 연소한 후 고온 가스가 Turbine 으로 유입되면서 동력을 생산하는 방식입니다. 

 

<브레이턴 사이클 - 출처 위키미디어>

 

 

3. Nuclear power plant (원자력을 이용한 발전소)

원자력 발전소는 물을 증기로 바꾸기 위해 핵분열을 사용하며 이때 생성된 증기로 Turbine 을 구동시켜 동력을 생산하는 방식입니다.

대표적인 발전소의 종류에 대해서 살펴보았습니다.

국내 발전소 현황과 향후 전망

전 세계적인 전력소비량은 증가하고 있지만, 주요 선진국의 전력소비량은 감소세에 있습니다. 우리나라의 경우 연도별 전력소비량이 꾸준히 증가 추세에 있습니다. 하지만 지난 5년간 연 평균 전력소비량 증가율은 2.5% 대로 점차적으로 안정세로 들어갔다고 할 수 있습니다.

국내 발전 비중량은 석탄 40%, 원자력 30%, LNG 22%, 신재생 5% 대로 전체 발전 비율의 70%를 석탄과 원자력이 차지하고 있습니다. 정부에서는 전력수급기본계획에서 에너지산업 확산전략을 발표하고 2029년까지 저탄소 발전비율을 증가시키는 것을 골자로 한 계획을 발표하였습니다. 가장 눈에 띄는 내용은 중장기 에너지 정책에서 신재생 에너지의 비율을 30%까지 끌어 올린다는 내용입니다. 세계적인 흐름에서 본다면 OECD 등 주요 선진국을 중심으로 재생에너지에 대한 신규 투자가 점차적으로 증가 추세에 있습니다. (반면 중국을 포함 개발도상국은 아직 화력,원자력에 대한 발전 비율이 증가 추세임) 우리나라도 이에 발 맞추어 정책 및 재생에너지 설비 투자에 박차를 가하고 있습니다.

결과적으로 중장기적인 전력수급을 위한 발전소의 신규설비는 전력소비량 증가율에 발맞추며 신규 추가/Revamp를 진행하되 화력, 원자력 중심의 발전 비율을 점차적으로 줄이고 그 공백을 대체에너지로 채워진다는 것을 전망할 수 있습니다.

Inside Insight 였습니다.