화력 발전소의 소개: 작동 원리, 장단점

발전소의 한 유형인 화력 발전소는 석탄, 석유 등을 연료로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 발전소입니다. 여기에서는 이 발전소의 작동 원리와 장단점을 살펴보겠습니다.

 

화력발전소 굴둑

 

화력 발전소 작동 원리

• 화력 발전소는 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료를 태워서 열을 발생시키고, 그 열로 물을 끓여 증기를 만듭니다.
• 증기는 고압 및 고온 상태로 터빈에 연결된 발전기로 보내져 터빈 블레이드를 회전시키고, 터빈 샤프트를 통해 발전기가 전기를 생산합니다.
• 터빈을 지난 증기는 복수기에서 물로 응축되어 다시 보일러로 재활용됩니다. 이것을 랭킨 사이클이라고 합니다.
• 화력 발전소는 연료의 종류와 연소 방식에 따라 다양한 구성 요소를 가지지만, 일반적으로 연료 저장 및 처리 공장, 정수장, 스팀보일러, 터빈, 복수기, 송풍기, 공기예열기, 집진기 등이 있습니다.

화력발전소의 구성 - 출처: 위키피디아

일반적인 석탄 화력 발전소의 도해

1. 냉각탑	10. 송풍기
3. 3상 송전선	12. 탈기기	21. 재열기
4. 3상 승압 변압기	13. 급수가열기	22. 공기 흡입기
5. 3상 발전기	14. 석탄 운반장치	23. 이코노마이저
6. 저압 증기터빈	15. 저탄기	24. 공기예열기
7. 복수기 펌프	16. 석탄 분쇄기	25. 집진기
8. 복수기	17. 보일러 증기 드럼	26. 통풍 촉진용 송풍기
9. 중간 압력 증기터빈	18. 석탄 바닥재 모음장채	27. 굴뚝

 

 

화력 발전소의 장점

• 에너지 변환 효율이 높습니다. 화력발전은 수력발전을 제외한 다른 발전 방식보다 에너지 변환 효율이 우수하며, 원래의 에너지에서 전력으로 변환될 때 손실되는 에너지가 적고 효율적으로 발전할 수 있습니다.
• 유연하게 출력 조절이 가능합니다. 화력발전소는 출력 조정을 전문으로 하고 있으며, 전력 수요에 따라 발전량을 바꿀 수 있습니다. 태양광 발전이나 풍력 발전 등 발전량이 날씨에 의존하는 발전 방식은 미세 조정이 어렵고, 수력 발전이나 원자력 발전 등의 ‘장기 고정 전원’ 발전 방식도 단시간에 출력을 조정할 수 없습니다.
• 발전량이 안정적입니다. 화력발전소는 연료만 있으면 안정적으로 발전할 수 있습니다. 가동률을 자연에 의존하는 발전 방식으로는 발전량이 안정하지 않기 때문에 2020년 현재 많은 가동 중지 되고 있는 원자력 발전의 대안을 화력발전이 담당하는 형태로 되어 있습니다.
• 큰 토지를 필요로 하지 않습니다. 풍력 발전이라면 일정 이상의 풍속을 기대할 수 있는 장소에 시설을 설치해야 하고, 수력 발전도 하천이나 댐이 필요하며, 지열 발전은 화산 근처의 평지가 좋은 등 각각에 제약이 설치 장소의 자유도는 낮습니다. 한편, 화력발전은 위와 같은 제약이 적고, 비교적 작은 면적의 토지에 건설할 수 있습니다. 도시 지역에 가까운 곳에도 건설할 수 있기 때문에 송전 손실을 최소화하면서 도시에 전력을 공급할 수 있는 점도 매력입니다.
• 사고의 피해가 광범위하기 어렵습니다. 원자력 발전소에서 사고가 발생하면 유해한 방사능에 의해 장기간 인체나 자연 환경에 심각한 영향을 미칩니다. 한편 화력발전소는 방사성 물질을 생성하지 않기 때문에 사고가 발생해도 피해는 제한적이 됩니다.

 

화력 발전소의 단점

• 이산화탄소 배출량이 많습니다. 화력발전소는 연료를 태워서 발전하는 특성상 다른 발전 방식보다 많은 이산화탄소를 배출합니다. 이산화탄소는 온실가스로서 지구 온난화의 주요 원인이 되며, 기후 변화와 해양 산성화 등의 환경 문제를 야기합니다 .
• 연료를 국내에서 조달할 수 없습니다. 화력발전에 사용하는 연료의 조달은 모두 해외에서 수입에 의존하고 있습니다. 에너지 공급을 외부에 의존하지 않는 신재생 에너지에 의한 발전을 보급시켜 연료를 수입하는 화력발전의 비중을 줄이지 않는 한 에너지 자급률은 개선되지 않습니다 .
• 화석연료는 유한 자원입니다. 화력발전 연료로 LNG, 석유, 석탄 등 화석연료는 모두 채취량에 한계가 있는 자원입니다. 2018년 시점에서는 천연가스, 석유는 향후 50년 정도, 석탄은 132년 후 고갈될 계산입니다. 앞으로도 화력을 이용하여 계속하면 결국 화석연료는 바닥나고 다음의 세대에 자원을 남길 수 없게 되어 버립니다 .