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**************전력의 정의와, 전기에너지현항 ******************
전기는 물이나 공기처럼 인간생활에 없어서는 안 될 필수적인 요소로서
1887년 경복궁 건천궁에 전등을 밝히면서 도입된 이후로 국가경제발전의 근간이 되어왔다.
전기는 샛,맛,냄새가 없으며 속도는 빛의 속도와 같고, 생산과 동시에 소비가 이루어지는 저장할 수 없는 특성을 갖고 있기 때문에 전기의 손실을 줄이기 위해서는 소비자의 전기사용량에 맞추어 생산설비를 확보하고 전기를 생산해야 한다
용어 정리
전류 [電流, electric current]
단위는 A(암페어) : 1A는 도선의 임의의 단면적을 1초 동안 1C(쿨롬)의 전하가 통과할 때의 크기
전위(電位)가 높은 곳에서 낮은 곳으로 전하(電荷)가 연속적으로 이동하는 현상
그리고 전류에 의하여 에너지를 공급받는 장치를 부하(負荷)라 하고, 이것은 물에 의해 돌게 되는 물레방아에 대응된다.
전류의 방향은 정전하(정지한 전하, 양전하)의 이동방향을 양(+)의 방향으로 정한다. 그러나 실제로 도선 안에서는 전류의 반대방향으로 자유전자가 이동한다. 1A의 전류가 흐르는 도선에는 1초에 약 6.25×1018개의 자유전자가 단면적을 통과한다. 전류의 종류에는 그 크기 및 방향이 변하지 않는 직류(直流)와 크기와 방향이 주기적으로 변하는 교류(交流)가 있다
전류의 발열, 자기, 화학 작용
도선에 전류가 흐르면 자유전자가 도선 내의 원자 또는 전자와 충돌하여 열이 발생한다. 백열전구나 전기밥솥·전기다리미와 같은 전열기구 등에서 알 수 있다. 일반 전기기기에서 열이 발생하면 전력 손실이 생기고 기기 내의 절연성이 떨어지기도 한다.
또 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 자기장이 형성된다. 이 원리를 사용해 전자석, 전류계, 전동기나 자기부상고속철도처럼 전기에너지를 역학적에너지로 바꿀 수 있다.
전해질용액에 전류가 흐르면 화학분해가 일어난다. 예를 들어 물에 전류를 흐르게 하면 전기분해가 일어나 음극에 수소, 양극에 산소가 발생한다. 반대로 건전지·축전지 등에서는 화학분해작용을 이용하여 전기에너지를 발생시키기도 한다.
변위전류
맥스웰이 전자기현상을 통일시키기 위해 제안한 것으로, 자유공간 내의 전기력선속밀도가 시간적으로 변화하면, 전도전류가 자기장을 발생시키는 것처럼 자기장이 발생한다고 하고, 이를 변위전류라 하였다.
전압 [電壓, voltage]
단위는 V(볼트) : 1V는 1C(쿨롱)의 전하가 두 점 사이에서 이동하였을 때에 하는 일이 1J(줄)일 때의 전위차이다.
도체(導體) 내에 있는 두 점 사이의 전기적인 위치에너지(전위,電位) 차이. 전위차(電位差).
전하는 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 이때 전위의 차이가 전압이다. 낮은 곳보다 높은 곳에서 떨어지는 물이 더 많은 에너지를 갖고 있듯이, 전압이 클수록(전위차가 클수록) 더 많은 전기에너지를 갖고 있다. 그리고 높이 차이가 없으면 물이 흐르지 않듯이 전압이 0이라면 전류가 흐르지 않는다.
기전력과 실효값
도체의 내부에 전위차를 만들고 전하(電荷)가 이동해 전류를 통하게 하는 원동력을 기전력(起電力)이라 한다. 전기회로에 전위차를 발생시키는 것을 '전압을 가한다'라고 표현한다. 직류의 경우 전압의 방향과 크기를 쉽게 정할 수 있지만, 교류는 그 크기와 방향이 끊임없이 변한다. 그래서 전압의 순간값을 제곱하여 평균을 구하고 그 제곱근을 교류전압의 실효값으로 정한다.
전력 [電力, electric power]
단위는 흔히 와트(W) 또는 킬로와트(kW) : 1W는 1A(암페어)의 전류가 1V(볼트)의 전압이 걸린 곳을 흐를 때 소비되는 전력의 크기
단위시간 동안 전기장치에 공급되는 전기에너지, 또는 단위시간 동안 다른 형태의 에너지로 변환되는 전기에너지를 말한다. |
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일반적으로 power의 첫 글자인 P로 표시하며, 전력(P)과 전압(V), 전류(I)의 관계는 P = V·I를 만족한다. 이는 옴의 법칙(V = I·R)에 따라 P = I2·R 또는 P = V2/R 로 변형할 수 있다. 따라서 전력은 전류가 일정할 때 저항에 비례하고, 전압이 일정할 때 저항에 반비례한다. 교류에 의해서 공급되는 전기에너지는 전류와 전압이 계속 변하므로, 보통 1주기 동안에 공급되는 전력을 주기로 나눈 평균전력으로 표시한다.
실생활에서는 단위시간에 사용하는 전기에너지인 전력보다 일정시간 동안 사용한 전체 전기에너지의 양이 중요하다. 그러므로 전력에 사용시간을 곱한 전력량을 주로 사용한다. 전기요금은 전력량에 따라 부과된다.
전력손실
송전선의 저항 때문에 송전선에서 열이 발생하여 손실되는 에너지로, 1초 동안에 송전선에서 손실되는 에너지를 전력손실이라고 한다
전력손실은 송전선에 흐르는 전류의 제곱과 송전선의 저항을 곱한 값과 같다. 따라서 동일한 전력을 송전할 때 송전 거리를 짧게 하거나 저항이 작은 송전선을 사용하면 전력손실을 줄일 수 있고, 송전전압을 높여서 송전선에 흐르는 전류를 작게 해도 전력손실을 줄일 수 있다.
심야 전기
전기는 생산과 동시에 소비가 이루어지는 저장할 수 없는 특성을 갖고 있기 때문에 전기의 손실을 줄이기 위해서는 소비자의 전기사용량에 맞추어 전기를 생산해야 한다
2008년 원자력발전이 37.5%를 충당하고 있지만 한때는 원자력 발전만으로도 심야에는 전기가 남아 버려야 할때가 있었으며 이를 활용하기위해 심야전기를 매우 낮은가격에 보급 했었다.
그러나 차츰 전력 수요가 많아지면서 원자력만으로도 남는전기가 없게되고 심야에 사용하는 전력도 추가로 생산하게되자 심야전기를 사용하는만큼 생산자가 손해를 입는 결과를 초래하였다.
계획대로 원자력 발전소가 늘어나면 재추진 될 가능성은 있겠지만 심야전기는 갈수록 값이 비싸지게 될것이다.
그러나 미미하지만 각종 축열 기술을 활용하여 전력수요가 적은 밤에 축열하였다가 전력수요가 많은 낮에 이용하여 전력부하의 조화와 기존 발전설비의 이용률을 증대시키는 방법으로 청정에너지라는 장점을 살려 최근 농업용으로의 활용이 증가되고 있고 적극 장려하여야 할것이다.
발전소에서 생산된 전기는 송전용 변전소로 모아지고, 경제적으로 소비자에게 보내기 위해서 송전전압을 올려서 송전선로를 따라 배전용변전소로 보내진다.
배전 변전소에서 변압기를 거쳐 소비자의 안전을 위해서 전압을 낮추어 배전선로를 통해 가정과 공장 등으로 들어가게 된다
22.9 kV - 765 kV – 345 kV – 154 kV – 66 kV ( 22.9 kV ) – 220V, 360 V
발전소에서 만든 전기를 수요자까지 수송하기 위해서는 매우 먼 거리의 송전선로를 통과하므로 선로의 저항으로 인해 불가피하게 전력손실이 발생한다. 전력손실을 최소화하기 위해서는 전선을 굵은 것으로 사용하여 저항을 낮추거나 송전전압을 증가시켜야 한다. 그러나 경제적인 이유로 전선을 굵게 만드는 것에는 한계가 있기 때문에 송전전압을 높여 전류를 작게 하는 것이 유리하다
전력 손실발생 정도 : 765 kV 로 송전시 : 0.05 %, 345 kV로 송전시 : 0.26 %
여기에 220V를 사용하여야 하는 원인이 있다.
선진국에서 아직도 110 V를 사용하는 이유는 교체비용이 절감비용을 넘기 때문에 아직도 사용하고 있는 것임.
우리나라의 전력 생산량
발전 설비 ( 단위 MW ) / 시간당 발전가능 설비용량
년도 |
계 |
수력 |
원자력 |
집단 |
대체 |
화력 | |||||
합계 |
석탄혼소 |
석유화력 |
LNG |
복합화력 |
내연력 | ||||||
2001 |
50,859 |
3,875 |
13,715 |
0 |
0 |
33,267 |
15,531 |
4,490 |
1,537 |
11,435 |
272 |
2002 |
53,800 |
3,875 |
15,715 |
0 |
0 |
34,209 |
15,931 |
4,280 |
1,537 |
12,185 |
275 |
2003 |
56,052 |
3,875 |
15,715 |
1,296 |
83 |
35,080 |
15,931 |
4,280 |
1,537 |
13,085 |
246 |
2004 |
59,961 |
3,879 |
16,715 |
1,381 |
107 |
37,876 |
17,465 |
4,308 |
1,537 |
14,313 |
252 |
2005 |
62,258 |
3,882 |
17,715 |
1,381 |
155 |
39,278 |
18,120 |
4,308 |
1,537 |
15,014 |
296 |
2006 |
65,514 |
5,484 |
17,715 |
1,381 |
240 |
40,691 |
18,465 |
4,388 |
1,537 |
16,003 |
296 |
2007 |
68,268 |
5,492 |
17,715 |
1,381 |
373 |
43,305 |
20,465 |
4,488 |
1,537 |
16,510 |
303 |
2008 |
72,490 |
5,505 |
17,715 |
1,459 |
728 |
47,081 |
23,705 |
4,488 |
1,537 |
17,043 |
306 |
2008 |
100% |
7.6% |
24.4% |
2% |
1% |
64.9% |
32.7% |
6.2% |
2.1% |
23.5% |
0.4% |
대체 : 남부발전 한경풍력 포함 , 소수력 제외
설비별 발전 전력량 ( 단위 GWh ) / 년간 발전량
년도 |
계 |
수력 |
원자력 |
집단 |
대체 |
화력 | ||||||
합계 |
석탄혼소 |
석유화력 |
LNG |
복합화력 |
내연력 | |||||||
2001 |
285,224 |
4,151 |
112,133 |
0 |
0 |
168,940 |
112,257 |
21,622 |
1,557 |
29,033 |
325 | |
2002 |
306,474 |
5,311 |
119,103 |
0 |
0 |
182,060 |
119,665 |
17,493 |
1,771 |
38,337 |
353 | |
2003 |
322,452 |
6,887 |
129,672 |
0 |
0 |
185,893 |
121,931 |
16,664 |
1,674 |
40,375 |
370 | |
2004 |
342,148 |
5,861 |
130,715 |
3,553 |
350 |
201,669 |
128,547 |
16,084 |
733 |
55,452 |
407 | |
2005 |
364,639 |
5,189 |
146,779 |
2,759 |
404 |
209,508 |
135,161 |
15,529 |
786 |
57,457 |
575 | |
2006 |
380,802 |
5,219 |
148,749 |
2,597 |
511 |
223,727 |
140,346 |
14,307 |
1,258 |
67,138 |
677 | |
2007 |
402,296 |
5,042 |
142,937 |
3,061 |
832 |
250,423 |
155,685 |
15,703 |
2,028 |
76,429 |
578 | |
2008 |
422,355 |
5,563 |
150,958 |
5,336 |
1,092 |
259,407 |
174,885 |
7,982 |
1,518 |
74,519 |
503 | |
2008 |
100% |
1.3% |
35.7% |
1.3% |
0.3% |
61.4% |
41.4% |
1.9% |
0.4% |
17.6% |
0.1% |