수력 발전소의 효율 (95%)

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수력 발전소의 효율 (95%)
번호: 71	글쓴이: 주남식	조회: 24	날짜: 2003/07/04 21:01

수력발전소의 종합효율(수차효율×발전기효율)이 95%이며
수차효율만 본다면 더 높습니다.
http://hyen81.hihome.com/tamgu/muli/energyhylym.htm

참고하십시오.

(주)삼진ENG 발명실장 주남식 올림
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==================================================

소수력 발전용 수차 개발 현황 (아래 주소에서 마우스의 오른쪽 버튼을 눌러 '다름이름으로 저장하기'를 선택하신 후 다운받아 보십시오)
http://www.etis.net/balpyo/renew14/32.pdf


이 자료의 저작권은 (주)금성출판사에 있습니다.
http://hyen81.hihome.com/tamgu/muli/energyhylym.htm


　에너지 전환과 흐름



[학습 목표]

여러 가지 에너지의 전환과 에너지의 효율을 안다.



1. 에너지의 전환

■ 에너지는 어떻게 전환될까?

　

탐구 1

(토의)
생활 주변에서 볼 수 있는 에너지 전환

[탐구 목표]

목표 생활 주변에서 일어나는 에너지 전환을 찾는다.

　

[탐구 과정]

그림 7-2는 우리 생활의 일부분을 나타낸 것이다. 그림을 보고 에너지의 전환에 대하여 토의해 보자.

　






[정리]

1. 그림에서 한 에너지를 다른 에너지로 전환시킬 수 있는 기구를 찾아보자.

미끄럼틀, 그네, TV, 오디오, 전기 주전자, 가스렌지

　

2. 각각의 기구에서 에너지의 전환이 어떻게 이루어지는가?

미끄럼틀 : 위치 에너지 -> 운동 에너지

그네 : 위치 에너지 -> 운동 에너지 -> 위치 에너지

TV : 전기 에너지 -> 빛에너지 또는 소리 에너지

오디오 : 전기 에너지 -> 소리 에너지

전기 주전자 : 전기 에너지 -> 열에너지

가스 렌지 : 화학 에너지 -> 열에너지

　

3. 이 밖에 우리 주변에서 일어날 수 있는 에너지의 전환에 대하여 토의해 보자.

예) 전등 : 전기 에너지 -> 열과 빛에너지

전화기 : 소리 에너지 -> 전기 에너지 -> 소리 에너지

　






탐구 2
(자료해석)
자연계에서의 에너지 전환

[탐구 목표]

자연계에서는 여러 가지 에너지 전환이 이루어짐을 안다.

　

[탐구 과정]

그림 7-4는 자연계의 여러 가지 에너지와 이들이 전환되는 과정을 나타낸 것이다.






　

[정리]

1. 그림에서 ( ) 안에 알맞은 말을 써 보자.

전기 에너지 -> (전동기) -> 역학적 에너지

열에너지 -> (화력 발전소의 발전기) -> 전기 에너지

열에너지 -> (마그마, 가열된 필라멘트) -> 빛에너지

화학 에너지 -> (건전지) -> 전기 에너지 -> (전구) -> 빛에너지

　

2. 이외에도 일어날 수 있는 에너지 전환을 찾아 화살표로 나타내어 보자.

예) 화학 에너지 -> 열에너지 : 발열 반응, 연소

화학 에너지 -> 빛에너지 : 촛불

빛 에너지 -> 화학 에너지 : 광합성

　

3. 각 에너지원으로는 무엇이 있는지 예를 찾아 토의해 보자.

예) 역학적 에너지 - 높은 곳의 물체나 운동하는 물체

화학 에너지 - 석탄, 석유나 천연 가스 등과 동식물

열에너지 - 태양이나 화산 지대의 지열

전기 에너지 - 각종 발전기와 전지

원자핵 에너지 - 수소나 우라늄

빛에너지 - 태양이나 전구




　

■ 에너지의 효율은 어느 정도일까?

　

탐구 3
(자료해석)
에너지의 효율

[탐구 목표]

목표 에너지를 사용할 때 효율을 높일 수 있는 방안을 찾는다.

　

[탐구 과정]

표 1은 여러 가지 기구의 에너지 효율을 조사한 것이다.

　

표1 여러 가지 기구의 에너지 효율

에너지 전환 장치
효율(%)
에너지 전환 장치
효율(%)

수력 발전소
95
작은 전동기
62

태양 집열기
62
기름 보일러
66

태양 전지
20
가스 보일러
85

증기 기관
9
백열 전구
5

인체
10
형광등
25


　

[정리]

1. 표에서 에너지의 효율이 가장 큰 것과 작은 것은 각각 어느 것인가?

효율이 큰 것 - 수력 발전소 (95%)

효율이 작은 것 - 백열 전구 (5%)

　

2. 각각의 에너지 전환 장치에서 에너지의 전환이 어떻게 이루어지는가?

수력 발전소 : 물의 위치 에너지 -> 전기 에너지

태양 집열기 : 태양 에너지 -> 열에너지

태양 전지 : 태양 에너지 -> 전기 에너지

증기 기관 : 열에너지 -> 역학적 에너지

인체 : 음식물의 화학 에너지 -> 기초 대사 에너지, 열에너지 등

전동기 : 전기 에너지 -> 역학적 에너지

기름이나 가스 보일러 : 화학 에너지 -> 열에너지

백열 전구, 형광등 : 전기 에너지 -> 빛에너지

　

3. 에너지 효율이 100%가 될 수 없는 이유를 생각해 보자.

에너지 전환 과정에서 에너지 일부가 더 이상 이용할 수 없는 열에너지로 전환되기 때문이다.

　

4. 에너지 전환 과정에서 손실되는 에너지는 대부분 어떤 에너지인지 토의해 보자

한 에너지가 다른 에너지로 전환되는 과정에서 발생한 열은 주변에 있는 물체의 온도를 높여 각 물체의 열에너지로 흩어진다. 즉, 에너지 전환 과정에서 손실된 에너지는 주로 열에너지, 소리 에너지 등으로 전환된다.

　

[발전]

에너지를 사용할 때 효율을 높일 수 있는 방안에는 무엇이 있는지 알아보자.

원하는 에너지로의 전환이 많이 일어나도록 해야 한다.

열병합 발전 : 전력 생산과 열의 이용

절전형 가전 제품 개발

고성능 감지 및 제어 기기 개발

고압 나트륨등 개발

　




　

[기초 다지기]

1. 자연계는 어떤 에너지가 있을까?

운동 에너지, 위치 에너지, 빛에너지 열에너지, 전기 에너지 화학 에너지, 핵에너지, 파동 에너지 등

　

2. 한 에너지가 다른 에너지로 전환될 때의 에너지의 효율은 어떻게 나타내는가?

효율 = (사용한 에너지)/(공급한 에너지) × 100

　

3. 우리가 에너지 효율이 높은 용품을 사용해야 하는 이유는 무엇인가?

에너지 효율이 낮으면 우리가 원하지 않는 에너지로 전환되는 양이 많아지기 때문에, 많은 전기 에너지를 소모해야 한다. 따라서 효율이 높은 전기 용품을 사용하면 많은 비용을 들여 생산한 전기 에너지를 절약할 수 있기 때문이다.





2. 에너지의 흐름과 보존

　

탐구 4
(토의)
석유와 석탄의 이용

[탐구 목표]

에너지를 사용하는 기구들에서 에너지가 어떻게 전환되는지 안다.

　

[탐구 과정]

그림 7-7은 오랜 옛날 태양 에너지를 이용하여 자라던 동식물이 땅 속에 묻혀서 탄화된 석유나 석탄을 이용하는 예를 나타낸 것이다.




　

[정리]

1. 석유와 석탄의 에너지는 우리가 이용할 때까지 어떤 경로로 이동하는지 토의해보자.

태양 에너지 -> 생물체의 화학 에너지 -> 석유와 석탄의 화학 에너지 -> 직접 태울 때 발생하는 열에너지 사용, 태울 때 발생하는 열에너지로 전기를 생산하여 사용

　

2. 각 단계에서 에너지는 어떻게 전환되는가? 또, 에너지의 총량은 어떻게 되는가?

지질 시대에 생물체가 자랄 때 : 태양 에너지 -> 생물체의 하학 에너지

생물체가 땅 속에 묻힌 후 : 생물체의 화학 에너지 -> 석유와 석탄의 화학 에너지

난로, 공장, 화력 발전소 : 석유와 석탄의 화학 에너지 -> 열에너지

화력 발전소 : 석유와 석탄의 화학 에너지 -> 열에너지 -> 전기 에너지

전구 : 전기 에너지 -> 빛에너지, 열에너지

다리미 : 전기 에너지 -> 열에너지

TV : 전기 에너지 -> 빛에너지, 소리 에너지

전철 : 전기에너지 -> 역학적 에너지, 열에너지, 빛에너지

에너지가 전환될 때 더 이상 이용할 수 없이 빠져나가는 열에너지까지 포함한다면 에너지의 총량은 변하지 않는다.

　






　

탐구 5
(자료해석)
화력 발전소와 생태계

[탐구 목표]

화력 발전소와 생태계에서 에너지가 어떻게 이동하는지 안다.

　

[탐구 과정]

그림 7-8의 (가)는 화력 발전소에서 생산한 전기를 가정까지 보내는 과정을 간단하게 나타낸 것이고 (나)는 생태계에서의 에너지 흐름을 나타낸 것이다.

　




　

[정리]

1. 그림 (가)의 각 단계에서 에너지의 흐름에 대해서 이야기해 보자. 또, 가정에서 전기 용품을 사용할 대 전기 에너지는 최종적으로 어떤 에너지로 전환되는가?

연료를 태울 때 발생하는 열에너지로 물을 끓이고, 이 때 발생하는 수증기로 발전기를 돌려서 전기 에너지를 생산한다. 물을 끓일 때 발생하는 열에너지 중 10%는 연기로 빠져나가고, 59%는 발전기 등을 냉각하는 과정에서 손실된다. 결국 31%가 전기 에너지로 되는데, 송전 과정에서 3%가 손실되고 나머지가 가정이나 공장에서 이용된다. 가정이나 공장에서 전기 에너지를 사용하면 최종적으로는 열에너지로 되어 공기 중으로 퍼진다.

　

2. 그림 (가)와 (나)에서 에너지가 이동될 때 에너지는 어떤 에너지로 손실되는가?

주로 열에너지로 손실되지만, 소리나 진동 등의 에너지로도 손실된다.

　

3. 그림 (가)와 (나)에서 들어간 에너지 양과 나온 에너지 양을 어떤 관계가 있는가?

어떤 에너지 전환 단계에 들어간 에너지의 총량과 나온 에너지의 총량은 같다.

　




　

탐구 6
(실험)
에너지의 전환과 보존

[탐구 목표]

에너지가 전환될 때 그 전환 과정에서 발생한 모든 에너지를 합하면 에너지의 양이 변하지 않음을 안다.

　

[준비물]

전류계, 전압계, 스티로폼 컵, 전원 장치, 온도계, 시계, 눈금 실린더, 니크롬선, 집게 도선

　

[과정]

1. 그림 7-10과 같이 니크롬선을 스티로폼 컵 속의 중앙에 오도록 넣은 후, 전원 장치, 전압계, 전류계를 장치하자.




　

2. 스티로폼 컵 속에 물 50g을 넣고 온도계가 달린 뚜껑을 덮은 후, 온도를 측정하자.

- 물의 온도는 몇 ℃인가?

예) 이 때 반드시 물을 넣고 잠시 뒤 물 주위의 컵이나 공기와의 평형 온도를 측정해야 한다. 물의 온도는 15℃이다.

　

3. 스위치를 켜서 전원 장치의 전압을 10V 정도가 되도록 하고 전류를 4분 동안 흐르게 하자.

　

4. 전류가 흐르는 동안 전압과 전류가 일정하게 유지되도록 하고, 4분이 되었을 때 물의 온도를 측정한 후 스위치를 끄자.

- 전압, 전류, 물의 온도는 각각 얼마인가?

예) 니크롬선의 저항이 20옴이고 사용 전압이 10V이면 흐르는 전류는 0.5A이다. 그러면 3분 뒤 물의 온도는 약 4.2℃ 정도 상승한다.

- 전류가 흐르는 동안 발생한 전기 에너지는 몇 J인가?

100V * 0.5A * 3 * 60s = 900J

- 물 1g을 1℃ 높이는 데 필요한 에너지는 약 4.2J이다. 스티로폼 컵 속의 물이 얻은 에너지는 몇 J인가?

4.2J/g℃ * 50g * 4.2℃ = 882J

　

[정리]

1. 전기 에너지가 열에너지로 전환될 때 에너지는 보존되는가?

거의 보존되었다.

　

2. 이 실험에서 에너지가 보존되지 않았다면 그 이유는 무엇이라고 생각하는가?

전열기에서 발생하는 열이 모두 물에 흡수되지 않고 일부가 외부로 빠져나갔기 때문이다. 그러나 이 때 빠져나가는 에너지까지 포함하면 에너지는 보존된다.

　




　

[기초 다지기]

1. 화석 연료로 하여 가정에서 사용하기까지의 에너지 전환과 흐름을 설명하시오.

화석연료에 저장된 화학 에너지 -> 태울 때 발생하는 열에너지 -> 물을 끓여서 만들어지는 수증기의 운동 에너지 -> 발전기의 운동 에너지 -> 발전기에서 만들어지는 전기 에너지 -> 송전선을 흐르는 전기 에너지 -> 가정에 공급된 전기 에너지 -> 전기 용품에서 여러 가지 에너지로의 전환

　

2. 물체가 운동할 때 마찰력이 없는 경우와, 마찰력이 있는 경우 에너지가 어떻게 보존되는가를 설명하시오.

마찰력이 없는 경우에는 물체의 운동 에너지와 위치 에너지가 서로 전환되더라도 두 에너지의 합인 역학적 에너지가 보존된다. 마찰이 있으면 운동 에너지와 위치 에너지가 서로 전환될 때 일부의 에너지가 마찰력이 하는 일로 전환되므로 역학적 에너지는 보존되지 않는다. 그러나 마찰력이 하는 일까지를 포함한 전체 에너지는 보존된다.

　

3. 에너지의 총합은 변하지 않는데 우리가 에너지를 절약해야 하는 까닭은 무엇인가?

에너지 중에는 우리가 이용할 수 있는 에너지와 이용할 수 없는 에너지가 있다. 끓인 물에 저장된 에너지가 식어 공기 중으로 퍼질 때 전체 에너지는 변하지 않는다. 그러나 끓인 물에 저장된 에너지는 우리가 이용할 수 있지만 물이 식으면서 공기 중으로 퍼져 버린 에너지는 이용할 수 없다. 이와 같이 우리가 어떤 에너지를 이용하면 에너지의 총합은 변하지 않아도 더 이상 이용할 수 없는 에너지가 점점 많아지기 때문에 에너지를 절약해야 하는 것이다.

	jae hwa	80~90%이상이 나오는건 아마도 이론수력때문이지 않나 생각되는데요.. 실제 효율은 좀 떨어 질것 같은데 위치E가 정말 전기로 90%가까이 전환 된다는건가요?	[2003/07/04]
	고안자	주남식 발명 실장님 고맙습니다 이렇게 자료를 빨리찾아주셔서요 사실 이 이야기 발명실장님 한태 들은 이야기 이지요 여러분 수차효율* 발전기 효율 95% 이상하지 않은가요 ??????	[2003/07/05]

[물박사]

실장님 자료 고맙습니다