산업

[유환의 에너지 이야기] 첨단 기술이 총 동원된 '물 끓이기'

기자정보, 기사등록일
유환 수습기자
2024-02-24 06:00:00

석탄 화력 발전소부터 핵융합까지 발전원리 동일

열 에너지 전기 에너지로 변환하는 효과적 방법

STX가 연간 3만드럼의 윤활유를 공급하고 있는 이라크 디젤 발전소 전경사진STX
STX가 연간 3만드럼의 윤활유를 공급하고 있는 이라크 디젤 발전소 전경 [사진=STX]
'에너지'하면 다소 생소할 수 있지만 우리 주변의 자동차부터 거대한 발전소까지 모두 에너지를 사용하는 장치입니다. '에너지 이야기'는 정유부터 발전까지 에너지 업계의 한 주간 소식과 재미있는 일화를 쉽게 풀어 쓴 코너입니다.<편집자 주>

[이코노믹데일리] 전 세계 최고의 수재들이 모여 고민하는 주제가 있다. 어떻게 하면 물을 조금이라도 더 효율적으로 끓일 수 있는지다. 석탄 화력 발전소부터 원자력 발전소와 미래의 핵융합 발전에 이르기까지 물을 더 빨리 더 많이 끓이기 위해 존재한다.

물(액체)이 수증기(기체)로 바뀌면 부피가 1700배 늘어난다. 연료를 태우는 보일러에 물을 넣고 끓이면 부피가 늘어나며 고압 증기가 된다. 이 고압 증기를 터빈에 쏘면 연결된 발전기 회전자가 돌아가면서 전자기 유도 현상으로 전기가 만들어진다. 열 에너지가 전기 에너지로 변화된 것이다.

태양광 발전 등 일부 예외를 제외하면 우리가 사용하는 대부분의 전기는 이런 방식으로 만들어진다. 발전 방식에는 큰 변화가 없지만 사용하는 연료는 시대에 따라 지속해 변화하고 있다.

과거부터 현대까지 가장 흔하게 쓰이는 발전 연료는 석탄이다. 전 세계에 골고루 매장돼 있어 값이 비교적 저렴하기 때문이다. 2000년대 들어선 탄소 배출량이 많고 대기오염을 일으킨다는 이유로 LNG 발전소나 원자력 발전소로 교체되는 추세다.

그러나 LNG 발전소는 여전히 환경 오염을 일으킨다는 측면에서 지적받고 있다. 또 원자력 발전소는 방사선 노출 위험이 있다는 게 치명적인 단점으로 거론된다. 태양광이나 풍력 등 친환경 발전도 활발히 연구되고 있지만 발전량을 늘리기 위해선 막대한 토지를 사용해야 한다는 점에서 대형화가 어렵다.

최근엔 핵융합 발전소 상용화를 기대하는 여론이 크다. 핵융합 발전은 섭씨 1억도가 넘는 고온의 플라스마 상태에서 원자핵을 합쳐 핵융합 반응을 일으키는 발전 방식이다. 오염물질 배출이 거의 없으며 연료로 수소를 사용하기 때문에 고갈 될 염려도 없다. 다만 기술적 난이도가 높아 근시일 내 구현이 어렵다고 평가 받는다. 1억도가 넘는 온도를 장시간 유지하는 게 관건인데 2021년 국내 연구진이 30초간 유지하며 세계 신기록을 세우기도 했다.

아울러 전자기 유도를 통한 발전기 연구는 1800년대 초반부터 이뤄졌으나 최초의 대형 발전기는 1866년 에른스트 베르너 폰 지멘스(Ernst Werner von Siemens)에 의해 만들어졌다. 그가 동생과 설립한 회사가 전 세계 약 200개국에서 32만명의 직원을 두고 지난해 111조9720억원을 벌어들인 유럽 최대 기술 기업 '지멘스'다.


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