바이오 발전소는 폐기물을 재활용해 온실가스를 절약하고 환경적으로 도움이 되기 때문에 미래의 발전의 방법으로서 각광 받고 있다. 하지만 효율, 자원 수집, 생산 비용 등 한계가 명확히 존재하기 때문에 이러한 한계를 극복할 방법이 필요하다.

에너지 전환 : 화학 에너지 -> 열에너지 -> 운동 에너지 -> 전기 에너지

출처 : SK에코플랜트 뉴스룸

• 원리

  - 석탄·석유·천연가스 등을 연소 시켜 에너지 발생한 다음 물을 끓여 수증기 발생 그리고 고압 증기로 터빈을 돌림 그 다음 발전기에서 전기에너지 생산

• 에너지 전환

  - 화학에너지(연료)에서 열에너지(연소) 그리고 운동에너지(증기·터빈 회전)에서 전기에너지(발전기)로 전환된다

•원리

양수식 발전이란 수력 발전 방식 중 하나로 물을 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동시켜 전기를 생산하는 방식이다

•에너지 전환 방식

위치에너지를 운동에너지로 변환

지열 발전소

•원리

지열 발전소는 지하 깊은 곳에서 발생하는 고온 증기를 이용하여 터빈을 돌리고, 이를 통해 전기를 생산한다

•에너지 전환 방식

열에너지에서->기계적에너지-> 전기에너지

파력발전은 파도의 상하운동을 기계적 또는 유체 흐름으로 변환해 전기를 생산하는 기술입니다. 

파도의 운동에너지-> 전기에너지

2. 풍력발전소

   풍력 발전은 바람의 운동 에너지를 전기로 변환하는 기술로, 블레이드, 타워, 너셀(발전기 포함)의 구조로 구성됩니다. 바람은 블레이드를 회전시켜 기계 에너지를 생성하고, 증속기와 발전기를 통해 전기에너지로 전환됩니다. 

   바람의 운동에너지 -> 전기에너지

원리: 태양전지가 빛을받아 직류전기를 생성

에너지 전환 방식: 직류 전기를 인터버라는 장비가 받아 교류전기로 바꾼다.

수력 발전소

원리: 물을 높은 곳에서 떨어뜨려 수차를 돌리고, 이 수차의 축에 연결된 발전기가 회전하면서 전기가 발생

에너지 전환 방식: 물이 가진 위치에너지를 이용해 기계에너지로 변환하고, 이 기계에너지를 다시 전기에너지로 바꾼다.

• 하천이나 저수지 등에서 물이 갖는 위치에너지를 수차를 통해 기계에너지로 변환하고, 이를 발전기가 전기에너지로 바꾸어 전력을 생산합니다. 

• 발전기 출력은 낙차와 수량의 곱에 비례하며, 낙차가 클수록 효율이 높아집니다. 

2. 주요 유형

• 댐식 : 댐을 설치해 물을 가두고 낙차를 이용해 발전합니다. 

• 양수식 : 잉여 전력을 이용해 물을 높은 곳으로 올렸다가, 전력 수요가 많을 때 다시 내려보내 발전합니다.

• 문제점

• 수력발전의 장점으로는 오염이 거의 없고 발전단가가 다른 발전에 비해 저렴하지만, 발전소를 설치할 입지 선정의 제약이 크고 건설비가 많이 드는 단점이 있다.
  또한 우리나라는 여름철에 비가 편중되어 유량의 계절적 변화가 매우 심하고 낙차가 큰 지형이 많이 없기 때문에 수력 발전에 불리한 편이다.

발전 원리: 조력발전은 바다의 수위차를 이용하여 발전하는 방식입니다. 밀물 때 바닷물이 들어오면서 수문이나 댐을 통해 외해와 내해를 분리합니다. 썰물 때 내해의 수위가 내해보다 낮아지면서 낙차에 의해 물이 빠져나가면서 터빈을 돌려 전기를 생산 합니다.

에너지 전환 방식: 1 > 2 > 3

1. 위치에너지 변환

밀물 때 방조제 안쪽의 저수지에 바닷물을 가두어 높은 수위의 물을 확보

2. 운동에너지 변환

썰물 때 수문이 열리면서 저수지의 물이 낮은 수위의 바깥바다로 흘러나가는데, 이때 수차 발전기를 통과하면서 터빈이 회전.

3. 전기에너지 변환

회전하는 터빈은 발전기를 구동시켜 전기를 생산

• 화석연료 의존도: 대한민국의 발전소는 여전히 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석 연료에 크게 의존하고 있습니다. 이는 기후 변화에 미치는 영향, 대기오염 및 온실가스 배출 문제를 야기합니다.

  • 예를 들어, 석탄화력발전소는 온실가스를 다량으로 배출해 기후 변화의 주요 원인으로 지목되고 있습니다.

• 재생 가능 에너지 부족: 태양광, 풍력 등 재생 가능한 에너지의 비율은 아직도 낮습니다. 발전소의 재생 에너지 설비는 확장되고 있지만, 전력 수급 안정성이나 경제성 문제로 발전소의 역할이 미미합니다.

• 원자력의 위험성: 원자력 발전소는 상대적으로 청정한 에너지원으로 평가되지만, 후쿠시마 원전 사고와 같은 사건들로 인해 안전성 문제가 논란이 되고 있습니다. 또한 방사성 폐기물 처리 문제도 큰 과제로 남아 있습니다.

2. 노후화된 발전소

• 발전소의 고령화: 한국의 많은 발전소가 30~40년 된 노후화된 설비를 사용하고 있습니다. 이들은 효율성이 떨어지고, 안전 사고의 위험이 커지며, 유지보수 비용도 증가합니다.

  • 특히 석탄화력발전소는 노후화가 심각해 생산성이 저하되고, 환경오염을 일으킬 가능성도 높습니다.

• 교체 및 개수 문제: 노후화된 발전소를 교체하거나 최신 기술로 개수하려면 많은 시간과 비용이 필요합니다. 하지만 정책적인 우선순위나 예산 배정에 어려움이 있어 이 문제 해결이 지연되고 있습니다.

3. 전력 수급 불안정성

• 전력 수요 예측의 어려움: 급격한 기후 변화나 계절별 전력 수요 변동, 예기치 못한 고온/저온 현상 등으로 인해 전력 수급을 예측하는 데 어려움이 있습니다. 특히 여름철 혹은 겨울철 전력 수요가 급증하면 전력 부족 현상이 발생할 수 있습니다.

• 재생 가능 에너지의 불안정성: 풍력이나 태양광과 같은 재생 가능 에너지는 날씨나 시간에 따라 출력이 불안정합니다. 태양광은 낮 시간에만 전력을 생산하고, 풍력은 바람의 세기에 따라 다르게 생산됩니다. 이로 인해 전력 수급의 안정성을 보장하기 위한 보조적 기술이 필요합니다.

4. 환경 문제

• 온실가스 배출: 화석 연료 기반 발전소에서 발생하는 온실가스 배출은 한국이 국제사회에서 지구온난화 방지와 관련한 목표를 달성하는 데 큰 걸림돌이 됩니다.

• 대기오염: 석탄화력발전소에서 배출되는 미세먼지, 이산화황(SO₂), 질소산화물(NOx) 등은 대기 질을 악화시키고, 특히 수도권 지역의 대기 오염 문제를 심화시킵니다.

• 수자원 오염: 일부 발전소는 수력 발전을 통해 전력을 생산하지만, 댐의 건설과 물의 유입에 따른 수질 오염 문제도 발생할 수 있습니다.

5. 사회적 반발과 정책의 딜레마

• 지역 주민 반발: 새로운 발전소를 건설하거나 기존 발전소를 확장할 때, 지역 주민들의 반대에 부딪히는 경우가 많습니다. 특히 원자력이나 석탄화력발전소의 경우 안전성 문제나 환경 오염 우려로 주민들의 반발이 강합니다.

• 탈원전과 탈석탄 정책: 정부는 탈원전, 탈석탄 정책을 추진하고 있지만, 이러한 정책이 전력 수급 안정성이나 가격에 미치는 영향을 고려해야 하므로 정책의 일관성이나 실효성에 의문을 제기하는 목소리가 큽니다.

6. 전력 가격과 경제성 문제

• 전력 가격 상승: 발전소 운영에 필요한 연료비, 환경 규제 강화 등에 따라 전력 가격이 상승할 가능성이 큽니다. 특히 화석 연료의 가격이 상승하거나 배출권 거래제 등 환경 규제가 강화되면 전력 가격이 증가하게 되어 경제적인 부담이 커집니다.

• 재생 가능 에너지의 경제성: 재생 가능 에너지는 초기 설치비용이 높고, 효율성 문제로 기존 화석연료 발전소와 경쟁하기 어렵습니다. 따라서 재생 가능 에너지를 대규모로 확대하려면 정부의 보조금이나 정책적 지원이 필요합니다.

7. 정치적, 사회적 갈등

• 정책의 불확실성: 전력 정책은 정치적인 변동에 민감하게 반응하는 경우가 많습니다. 정부가 바뀔 때마다 에너지 정책이 달라지거나, 탈원전, 탈석탄 등의 정책이 추진되면서 사회적 갈등이 발생할 수 있습니다. 이런 불확실성은 장기적인 에너지 계획 수립을 어렵게 만듭니다.

• 발전소 자체가 크고, 연기 배출 등으로 미관을 해칠 수 있음.

• 주변 지역 주민의 반대도 많음 (NIMBY 현상).

• 높은 외부비용

  • 건강 피해, 환경 정화 비용 등 직접적인 생산비 외의 사회적 비용이 큼.

  에너지 안보 취약

  • 화석 연료를 해외에서 수입하는 경우, 국제 정세나 가격 변동에 따라 에너지 공급 불안정 가능성 존재.

    자원 고갈

    • 화력발전은 **화석 연료(석탄, 석유, 천연가스)**에 의존합니다.

    • 이러한 자원은 한정된 비재생 자원이기 때문에 장기적으로 지속 가능하지 않음.

      환경 오염

      • 온실가스 배출: 석탄, 석유, 천연가스를 태우면서 이산화탄소(CO₂) 등 온실가스를 대량 배출하여 지구 온난화를 유발합니다.

      • 대기오염물질: 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 미세먼지(PM) 등이 발생해 대기질 저하와 호흡기 질환을 유발합니다.

      • 수질 오염: 냉각수 사용 후 배출되는 온배수가 수생 생태계에 영향을 줄 수 있습니다.

신재생 에너지 사용 비율이 OECD 국가 중 10%로 가장 낮다.

화력 발전: 자원 고갈 및 환경 오염 문제

수력 발전: 건설 비용과 건설 기간의 문제, 건설 지역이 한정 되어있다.

태양광발전: 전력생산량이 일조량에 의존하고, 장소가 한정적이다

우리나라는 높은 대외 의존를 보이고 있다.총 에너지의 95.8%를 해외 수입에 의존하고 있으며 해마다 에너지 수입이 늘고 있다.

화석연료 고갈

회석연료는 한정되어 있지만,우리나라는 1인당 석유소비 5위로 메우 높은 수준이다.현재와 같은 추세라면 석유는 46년,석탄은 122년,천연가스는 64년이면 고갈될것이다.

국제 유가 동향

화석연료의 급격한 가격 변동이 큰 부담이 된다.화석연료의 가격은 언제든지 급등할 수 있으므로 우리 경제의 부담이 될 수 있다.