전력이 만들어지는 원리
전력은 어떻게 만들어질까? 전력은 단위 시간에 사용되는 전기에너지의 양을 말합니다. 전력으로 조명과 낸 난방, 가정에서 사용하는 여러 가지 기기를 작동시킬 수 있습니다. 또한 공장에 동력을 공급하고 엘리베이터나 컴퓨터를 작동시키는 데도 전력을 사용합니다. 열차, 지하철도 또한 전력으로 달리며, 농가에서 물을 끌어올릴 때도 전력으로 작동하는 기계들을 사용합니다. 전 세계의 전력은 대부분 대형 발전소에서 생산합니다. 발전소에서는 석탄, 석유, 천연가스를 태워서 발전기를 돌리거나 핵에너지, 떨어지는 물의 힘으로 발전기를 돌립니다. 발전소에서 생산된 전력은 전력이 필요한 지역까지 전력선으로 공급된 다음 개별 소비자들에게 분배되는 방식입니다. 전력을 재는 단위는 와트 (W)입니다. 100W짜리 전구를 켜려면 100W의 전력이 필요하고, 100W짜리 전구를 열 개 켜려면, 1000W의 전력이 필요합니다. 1000W는 1킬로와트(kW)로, 사용하는 전기에너지의 양은 킬로와트시(kWh)로 나타낼 수 있습니다. 1 kWh는 1kW로 한 시간 동안 한 일의 양으로, 100W짜리 전구 10개를 한 시간 동안 켜거나 100W짜리 전구 하나를 10시간 동안 켜려면 1 kWh의 전력이 필요합니다. 매시간 전 세계에서 생산하는 전력은 22억 5000만 kW가 넘습니다. 전력을 가장 많이 생산하는 나라는 미국이고, 러시아, 일본, 캐나다, 독일의 국가들이 많은 양의 전력을 생산해내고 있습니다.
전력의 공급원
그렇다면 전력은 어디에서 공급할까요? 전력은 대부분 대형 발전소에서 공급합니다. 발전소에서는 증기의 압력이나 흐르는 물의 힘으로 터빈을 돌리고, 터빈이 발전기를 돌리며 발전기가 역학 에너지를 전력으로 바꿉니다. 발전기에는 고정된 부분인 '고정자'와 회전하는 부분인 '회전자'가 있는데, 거대한 발전기에서는 전선을 여러 번 감은 것을 고정자로, '여자기'라는 작은 발전기에서 전기를 공급받는 커다란 전자석을 회전자로 사용합니다. 회전자가 외부의 힘을 받아 회전하면 회전자가 만드는 자기장도 함께 회전합니다. 자기장이 회전하면 고정자에 감긴 전선에 전압이 생기고, 이 전압이 전류를 일으킵니다. 주요 발전소로는 화력발전소와 수력발전소 그리고 원자력발전소가 있으며 그밖에 다양한 형태의 발전소가 있습니다. 먼저 전 세계에서 사용하는 전력의 60% 이상을 화력 발전으로 생산합니다. 화력발전소는 연소실에서 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석연료를 태워서 열을 만들고 이 열로 보일러의 물을 끓여 증기를 만듭니다. 이때 발생한 증기를 관으로 된 '슈퍼 히터'라는 장치로 보내며, 관 주위는 뜨거운 연소가스로 채워 관 속의 증기의 온도와 압력을 높입니다. 가열된 고압 증기는 거대한 증기터빈을 돌리는데, 터빈에는 날개가 여러 개 달린 바퀴들이 축에 붙어 있습니다. 터빈에 들어온 증기가 날개를 밀어 바퀴를 돌리면 바퀴와 함께 축이 돌고, 축이 돌면 회전축이 돕니다. 회전축은 다시 발전기의 회전자를 돌려서 전력을 생산합니다. 터빈을 통과한 증기는 '응축기'로 가서 냉각수가 들어 있는 관 주위를 통과하면서 냉각수에 열을 빼앗겨 물이 됩니다. 이 물은 다시 보일러로 보내져 증기를 만드는 데 사용됩니다. 많은 발전소에서 증기의 열을 흡수해서 뜨거워진 물을 냉각탑으로 보내서 냉각합니다. 냉각탑에서는 뜨거운 물을 공중에 뿌려 공기와 접촉시켜 빠르게 냉각시킵니다. 냉각된 물은 다시 응축기로 보내거나 호수나 강으로 흘려보냅니다. 화력발전소는 효율이 좋기는 하지만 공해를 일으킵니다. 특히 냉각탑이 없는 발전소에서는 뜨거운 물을 호수나 강에 버리기 때문에 공해가 심하게 일어납니다. 뜨거운 물은 '열오염'을 일으켜서 물속의 생태계를 파괴하므로 발전소에서 뜨거운 물을 호수나 강에 버리는 것을 법으로 금지하고 있습니다. 또한 화석연료를 태운 연기에 들어 있는 해로운 화학 성분과 먼지가 대기오염을 일으킵니다. 화력발전소는 대개 오염물질의 배출을 막는 시설을 갖추고 있으나, 이런 시설을 이용해도 화석연료를 태울 때 생기는 대기오염을 완전히 막지는 못합니다. 수력발전소는 전 세계 전력의 20% 이상을 수력발전으로 생산합니다. 수력발전소는 떨어지는 물의 에너지를 전기에너지로 바꿉니다. 댐을 막아서 모은 물이 파이프를 통해 수차로 떨어져서 수차를 돌리면, 수차가 발전기를 돌려서 전력을 생산합니다. '양수식 수력발전소'는 전력을 생산하는 과정과 반대로 작동해 에너지를 저장합니다. 전력 사용량이 적을 때 발전기를 전동기로 사용해서 수차를 돌리고, 수차가 펌프 구실을 해서 물을 저수지로 퍼올리고 이 물을 전기를 만들 때 다시 사용합니다. 수력발전소는 화력발전소보다 비용이 적게 들뿐 아니라 대기오염도 없습니다. 하지만 수력발전을 위해서는 많은 양의 물을 필요로 하고, 댐과 저수지를 건설할 알맞은 장소를 찾기가 어렵기 때문에 발전소를 많이 짓기는 어렵습니다. 원자력발전소는 전 세계 전력의 17%가량을 생산합니다. 화력발전소와 비슷한 방법으로 전력을 생산하지만, 연료를 태워서 열을 내는 연소실 대신 '원자로'가 있습니다. 원자로는 무거운 원소를 '핵분열'해서 엄청난 양의 열을 냅니다. 원자력발전소에서는 대개 우라늄 원소를 연료로 사용합니다. 핵분열에서 생긴 열은 물을 증기로 바꾸고 증기의 힘이 터빈을 돌리면 터빈이 발전기를 돌립니다. 터빈을 통과한 증기는 냉각탑에서 물로 바뀌어 다시 사용됩니다. 원자력발전소는 화력발전소보다 같은 양의 전력을 생산하는 데 드는 연료량이 적고 대기오염이 적습니다. 하지만 위험한 방사성 물질을 사용하기 때문에 방사능 누출 사고 위험이 있으며 이러한 원자로 과열 사고를 방지하고 대처하는 안전시스템을 만드는 데 많은 비용이 들게 됩니다. 또한 원자력발전소는 수천 년 동안 방사능이 남는 방사성폐기물이 생깁니다.