EPC 전기·전력상식

수은건전지?태양전지로 경박단소

 

현대는 경박단소 시대로 전기제품들도 소형화되고 있다.

따라서 그 전기제품에 들어가는 건전지도 종래의 건전지에서 벗어나 여러 가지 전지가 사용되고 있다.

전자계산기나 시계, 카메라 등에는 수은 건전지가 들어간다. 작은 버튼 모양의 전지인 수은 건전지는 ‘버튼(단추)전지’라고도 불린다.

산화제2수은(HgO)을 (+)극으로 하고 소극제로서 수산화칼륨이 포함되어 있다. 

소극제라는 것은 전극의 작용이 떨어지는 것을 방지하는 물질이며, (-)극에는 아연을 수은으로 용해한 합금의 분말이 사용된다. 

전해질로서 수산화칼륨(KOH)이 사용되며 니켈로 도금한 강철제의 통에 봉입되어 있다. 전압은 1.3V이지만 소형이면서도 망간건전지 정도의 용량을 가지고 있다.

요즘엔 충전할 수 있는 건전지도 개발되어 매우 기대를 모으고 있다. 니카드전지는 수산화니켈를 플러스극으로, 카드뮴(Cd)을 마이너스 극으로 사용하고 전해질로서 수산화칼륨(KOH)을 세퍼레이터에 함유시키고 있다. 

건전지처럼 밀폐되어 있으며, 니켈과 카드뮴을 사용하고 있기 때문에 니카드란 이름이 붙게 되었다. 전압은 1.2V로 충전이 가능하며 용량은 망간전지보다 약간 많다.

최근 전자계산기 중에는 솔라 전자계산기라고 하여 태양전지를 내장한 것이 유행이다.

무한히 내려쬐는 태양 빛의 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 것이 태양전지이다. 이 태양전지는 지금까지의 화학전지와는 다른 구조를 가진 것으로 말하자면 ‘물리 전지’라 할 수 있다.

수력발전은 어떻게 전기를 만드나?

볼타의 전퇴(電堆)에서 발전한 것이 건전지인데, 요즘 가장 손쉽게 전기를 만들 수 있는 것이 바로 이 건전지이다. 몇 십 년 전만 하더라도 건전지는 회중전등에나 이용될 뿐, 활용가치가 적었지만 지금엔 여러 가지 전기제품에 두루 사용되고 있다.

그렇다면 전지 1개에서 나오는 에너지는 어느 정도인가. 1.5볼트짜리 건전지는 외부 저항 5Ω에서 500분간 사용할 수 있는 능력이 있다. 

사용할수록 점점 전압이 떨어지는 특성을 가진 전지는 평균 1.3V의 전압으로 방전했다고 가정하면 역학적 에너지로 환산해 1kg의 물체를 1,000미터 높이로 들어 올1879년 탄소선(炭素線) 전구를 완성시킨 에디슨은 ‘전 세계에 전등을’이라는, 당시로서는 꿈과 같은 캐치프레이즈를 내걸었다. 이 꿈이 실현된 것은 교류전기에 의해서다.

변압기나 송전의 방법도 개량되었고, 그에 따라 큰 발전기도 만들 수 있게 되었으며, 1892년에는 세계 최초로 수력발전소가 2개나 가동되는 것에 이르게 했다. 그 중 하나가 웨스팅 하우스사가 건설한 발전소로 미국의 오레건주에 있는 폭포를 이용한 수력 발전이다. 

다른 하나 역시 수력발전으로 일본의 비파호(琵琶湖) 물을 이용한 교토 시영 발전소였으며, 웨스팅 하우스의 발전소는 3,300볼트의 교류발전기, 일본은 550볼트의 직류발전기로 시작했다.

수력발전소는 높은 곳의 물이 가지고 있는 ‘위치에너지’를 이용해서 전기를 일으킨다. 즉, 물이 떨어지는 힘으로 수차(水車)를 돌리면, 수차의 축에 붙어 있는 발전기가 돌아가게 되어 전기가 발생되는 것이다. 수차에도 여러 가지 종류가 있으나 대부분의 발전소에서는 물의 압력을 이용하는 프랜시스 수차가 쓰이고 있다. 

그러나 물의 낙차가 큰 곳에서는 분출시킨 물의 충동으로 회전시키는 펠톤 수차가 사용된다. 그밖에도 프로펠러를 회전시키는 방식의 카플란 수차나 프로펠러 수차 등도 사용된다. 

한편, 우리나라의 팔당 수력발전소와 같이 흐르는 물의 양의 많으나 낙차가 적은 곳에는 발브(Bulb) 수차가 쓰인다.

건설비가 싼 화력발전

수력과는 반대로 화력을 이용한 것이 화력발전이다. 중유, 석탄, 천연가스(LNG) 등이 연료로 사용된다. 수력발전은 무공해(無公害)한 클린 에너지(Clean Energy)인 데 비해 화력발전은 배기가스로 인한 공해가 심각한 문제로 꼽힌다. 그럼에도 불구하고 1950년대부터 화력발전소가 급격히 증가해 오랫동안 주류의 위치에 있던 수력발전을 제치고 현재는 전력을 지배하고 있다.

그 이유는 수력에 비해 건설비가 싸고 조기 완성시킬 수 있기 때문이다. 또 화력발전소는 위치의 선정에 유리해 산간벽지에 건설할 필요가 없는 것도 이점 중 하나이며, 연료인 중유나 석탄이 배로 운반되기 때문에 바닷가에 건설되는 경우가 많아 수용가까지의 송전거리가 짧은 것도 큰 이점으로 꼽히고 있다.

화력발전은 터빈의 회전이 매우 빨라서 수력발전의 수차가 1분간에 125회전에서 750회전인데 비해 화력터빈은 3,000회전에서 3,600회전을 한다.

터빈을 회전시킨 후의 증기는 복수기 속에서 냉각수에 의해 냉각되어, 재차 물로 돌아가게 되며, 그 후 급수펌프에 의해 급수로서 공급되어 과열기에서 가열, 다시 보일러로 보내진다.

수력발전기의 경우는 회전자의 지름이 크고 폭이 좁은 데 비해, 회전이 빠른 화력발전기는 회전자의 지름이 작고 폭이 길게 되어 있다. 

실제의 발전기에서는 기전력을 유도하는 전기자 코일을 회전시키는 것이 아니고 고정자 쪽에 설치한다. 그리고 전극(전자석) 쪽을 회전시킨다. 전기자 코일은 자력선(磁力線)을 끊어, 교류의 기전력을 발생한다. 

이 방식의 발전기를 회전계자형(回轉界磁形)이라고 한다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - EPC 전기·전력상식