화력 발전(Thermal Power Generation)의 종류

화력 발전은 화석 연료인 석탄, 석유, 천연가스 등의 연소로 인한 열에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전 형식입니다. 이러한 화력 발전소는 구조와 사용되는 기술에 따라 아래와 같이 나눌 수 있습니다.

1. Conventional Steam Power Plant

Conventional Steam Power Plant는 보일러와 스팀터빈을 사용하는 전통적인 화력 발전소입니다. 이 발전소는 주로 석탄, 석유, 천연가스 등의 연료를 보일러에서 연소시켜 고온 고압의 증기를 생성합니다. 생성된 증기는 스팀터빈을 회전시켜 발전기를 구동하여 전기를 생산합니다.

• 운영 방식 : 연료의 연소 → 보일러에서 고온 고압 증기 생성 → 스팀터빈 회전 → 발전기 구동
• 장점: 높은 신뢰성, 대규모 전력 생산 가능
• 단점: 설치 비용과 유지 비용이 높음, 환경 오염 문제

[출처 : Energy Education (https://energyeducation.ca/encyclopedia/Coal_fired_power_plant)]

2. Simple Cycle Power Plant

Simple Cycle Power Plant는 천연가스 또는 석유를 연료로 사용하여 직접 가스터빈을 구동하는 방식의 발전소입니다. 가스터빈은 연소된 가스가 터빈을 회전시켜 전기를 생성합니다. 이러한 발전소는 빠른 시동과 정지, 높은 효율성을 특징으로 하며, 주로 피크 수요를 충족시키기 위해 사용됩니다.

• 운영 방식 : 천연가스 또는 석유 연소 → 가스터빈 회전 → 발전기 구동
• 장점: 빠른 시동과 정지, 상대적으로 낮은 설치 비용
• 단점: 연료 비용이 상대적으로 높음, 지속적인 운영 시 효율성 저하

3. Combined Cycle Power Plant

Combined Cycle Power Plant는 가스터빈과 폐열회수보일러 (HRSG,Heat Recovery Steam Generator), 스팀터빈을 모두 사용하여 고효율을 달성하는 발전소입니다. 이 방식은 가스터빈에서 발생한 고온 배기가스를 HRSG로 보내어 추가로 증기를 생성하고, 이 증기를 스팀터빈에 사용하여 전력을 생산합니다. 복합화력 발전소는 연료 효율성이 높고, 환경 오염이 적은 장점이 있습니다.

• 운영 방식: 천연가스 또는 석유 연소 → 가스터빈 회전 → 배기가스로 HRSG에서 증기 생성 → 스팀터빈 회전 → 발전기 구동
• 장점: 높은 연료 효율성, 낮은 환경 오염
• 단점: 복잡한 설비 구조, 높은 초기 설치 비용

[출처 : https://insights.globalspec.com/article/2895/combined-cycle-power-plants-is-their-reign-assured]

화력발전에 사용되는 연료

 1. 석탄 (Coal)

석탄은 고대 식물의 화석화 과정을 통해 형성된 탄화수소 화합물로, 세계적으로 널리 사용되는 화력 발전 연료입니다. 석탄은 주로 갈탄, 아역청탄, 역청탄, 무연탄 등의 종류로 나눌 수 있으며, 각기 다른 에너지 밀도와 화학적 특성을 가지고 있습니다.

• 장점 : 석탄은 전 세계적으로 널리 분포되어 있으며, 매장량이 풍부하고, 비교적 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능하여 경제성이 뛰어납니다. 또한, 오랜 기간 동안 에너지원으로 사용되어 온 만큼 안정적인 공급이 가능합니다.
• 단점 : 석탄 연소 시 다량의 이산화탄소(CO₂), 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등이 배출되어 대기 오염과 지구 온난화의 주요 원인이 되며, 석탄 연소 후 남는 재와 슬래그 등의 고체 폐기물 처리가 필요합니다. 또한, 다른 연료에 비해 연소 효율이 낮고, 발전 효율도 낮습니다.

2. 석유 (Oil)

석유는 액체 상태의 탄화수소 혼합물로, 원유를 정제하여 다양한 형태로 사용됩니다. 주로 중유, 경유 등이 화력 발전에 사용됩니다.

• 장점 : 석유는 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 적은 양으로도 많은 에너지를 생산할 수 있으며, 다양한 형태로 정제 및 가공이 가능하며, 연소 특성이 우수해 신속한 발전이 가능합니다. 액체 상태이기 때문에 저장과 운송이 상대적으로 용이한 것도 장점 중의 하나입니다.
• 단점 : 석유는 상대적으로 높은 비용을 가지고 있으며, 가격 변동성이 큽니다. 또한 연소 시 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물 등의 배출로 대기 오염을 유발합니다. 석유는 한정된 자원으로, 장기적으로 고갈 위험이 있습니다.

3. 천연가스 (Natural Gas)

천연가스는 주로 메탄으로 구성된 가스 형태의 화석 연료로, 연소 시 상대적으로 깨끗한 에너지를 제공합니다. 주로 가스 터빈 발전소나 복합화력 발전소에서 사용됩니다.

• 장점 : 천연가스는 연소 시 이산화탄소와 오염물질 배출량이 상대적으로 적으며, 높은 연소 효율과 발전 효율을 자랑합니다. 또한, 가스 터빈의 빠른 시동과 정지로 전력 수요 변동에 유연하게 대응할 수 있습니다.
• 단점 : 천연가스를 저장하고 운송하기 위한 파이프라인 등의 인프라가 필요합니다. 지역적 매장량에 따라 공급이 제한될 수 있으며, 국제 정치 상황에 따라 가격 변동이 심할 수 있습니다.