[임직원 칼럼] 발전소는 왜 바다 근처에 지을까?

삼성물산 건설부문 임직원 칼럼 (최용균 선임)

 

  2011년 9월, 유래를 찾아보기 힘든 대규모 정전 사태가 발생했습니다. 약 5시간 동안 지속된 정전 사고는 각종 안전 사고와 재산 피해를 냈는데요. 이 당시 정전 사태는 전기의 중요성과 영향력을 실감할 수 있는 계기가 됐습니다. 우리 삶에 필수인 ‘전기’를 안정적으로 생산하기 위해, 우리나라를 비롯해 세계 각국은 다양한 발전 방식의 발전소를 건설하고 있습니다. 그 중에서도 화력발전과 원자력발전은 세계 전력 생산량의 80% 이상을 담당하고 있는데요. 대만의 타이중(Taichung) 석탄화력 발전소, 그리고 삼성물산 건설부문이 건설한 사우디 쿠라야(Qurayyah) 복합화력 발전소와 우리나라 신월성 원자력 발전소 등은 국내외에 잘 알려진 대표 발전소입니다.

 

| 대만 타이중 석탄화력발전소                                     | 한국 신월성 원자력발전소

[좌측 출처] Wikimedia

 

여기서 잠깐! ① 화력발전의 원리

  주전자에 담겨 있던 물이 끓을 때, 뜨거운 김이 나오면서 동시에 뚜껑이 움직이는 모습을 본 적 있으시죠? 화력 발전의 원리도 이와 같은 방법으로 시작합니다. 보일러에 담겨 있던 물이 뜨거운 열을 받아 증기를 만들어 내고, 이는 배관을 통해 터빈으로 이동합니다. 그리고 이 힘에 의해 터빈이 회전하면서 발전기가 돌고, 전기가 생산됩니다.

  

[출처] Wikimedia

증기를 물로 바꾸는 장치, 콘덴서(Condenser)

 

| 앞서 소개한 대만, 사우디, 한국의 발전소 위치 / [출처] google map

 

  앞서 소개한 발전소들에게 1가지 공통점이 있습니다. 바로 바다에 인접해 있다는 것인데요. 인체에서 가장 높은 비율을 차지하는 물질이 물인 것처럼, 발전소도 전기를 생산하기 위해 항상 물이 필요하기 때문입니다. 발전소 안에서도 특히 바닷물을 많이 사용하는 기계 장치가 바로 ‘콘덴서(Condenser)’입니다.

 

| 전기용 콘덴서                                                  | 발전소용 콘덴서

[출처] wikimedia

 

  전기·전자 분야에서 ‘콘덴서’는 전기를 일시적으로 저장하는 장치로, 캐패시터(Capacitor) 또는 축전기를 떠올릴 수 있습니다. 하지만 발전소에서 ‘콘덴서’는 복수기(復水器)라고 불리는 거대한 기계 장치입니다. 이는 증기를 물로 바꿔줄 뿐 아니라, 발전소의 출력과 효율에 영향을 주는 필수적인 설비입니다.

| 발전소 흐름도

 

여기서 잠깐! ② 증기가 물로 바뀌는 원리
  차가운 음료수를 컵에 따를 때 물방울이 맺히는 것을 볼 수 있습니다. 겨울철 베란다나 창문에 물방울이 맺히는 모습도 종종 발견하셨을 텐데요. 이 ‘결로 현상’은 따뜻한 공기와 차가운 외벽이 만나면서 발생합니다.

 

| 컵이나 페트병에 찬물을 담으면 물방울이 맺히는 현상 / [출처] wikimedia

 

  그렇다면 콘덴서는 어떤 과정을 통해 증기를 물로 바꾸는 것일까요? 콘덴서 안을 보면 작은 관으로 이루어져 있는데, 이 안으로 차가운 물 ‘냉각수’가 흐릅니다. 콘덴서 안으로 들어 온 증기는 차가운 냉각수가 흐르는 관의 표면과 만나면, 열에너지를 빼앗기고 결국 물방울로 바뀌게 됩니다. 이 때 모아진 물은 콘덴서에서 펌프를 통해 다시 보일러로 공급돼, 증기를 만드는 데에 재활용됩니다.

 | 콘덴서 안에 들어온 증기가 작은 냉각수 관을 만나면 물로 바뀝니다.

[좌측 출처] 원자력안전위원회 공식블로그

바다 깊은 곳에 해수배관 설치하기

 

  콘덴서가 바다에서 차가운 물을 얻고 내보내기 위해서는, 이동 통로인 ‘배관’을 설치해야 합니다. 이러한 배관은 많은 양의 물을 유입시키고 배출해야 하기 때문에, 일반적으로 직경이 2M가 넘는다는 사실! 또한 먼 바다 깊숙한 곳에 설치해야 하므로 쉬운 작업이 아닙니다.
 

여기서 잠깐! ③ 바다 깊은 곳에서 물을 끌어올리는 이유
  바다 가까이에서 물을 얻지 않고, 왜 깊숙한 곳에서 끌어올릴까요? 바다 가까이는 기상의 영향을 많이 받아서, 증기로 인해 따뜻한 물을 배출할 경우 바로 순환될 수 있기 때문입니다. 이렇게 되면 콘덴서가 원하는 차가운 물을 얻을 수가 없겠죠? 따라서 움직임이 안정적인 깊은 바다에서 취수하고 배출합니다.

 
| 기존 방식은 바다에 배를 띄운 상태에서 배관을 설치합니다

 

  기존에는 해수배관을 설치하기 위해, 잠수부가 바다 속에 들어가서 작업하는 것이 보편적이었습니다. 그런데 바다에서 공사를 하다 보면 변수가 많이 생기게 됩니다. 파도가 심하게 치는 등 기상이 좋지 않은 날에는 공사를 할 수 없고, 잠수부의 안전도 위협받을 수 있습니다. 하지만 공사 지역이 다른 곳에 비해 해수면이 낮은 경우, 바다를 흙으로 메우고 배관을 설치하는 방법이 용이한 것으로 나타났습니다. 기존 방법 대비 효율성과 경제성이 높다는 장점이 있는데요. 하루에 설치할 수 있는 배관이 기존보다 증가해 공사 기간이 단축됐으며, 더욱 안전하게 공사를 진행할 수 있습니다.
 

  발전소를 100% 바닷가 주변에만 짓는 것은 아닙니다. 하지만 증기를 물로 재활용해야 하는 점은 변함이 없습니다. 이 때는 바닷물 대신 공기를 이용하는 방식의 콘덴서가 사용됩니다. 공기를 이용하는 콘덴서를 사용하는 경우, 콘덴서가 찬 공기를 활용해 발생한 증기를 물로 바꿔주는 역할을 합니다.

 | 공기를 이용한 콘덴서

 

  삼성물산 건설부문은 독자적인 기술력으로, 현재 전 세계에서 발전소를 건설하고 있습니다. ‘The Trusted Builder’라는 비전을 실천하고 있는 삼성물산 건설부문의 행보는 앞으로도 계속될 것입니다 :-)