전기공사기사 화력발전의 원리와 종류 — 랭킨 사이클과 열효율

화력발전소의 기본 사이클은 물을 펌프로 압송해 보일러에서 증기로 만들고, 과열기에서 증기의 온도를 더 올린 뒤, 터빈에서 일을 시키고, 응축기에서 다시 물로 만드는 순환이다. 과열기는 보일러 과정 가운데 증기의 온도를 더 올리는 장치다. 증기와 급수의 흐름을 물으면 석탄을 분쇄하는 단계에서 시작해 보일러에서 물을 끓여 증기를 만들고, 과열로 온도를 올린 뒤 터빈에서 일을 하고, 끝에 응축기에서 물로 다시 만드는 순서를 확인하면 된다.

열효율은 연료가 가진 열량 가운데 실제로 전기로 바뀐 비율이다. 전기 에너지인 kWh를 kcal로 바꿀 때는 1 kWh = 860 kcal를 쓴다. 발전량 40,000 kWh를 kcal로 바꾸면 34,400,000 kcal이고, 발열량 5,000 kcal/kg인 석탄 20톤이 가진 열량은 20,000 kg×5,000 = 100,000,000 kcal다. 두 값을 비교하면 열효율은 약 34.4퍼센트가 된다. 벙커 C유를 쓰는 문제도 같은 방식으로, 연료의 무게와 발열량을 곱해 시간당 열에너지를 만들고 발전 출력과 비교한다.

필요한 석탄량은 전기 에너지에서 거꾸로 계산한다. 발전소의 전기는 연료의 화학에너지가 보일러·터빈·발전기의 효율을 차례로 거쳐 나오므로, 필요한 전기에너지에서 연료 열량을 역산하고 석탄의 발열량으로 나누면 필요한 석탄의 양이 나온다. 최대출력과 부하율이 주어지면 최대출력에 부하율을 곱해 실제 운전 출력을 잡고, 운전 기간을 곱해 총 발전량을 만든다.

재열기는 터빈을 거친 증기를 다시 데우는 장치다. 증기는 터빈에서 팽창하며 온도가 내려가 수분이 많아지는데, 재열기는 이 증기를 다시 가열해 수분이 많아지는 것을 막고 효율을 높인다. 그래서 재열기의 목적을 물으면 증기를 다시 데워 효율을 높이는 것이라고 답한다.