전기란 무엇입니까?

벤 프랭클린은 뇌우가 치는 동안 연에 부착된 금속 열쇠를 사용하여 전기를 탐색하기 시작했습니다. 오늘날의 건강 및 안전 기준으로는 안전한 활동이 아니었습니다.

먹구름은 정전기를 보유하며 번개가 정전기의 방전이라는 것이 그의 이론이었습니다. 번개가 열쇠를 쳐서 전화시키면 번개와 전기가 동일한 현상의 결과임이 증명되는 것이었습니다. 그는 번개가 구름에서 땅으로 이동하는 전자의 결과라는 올바른 아이디어를 가지고 있었지만 그 아이디어를 완전히 표현할 과학적 개념이 부족했습니다.

그의 역할은 계승되었고 19세기에는 전기 과학, 전기 공학 및 발전 기술이 급속히 발전하였습니다.

알렉산더 그레이엄 벨, 니콜라스 테슬라, 베르너 폰 지멘스 등과 같은 전기 개척자들은 전기를 과학적 호기심에서 삶의 필수적인 부분으로 바꾸는 데 도움을 주었습니다. 그 개척자 중 일부는 그 과정에서 산업 제국을 만들었습니다. 그 중에는 토마스 에디슨과 조지 웨스팅하우스가 있습니다. 에디슨과 웨스팅하우스는 엔지니어링 역사상 가장 매혹적인 에피소드 중 하나였던 전류의 전쟁에서 주연을 맡기도 했습니다. 이 부분은 나중에 다시 언급하겠습니다.

전기는 에너지의 한 형태이며 전도성 물질 내 전자 흐름으로 구성됩니다.

전자는 음전하를 띠고 원자를 둘러싸고 있는 입자입니다. 원자핵에는 양성자라고 하는 양전하를 띤 입자와 중성자라고 하는 전하가 없는 입자가 있습니다. 일반적으로 원자는 양성자만큼의 전자만 가질 수 있습니다. 따라서 전기가 흐르며 전자를 다른 원자로 밀어내면 수신하는 원자가 너무 많은 전자를 보유하게 됩니다. 그 결과 또 다른 전자가 다른 원자로 이동하게 됩니다. 이것이 전기가 흐르는 방식입니다.

전기는 어떻게 만들어집니까?

전기는 전자의 흐름을 유도하고 해당 흐름을 유지하도록 설계된 기계에 의해 생성됩니다. 일반적으로 발전기가 이 작업을 수행하는데 전기를 생산하는 다른 방법도 있습니다. 태양 전지판과 배터리가 다른 방법에 속합니다.

발전기는 일반적으로 일종의 터빈이나 엔진에 의해 제공되는 회전 운동을 필요로 합니다. 회전 운동은 발전기의 로터로 전달됩니다. 발전기 내부에서 로터는 자기장을 생성합니다. 로터가 회전하면 자기장도 회전합니다. 회전하는 자기장은 발전기의 정적인 부분에 위치한 구리 도체의 전자를 여기하는데, 이것이 전기의 흐름을 만듭니다. 자기장이 움직이기 시작할 때까지 고정자의 전자를 밀어내는 것으로 생각할 수 있습니다. 전기의 흐름은 구리 도체를 통해 발전기에서 전선으로 그리고 발전소 외부로 전달됩니다.

전기는 어디에서 옵니까?

이 질문에 거꾸로 대답해보겠습니다.

집에 있는 스위치를 켜면 조명이 켜집니다. 우리는 정확히 무슨 일이 일어나는지 또는 어떤 종류의 전기 시스템이 이것을 가능하게 하는지 생각하지 않고 매일 수십 번씩 조명을 켭니다.

잠시 전기의 흐름을 역추적해보겠습니다. 전기는 인입구를 통해 가정의 전기 패널로 들어옵니다. 인입구는 가공 전력선의 저전압 케이블에 연결되어 있고 가공 전력선은 다시 주상변압기에 연결되어 있습니다. 주상변압기는 중전압 가공선 그리고 배전망이라고 알려진 것에 연결되어 있습니다. 배전망은 특정 지역 내 지역 전기 사용자들을 연결합니다.

배전망은 변전소를 통해 수송망에 연결됩니다. 수송망은 매우 먼 거리로 많은 양의 전기를 전송하도록 설계된 고압 및 초고압 전력선으로 구성됩니다. 이 전력선은 전기가 생산되는 발전소로 연결됩니다.

파이프를 흐르는 물과 같은 것으로 전류를 생각해보세요. 수백 마일 떨어진 파이프 시작 부분의 수압은 매우 높습니다. 압력은 이웃과 집에 가까워질수록 적당한 수준으로 낮아집니다. 이것이 각 단계마다 전기의 전압을 낮추는 변전소와 변압기가 있는 이유입니다.

재생 전기는 무엇입니까?

재생 전기는 단순히 재생 에너지원을 사용하여 생성된 전기입니다. 태양열, 풍력 및 수력이 재생 전기를 생산하는 가장 인기 있는 세 가지 방법입니다.

재생 전기에 대한 수요는 두 가지 주요 이유로 증가하고 있습니다. 첫 번째는 가성비입니다. 태양 전지판과 풍력 터빈이 지난 몇 년간 더 좋아지고 더 저렴해졌습니다. 두 번째 이유는 환경 문제입니다. 화력 발전소 관련 배기가스에 대한 내성이 급격히 감소하고 있습니다. 이러한 상황이 화력 발전소를 재생 에너지 자원으로 대체하는 트렌드를 주도하고 있습니다.

AC 및 DC 전기는 무엇입니까?

교류(AC)와 직류(DC)는 전류가 회로에 흐를 수 있는 두 가지 다른 방법입니다.

DC는 일정한 속도로 그리고 항상 같은 방향으로 흐릅니다. AC는 가변 속도로 흐르고 흐름의 방향이 자주 바뀝니다.

북미 지역의 전력 공급이 60Hz라고 하면 AC 흐름의 방향이 초당 60번 변한다는 의미입니다. 날렵하고 빠른 경주용 자동차의 크랭크축과 같은 것으로 AC를 생각해보세요. 자동차를 움직이기 위해 크랭크축을 미는 여러 개의 실린더가 있지만 이 실린더들은 동시에 크랭크축을 밀지 않습니다. 실린더들은 함께 자동차를 움직이고 이 움직임은 일정한 동작처럼 느껴집니다.

이제 DC를 핸드 드릴과 같은 것으로 생각해보세요. 드릴은 어떠한 작업을 수행하든 일정한 동작과 일정한 힘을 생성합니다.

전력 공급이 시작되던 시기에는 DC와 AC가 모두 유효한 발전, 송전, 배전 및 전기 소비 방법으로 여겨졌습니다. 이 시점에서 다시 에디슨과 웨스팅하우스에 대한 이야기로 돌아가보겠습니다.

에디슨은 DC 전기를 기반으로 하는 전기 시스템을 구상했습니다. 웨스팅하우스는 AC 시스템의 개발을 지원하고 있었습니다. 문제는 AC와 DC 시스템이 상호 배타적이어서 하나는 이기고 다른 하나는 져야 한다는 것이었습니다. 이러한 상황은 역사에 남을 쓰라린 경쟁을 초래했습니다.

결국에는 AC가 지배적인 전기 유형이 되었습니다. 발전소에서 변전소로 그리고 다시 가정과 기업까지 효율적으로 전송하고 분배하기가 훨씬 쉬웠기 때문입니다.

에디슨의 DC 전기 시스템은 20세기까지 뉴욕시에 남아 있었습니다. 예를 들어, DC 엘리베이터를 사용하는 오래된 건물, DC 방식으로 열차를 운행하는 지하철 시스템 등에 서비스가 제공되었습니다. 맨해튼의 마지막 DC 서비스 고객이었던 40번가의 한 건물에 대한 전력 공급은 2007년이 되서야 중단되었습니다.

흥미롭게도 DC 송전선이 특정 응용 분야에서 다시 등장하고 있습니다. 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지에서 생성된 전기를 육지로 되돌려 보내는 해저 케이블을 만들 때 일반적으로 선택되고 있습니다. DC 송전선을 AC 망에 연결할 수 있는 이유는 이제 최소한의 손실로 DC와 AC 사이에서 전기를 변환할 수 있는 파워 일렉트로닉스가 있기 때문입니다. 19세기에는 파워 일렉트로닉스가 발명되지 않았기 때문에 에디슨과 웨스팅하우스는 그런 선택을 할 수 없었습니다.

AC, DC 및 재생 전기

흥미롭게도 태양열 및 풍력 자원을 통해 생성되는 재생 에너지가 증가하면서 DC 전기에 대한 관심이 다시 높아지고 있습니다. 여기에는 몇 가지 이유가 있습니다.

첫 번째 이유는 해상 풍력 발전 단지에서 생성된 전기를 육지로 다시 운반하는 해저 케이블을 만들 때 DC가 적합한 선택인 경향이 있기 때문입니다. 이러한 DC 케이블은 고전압 DC 송전선의 경우에서처럼 때때로 HVDC 송전선으로 알려져 있습니다.

또 다른 이유는 PV 패널이 DC 전기만 생산할 수 있다는 사실입니다.

세 번째 이유는 유틸리티 규모의 배터리 에너지 저장 시스템의 사용이 증가했기 때문입니다. 이 시스템은 변동성을 완화하기 위해 PV 패널과 함께 제작되는 경우가 많으며 PV 패널과 마찬가지로 DC 전기만 생산할 수 있습니다. 이러한 모든 DC 요소들은 최소한의 손실로 DC와 AC 사이에서 전기를 변환할 수 있는 파워 일렉트로닉스를 사용하여 AC 전기가 있는 더 넓은 전기 회로에 연결됩니다.

19세기에는 파워 일렉트로닉스가 발명되지 않았기 때문에 불행히도 에디슨과 웨스팅하우스는 이 옵션을 선택하여 화해할 수 없었습니다.