전력기기 #4 - 교류와 직류

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1) 이전 글들에서 전력산업의 밸류체인과 도매 및 소매 시장에서 어떻게 전력가격이 결정되는 지에 대해서 다뤄보았음. 

2) 이번에는 송배전망 시장에 대해서 다루기에 앞서서 발전원단에서 나타나는 현상에 대해서 다뤄보고자 함.

 

3) 전기는 크게 교류와 직류로 나뉨. 교류의 뜻은 다음과 같음. 교류(AC, Alternating Current, 사귈 교 交, 흐를 류, 流) 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변하는 전류 

 

4) 직류의 뜻은 다음과 같음. 직류(DC, Direct Current ,곧을 직 直, 흐를류, 流): 높은 전위에서 낮은 전위로 전선과 같은 도선을 통한 전류의 연속적인 흐름. 직류는 교류와 다르게 항상 같은 방향으로 흐른다. 

 

5) 쉽게 말하면, 파형을 이루는 전기는 교류, 직선으로 뻗어나가는 전기는 직류임. 

 

 

 

6) 여러가지 특징이 있는데, 직류는 변압이 어렵다는 단점이 있음. 생산한 전기를 먼 거리로 보내기 위해서는 변압이 필요함. 

 

특징	직류 (DC)	교류 (AC)
전류 방향	일정한 방향	주기적으로 방향이 변함
에너지 전송	짧은 거리에서 효율적	장거리 전송에 적합
응용 분야	전자기기, 배터리	전력망, 가전제품
변환 용이성	변압 어려움	변압 용이

 

7) 옴의 법칙이라고 들어봤을 것임. 옴의 법칙은 쉽게 말해서, 전압이 높을수록 저항이 낮아져서 전력 손실이 적어진다는 법칙임. 거리가 먼 거리를 송전할수록 전압이 높아야 손실률이 낮아짐. 

 

8) 태양광과 수소 연료전지를 제외한 모든 발전원이 생산한 전기는 교류임. 터빈 회전방식을 통해서 전기가 생성되기 때문임.  

발전원		전력의 종류	발전 방식
화석연료	석탄	교류 (AC)	터빈 회전방식
	천연가스/원유	교류 (AC)	터빈 회전방식
원자력		교류 (AC)	터빈 회전방식
신재생 에너지	수력	교류 (AC)	터빈 회전방식
	풍력	교류 (AC)	터빈 회전방식
	태양광	직류 (DC)	태양광 패널 직류 생성
	수소 연료전지	직류 (DC)	화학반응으로 직류 생성

 

9) 앞서서 직류로는 변압, 좀 더 정확히는 승압이 용이하지 않다보니, 전기를 직류로 만들어진 전기는 교류로 변환해주어야함. 이 역할을 하는 것이 컨버터(Converter) 임. 말 뜻 그대로 무언가를 바꿔주는 역할을 하는 것을 말함. 

 

10) 컨버터는 직류에서 교류 교류에서 직류 같은 직류에서의 변압까지 모든 종류의 변환을 할 수 있는 것을 포괄함.포괄적인 개념임. 

 

AC/DC:

DC/DC

DC/AC

AC/AC

 

11) 주요 발전원에서 특이하게 태양광만 직류로 생산됨. 직류로 생산된 태양광은 교류로 변환해주어야 함. DC에서 AC로 전류를 변환해주는 역할을 하는 컨버터만을 따로 떼내어서 특별하게 인버터(Inverter)라고 부름.  초기에는 교류에서 직류로 변환하는 정류기(Rectifier)가 먼저 발명되었기 때문에 인버터(Inverter)라는 말이 붙음. 

 

태양광용 인버터

 

컨버터와 인버터의 비교 

특징	컨버터	인버터
역할	AC <> DC, DC <> DC, AC <> AC 변환 가능	DC -> AC 변환
변환 방향	교류와 직류 간 양방향 또는 동일 유형 내 변환	직류에서 교류로 변환
사용 목적	다양한 전기 변환 작업	주로 전력 공급용, 재생 가능 에너지 통합용
구체적 장치	정류기, 사이클로컨버터, DC-DC 컨버터 등 포함	인버터 자체가 독립적인 장치

 

12) 인버터 및 컨터버와 관련된 상장사들은 아래와 같음. 산업부문이 가정용이냐 산업용이냐로도 나뉨. 인버터는 일반 태양광과 비교해서 상대적으로 높은 진입장벽을 가지고 있는 것으로 알려짐. 

 

인버터	Enphase Energy, Solar Edge Technolgies, SMA Solar Technology, Sungrow Power Supply, Solar X Power Network Technology
컨버터	슈나이더 일렉트리, 지멘스, 미쓰비스 중공업, GE, ABB

 

13) 다음 글에서는 쇼티지가 발생했던 변압기 부분에 대해서 다뤄보도록 하겠음