문과생을 위한 전력 시스템 이야기

김석환 지음

주식회사 평산리서치 2023년 06월 05일 출간

작품소개

책소개

우리가 살고 있는 세상은 전기에 의존하여 돌아간다고 해도 틀린 말이 아닐 것이다. 그런데 우리는 전기에 대해 너무 모르고 있다. 물론 기술적인, 공학적인 것을 알 필요는 없다. 하지만 우리는 생활에 필요한 전기에 대한 기본적인 지식을 가지고 있는 걸까? 알아두면 도움 될 전기에 대한 지식이 뭔지는 아는가?
물과 비교하여 우리가 전기를 얼마나 알고 있는지 생각해 보자. 우리는 수도 시스템을 통해 생존에 필수적인 물을 공급받지만 수돗물 공급 시스템이 어떻게 동작하는지 모른다. 물이 어떤 식으로 채취되고 소독되고 어떤 처리를 거치는지 모른다. 사실 알 필요가 없는데, 이것은 전기도 마찬가지라 할 수 있다. 발전기의 원리, 전기가 가정까지 오는 과정 등을 몰라도 아무 문제가 없다.
그런데 조금 더 생각해 보자. 만일 수도 공급이 잘 안되기 시작한다면, 아니면 수도 요금이 자꾸 오른다면 우리는 여러 가지 방안을 생각할 것이다. 그냥 절약하며 쓸까? 지하수를 팔까? 빗물을 모을까? 물을 길러 와야 되나? 수질이 안 좋을 것 같은데 수질 검사를 누구에게 의뢰해야 될까? 수질 검사를 하면 물 속에 바이러스가 있는지도 알 수 있나? 마실 물을 사야 되나?
이번에는 전기가 잘 공급이 안 되는 경우, 또는 전기 요금이 자꾸 오르는 경우를 생각해 보자. 전기 요금이 오를 때 인상 반대 운동을 하는 것 이외에 생각나는 방법이 있는가? 물의 경우도 스스로 할 수 있는 일이 많지는 않지만, 적어도 수질이 문제가 된다는 것, 수질 검사는 전문가에게 의뢰해야 한다는 것은 안다. 전기는? 아무 것도 아는 것도 없고, 전문가에게 무엇을 물어야 하는지도 캄캄하다.
이 책은 이런 것을 조금이라도 해소하려는 목적의 책이다.

목차

1. 시작하며
2. 전기가 부족해지고 있다.
3. 자동차와 비슷하지만 다르다.
4. 전력 시스템이 만들어진 과정
5. 전력 소비와 발전량 제어
6. 태양은 낮에 빛난다.
7. 무효 전력
8. 3 상 교류
9. 현재 상황을 정리하면
10. 앞으로는?
부록
부록 1. 교류의 전압 표현
부록 2. 110, 220, 3300
부록 3. 스마트 그리드
부록 4. 제주도의 전력
작가소개

책 속으로

문명은 동력과 통신이라는 두 가지 축을 중심으로 발전해 왔다. 아주 옛날에는 인력이나 가축의 힘을 동력으로 사용했고, 의사소통은 직접 가거나 편지, 봉화 등의 방법으로 했다. 그 이후 동력은 나무, 석탄, 석유 등으로 바뀌어 갔고, 통신은 전신, 전보, 전화 등으로 바뀌어 갔다. 이런 과정을 거쳐서 지금은 동력도 통신도 모두 전기를 사용하는 방식으로 발전했다.
“1. 시작하며” 중에서

대정전이 일어난 경우를 생각해 보자. 우리나라는 정전이 잘 일어나지 않지만 세계 곳곳에서 정전은 계속 발생하고 있고, 뉴스에 나올 정도의 큰 정전이 발생하기도 한다. 예를 들어 전국의 반이 꺼지는 대정전이 일어났다고 해 보자. 전국의 반이 꺼진 이유는 전국의 발전량이 반으로 줄었기 때문일까? 답은 그렇지 않다는 것이다. 전력이 2 %만 부족해도, 전국에 대정전이 일어날 수 있다.
“2. 전기가 부족해지고 있다” 중에서

속도가 느려지려고 하므로 발전기는 출력을 높여야 한다. 발전기 출력을 제어하는 장치가 출력을 높이는 방향으로 동작할 것이다. 수력 발전이라면 수문을 더 열 것이고, 화력 발전이라면 연료 투입량을 늘릴 것이다. 조금 후에는 인근의 발전기도 출력을 늘릴 것이다. 하지만 앞에서 설명한 것과 같이 출력을 늘리는 것은 시간이 걸린다.
시간이 지나고 가장 가까운 발전기의 출력이 다 늘어났을 때, 인근의 발전기는 아직 출력을 늘리는 중이다. 그러면 이제 출력을 줄여야 한다. 이런 상태가 반복되면 전국의 발전기가 계속해서 오락가락하게 되는데, 제어할 수 있는 범위를 벗어나면 큰 사고가 되는 것이다. 이것이 전형적인 대정전의 과정이다.
“3. 자동차와 비슷하지만 다르다” 중에서

전기를 저장할 수 있으면 전력 사용량이 적을 때 저장을 해 놓았다가 전력 사용량이 많을 때 저장된 전력을 사용할 수 있다. 그런데 저장이 안 되기 때문에 항상 쓰는 만큼 발전을 해야 하고, 따라서 발전 장치의 용량은 최대 전력 사용량보다 커야 한다. 문제없이 전력을 공급하려면 발전 용량이 어떤 상황에도 대처할 수 있을 정도로 커야 한다는 말인데, 용량을 충분히 키워놓으면 사용량이 적을 때는 발전기들이 놀고 있게 된다.
“5. 전력 소비와 발전량 제어” 중에서

앞에서 전력 시스템을 제어하기 어려운 이유는 “전기는 저장을 할 수 없기 때문에 사용량에 맞게 시시각각 제어해야 하기 때문”이라는 설명을 했다. 어렵기는 하지만 우리는 제어에 시간이 걸리는 느린 발전 수단(수력, 화력, 원자력 등)들을 사용하여 발전량을 제어해 왔다.
이제 전력 시스템에 태양광 발전의 영향이 나날이 커지고 있다. 전력의 사용량뿐만이 아니라 발전량도 우리의 의사와 상관없이 변하게 되어 간다는 것이다. 게다가 밤에 전기가 남는다고 단언하기도 어려운 상황이 되었다.
“6. 태양은 낮에 빛난다” 중에서

전기의 사용량은 점점 늘어나고 있지만, 발전소를 지을 만한 땅도 별로 없고, 연료의 가격도 올라가고 있다. 한전이 중심이 되어 국가적으로 전력 위기를 헤쳐 나가야 한다는 것을 반대하는 사람은 없을 것이다. 하지만 이것만으로 충분한 걸까? 개인적으로 아니면 어떤 집단의 노력으로 스스로 할 수 있는 일은 없는 것일까?
“10. 앞으로는?” 중에서

출판사 서평

전기는 산업혁명 이후 우리 생활을 유지하기 위한 혈액과도 같은 역할을 해 왔다. 전기가 사용되지 않는 곳이 없으며, 대규모의 정전사태가 생기면 아무런 생활을 못하게 되는 상황이 된다. 그만큼 현대에서 전기의 역할은 크다. 더울 때에도 전기를 통하여 냉방을 하고, 추울 때에도 난방을 한다. 요즘은 전기차의 등장으로 자동차마저도 전기로 동작한다. 하지만, 전기에 대해서 아는 사람은 잘 없다. 너무나 익숙하지만 너무나 생소한 이야기가 전기 이야기다. 특히, 전력 시스템은 전기 기술 중에서도 단 한번도 생각해본 적이 없을 정도로 생소한 이야기다. 본 책은 이러한 가깝지만 먼 기술을 조금이라도 더 쉽게 이해할 수 있도록 정리했다. 작가는 40년 가까운 시간을 전기 기술과 함께 지내면서, 사람들이 이해하기 쉬운 전기이야기를 하기 위해 고민했다. 그 고민이 담긴 책이다.

작가정보

저자(글) 김석환

김석환

현재 한국전기연구원의 책임연구원으로 근무 중이다. 서울대학교 전기공학과에서 학사, 석사, 박사학위를 받았고, 그 이후 일본의 고에너지물리학연구소에서 3년, 유럽의 CERN에서 3년, 미국의 Fermi 연구소에서 2년간 연구원으로 근무했다. 2001년 귀국하여 현재까지 한국전기연구원(창원 소재)에서 일하고 있다. 대학원 재학시절부터 어려운 공학적 지식을 쉽게 풀어쓰는 것에 관심을 가져 컴퓨터, 전기, 음악(기타) 등을 해설한 저서를 다수 출판했다. 대표작으로는 대영사에서 출판한 “열정과 야망의 전기 이야기”를 들 수 있다. 그 이외의 활동으로는 대학, 기업, 학술회의, 과학기술 위원회 등에서의 강의, 신문 잡지 기고 등이 있다. 대표적인 기고로는 경남도민일보에 약 8년 간 연재한 과학 칼럼을 들 수 있다.