개념 한 쪽
태양광은 자연에너지를 전기로 바꾸는 신재생 발전의 한 갈래다. 같은 신재생·발전 단원에서는 연료 열량으로 효율을 계산하고, 수차의 출력 관계를 따지며, 저수지 용량을 정하는 문제가 함께 나온다. 환산 상수와 공식의 분자·분모를 정확히 세우는 것이 관건이다.
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출제기준 단원 「태양광」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 연료 발열량으로 열효율 계산 | 1 | 발전량과 연료 열량의 비로 효율 구하기 |
| 랭킨사이클 엔탈피 효율 | 1 | 터빈 일과 공급열의 엔탈피 차로 효율 구하기 |
| 수차 특유속도 특성 판단 | 1 | 특유속도가 클 때 회전·상대속도 변화 가리기 |
태양광은 자연에너지를 연료 없이 전기로 바꾸는 신시스템 발전 방식에 속한다. 신재생에너지 문제에서는 자원 조건이 입지를 좌우한다는 원리가 반복해 등장한다. 풍력은 풍향·풍속이 입지의 핵심이고, 태양광은 일조량이 그 역할을 한다. 따라서 자원 조건과 무관하게 설치할 수 있다는 식의 절대 표현은 틀린 서술이 된다.
화력발전소의 열효율은 얻어낸 열량을 넣어 준 열량으로 나눈 비율이다. 전기 쪽은 발전량에 860을 곱해 kcal로 갈아입고, 연료 쪽은 연료량을 kg으로 바꾼 뒤 발열량을 곱한다. 이 두 값을 비율로 세우면 효율이 나온다. 860 환산이나 ton을 kg으로 바꾸는 것을 빠뜨리면 답이 크게 어긋난다.
수차발전기의 출력은 수량과 수두의 곱에 비례한다. 출력 공식에 회전수는 들어가지 않으므로, 회전수를 끼워 넣은 선지는 걸러진다. 회전수는 출력이 아니라 수차를 선정할 때 쓰는 비교회전도를 구할 때 쓰는 값이다.
저수지 용량은 유량을 시간순으로 누적한 적수유량곡선으로 결정한다. 누적 곡선의 최대와 최소의 차가 필요한 저수용량이 된다. 유량도는 날짜별 유량 변화를 그대로 나타낸 것이라 용량 산정과 거리가 있다.
랭킨사이클의 열효율은 터빈에서 얻는 일을 보일러가 공급한 열로 나눈 비율이다. 터빈 일은 과열증기 엔탈피에서 배기 엔탈피를 빼고, 공급열은 과열증기 엔탈피에서 급수 엔탈피를 뺀다. 두 엔탈피 차를 정확히 세우면 숫자만 바꿔도 즉시 풀린다.
열효율 계산에서는 발전량에 860을 곱하는 것을 잊지 않는다. 발전량 24000kWh는 24000 × 860 = 20,640,000kcal가 된다. 연료 쪽은 10ton을 10000kg으로 바꿔 5500을 곱하면 55,000,000kcal다. 효율은 20,640,000 ÷ 55,000,000 × 100으로 약 37.5%가 된다.
수차 출력은 수량과 수두의 곱에 비례하므로 회전수가 들어간 선지를 먼저 지운다. 랭킨사이클은 터빈 일을 과열증기와 배기의 차로, 공급열을 과열증기와 급수의 차로 세운다. 엔탈피를 반대로 빼거나 조합을 바꾼 값이 함정으로 나온다.
발열량 5500kcal/kg의 석탄 10ton을 연소하여 24000kWh의 전력을 발생하는 화력발전소의 열효율은 약 몇 % 인가?
정답 ④ · 열효율은 발생 전력에너지를 투입 연료의 열량으로 나눈 백분율입니다. 투입 열량은 발열량(5500kcal/kg) × 연료량(10ton=10000kg)이며, 1kWh는 860kcal에 해당합니다.
열효율 = 발전량×860 ÷ (발열량×연료량), 24000×860/5500만 ≈ 37.5%.
급수의 엔탈피 130kcal/㎏, 보일러 출구 과열증기 엔탈피 830kcal/㎏, 터빈 배기 엔탈피 550kcal/㎏인 랭킨사이클 의 열사이클 효율은?
정답 ② · 랭킨사이클의 열효율은 터빈에서 발생하는 일과 보일러에서 공급받은 열량의 비로 계산됩니다. 터빈에서 발생하는 일은 (830 - 550) = 280[kcal/kg]이며, 보일러에서 가하는 열량은 (830 - 130) = 700[kcal/kg]입니다.
랭킨사이클 열효율은 터빈 일÷보일러 공급열 = (830-550)/(830-130) = 0.4이다.
수차의 특유속도에 대한 설명으로 옳은 것은?
정답 ④ · 수차의 특유속도(비속도)는 수차의 형상과 유속, 회전 속도 등과 관련된 고유 값입니다. 특유속도가 높다는 것은 같은 낙하와 출력 조건에서 수차의 회전 속도가 빠르다는 것을 의미하며, 이는 곧 수차 러너와 유수 간의 상대 속도가 빠르다는 것을 뜻합니다.
특유속도가 높으면 같은 낙차·출력에서 회전이 빨라 러너와 유수의 상대속도도 빠르다.
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