[에너지경제상식 시리즈](3) 생활에너지 어떻게 만들어지나
[에너지경제상식 시리즈](3) 생활에너지 어떻게 만들어지나
  • 온라인뉴스팀
  • 승인 2016.08.29 10:19
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석유·LNG, 각각 증류·액화 과정 필요…전기는 송배전 거쳐 공급

[한국에너지신문] 자동차의 연료로 사용되는 휘발유, 디젤, 음식을 만들거나 난방에 사용하는 도시가스와 LPG(자동차 연료로도 사용됨), 다양한 가전기기와 조명에 사용되는 전기. 이처럼 실생활에 사용되는 에너지의 종류는 다양하다. 그러면 이러한 생활 에너지는 어떠한 과정을 거쳐 만들어지는지 알아보기로 하자.  

액체상태 원유, 증류거쳐 다양한 제품 생산

>>석유제품  석유는 매장된 위치가 지면에서 깊을수록 내부 압력이 높고 가스물질의 함량이 높은 것이 일반적이다. 자연적으로 발견되는 석유는 거의 액체 상태로 존재한다. 석유의 비중이 물의 비중보다 낮기 때문에 석유는 다공질의 암석의 상단에 존재하게 되고 물은 그 밑에 존재한다. 천연가스는 석유와 공존하기 때문에 간혹 이 두 물질을 합하여 석유라고 부르기도 한다.

가공되지 않은 석유를 원유라고 한다. 원유는 여러 종류의 탄화수소를 주성분으로 하고 미량성분으로서 황, 질소, 금속 등을 함유하고 있다. 이외에도 불순물로 수분과 가스분을 함께 지닌다. 이에 따라 수출 또는 정유공장으로의 이송에 앞서 보통 간단한 처리를 거쳐 수분, 가스분을 제거하게 된다. 이 단계까지는 보통 원유라고 부른다. 

석유는 에너지원으로 뿐만 아니라 정제과정을 통해 다양한 산업 원료로 사용되며 우리 실생활과 밀접한 다양한 제품으로 다시 태어나 널리 사용되고 있다. 석유정제는 정유(精油)라고도 하며, 증류, 탈황, 분해, 개질 등의 과정이 있다. 

증류는 석유의 주성분인 탄화수소의 혼합물을 비등점의 차이에 따라 분류하는 과정을 말한다. 좀 더 쉽게 설명하면 석유를 가열하고 끓는점이 낮은 것부터 차례로 증발시키고, 기화된 성분들을 각 단계별로 다시 식혀 추출해 내는 과정이다.

탈황, 분해, 개질은 분류된 유분으로부터 불순물을 제거하고 촉매를 첨가하여 탄화수소에 반응을 일으키게 함으로써 석유제품이나 반제품을 만드는 것이다. 

원유는 이 같이 여러 정제공정을 거쳐 각각 이용목적에 따라 여러 가지 제품을 만들어내는데, 이를 석유제품(Petroleum Products)이라 한다.

석유는 액체 그 자체가 직접 불타는 것이 아니라, 석유에서 증발된 기체에 함유된 탄화수소가 공기 속의 산소와 혼합되어 연소하는 것이다. 이 혼합비율이 일정한 범위가 되었을 때 일정 온도를 가하면 불이 붙게 되는데 이때의 온도를 인화점 내지 발화점이라고 한다. 석유의 인화점은 다른 물질이 타기 시작하는 온도에 비해서 낮기 때문에 쉽게 불붙는 성질을 가지고 있으므로 취급에 주의해야 한다.

채굴 후 저온액화 LNG로 전환…선박 운송

>>액화천연가스(LNG)  액체인 석유와 달리 기체인 천연가스는 운반이나 보관이 상대적으로 어렵다. 이에 따라 땅속에서 채굴한 천연가스는 저장이나 운송이 용이하게 저온으로 액화하는 것이 일반적이다.

최근엔 파이프라인을 통해 공급하는 방식이 확대되고 있으나 우리나라나 일본과 같이 채굴지에서 먼 곳으로 운송하기 위해서는 생산지에서 액화공정을 통해 천연가스를 액화상태인 LNG로 전환하며 이를 선박 등을 통해 사용처로 공급한다. 

천연가스의 액화공정은 액화플랜트에서 기체인 천연가스의 온도를 낮추어 액화시키는 과정을 말한다. 천연가스가 액화되기 위해서는 상압에서 -160℃이상으로 온도를 낮추어야 한다.

액화된 천연가스는 기체상태일 때와 비교해 1/600의 부피로 줄어든다. 가정용 냉장고와 같은 원리로 히터펌프에 의해 1차로 -30℃까지 천연가스의 온도를 낮추고, 2차로 -160℃까지 냉각시키는 두 단계로 액화작업이 이루어진다.

특히 이 과정에는 많은 양의 물과 에너지가 소요된다. 때문에 투입되는 가스의 12% 정도가 액화공정에서 소비된다. 

생산된 LNG는 단열된 저장탱크에 저장되었다가 수송선이 도착하면 선적 과정을 거쳐 공급처로 이송된다. 보통 수송선의 저장탱크 규모는 이송에 따른 경제성을 고려해 6만~10만㎥(2만 5000~4만 5000 LNG톤) 정도의 규모가 일반적이다. 

LNG 수송선은 기화를 방지하기 위해 단열된 특수 저장탱크를 갖고 있다. LNG 수송선은 이러한 저장탱크의 구조에 따라 맴브레인형과 둥근 돔 형태의 모스형으로 나뉘어지며 적재량은 약 13만㎥ 정도이다.

수송선을 통한 이송과정에서 LNG의 일부가 기화되는데 이를 BOG(Boil off gas)라 부른다. 수송과정에서 발생하는 BOG의 양은 전체 수송량의 0.10~0.25% 정도가 매일 기화된다. 일반적으로 기화된 LNG는 선박 운행을 위한 연료로 활용된다.

LNG의 인수공정은 생산지에서의 액화공정에 비해 복잡하지 않고 자체적인 에너지 소비도 적다. 일반적으로 인수기지 내에는 저장탱크가 갖추어져서 소비가 몰리는 피크시점이나 계절간 부하에 대응한다. 

인수기지는 하역과 LNG 기화가 용이한 해안가에 위치한다. 이는 방대한 양의 해수를 이용해 열 교환기를 통해 액화된 천연가스를 기화하기 위한 것이다. 기화과정에서 방출되는 냉열은 공기분리, 화학공정 등에서 활용된다. 

대규모 생산시설서 열 생산…지하 매설통해 공급

>>지역난방  지역난방이란 일정 지역에 있는 아파트나 빌딩, 상가 등 업무·상업용 건물에 개별 열 생산 시설(유류, 가스보일러 등)을 갖추는 대신 열병합발전소나 열전용 보일러, 쓰레기 소각로 등 집중된 대규모 열 생산 시설을 통해 생산된 열(온수)을 지하 매설을 통해 일괄적으로 공급하는 난방 방식을 말한다. 

열 생산시설에서 생산된 열이나 온수는 아파트나 빌딩의 기계실로 공급돼 열 교환과정을 거쳐 건물로 공급된다. 이렇게 만들어진 온수는 난방용 또는 급탕용으로 각 가정에 공급된다. 지역난방은 기존의 난방방식과 비교해 에너지 절약과 대기오염물질을 감소시키는 효과가 우수한 난방시스템으로 각광받고 있다. 

연료에 따른 다양한 발전시설서 생산

>>전기  우리가 일반가정이나 영업소, 산업체에서 사용하는 전기는 여러 가지 발전을 통해 생산된 전기를 송배전과정을 거쳐 비로소 공급된다. 발전소에 사용하는 연료에 따라 화력발전, 수력발전, 원자력발전, 신재생에너지발전 등으로 나뉜다.

이중 화력발전은 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석연료를 태워서 발생한 열에너지로 보일러, 터빈, 발전기 등을 작동시켜 전기를 만드는 발전방식을 말한다. 물을 끓여 나오는 수증기로 바람개비를 돌려 바람개비에 붙어있던 자석이 코일 안을 돌면서 전기를 일으키는 원리다. 
화력발전은 배기가스로 인한 공해가 심각하다는 문제가 있지만 건설비가 싸고, 발

전소를 건설하는 기간이 짧다는 장점을 가지고 있다. 
위치 선정시에도 큰 제약이 없어 도시 근교에 건설함으로써 송전과정에서 발생하는 전력의 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 

수력발전은 높은 곳에 있는 물을 아래로 떨어지게 해 이때 발생하는 힘을 이용해 수차를 회전시켜 발전하는 방식을 말한다. 수차에 연결되어 있는 발전기에 의해 전기를 만드는 발전방식이다.

원자력 발전은 우라늄 원자핵이 작게 쪼개지면서 발생하는 높은 열을 이용하는 발전방식이다. 화력발전과 마찬가지로 물을 끓여 증기를 만들고, 그 증기를 이용해 발전기를 돌려서 전기를 생산한다. 

신재생에너지발전은 전기 생산에 필요한 에너지원에 따라 풍력발전, 태양광발전, 조력발전, 지열발전 등 다양하지만 현재 가장 많이 이용되는 것은 풍력과 태양광이다.



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