“와, 여기가 올림포스 신전이군요…!” 꿀록 탐정과 개코 조수가 올림포스산 정상에 도착했어요. 개코 조수는 연신 두리번거리며 올림포스를 구경하느라 여념이 없었습니다.
○ 동화마을에 무슨 일이? 신전에도 전기가 필요해!
신전의 왕좌에는 이들을 초대한 제우스가 앉아 있었어요.
“그대가 동화마을에서 온 꿀록 탐정인가?”
제우스가 꿀록 탐정을 발견하고 인사를 건넸죠.
“그렇습니다. 초대해 주셔서 감사합니다.”
꿀록 탐정이 고개를 숙이며 인사했습니다.
“그대들을 초청한 이유를 다시 한번 말해 주겠네. 저기 옆에 생긴 시설이 무엇인지 알겠나?”
제우스는 신전 옆에 세워진 시설을 가리키며 말했어요.
“올림포스에 새로 생겼다는 발전소군요.”
“그렇다네. 올림포스에서도 점점 전기를 쓸 일이 많아지더군. 내 번개로는 감당이 안 돼 아예 발전소를 만들었지. 그런데 여기서 끝이 아니었소. 만들어진 전기를 다른 신들에게 보내야 하는데, 방법을 모르겠네. 그대의 마을에는 전력 수송 시설이 잘 갖춰져 있다더군. 그래서 도움을 받기 위해 불렀소.” 제우스가 고심하는 표정으로 말했습니다.
“걱정하지 마세요. 그래서 모셔 왔습니다. 전력 수송 전문가 니콜라 테슬라 님입니다.”
꿀록 탐정과 개코 조수 옆에서 조용히 서 있던 남자가 모습을 드러냈어요.
매력적인 콧수염을 어루만진 그는 지도를 펼치며 제우스에게 말했어요.
“몇 가지 시설이 더 필요합니다. 제가 설명해 드리지요.
○ 통합과학 개념 이해하기 전기가 집까지 오려면?
발전소에서는 화석연료, 햇빛, 바람, 물, 원자력 등 다 양한 에너지원을 활용해 전기를 만들어요. 그런데 대 부분 발전소는 도시와 멀리 떨어져 있어요. 그래서 발 전소에서 생산된 전기를 사람들이 있는 곳까지 보내는 과정이 필요합니다. 이를 송전이라고 해요.
전기는 전선을 타고 이동합니다. 이런 전기의 흐름을 전류라고 해요. 그런데 전선에는 전류를 방해하는 저항이 있어요. 그래서 전기 속 전자들은 움직일 때 전선 속의 금속 원자와 부딪히면서 열이 발생하죠. 휴대폰을 충전할 때 충전기의 전선이 따끈따끈해지는 걸 느껴본 적 있을 거예요. 전기에너지가 열에너지로 바뀌면서 에너지 손실이 일어나는 거랍니다.
전기를 보낼 때 발생하는 에너지 손실을 줄이려면 어떻게 해야 할까요? 먼저 구리나 알루미늄처럼 저항이 작아 전류를 잘 전달하는 물질로 전선을 만듭니다. 그리고 전기를 보내는 곳과 받는 곳의 전기에너지 차이인 전압을 높여 전류의 세기를 낮춰요. 전기를 보낼 때 전압이 낮으면 전류가 커지고, 전류가 클수록 전선래서 송전 과정에서는 전압을 높이거나 낮추는 곳인 변전소가 꼭 필요합니다.
발전소에서 생산된 전기는 먼저 송전용 변전소로 이동해요. 이곳에서는 전달받은 전기의 전압을 높이는데, 우리나라는 154kV(킬로볼트), 345kV, 765kV의 세 가지 전압을 사용합니다. 높은 전압으로 바뀐 전기는 거대한 크기의 송전탑과 송전선을 통해 전국 각지로 이동해요. 그리고 도시 근처에 있는 변전소까지 도착하면, 이곳에서 전압을 점점 낮춥니다. 마지막으로 전봇대에 있는 주상변압기나 땅속에 매설된 변압기에서 전압을 우리가 평소 사용하는 220V(볼트)로 낮춰 각 가정과 회사, 공장 등에 공급해요. 이를 배전이라고 합니다. 배전을 통해 비로소 우리가 전기를 안전하게 사용할 수 있는 거죠.
이렇게 발전소에서부터 최종 목적지까지 전기를 공 급하기 위해 연결된 모든 시스템을 통틀어 전력망이 라고 해요. 전력망은 전기를 효율적이고 안정적으로 수송하는 데 꼭 필요합니다. 만약 전기가 제대로 전달되지 않으면 해당 지역에 정전이 일어날 수도 있거든 요. 최근에는 전기량을 예측하고 효율적으로 수송, 공급할 수 있도록 전력망에 IT 기술을 활용하고 있답니다.
○통합과학 넓히기 초고압직류송전 기술의 등장
우리가 쓰는 전기에는 두 가지 종류가 있습니다. 하나는 전류의 세기와 방향이 일정한 직류 전기, 다른 하 나는 시간에 따라 전류의 세기와 방향이 주기적으로 바뀌는 교류 전기입니다. 발전소로부터 우리에게 전달되는 전기는 교류 전기예요.
1880년대 후반, 미국의 발명가 토머스 에디슨과 전기공학자 니콜라 테슬라는 전기를 공급할 때 직류와 교류 중 어떤 방식이 더 나을지 의논했어요. 에디슨은 직류를, 테슬라는 교류를 표준 시스템으로 정해야 한다고 주장했죠. 그런데 발전소의 터빈에서 생산되는 전기가 교류인 데다, 발전소에서부터 멀리 떨어진 곳 까지 전기를 보내는 데에도 전압을 바꾸기 쉬운 교류가 더 유리했어요. 결국 두 사람의 전류 전쟁은 테슬라의 승리로 끝났고, 전 세계 전력망은 교류로 만들어 졌습니다.
교류 전기는 송전 과정에서 손실이 크다는 단점이 있습니다. 또 전력망이 복잡해 전선 한 개가 끊어지면 다른 전선들까지 고장이 나면서 대형 정전 사고로 이어질 수 있는 위험이 있죠. 그래서 최근에는 직류 송전 기술이 다시 주목받고 있어요. 초고압직류송전(HVDC) 방식은 발전소에서 생산 된 교류 전기를 높은 압력의 직류로 바꿔줍니다. 교류와 직류를 바꿔주는 전력용 반도체 기술이 발전하면서 직류 송전이 가능해진 덕분에 활용할 수 있는 방식이죠. 게다가 태양광 발전에서는 바로 직류 전기를 만들기 때문에 초고압직류송전 방식을 이용하면 전기를 따로 변환할 필요가 없어요.
이러한 이유로 전 세계 많은 나라에서 초고압직류 송전 설비를 갖추고 있습니다. 우리나라에서는 제주도에 공급하는 전기의 일부를 초고압직류송전으로 보내고 있어요. 앞으로 초고압직류송전 설비는 더 늘어날 전망이에요. 정부는 오는 2026년까지 동해안의 발전소에서 생산되는 전기를 초고압직류송전 방식으로 서울과 경기 등 수도권에 공급하고, 2036년까지는 같은 방식으로 서해안 해저 전력고속도로를 건설할 계획입니다.
에필로그
송전탑과 송전선 건설부터 해야겠 군. 나를 도와준 보답으로 소원을 하나 들어주겠네.” 테슬라의 설명을 들은 제우스가 만족스러워하며 말했어요. “아, 그렇다면 번개로 저를 공격해 주시겠습니까?” 테슬라가 장난 어린 표정으로 물었습니다. “제가 요즘 새로운 피뢰침 기술을 개발 중이라서 요. 제우스 님의 번개로 테스트를 해보고 싶습니다.” 테슬라의 대답에 꿀록 탐정이 그제야 생각났다는 듯 고개를 저었어요. “아, 이분 못 말리는 괴짜 과학자였지!
