전화

Electrification

전기화는 전기로 전력을 공급하는 과정이며, 많은 경우 이전 전원에서 전원을 전환하여 전력을 도입하는 과정입니다.

기술, 경제사, 경제개발역사에서와 같은 이 용어의 넓은 의미는 보통 지역이나 국가 경제에 적용된다.대체로, 전기화는 1880년대 중반부터 1950년경까지 영국, 미국 및 기타 선진국에서 발생한 발전 배전 시스템의 구축으로, 일부 개발도상국의 농촌 지역에서 여전히 진행 중이다.여기에는 증기 엔진과 수력사용하는 라인 샤프트 및 벨트 구동에서 전기 [1][2]모터로 제조의 전환이 포함되었습니다.

경제의 특정 부문의 전화화는 공장 전화, 가정 전화, 농촌 전화 또는 철도 전화와 같은 용어로 불린다.또한 석탄 또는 코크스 가열에서 제련, 용해, 분리 또는 정제와 같은 산업 공정이나 화학 공정을 전기 아크로, 전기 유도 또는 저항 가열, 전기 분해 또는 전해 분리 등과 같은 특정 유형의 전기 공정으로 변경하는 경우에도 적용할 수 있습니다.

전기화는 미국 [3]국립공학아카데미로부터 "20세기 최대의 공학적 업적"으로 불리며 부유한 나라와 가난한 [4][5]나라 모두에서 계속되고 있다.

전기화의 역사

최초의 상업적인 전기 사용은 전기 도금과 전신이었다.

마그네토, 다이너모 및 발전기 개발

패러데이 디스크, 최초의 발전기.말발굽 모양의 자석(A)은 디스크(D)를 통해 자기장을 생성했다.원반을 돌렸을 때, 이것은 중심에서 테두리를 향해 방사상으로 바깥쪽으로 전류를 유도했다.전류는 슬라이딩 스프링 접점 m을 통해 외부 회로를 통해 흘러나와 액슬을 통해 디스크 중앙으로 되돌아갑니다.

1831–1832년에 마이클 패러데이는 전자기 발생기의 작동 원리를 발견했습니다.나중에 패러데이의 법칙이라고 불리는 원리는 기전력이 예를 들어 자기장을 통과하는 와이어와 같은 다양한 자속을 받는 전기 도체에서 발생한다는 것입니다.그는 또한 말굽 자석의 극 사이에서 회전하는 구리 원반을 사용하여 패러데이 원반이라고 불리는 최초의 전자파 발생기를 만들었다.소량의 DC전압을 발생시켰습니다.

1832년경, Hippolyte Pixii는 철사로 감긴 말굽을 사용하여 마그네토를 개선하였고, 도체의 여분의 코일은 더 많은 전류를 발생시켰지만, 그것은 AC였다.앙드레 마리 암페르는 흔들림 스위치를 사용하여 Pixi의 마그네토에서 DC로 전류를 변환하는 방법을 제안했습니다.나중에 분할된 정류자를 사용하여 [6]직류를 생성했다.

William Fothergill CookeCharles Whitstone은 1838년에서 40년 사이에 전보를 개발했다.1840년 휘트스톤은 전신에 전력을 공급하기 위해 개발한 마그네토를 사용하고 있었다.휘트스톤과 쿡은 1845년에 [7]특허를 받은 영구 자석 대신 배터리로 작동하는 전자석을 사용함으로써 전기 발전의 중요한 향상을 이루었다.자기 들뜬 자기장 발전기는 전자석에 전력을 공급하기 위해 배터리를 없앴다.이런 종류의 발전기는 1866년에 몇몇 사람들에 의해 만들어졌다.

최초의 실용적인 발전기인 Gramme 기계는 Z에 의해 만들어졌다.T. Gramme, 그는 1870년대에 이 기계들 중 많은 것을 팔았다.영국의 엔지니어 R. E. B. 크롬튼은 더 나은 공기 냉각을 가능하게 하기 위해 발전기를 개선했고 다른 기계적인 개선도 했다.부하에 따라 보다 안정적인 전압을 제공하는 복합 권선은 [8]발전기의 작동 특성을 개선했습니다.

19세기에 발전 기술의 발전은 그 효율성과 신뢰성을 크게 증가시켰다.최초의 마그네토들은 기계 에너지의 몇 퍼센트를 전기로 변환했을 뿐이다.19세기 말까지 가장 높은 효율은 90%가 넘었습니다.

전등

아아크 조명

야블로치코프가 1878년 파리 박람회에서 로페라 가를 따라 화려한 아크 불빛을 보여준 것은 가스 산업 재고를 급매도하게 만들었다.

험프리 데이비 경은 1802년 전기가 탄소 전극으로 가벼운 아크를 만들 수 있다는 것을 발견하고 탄소 아크 램프를 발명했다.그러나 실용적인 발전 수단이 개발되기 전까지는 그다지 많이 사용되지 않았다.

카본 아아크 램프는 두 개의 카본 전극 사이에 접촉한 후 좁은 틈새 내에서 분리됨으로써 시작되었습니다.탄소가 연소했기 때문에 틈새를 끊임없이 재조정해야 했다.아크를 조절하기 위한 몇 가지 메커니즘이 개발되었습니다.일반적인 접근 방식은 탄소 전극을 중력으로 공급하고 전자석 한 쌍으로 간격을 유지하는 것이었습니다. 전자석 한 쌍은 아크 시작 후 상부 탄소를 수축시키고 두 번째는 중력 [9]공급의 브레이크를 제어하는 방식입니다.

당시 아크 램프는 4000초(캔들라)의 범위에서 매우 강한 빛을 발하고 많은 열을 방출했으며 화재 위험이 있어 모두 가정 [6]조명에는 적합하지 않았습니다.

1850년대에, 이러한 문제들 중 많은 것들이 윌리엄 페트리와 윌리엄 스타이트에 의해 발명된 아크 램프로 해결되었다.이 램프는 자기 전기 발전기를 사용했으며 두 탄소봉 사이의 간격을 제어하는 자기 조절 메커니즘을 가지고 있었다.그들의 빛은 런던의 국립 미술관을 밝히는 데 사용되었고 그 당시에는 대단한 신기함이었다.대형 마그네토에 의해 작동되는 이러한 아크 램프와 이와 유사한 디자인은 1850년대 중반에 영국 등대에 처음 설치되었지만, 전력 제한 때문에 이러한 모델들이 제대로 성공하는 것을 [10]막았다.

최초의 성공적인 아크 램프는 러시아 엔지니어 파벨 야블로치코프에 의해 개발되었으며 그램므 발전기를 사용했다.이 제품의 장점은 이전 제품과 같은 기계식 조절 장치를 사용할 필요가 없다는 데 있습니다.그것은 1878년 파리 박람회에서 처음 전시되었고 할머니에 [11]의해 크게 홍보되었다.아크의 불빛은 1878년 [12]로페라 거리, 프랑세 광장, 그리고 로페라 광장 주변에 반 마일 길이로 설치되었다.

영국의 엔지니어 R. E. B. 크롬튼은 1878년에 야블로치코프 양초보다 훨씬 밝고 안정된 빛을 내는 더 정교한 디자인을 개발했다.1878년, 그는 크롬튼 회사를 설립하고 크롬튼 램프를 제조, 판매, 설치하기 시작했다.그의 관심사는 세계 최초의 전기 엔지니어링 회사 중 하나였다.

백열전구

다양한 형태의 백열전구는 수많은 발명가들이 있었지만, 가장 성공적인 초기 전구는 높은 진공상태에서 밀봉된 탄소 필라멘트를 사용한 전구였다.이것들은 영국에서 1878년 조지프 스완에 의해 발명되었고 미국에서는 1879년 토마스 에디슨에 의해 발명되었다.에디슨의 램프가 스완의 램프보다 더 성공적이었던 이유는 에디슨이 더 얇은 필라멘트를 사용하여 더 높은 저항을 주고 따라서 훨씬 적은 전류를 전도했기 때문이다.에디슨은 1880년에 탄소 필라멘트 전구를 상업적으로 생산하기 시작했다.스완의 빛은 [13]1881년에 상업 생산을 시작했다.

게이츠헤드의 로우펠에 있는 스완의 집은 작동하는 전구를 설치한 세계 최초의 집이었다.뉴캐슬의 Lit & Phil Library는 전등으로 [14][15]밝혀지는 최초의 공공 공간이었고, Savoy Theater는 전기로 [16]완전히 밝혀지는 세계 최초의 공공 건물이었다.

중앙 발전소 및 격리 시스템

심플한 전력망 - 북미

1881년 가을 영국 서리주 고달밍에서 공권력을 제공하는 최초의 중앙 방송국으로 추정된다.이 제도는 가스 회사가 부과하는 요금에 대해 마을이 합의에 이르지 못하자 제안되었고, 마을 의회는 전기를 사용하기로 결정했다.이 시스템은 수력 발전으로 중심가에서는 아크 램프를, 이면가에서는 백열등을 점등시켰다.1882년까지 8~10가구가 연결되었고, 총 57개의 전구가 설치되었다.그 시스템은 상업적인 성공을 거두지 못했고 도시는 [17]가스로 변했다.

최초의 대규모 중앙 유통 공급 공장은 [18]1882년 런던의 Holborn Viadridge에 문을 열었다.오래된 가스 조명을 대체하는 1000개의 백열전구를 갖춘 이 방송국은 총 우체국 사무실과 유명한 시티 템플 교회를 포함한 홀본 서커스를 조명했다.전원 공급은 110V에서 직류였습니다.동선 전원의 정전으로 인해 고객에게는 100V가 되었습니다.

몇 주 안에, 의회 위원회는 개인, 기업 또는 지방 당국이 공공 또는 사적인 목적으로 전기를 공급할 수 있도록 허가한 획기적인 1882년 전기 조명법의 통과를 권고했다.

미국 최초의 대규모 중앙 발전소는 1882년 9월에 가동되기 시작한 뉴욕의 에디슨 펄 스트리트 발전소였다.그 역에는 각각 별도의 증기 엔진으로 구동되는 6개의 200마력의 에디슨 동력기가 있었다.비즈니스 및 상업 지구에 위치하고 있으며 램프 400개를 사용하여 85개 고객에게 110볼트의 직류를 공급했습니다.1884년까지 펄 스트리트는 508명의 고객에게 10,164개의 [19]램프를 공급했다.

1880년대 중반에는 영국의 크롬튼과 스완 전기 조명 회사, 미국의 톰슨 휴스턴 전기 회사웨스팅 하우스, 독일의 지멘스 등 다른 전기 회사들이 중앙 발전소를 설립하고 전기를 분배하고 있었습니다.1890년까지 1000개의 중앙역이 [9]운영되었다.1902년 인구조사에 따르면 중앙역은 3,620개였다.1925년까지 전력의 절반은 중앙 [20]방송국에 의해 공급되었다.

부하율 및 격리된 시스템

전기 그리드 개요 영어

초기 전력회사가 직면한 가장 큰 문제 중 하나는 시간당 가변 수요였다.조명이 사실상 유일한 전기 사용이었을 때, 수요가 [21]최고조에 달했던 낮과 저녁 시간에는 수요가 많았다.그 결과,[22] 1897년에는 3분의 2가 주간 서비스를 제공하지 않는 등 대부분의 초기 전기 회사가 주간 서비스를 제공하지 않았다.

중앙 스테이션의 피크 부하에 대한 평균 부하 비율을 부하 [21]계수라고 합니다.전기회사가 수익성을 높이고 요금을 낮추기 위해서는 부하율을 높일 필요가 있었다.이것이 결국 달성된 방법은 모터 [21]부하를 통해서였다.모터는 낮에 더 많이 사용되며 많은 모터가 연속적으로 작동합니다.(「계속 생산」을 참조).전기 도로 철도는 부하 분산에 이상적이었다.많은 전기 철도가 자체적으로 전력을 생산하고 전력을 판매하며 배전 시스템을 [1]운영했다.

20세기 초까지 하중률은 상향 조정되었습니다. 펄 스트리트에서는 하중률이 1884년 19.3%에서 1908년 29.4%로 증가했습니다.1929년까지 전 세계의 부하 계수는 주로 모터 [23]부하에 의해 50% 이상 증가했습니다.

중앙역으로부터의 전력 분배가 보급되기 전에는 많은 공장, 대형 호텔, 아파트 및 사무실 건물에서 자체 발전소가 있었습니다.배기 증기가 건축 및 산업 공정 열({cyln Hunter Bryant 1991 p=)[page needed]에 사용될 수 있기 때문에 종종 경제적으로 매력적이었습니다. 이 열과 전력 조합(CHP)은 오늘날 열병합 발전(cogn Hunter Bryant 1991 p=)으로 알려져 있습니다.대부분의 자가 발전 전력은 전력 가격이 떨어지면서 비경제적이 되었다.20세기 초반에는 고립된 전력 시스템이 [9]중앙역보다 훨씬 많았다.열병합은 펄프와 종이, 화학 및 정제 등 증기와 전력을 모두 많이 사용하는 많은 산업에서 여전히 일반적으로 행해지고 있습니다.민간 발전기의 지속적인 사용을 마이크로제너레이션이라고 한다.

직류 전기 모터

기계를 회전시킬 수 있는 최초의 정류자 DC 전기 모터는 [24]1832년 영국의 과학자 윌리엄 스터전에 의해 발명되었다.이것이 마이클 패러데이에 의해 증명된 모터에 대한 결정적인 발전은 정류자의 통합이었다.이것은 Sturgeon의 모터가 연속적인 회전 [25]운동을 제공할 수 있는 최초의 것이 될 수 있게 했다.

Frank J. Sprague는 1884년 다양한 부하로 일정한 속도를 유지하고 브러시에서 발생하는 스파크를 줄임으로써 DC 모터를 개선했습니다.스프래그는 에디슨사를 [26]통해 그의 모터를 팔았다.DC 모터에서는 속도를 쉽게 바꿀 수 있기 때문에, 전기 거리 철도, 공작 기계 및 속도 제어가 [9]필요한 특정 산업 애플리케이션에 적합했습니다.

교류

첫 번째 발전소는 직류를 공급했지만, 곧 교류 분배가 가장 선호되는 옵션이 되었습니다.AC의 주요 장점은 AC를 고전압으로 변환하여 전송 손실을 줄일 수 있고 AC 모터가 일정한 속도로 쉽게 작동할 수 있다는 것입니다.

교류 기술은 변화하는 자기장[27]회로전류를 유도할 수 있다는 마이클 패러데이의 1830-31년 발견에 뿌리를 두고 있다.

교류 모터의 3상 회전 자기장.3개의 극은 각각 별도의 와이어에 연결되어 있습니다.각 와이어는 120도 간격으로 상전류를 흐릅니다.화살표는 결과 자력 벡터를 나타냅니다.상공업에서는 3상 전류가 사용됩니다.

회전 자기장을 최초로 구상한 사람은 1879년 6월 28일 런던 [28]물리 협회에서 정류자의 도움을 받아 배터리로 작동하는 다상 모터의 작동 시연을 한 월터 베일리입니다.1880년 프랑스 전기기술자 마르셀 데프레즈는 회전 자기장 원리와 [29]이를 생성하기 위한 2상 교류 시스템의 원리를 규명하는 논문을 발표했다.1886년, 영국의 엔지니어 엘리후 톰슨은 유도 반발 원리와 그의 전력계[30]확장하여 AC 모터를 만들었습니다.

이 기술이 대규모 발전 및 송전을 위해 상업적으로 개발된 것은 1880년대였다.1882년 영국의 발명가이자 전기 엔지니어인 Sebastian de Ferranti는 저명한 물리학자 Lord Kelvin과 협력하여 초기 [31]변압기를 포함한 AC 전력 기술을 개척했습니다.

루시엔 갈라르 딕슨 깁스가 개발변압기는 1881년 런던에서 시연돼 웨스팅하우스의 관심을 끌었다.그들은 또한 1884년 토리노에서 이 발명품을 전시했는데, 그곳에서 전기 조명 시스템에 채택되었다.이들 설계 중 상당수는 영국의 [citation needed]배전에 관한 특정 법률에 따라 수정되었다.

Sebastian Ziani de Feranti는 1882년 런던에 다양한 전기 장치를 디자인하는 가게를 차렸을 때 이 사업에 뛰어들었다.Feranti는 초기에 교류 배전의 성공을 믿었으며, 영국에서 이 시스템의 몇 안 되는 전문가 중 한 명입니다.켈빈 경의 도움으로 [32]페란티는 1882년 최초의 AC 발전기와 변압기를 개척했습니다.영국의 물리학자 홉킨슨은 전력 분배를 위한 3선(3상) 시스템을 발명해 [33]1882년 특허를 받았다.

이탈리아의 발명가 갈릴레오 페라리스는 1885년에 다상 교류 유도 모터를 발명했다.아이디어는 두 개의 동상이지만 동기화된 전류를 사용하여 두 개의 자기장을 생성하면 전환이나 부품 이동 없이 회전장을 생성할 수 있다는 것이었습니다.다른 발명가들은 미국의 기술자 찰스 S. 브래들리와 니콜라 테슬라, 그리고 독일의 기술자 프리드리히 아우구스트 하셀반더이다.[34]그들은 다상 [35]전류에 의해 생성된 회전 자기장을 사용하여 AC 모터의 시동 문제를 극복할 수 있었다.미하일 Dolivo-Dobrovolsky는 1890년에 최초의 3상 유도 모터를 출시했는데, 이것은 유럽과 [36]미국에서 사용된 프로토타입이 되었습니다. 1895년까지 GE와 웨스팅하우스 모두 AC 모터를 시장에 [37]출시했습니다.단상전류의 경우 모터 내부 회로의 일부에서 캐패시터 또는 코일(인덕턴스 생성)을 사용하여 회전 자기장을 [38]생성할 수 있습니다.극을 별도로 배선한 멀티 스피드 AC 모터는 오랫동안 사용 가능했으며, 가장 일반적인 것은 2단입니다.이러한 모터의 속도는 대형 모터의 경우 특수 모터 스타터 또는 부분 마력 모터의 경우 단순 다중 속도 스위치를 사용하여 극 세트를 켜거나 끄면 변경됩니다.

AC 전원

최초의 AC 발전소는 영국의 전기 엔지니어 세바스찬 드 페란티에 의해 지어졌다.1887년, 런던 전기 공급 회사는 뎁포드의 발전소 설계를 위해 페란티를 고용했다.그는 건물, 발전 플랜트, 배전 시스템을 설계했다.그것은 한때 동인도 회사가 사용했던 뎁포드 크릭 입구의 서쪽에 있는 저장고에 지어졌다.전례 없는 규모로 구축되어 고전압 (10,000V) AC전류의 사용을 개척하여 800kW를 생산하고 런던 중심부에 전력을 공급했습니다.1891년에 완공된 이 발전소는 최초의 진정한 현대식 발전소로, 각 거리에서 소비자를 위한 변압기로 "강하"된 고압 AC 전력을 공급했습니다.이 기본 시스템은 오늘날 전 세계에서 여전히 사용되고 있다.

미국에서는 Gaulard와 Gibbs가 개발한 변압기에 관심을 갖게 된 George Westinghouse가 강하와 함께 20:1 상승 전압의 변속기 시스템을 사용하여 AC 조명 시스템 개발에 착수했습니다.1890년 Westinghouse와 Stanley는 콜로라도에 있는 광산으로 수 마일을 전력을 전달하는 시스템을 구축했다.Niagara Power Project에서 뉴욕의 버팔로로의 전력 송전에 AC를 사용하는 결정이 내려졌습니다.1890년에 벤더가 제출한 제안서에는 DC 및 압축 공기 시스템이 포함되어 있습니다.DC와 압축 공기 시스템의 조합은 스케줄의 후반까지 검토되고 있었습니다.나이아가라 커미셔너 William Thomson(Lord Kelvin)의 항의에도 불구하고, Westinghouse와 General Electric이 제안한 AC 시스템을 구축하기로 결정했다.1893년 10월 Westinghouse는 최초 5,000hp, 250rpm, 25Hz, 2상 발전기 [39]3대를 제공하는 계약을 따냈다.수력 발전소는 [40]1895년에 가동되었고,[41] 그 이후로 가장 큰 발전소였다.

1890년대에는 단상 및 다상 AC가 빠르게 [42]도입되었습니다.미국에서는 1902년까지 발전 용량의 61%가 AC였고 1917년에는 95%[43]로 증가했습니다.대부분의 애플리케이션에서 교류는 우수하지만 AC가 새로운 시스템의 표준이 된 후 몇 십 년 동안 기존 DC 시스템이 계속 작동했습니다.

증기 터빈

연료의 열에너지를 기계적 작업으로 변환하는 증기 원동기의 효율은 증기 중앙 발전소의 경제 운영에 있어 중요한 요소였다.초기 프로젝트에서는 왕복 증기 엔진을 사용하여 비교적 낮은 속도로 작동했습니다.증기 터빈의 도입은 중앙역 운영의 경제성을 근본적으로 변화시켰다.증기 터빈은 왕복 엔진보다 더 큰 정격으로 만들어질 수 있었고, 일반적으로 더 높은 효율성을 보였습니다.증기 터빈의 속도는 각 회전 동안 주기적으로 변동하지 않았으며, AC 발전기의 병렬 작동이 가능했으며, 트랙션 및 산업용 직류 생산을 위한 회전 변환기의 안정성을 개선했습니다.증기 터빈은 실린더 내 피스톤의 허용 속도에 의해 제한되지 않고 왕복 엔진보다 더 빠른 속도로 작동했습니다.따라서 2극 또는 4극만 있는 AC 제너레이터와의 호환성이 향상되었으며, 엔진과 제너레이터 사이에 변속 장치나 벨트식 증속기가 필요하지 않았습니다.중앙역 서비스에 필요한 매우 큰 정격의 저속 엔진과 고속 발전기 사이에 벨트 구동 장치를 제공하는 것은 비용이 많이 들고 궁극적으로 불가능했습니다.

현대의 증기 터빈은 1884년 영국의 찰스 파슨 경에 의해 발명되었는데, 그의 첫 번째 모델은 7.5kW(10hp)의 [44]전기를 생산하는 발전기와 연결되었다.파슨의 증기 터빈의 발명은 싸고 풍부한 전기를 가능하게 했다.파슨스 터빈은 1894년까지 영국 중앙역에 널리 도입되었습니다.터보 발전기를 사용하여 전기를 생산하는 세계 최초의 전력 공급 회사는 [45]1894년에 설립된 파슨스 자체의 전력 공급 회사 뉴캐슬과 지역 전기 조명 회사였습니다.파슨의 생애 동안 유닛의 발전능력은 약 10,000배 [46]증가했습니다.

발전기에 직접 연결된 1899 Parsons 증기 터빈

최초의 미국 터빈은 1895년 뉴욕의 에디슨사에 있는 두 대의 드 레발 유닛이었다.최초의 미국 파슨스 터빈은 피츠버그 [47]인근의 웨스팅하우스 에어 브레이크 회사에 있었다.

증기 터빈은 왕복 엔진에 비해 자본 비용과 운영상의 이점도 가지고 있었습니다.증기 엔진의 응축수는 오일에 오염되어 재사용할 수 없는 반면, 터빈의 응축수는 깨끗하고 일반적으로 재사용됩니다.증기 터빈은 동등한 정격 왕복 증기 엔진의 크기와 무게의 일부였다.증기 터빈은 거의 마모 없이 몇 년 동안 작동할 수 있습니다.왕복 증기 엔진은 높은 유지보수가 필요했다.증기 터빈은 지금까지 만들어진 어떤 증기 엔진보다 훨씬 더 큰 용량으로 제조될 수 있으며, 중요한 규모의 경제를 제공합니다.

증기 터빈은 더 높은 압력과 온도에서 작동하도록 건설될 수 있다.열역학의 기본 원리는 엔진으로 유입되는 증기의 온도가 높을수록 효율이 높아진다는 것입니다.증기 터빈의 도입은 온도와 압력의 일련의 개선에 동기를 부여했습니다.그 결과, 변환 효율이 향상되어 전기 요금이 [48]인하되었습니다.

보일러의 전력 밀도는 강제 연소 공기와 분쇄 석탄을 공급하기 위한 압축 공기로 증가했습니다.또한, 석탄 취급이 기계화 [49]및 자동화되었습니다.

전기 그리드

This black and white photograph shows construction workers raising power lines next to the railroad tracks of the Toledo, Port Clinton, Lakeside Railroad tracks in a rural area. The workers are using a railroad car as their vehicle to carry supplies and themselves down the line. It was taken in approximately 1920.
송전선 인부, 1920년

장거리 전력 전송이 실현됨에 따라 부하 균형을 유지하고 부하 계수를 개선하기 위해 서로 다른 중앙 관측소를 상호 연결할 수 있었다.20세기 초에 전기화가 빠르게 성장함에 따라 상호 연결이 점점 더 바람직해졌다.

Merz & McLellan 컨설팅 파트너십의 Charles Merz는 1901년 [50]뉴캐슬 어폰 타인 근처넵튠 뱅크 발전소를 건설했고 1912년에는 유럽에서 [51]가장 큰 통합 전력 시스템으로 발전했습니다.1905년 그는 의회에 이 나라의 전기 공급 산업의 다양한 전압과 주파수를 통합하도록 영향력을 행사하려고 노력했지만, 1차 세계대전이 되어서야 의회는 이 아이디어를 심각하게 받아들이기 시작했고, 그 문제를 해결하기 위해 그를 의회 위원회장으로 임명했다.1916년, Merz는 영국이 산업을 효율적으로 먹여 살리기 위해 고밀도 유통망을 구축함으로써 작은 규모를 유리하게 활용할 수 있다고 지적했습니다.그의 연구 결과는 1918년의 윌리엄슨 보고서로 이어졌고, 이는 1919년의 전기 공급 청구서를 만들었다.그 법안은 영국의 통합 전기 시스템을 향한 첫걸음이었다.

1926년의 보다 중요한 전기(공급)법은 국가 [52]그리드의 설립으로 이어졌다.중앙 전기 위원회는 국가전력 공급을 표준화하고 132킬로볼트50헤르츠로 작동하는 최초의 동기식 AC 그리드를 구축했습니다.이것은 1938년에 국가 시스템인 내셔널 그리드로 운영되기 시작했습니다.

미국에서는 제1차 세계대전이 한창이던 1918년 여름 전력위기 이후 공급을 공고히 하는 것이 국가적 목표가 되었다.1934년 공공사업 지주회사법은 전기공사를 가스, 수도, 전화회사와 함께 중요한 공공재로서 인정하였고,[53] 이에 따라 그 운영에 대한 규제와 감독에 대한 개요를 제공하였다.

가정용 전기

유럽과 북미 지역의 가정의 전기화는 20세기 초에 주요 도시와 전기 철도가 운행하는 지역에서 시작되었고, 미국에서 70%의 가구가 전기화된 1930년까지 빠르게 증가했다.

농촌 지역은 유럽에서 최초로 전기가 공급되었고, 미국에서는 1935년에 설립된 농촌 전기 관리국이 농촌 [54]지역에 전기가 공급되었다.

전력의 과거 비용

중앙역 전력 발전은 소형 발전기보다 더 효율적이고 저렴한 비용으로 전력을 공급했습니다.중앙역에서는 [2]전력 단위당 자본 및 운영 비용도 저렴했다.증기 터빈의 도입과 AC 모터의 도입 이후 개선된 부하 계수로 인해 20세기 첫 수십 년 동안 전기 비용은 극적으로 떨어졌다.전기요금이 하락함에 따라 사용량이 급격히 증가하였고 중앙역은 엄청난 규모로 확장되어 [55]상당한 규모의 경제를 창출하였다.역사적 비용은 Ayres-Warr(2002) 그림 [56]7을 참조한다.

전기화의 이점

전등의 장점

전기조명은 매우 바람직하다.빛은 오일이나 가스 램프보다 훨씬 밝으며 그을음이 없습니다.초기 전기는 오늘날보다 매우 비쌌지만 기름이나 가스 조명보다 훨씬 저렴하고 편리했다.전기 조명은 석유나 가스보다 훨씬 안전해서 일부 회사들은 전기 요금을 보험료 [1]절감으로 지불할 수 있었다.

전전력

"고도의 기술자(엔지니어) 계층에서 가장 중요한 발명품 중 하나는 작은 원동력일 것입니다. 아마도 반쪽에서 두 마리의 말에 이르는 힘일 것입니다.이 힘은 즉시 시작될 뿐만 아니라 행동을 중단시킬 수도 있고, 관리에 시간을 들이지 않아도 되며, 원래 회사에서는 비용이 적게 듭니다.매일 지출하고 있습니다."찰스 배비지, 1851년[57]

1881년 탈곡기.

효율적인 증기 엔진이 되려면 수백 마력의 출력이 필요했다.증기 엔진과 보일러 또한 운전자와 유지보수가 필요했다.이러한 이유로 가장 작은 상업용 증기 엔진은 약 2마력이었다.이것은 많은 작은 상점들의 필요성 이상이었다.또한 소형 증기 엔진과 보일러는 약 7,000달러인 반면 1/2마력을 낼 수 있는 오래된 맹마는 20달러 또는 [58]그 이하이다.말을 동력으로 사용하는 기계는 $300 이하입니다.[59]

많은 전력 요건이 말보다 적었습니다.목공 선반과 같은 상점 기계들은 종종 1인 또는 2인용 크랭크로 작동되었습니다.가정용 재봉틀은 발 디딤돌로 작동했지만 공장 재봉틀은 라인 샤프트에서 증기로 작동했습니다.개들은 때때로 버터를 [9]휘젓는 데 적응할 수 있는 러닝머신 같은 기계에 사용되었다.

19세기 후반에 특별히 설계된 동력 건물은 작은 상점에 공간을 임대했다.이 건물들은 증기기관에서 선로[9]통해 세입자들에게 전력을 공급했다.

전기 모터는 소형 증기 엔진보다 몇 배 더 효율적이었습니다. 왜냐하면 중앙 스테이션의 발전이 소형 증기 엔진보다 더 효율적이었고 라인 샤프트와 벨트의 마찰 손실이 [2][9]컸기 때문입니다.

전기 모터는 사람이나 동물의 동력보다 더 효율적이었다.동물성 사료의 전환 효율은 [60][56]석탄을 사용하여 발생하는 전력의 30%에 비해 4~5%입니다.

전기화의 경제적 영향

전기화와 경제성장은 높은 [61]상관관계를 가지고 있다.경제학에서, 전기 발전의 효율은 기술적 [60][61]진보와 관련이 있는 것으로 나타났습니다.

1870년부터 80년까지 미국에서는 각 공수가 0.55마력씩 제공되었습니다.1950년에는 각 공수가 5마력, 즉 연간 2.8% 증가하여 1930-50년에 [62]비해 1.5%로 감소하였다.1900년부터 1940년까지 공장과 가정의 전기화는 높은 생산성과 경제성장의 시기 중 하나였다.

전기 및 전력망에 대한 대부분의 연구는 유럽과 미국의 산업 핵심 국가에 초점을 맞췄다.다른 곳에서는, 유선 전기는 종종 식민지 지배의 회로를 통해 운반되었다.일부 역사학자들과 사회학자들 식민지 정치의 상호 작용과 전기 그리드의 개발이 고려되:인도에서, Rao[63]은linguistics-based 지역 정치 아니techno-geographical 고려 사항은 두 분리된 그리드의 창단 — —, 식민지 짐바브웨(로디지아)에서, Chikowero[64]은 전기홨다 보여 주었다.인종Ly는 아프리카인을 배제하면서 백인 정착민 커뮤니티에 근거지를 두고 봉사했다; 그리고 위임 팔레스타인에서 Shamir는 영국이 시온주의자 소유의 회사에 대한 전기 양보는 아랍인과 유대인 사이의 경제적 격차를 심화시켰다고 주장했다.

현재 전력 공급 범위

2017년 [66]기준으로 각 국가의 주 전기에 접속할 수 있는 인구 비율을 나타내는 세계 지도.
80%~100%
60%~80%
40%~60%
20%~40%
0~20%

도시와 주택의 전기화는 19세기 후반부터 존재해 왔지만, 2017년에는 약 8억 4천만 명(대부분 아프리카)이 그리드 전기에 접속하지 못했다.[67]이는 2010년의 12억 명보다 줄어든 것이다.

가장 최근의 전기화는 1950년대와 1980년대 사이에 이루어졌다.1970년대와 1980년대에는 세계 인구의 49%에서 [68][69]1990년에는 76%로 엄청난 증가세를 보였다.2010년대 초까지 전 세계 인구의 81~83%가 [70]전기를 사용할 수 있게 되면서 최근의 증가세는 다소 완만해졌다.

지속 가능한 에너지를 위한 전화

전기 교통과 열은 재생 에너지 전환을 위한 투자의 핵심 부분이다.

청정에너지는 대부분 재생 에너지나 원자력 등 전기의 형태로 생성되기 때문에, 이러한 에너지원으로의 전환은 세계의 에너지 시스템이 지속 가능하게 하기 위해 운송 및 난방과 같은 최종 용도를 전기화할 필요가 있다.

트랜스포트 전화

액체 연료를 지속적으로 생산하는 것보다 지속적으로 전기를 생산하는 것이 더 쉽습니다.그러므로, 전기 자동차의 채택은 운송을 더 [71]지속 가능하게 만드는 방법이다.수소 차량은 [72]장거리 트럭과 같이 아직 광범위하게 전기화되지 않은 대형 차량의 경우 선택사항이 될 수 있습니다.해운 및 항공 배출량을 줄이는 데 필요한 기술 중 많은 부분이 아직 개발 [73]초기 단계에 있다.

난방 전기

세계 인구의 상당수는 그들의 집에 충분한 냉각을 제공할 여유가 없다.전력 공급과 추가적인 전력 수요가 필요한 에어컨더불어, 지속 가능한 방식으로 [74]냉각 요구를 충족시키기 위해 수동적인 건물 설계와 도시 계획이 필요할 것입니다.마찬가지로, 개발도상국과 선진국의 많은 가정은 연료 빈곤에 시달리고 있으며 집을 충분히 [75]난방할 수 없다.기존의 난방 방식은 종종 오염을 일으킵니다.

난방에 대한 중요한 지속 가능한 솔루션은 전기( 펌프 또는 효율성이 낮은 전기 히터)입니다.IEA는 열 펌프가 현재 전 세계적으로 공간 및 온수 요건의 5%만 제공하지만 90% [76]이상을 제공할 수 있다고 추정한다.지상 열원 열 펌프를 사용하면 난방 및 냉방과 관련된 총 연간 에너지 부하를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 여름철 피크 전력 공급 [77]요건을 제거하여 전력 수요 곡선을 평평하게 만들 수 있습니다.그러나 열 펌프와 저항 가열만으로는 산업용 열의 전기화에 충분하지 않습니다.이는 여러 프로세스에서 이러한 유형의 장비로는 달성할 수 없는 높은 온도가 요구되기 때문입니다.예를 들어 증기 균열 온도를 통해 에틸렌을 생산하려면 최대 900°C가 필요합니다.따라서 획기적으로 새로운 프로세스가 필요합니다.그럼에도 불구하고,[78] 2025년까지 대규모 도입이 예상되는 화학 산업의 전기화의 첫 단계가 될 것으로 예상된다.

천연가스로부터의 이행

미국의 일부 도시들은 새로운 주택의 가스 공급을 금지하기 시작했고, 주 법이 통과되어 전기가 필요하거나 지역 [79]요건을 금지하도록 검토 중이다.영국 정부는 기후 [80]목표를 달성하기 위해 가정 난방을 위한 전기화를 실험하고 있다.조리대용 세라믹 및 인덕션 난방 및 산업용 애플리케이션(예: 스팀 크래커)은 천연 [81]가스에서 벗어나기 위해 사용할 수 있는 기술의 예입니다.

에너지 복원력

하이브리드 전력 시스템

전기는 그것이 생산되는 대륙이나 섬에 머무르는 경향이 있다는 점에서 "고착된" 형태의 에너지이다.또한 다중 소스입니다. 한 공급원이 부족할 경우 재생 가능한 공급원을 포함한 다른 공급원에서 전기를 생산할 수 있습니다.그 결과, 장기적으로는 비교적 탄력적인 에너지 [82]전달 수단이 됩니다.단기적으로는 전기를 소비하는 순간에 공급해야 하기 때문에 현장에서 공급하고 저장할 수 있는 연료에 비해 다소 불안정하다.그러나 이는 그리드 에너지 저장 및 분산 발전으로 완화될 수 있습니다.

가변 에너지원 관리

태양광과 풍력은 날씨와 [83][84]시간에 따라 간헐적으로 전기를 공급하는 가변 재생 에너지원이다.대부분의 전기 그리드는 석탄 화력발전소와 같은 [85]비간헐적 에너지원을 위해 건설되었다.더 많은 양의 태양 에너지와 풍력 에너지가 그리드에 통합됨에 따라, [86]전력 공급이 수요에 맞게 조정되도록 에너지 시스템에 변화가 이루어져야 합니다.2019년, 이러한 전력원은 전 세계 전력의 8.5%를 생산해,[87] 그 점유율이 급속히 증가하고 있습니다.

전기 시스템을 좀 더 유연하게 만드는 방법에는 여러 가지가 있다.많은 곳에서 풍력 및 태양광 생산은 매일 및 계절 단위로 보완됩니다.태양 에너지 생산량이 [86]적은 밤과 겨울에는 바람이 더 많이 분다.장거리 전송로를 통해 서로 다른 지역을 연결하면 [88]가변성을 더욱 없앨 수 있습니다.에너지 수요 관리 및 스마트 그리드 사용을 통해 에너지 수요는 가변 에너지 생산량이 가장 많은 시기에 맞춰 제때에 이동할 수 있습니다.저장 장치를 사용하면 과도하게 생성된 에너지를 [86]필요할 때 방출할 수 있습니다.풍력 및 태양광 발전을 위한 추가 용량을 구축하면 악천후에도 충분한 전기를 생산할 수 있습니다. 최적의 날씨 동안 에너지 발생을 줄여야 할 수도 있습니다.최종 불일치는 수력 발전, 바이오 에너지 또는 천연 [89]가스와 같은 파견 가능한 에너지원을 사용하여 해결할 수 있다.

에너지 저장소

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열에너지를 저장하기 위한 염탱크 건설

에너지 저장소는 간헐적 재생 에너지 장벽을 극복하는 데 도움이 되며, 따라서 지속 가능한 에너지 [90]시스템의 중요한 측면입니다.가장 일반적으로 사용되는 저장 방법은 펌프식 수력 발전으로, 높이와 물의 [90]접근성 차이가 큰 위치가 필요합니다.배터리, 특히 리튬 이온 배터리도 널리 [91]보급되어 있습니다.정치적으로 불안정한 콩고에서 주로 채굴되는 코발트 성분이 함유되어 있다.보다 다양한 지리적 소싱은 공급망의 안정성을 보장하고 다운사이클링과 [92][93]재활용을 통해 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.배터리는 일반적으로 단기간 동안 전기를 저장하며,[94] 계절에 걸쳐 지속 가능한 충분한 용량을 가진 기술에 대한 연구가 진행 중입니다.몇 개월 동안 사용할 수 있는 용량을 갖춘 펌핑 수력 스토리지 및 전력 대 가스(Power-to-Gas)가 일부 [95][96]위치에서 구현되었습니다.

2018년 현재 열 에너지 저장소는 일반적으로 화석 연료를 태우는 것만큼 편리하지 않습니다.높은 초기 비용이 구현의 장벽을 형성합니다.계절별에너지 저장소는 대용량을 필요로 하며,[97] 가정용 난방을 위해 일부 고위도 지역에서 구현되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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일반 참고 자료 및 인용 참고 자료

외부 링크