증기 400°C★ · 구형 아임계
같은 석탄을 넣어도 전기가 적게 나온다.
이 화면은 이 네 종목 이야기입니다● 시세 불러오는 중
기준일을 100으로 놓고 그린 선입니다. 통화가 서로 달라 지수로 겹쳤습니다.
파는 쪽 셋, 돌리는 쪽 하나입니다 — 이 판에서 열 720MW 중
전기가 되는 건 330MW뿐이고 390MW는 냉각탑으로 버려집니다.
터빈 회사들이 효율 1%p 를 두고 싸우는 이유가 저 버리는 칸입니다.
주가가 이 기술 때문이라고는 말하지 않습니다.
Navier·Stokes furnace · 라이브러리 0 · 숫자는 전부 계산
그 불로 발전소를 돌렸다
화실 안의 불은 그림이 아니라 지난번 그 유체 시뮬레이션입니다(격자 위에서 매 프레임 방정식을 풉니다). 불이 데운 수관이 증기를 만들고, 증기가 터빈을 돌리고, 터빈이 전기를 만듭니다. 석탄 투입량을 밀면 불–증기–터빈–전기–연기가 전부 따라 움직입니다. 화실을 마우스로 저을 수도 있습니다.
화실 드래그 = 바람으로 젓기 · 클릭한 채 드래그 = 불씨 뿌리기
운전 데스크
열출력
전기
버리는 열 → 냉각탑
석탄 (하루)
CO₂ (하루)
효율 = 카르노(증기 560°C★ / 복수기 30°C) × 0.72★ ≈ 45.8%.
석탄 발열량 24 MJ/kg, 탄소분 65%★ → CO₂ 2.38 kg/kg.
★표는 대표값 가정 — 요점은 절대값이 아니라 사슬의 비율이다.
풀고 있는 방정식
η상한 = 1 − T찬쪽 / T뜨거운쪽 = 1 − 303K / 833K = 63.6%
카르노. 어떤 기술로도 못 넘는 천장이다. 중요한 건 절대온도라는 것 —
섭씨가 아니라 켈빈으로 넣어야 한다. 그리고 분모가 아니라 비율이라서,
찬쪽을 낮추는 것도 뜨거운쪽을 높이는 것만큼 효과가 있다(발전소가 강가·바닷가에 서는 이유).
η실제 = η상한 × 0.72★ = 45.8%
배관 마찰·펌프·발전기 손실을 뭉뚱그린 계수. ★가정이지만 이 값을 넣으면
초초임계 석탄화력의 공표 효율(45% 안팎)과 맞는다. 이 페이지는 이 두 줄로만 효율을 낸다 —
적어 넣은 숫자가 아니다.
열 = 석탄 × 24MJ/kg · 전기 = 열 × η · 버림 = 열 − 전기
발전소 전체가 이 세 줄이다. 슬라이더로 석탄을 넣으면 이대로 계산된다.
수지가 닫히는지(전기+버림=열) 검증기가 매번 확인한다 — 버리는 쪽이 항상 더 크다.
CO₂ = 석탄 × 0.65★ × 44/12 = 석탄 × 2.383
탄소 12g이 타면 CO₂ 44g이 된다(원자량). 석탄의 탄소분 65%★를 곱하면
석탄 1kg당 CO₂ 2.38kg. 500MW급이면 하루 3,930톤·연 340만 톤 — 공표 규모와 맞는다.
석탄 한 삽이 전기가 되기까지 · 5단계
STEP 1
불을 유체로 푼다
화실의 불은 그림이 아니라 나비에·스토크스다. 부력으로 뜨고, 소용돌이 보강으로 넘실대고, 압력 투영으로 공기가 압축되지 않게 잡는다.
v −= 부력 * T // 뜨거우면 뜬다 압력투영(야코비 22회) // ∇·u = 0
STEP 2
수관이 그 온도를 읽는다
화면의 수관 밝기는 장식이 아니라 그 높이의 실제 온도장 평균이다. 불이 사그라들면 수관이 식고, 증기 배관의 흐름도 같이 느려진다.
hot = 평균(T[그 행]) * 2.6 색 = rgb(70+hot*185, 70+hot*110, ...)
STEP 3
카르노가 천장을 정한다
증기와 복수기의 절대온도 비가 상한이다. 여기에 실플랜트 계수를 곱한 값이 이 발전소의 효율 — 슬라이더를 아무리 올려도 이 천장은 안 움직인다.
carnot = 1 − (30+273.15)/(560+273.15) eff = carnot * 0.72
STEP 4
터빈이 시뮬을 따라 돈다
회전 속도는 상수가 아니라 불의 윗목 온도에서 온다. 석탄을 끊으면 불이 사그라들고, 수관이 식고, 터빈이 느려지고, 발전량이 떨어진다 — 사슬 전체가 한 줄로 이어져 있다.
steam = min(1, tubeHeat()*2.2) spin += dt * (0.5 + steam*9)
STEP 5
절반 이상이 냉각탑으로
냉각탑에서 나가는 흰 것은 연기가 아니라 김이다. 그 양은 버리는 열에 비례해서 정해진다 — 화면의 김이 굵으면 그만큼 버리고 있는 것이다.
puffRate = 버리는열 / 900
if (random() < puffRate*0.9) 김 생성
RENDER
굴뚝 연기 vs 냉각탑 김
굴뚝의 회색은 배기가스(CO₂가 여기 있다), 냉각탑의 흰 것은 수증기다. 사진에서 발전소를 볼 때 굵고 흰 게 굴뚝이라고 착각하기 쉬운데, 그건 대개 냉각탑이다.
연기량 = 석탄/60 김량 = 버리는열/900
두 발전소 나란히 — 같은 석탄, 증기 온도만 다름
증기 600°C★ · 최신 초초임계
같은 석탄, 더 뜨거운 증기.
두 칸은 똑같은 양의 석탄을 넣고 증기 온도만 바꾼 계산입니다. 발전소를 새로 짓는다는 건 대부분 이 온도를 올린다는 뜻이고, 온도가 올라가면 같은 전기를 만들 때 태우는 석탄과 나오는 CO₂가 줄어듭니다. 아래 큰 숫자가 같은 석탄으로 만드는 전기입니다.
사슬 · 다섯 칸
1
석탄
컨베이어가 화실로 나른다. 1kg이 타면 24 MJ — 이 숫자에서 발전소 전체의 산수가 시작된다.
2
불 (유체 시뮬레이션)
부력으로 뜨고 소용돌이로 감기는 진짜 흐름. 투입량을 줄이면 불이 실제로 사그라든다.
3
수관 → 증기
불 위의 관 속 물이 끓는다. 관이 밝게 달아오르는 정도는 시뮬레이션의 그 지점 온도를 그대로 읽은 것.
4
터빈 → 전기
증기가 날개를 민다. 열의 절반 이상은 전기가 못 되고 복수기로 빠진다 — 카르노가 정한 몫.
5
연기 둘
굴뚝의 회색은 배기가스(CO₂ 포함). 냉각탑의 흰 것은 연기가 아니라 김(수증기) — 전기가 못 된 열이 저기로 나간다.
실물 — 저 흰 것이 버려지는 열이다
영국 에그버러(Eggborough) 발전소입니다. 사진 제목이 “구름, 자연산과 그 외”인데 그 말 그대로입니다 — 냉각탑에서 오른 수증기가 하늘의 구름과 그대로 이어져 있습니다. 어디까지가 날씨고 어디부터가 발전소인지 구분이 안 됩니다.
왼쪽에 가늘고 높은 게 굴뚝(배기가스), 오른쪽에 굵고 낮은 여러 개가 냉각탑입니다. 사람들이 “공장 연기”라고 부르며 찍는 굵고 흰 기둥은 대개 굴뚝이 아니라 냉각탑이고, 저건 매연이 아니라 김입니다.
그리고 저 김이 이 판의 버리는 열입니다. 위 손잡이 기본값(석탄 30 kg/s)에서 열출력 720 MW 중 전기가 되는 건 330 MW뿐이고, 나머지 390 MW가 저기로 나갑니다. 태운 것의 54%가 하늘로 올라가는 장면을 그대로 찍은 사진입니다. 손잡이를 움직이면 저 몫이 어떻게 변하는지 위에서 확인할 수 있습니다.
사진 James Allan · CC BY-SA 2.0 ·
위키미디어 커먼즈
물이 한 바퀴 도는 것을 본다
발전소는 물을 끓여서 밀고, 식혀서 되돌리는 고리입니다. 태우는 것은 석탄이지만 도는 것은 물입니다 — 아래에서 그 한 바퀴가 보입니다.
보일러 → 터빈 → 복수기 → 펌프 → 다시 보일러끌어서 회전 · 휠로 확대 · 손 떼면 다시 돈다
보일러(끓인다)증기터빈(민다)복수기(식힌다)
식히는 쪽이 없으면 고리가 안 돕니다. 그래서 발전소는 강이나 바다 옆에 있고, 버리는 열이 넣은 열의 절반을 넘습니다.
식히는 쪽이 없으면 고리가 안 돕니다. 그래서 발전소는 강이나 바다 옆에 있고, 버리는 열이 넣은 열의 절반을 넘습니다.
효율의 상한을 정하는 것은 뜨거운 쪽과 찬 쪽의 온도 차입니다. 아무리 잘 만들어도 그 차이가 정한 선을 못 넘습니다 — 위 판이 계산하는 것이 그 선입니다.
배치와 비례는 고리를 보이기 위한 것이고 실제 설비 도면이 아닙니다.