에디슨과 전력시스템.

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1 에디슨과 전력시스템

2 전구의 발명가, 에디슨? 영국의 조지프 스완은 1년 전에 특허 출원 스완과 에디슨 이전에도 많은 사람이 전구 발명

3 왜 우리는 에디슨을 전구의 “발명가”로 기억할까?
왜 우리는 에디슨을 전구의 “발명가”로 기억할까?

4 싼 가격, 오랜 수명, 고효율 값싼 재료, 더 완벽한 진공, 고저항 필라멘트 뿐만 아니라…

5 뿐만 아니라 전기조명 시스템을 통째로 발명 백열등 수천 개를 켤 수 있는 점보 발전기 병렬 배선 시스템

6 에디슨은 시스템 구축가! 중앙 발전소로부터 공급되는 전기를 이용해 모든 가정에 저렴한 조명을 밝히는 시스템을 개념적 발명 & 실제적 구축 & 상업적 성공! 고가의 전기조명이 아닌 저렴한 전기조명을 통해 떼돈을 벌겠다는 목적.

7 시스템적 사고는 왜 필요한가?

8 전구는 전기 회로가 완성되어야만 빛을 낼 수 있음
전구는 혼자서 빛을 내지 못함! 전구는 전기 회로가 완성되어야만 빛을 낼 수 있음

9 좋은 전구를 발전기와 연결한다고 곧바로 돈을 벌 수 있는 것도 아님
좋은 전구를 발전기와 연결한다고 곧바로 돈을 벌 수 있는 것도 아님 성능 및 경제성 비교는 아크등, 가스등 vs. 백열등이 아닌 아크등 시스템, 가스등 시스템 vs. 백열등 시스템 기본적으로 백열등은 가스등이나 아크등보다 안전하다는 장점이 있지만, 그것만으로는 선택 X. 백열등이 성공하기 위해서는 백열등 시스템이 기존 시스템보다 성능과 경제성이 우월해야 함! 이를 위해 해결해야 할 문제가 있음.

10 구성요소의 좋고 나쁨은 시스템의 목적에 상대적!
필요한 것은 최적화된 전기조명 시스템 시스템의 목적에 맞는 가장 알맞은 구성이 있다! 구성요소의 좋고 나쁨은 시스템의 목적에 상대적! ‘좋은’ 구성요소를 모아 놓는다고 자동적으로 ‘좋은 시스템’이 되진 않는다!

11 전기조명 시스템 최적화의 과제 도선의 비용을 어떻게 줄일 것인가? 전기소비효율을 어떻게 높일 것인가?
필라멘트의 수명은 어떻게 높일 것인가? 전구의 밝기는 어떻게 높일 것인가? 발전기의 용량은 어떻게 결정할 것인가? 전기소비량은 어떤 방법으로 계량할 것인가? 전기요금은 어떻게 책정해야 알맞을까? 여러 전구들을 어떻게 독립적으로 작동시킬 것인가? 투자자와 소비자를 어떻게 끌어모을 것인가? 시스템 작동을 위한 인력과 조직을 어떻게 마련할 것인가? 이 과제들은 전체 시스템을 생각해야만 해결 가능 구성요소의 개선 방식은 전체 시스템의 목적에 비추어 절충될 필요도 있다. 하나의 해결책은 다른 해결책에도 영향을 줌. 하나의 해결책이 다른 문제를 야기할 수도 있음. 때로는 상충하는 것처럼 보였던 목표들이 획기적인 해결책에 의해 한꺼번에 해결되기도 함.

12 도선 비용, 소비 효율, 전구 밝기 문제를 한꺼번에 해결해준 중대한 해법
고저항 전구(1A 100Ω 100V) 도선 비용, 소비 효율, 전구 밝기 문제를 한꺼번에 해결해준 중대한 해법 이는 수많은 구성요소 중 하나에 불과

13 발전(직류) + 배전(병렬) + 소비(고저항 전구) + 계량
에디슨의 전기조명 시스템 발전(직류) + 배전(병렬) + 소비(고저항 전구) + 계량 배전, 계량은 기존의 가스등 인프라를 차용. 가스관, 가스계량기를 본뜸. 발전은 기존의 발전기를 철저하게 분석하 후 재설계. 하나의 발전기가 수천개~1만개의 전구를 밝힐 수 있어야. 전구의 소비전력을 100으로 고정시켰을 때, 발전기의 전압은 100V 직류, 발전기의 용량은 n*100(W)여야. 왜냐하면 배전을 병렬로 해야 하므로. 소비는 전구만으로 끝나지 않음. 전구+소켓+스위치

14 시스템 작동을 위한 조직들 에디슨 전등 회사 : 재정 충당 및 발명, 특허 관리
뉴욕 에디슨 전기 조명 회사 : 중앙발전소 설비 에디슨 기계 회사 : 발전기 생산 에디슨 전기 튜브 회사 : 송전 케이블 생산 에디슨 전구 회사 : 백열등 생산 먼로 파크 연구소 : 개발 및 시스템의 문제 해결 증기기관을 제외하면 시스템의 거의 모든 구성요소를 직접 발명 생산. 왜 다? 남에게 돈을 나눠주지 않겠다는 심보? 최적화된 시스템의 개발을 위해 모든 구성요소 기존의 제품들이 시스템의 목적에 부합하지 않았음.

15 도시 번화가에 최적화. 100 & 200V의 직류 발전. 수많은 백열등 병렬연결.
첫 번째 발전소인 Pearl Street 발전소 (뉴욕, 1882) 에디슨의 전기조명 시스템: 도시 번화가에 최적화. 100 & 200V의 직류 발전. 수많은 백열등 병렬연결.

16 대대적인 시장개척 Edison as Wizard
극장과 같은 실내 조명 등의 틈새시장에서 시작, 나중엔 가스회사와 정면으로 맞섬 일단 발전소가 지어지고 나면, 그 다음부터는 소비자만 늘면 노다지~ 대량소비를 통해서만 수익성이 극대화! (너무 먼 소비자만 아니라면)

17 시스템의 성장과 역돌출부 시스템의 성장에 따라 뒤쳐지는 부분[역돌출부] 발생
이에 대한 보수적 해결책은 기존 시스템 성장에 기여 파격적 해결책은 새로운 시스템 형성  시스템간 경쟁 엔지니어들은 역돌출부가 나타난 장소에 집결 엔지니어는 역돌출부를 (그것을 풀면 역돌출부를 제거할 수 있는) “결정적 문제”들의 집합으로 정의

18 송전거리의 한계 에디슨 직류 시스템의 역돌출부! (송전시 소비되는 에너지 ∝ I2R)

19 에디슨 직류 시스템 vs. 웨스팅하우스 교류 시스템
“전류 전쟁” 에디슨 직류 시스템 vs. 웨스팅하우스 교류 시스템

20 직류시스템의 보수적 해결책 에디슨의 다선 배선 시스템(1883에 설치)

21 교류 발전 후 변압기를 이용한 고압 송전을 통해 전력손실 최소화
웨스팅하우스의 파격적 해결책 Ganz사의 변압기 교류 발전 후 변압기를 이용한 고압 송전을 통해 전력손실 최소화

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23 에디슨: “교류전류는 살인 전류!” “Kemmler Westinghoused!” (1890. 8. 6)
왜? 더 좋은 시스템으로 교체 안하고 비난했을까? 에디슨은 비합리적? No. 이기적? 그렇다고는 할 수 있음. 시스템은 기존에 투자된 것들(자본, 인력, 장치, 능력)에 의해 경직. 새로운 시스템은 기존 시스템의 이익 잠식. 새로운 시스템의 도입을 최대한 늦추어야! 기존 소비자는 어떻게? “Kemmler Westinghoused!” ( ) 에디슨 연구소의 실험 (1888)

24 교류 시스템의 성장과 승리 교류시스템의 문제 : 실용적 모터의 부재
해결책 : 다상 교류 발전기 & 모터 개발 (테슬라 등)  직류 시스템과의 경쟁에서 기술적 우위 획득 다상 교류 발전 – 변압기 – 고압송전 – 변압기 – 다상 교류 모터

25 기존 직류 시스템의 모멘텀 자본집약적 시스템의 성격 : ‘해고’ 불가능 소비자들이 이미 구입한 직류 상품은?
어떻게 최대한 평화적으로 해결할 수 있을까?

26 커플링(coupling) & 합병(merging)
교류-직류간 컨버터 : 시스템간의 화해 호환 기술 교류로 고압 송전, 최종소비자는 직류로 전환 사용 합병 : 에디슨 회사 + 톰슨-휴스턴 회사  GE GE와 웨스팅하우스 간의 특허교환 협약

27 화해의 기술 – 로터리 컨버터

28 교류 시스템의 확장 나이아가라 수력발전소(1893) 나이아가라에서 뻗어나온 송전선 (1895)

29 보편 동력 공급 시스템

30 발명가보다 경영자 또는 재정가의 중요성 높아짐
공고화된 전력 시스템 소비전압(100V), 교류주파수(60Hz) 등 통일 소켓, 콘센트, 플러그 등의 연관 기술 표준 정립 전기관련 인력과 전기관련 산업 급속도로 성장 발명가보다 경영자 또는 재정가의 중요성 높아짐 시스템의 유지를 둘러싼 이해관계 집단 함께 성장 교육 : 4년제 공과대학, 전기공학과, 전기공학학회 산업 : 공장, 전차, 가전제품 생산, 수리, 전기설비 산업 전력 시스템은 더욱 공고해지고 안정되게 됨. 불확실성 제거됨. 안정된 소비, 안정된 재투자. 계속된 성장. 작은 문제들 해결.

31 읽을거리와 질문 토머스 휴즈, “미국의 전기화” 에디슨 시스템의 목적은 무엇인가?
에디슨의 발명 방식에 기술적, 경제적, 과학적 요소가 종합되어 있었다는 말은 무슨 뜻인가? 에디슨은 어떻게 고저항 전등을 전기조명 시스템의 필수적 요소로 파악하게 되었는가? 에디슨의 사례를 일반화하여 다른 기술의 성공 원인도 유추할 수 있을까? (e.g., 아이폰)