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[신재생에너지 기획⑥] 흐르는 강물처럼, 다목적 수력발전

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2014년 09월 02일 10:04 프린트하기

아톰스토리에서는 신재생에너지의 최신 흐름을 알아보고 ‘에너지안보’ 관점에서 국내 자력생산이 가능한 신재생에너지원을 살펴보기 위해 [신재생에너지] 기획을 마련했습니다. 총 10편으로 구성된 이번 기획을 통해 에너지원의 다변화 가능성을 알아봅니다.

 

컴퓨터, 스마트폰, 자동차, 에어컨…. 우리가 매일 사용하고 있는 이런 제품들은 이제 현대 생활에 필수품이나 다름없다. 이들의 공통점은 바로 전기나 석유 등 에너지를 필요로 한다는 것이다. 만약 에너지가 없다면 어떻게 될까? 우리는 단 하루도 살아가기 힘들 것이다.

 

현재 우리나라의 에너지는 석탄과 석유, 가스 및 원자력 등 주로 화석연료에 의존하고 있다. 하지만 화석연료는 사용 중 유해물질이 필수적으로 배출되고, 사용하고 난 후에는 폐기물이 발생돼 환경오염과 기후변화를 유발하는 주범으로 지목되고 있다. 또한 언제 고갈될지 모르는 한정된 자원이기 때문에 자원 확보를 위해 국가간에 치열한 경쟁이 펼쳐지고 있으며, 보다 친환경적이고 지속가능한 에너지를 개발하기 위해 온갖 노력을 기울이고 있다.

 

신재생에너지와 청정에너지

 

우선 신재생에너지란 신에너지와 재생에너지(자연 상태에서 만들어진 에너지)를 통틀어 부르는 말이다. 신에너지는 새로운 물질을 기반으로 하는 핵융합, 자기유체발전, 연료전지, 수소에너지 등을 의미하며, 재생 에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 바람, 지열, 생물유기체 등을 포함한 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말한다. 청정에너지는 환경오염을 일으키지 않거나, 보다 적게 오염시키는 자연에너지를 말한다. 예를 들어 액화천연가스(LNG), 태양열·수력·조력발전 등이 청정에너지에 속한다. 청정에너지는 엄밀한 의미에서 학술적인 용어는 아니다. 석유나 석탄과 같이 연소에 의해 각종 공해물질을 배출하는 연료와 대칭해 사용하는 사회학적 용어이다.

 

우리나라에서는 수력발전이 청정에너지 설비의 22%, 발전량의 30%를 차지할 정도로 대체에너지 중 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 수력발전소는 2012년 12월을 기준으로 국내 총 125개가 있으며, 연간 약 6,451MW의 전력을 생산하고 있다.

 

물의 힘을 이용하는 수력발전

 

수력발전은 하천 또는 댐 등에서 물이 가지고 있는 위치에너지를 수차(水車)를 이용해 발전기 터빈의 운동에너지로 변환시키고, 발전기 내부의 전자기유도 현상을 이용해 전기를 얻는 발전 방법이다. 즉, 높은 곳에서 물이 떨어지는 힘으로 수차를 돌리면 수차의 축에 붙어있는 발전기가 돌아가면서 전기가 발생하는 것이다.

 

이때 발전용량은 물의 낙차와 수량과의 곱에 비례한다. 이 때문에 발전용량을 늘리려면 수차에 더 큰 힘을 가해야 하며, 이를 위해 인공적으로 댐을 막기도 하고 수로(水路)를 바꾸기도 한다.

 

 

[그림 1] 수력발전소 개념도
국내 수력발전의 대부분은 소양강댐, 대청댐, 용담댐 등 전국에 위치한 댐 중심으로 이루어지고 있다. 그러나 댐을 만들더라도 댐의 상류에 비가 오랜 기간 오지 않으면 발전기가 지속적으로 작동할 수 없기 때문에 ‘양수식(揚水式)발전’을 이용하기도 한다. 양수식발전은 전력 소비가 적은 야간에 남는 전력을 이용해 댐의 하류로 흘려보낸 물을 펌프를 이용해 다시 댐의 상류로 끌어올려 두었다가, 전력소비가 많은 낮에 다시 발전에 사용하는 방식이다.

 

우리나라에는 청평, 무주, 삼랑진 발전소에서 양수식 발전을 하고 있다. 그밖에 큰 낙차를 얻는 방법으로 ‘유역변경식(流域變更式)발전’이 있다. 이는 기존 하천의 흐름을 낙차가 큰 방향으로 변경해 발전소를 세우는 방법이다. 우리나라에는 섬진강에서 김제, 부안 등 농경지가 많은 동진강 유역으로 물의 흐름을 변경한 섬진강수력발전소가 이 방식을 사용하고 있다.

 

수력발전의 장단점

 

수력발전은 물을 이용하므로 전력을 생산하는 과정에서 공해가 없으며, 외국에서 수입해야 하는 석유나 석탄 등 발전 연료의 대체효과가 있고 양질의 전력 공급에 기여하고 있다. 또한 전력 생산과 정지, 출력 조정 시간이 원자력이나 화력 등에 비해 매우 빨라서 전력이 부족할 경우 신속하게 대응할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

 

[그림 2] 세계의 수력발전소들. 브라질과 파라과이 사이의 파라나 강에 건설된 이타이푸댐(위)과 중국의 쌴사댐 사진 출처 : 위키미디어

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

반면 수력발전을 위해서는 높은 수위차가 있어야 하고, 많은 양의 물을 보유해야 하므로 발전소를 건설할 장소가 제한적이라는 단점이 있다. 또한 발전소 건설에 들어가는 비용이 많고 건설 기간도 긴 편이다. 하지만 일단 짓고 난 후에는 발전 단가가 낮고, 시설을 이용하는 기간 또한 50년 이상으로 다른 시설에 비해 1.6~2.5배 이상 긴 편이다. 발전소와 함께 건설되는 다목적댐은 홍수 조절 기능과 생활용수 및 농업용수 등 수자원관리 기능도 담당할 수 있어 각종 재해에 대한 위기대응을 철저히 할 수 있다.

 

댐을 건설함으로써 주변 환경 및 동식물의 생태계가 변할 수 있다는 환경문제에 대한 우려도 있지만, 우리나라와 같이 부존자원이 부족하고 대부분의 에너지를 외국에서 수입해야하는 나라에서는 일정 규모의 댐 건설을 통한 수력발전이 불가피한 실정이다.

 

오늘날은 이상기후와 기후변화가 지구촌의 주요 이슈가 되고 있다. 이런 상황에서 수력발전은 환경오염을 줄일 뿐만 아니라 자원고갈에 대처할 수 있어, 미래를 대비하고 지속가능한 발전을 하기 위한 해답 중 하나로 꼽히고 있다.

 

[글쓴이] 고양수 한국수자원공사 전북지역본부장

 

 

※출처 : 아톰스토리 '에너지자료'(http://atomstory.or.kr/p/38423/)

아톰스토리(http://atomstory.or.kr/)에서 원자력, 에너지와 관련된 더 많은 자료를 볼 수 있습니다.

 

 


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