1. 주제 다가서기

신재생에너지로의 전환은 세계적인 추세이다. 그런데 신재생에너지는 변동성이 크다. 바람이 안 불거나 일조량이 적으면 제대로 된 에너지를 얻기 어렵다. 이러한 변동성은 탄소 중립으로 가야 하는 길에서 꼭 보완해야 할 점이다. 이에 대한 보완재로 활용할 수 있는 것은 크게 세 가지가 있다. 태양광발전이나 풍력발전으로 생산한 전기를 수소로 변환하여 필요할 때 전기로 쓰는 것이다. 그리고 ESS(에너지저장장치)로 전기를 저장하는 방식이 있다. 마지막으로, 신재생에너지로 남는 전기를 위치에너지로 변환하여 필요할 때 바로 쓸 수 있는 양수발전이 있다. 양수발전은 수십 년간 충분히 검증되었고 지금도 잘 활용하고 있는 기술이다. 따라서 오늘은 양수발전에 주목해보자.

양수발전은 다른 발전 시설에서 생산한 남는 전력으로 하부댐의 물을 상부댐까지 끌어올렸다가 전력 수요가 많은 시간대에 물을 흘려보내 전기를 만드는 발전 방식이다. 한동안 산림을 훼손하고 농작물 피해를 유발하는 기피 시설 취급을 받기도 했지만 ‘발전소 주변지역 지원에 관한 법률’에 근거한 경제 지원, 시설 공사에 따른 경제 효과가 기대를 모으면서 많은 지자체가 앞다퉈 유치전에 뛰어들었다. ‘원자력발전소의 잉여 전력 해소 수단’이라는 부정적 시선도 눈에 띄게 개선되었다. 풍력·태양광 등 신재생에너지 확대를 뒷받침하는 ‘대규모 청정 에너지 저장장치’라는 재평가 덕분이다.

2. 교과 관련 성취 기준 및 핵심역량

[5~6학년 사회]지구촌의 주요 환경 문제를 조사하여 해결 방안을 탐색하고, 환경 문제 해결에 협력하는 세계시민의 자세를 기른다.

[핵심역량] 비판적 사고력, 문제 해결력 

3. 신문 읽기(자료 기사)

<읽기 자료1>

“비상시 5분 내 전력 생산…전력 부족할 때 최고 대안”

“양수발전소는 ‘간접 전기 저장장치’로 보면 됩니다. 비상 상황이나 전력 수요가 급증할 때 3분 이내에 가동해 안정적으로 전기를 공급할 수 있습니다.”

지난해 10월 10일 전북 무주군 적상면 북창리 무주양수발전소에서 만난 김성겸 주임은 양수발전의 구실에 대해 ‘전력 수급 5분 대기조’라고 간단히 설명했다. 발전용량 60만㎾ 규모의 무주양수발전소는 2997억 원을 들여 1988년 5월 공사를 시작해 1995년 2월에 1호기, 같은 해 4월에 2호기 상업 발전을 시작했다. 호남에서 유일한 양수발전소다.

양수발전은 전력 수요가 적은 시간대에 잉여 전력을 이용해 하부댐의 물을 상부댐으로 끌어올렸다가 전력 수요가 많아지면 상부댐의 물을 하부댐으로 흘려보내 전력을 생산하는 방식이다. 밸브만 열면 곧바로 발전이 가능하기 때문에 ‘가동 소요 시간’은 3∼5분에 불과하다. 복합화력발전이 30분∼1시간, 유연탄 화력발전이 4시간, 원자력발전이 24시간인 점에 견줘 기동력이 매우 뛰어난 셈이다.

무주양수발전소는 대규모 정전이 일어나거나 전력소비가 많아 전력이 부족할 때 최대 7시 20분 동안 4400㎿h의 전력을 생산할 수 있다. 전북 86만가구 중 18만가구(20%)에 전력을 공급할 수 있는 양이다. 전력거래소 지시에 따라 자동으로 운전하는데, 지난해 10월 한달간 5만2352㎿h의 전기를 사용해 물을 퍼 올려 4만403㎿h의 전기를 생산했다. 평상시에 남는 전력 100을 투입해 비상시에 77을 뽑아 쓸 수 있는 셈이다.

양수발전은 국내 전체 발전용량의 3.2%(4.7GW)를 차지한다. 신재생에너지로 분류되지는 않지만, 태양광·풍력 등에서 나온 잉여 전기를 사용할 수 있어 신재생 발전 확대를 위해선 필요한 시설이다. 국내에는 무주를 비롯해 경기 가평군 청평 양수발전소(2기 400㎿, 1980년 준공), 경남 밀양 삼랑진(2기 600㎿, 1985년 준공), 경남 산청(2기 700㎿, 2001년 준공), 강원 양양(4기 1천㎿, 2006년 준공), 경북 청송(2기 600㎿, 2006년 준공), 경북 예천(2기 800㎿, 2011년 준공) 등 전국 7곳에서 16기(4700㎿)를 운영하고 있다. 2030년에는 충북 영동(500㎿), 2032년 강원 홍천(600㎿), 2034년에는 경기 포천(700㎿)에 양수발전소를 추가로 건설할 계획이다.

양수발전의 가장 큰 구실은 전력계통의 효율적 운용이다. 에너지 저장 규모나 안정성 면에서 지금까지 양수발전을 넘어서는 대안은 찾기 어렵다는 게 에너지 업계의 설명이다. 실제 2011년 9월 늦더위로 인해 대규모 순환정전이 일어났을 때 전국 7개 양수발전소가 모두 가동했고 2014년 10월 영흥화력 5·6호기가 정지했을 때에도 비상 가동했다. 2016년 9월 경주 지진, 2022년 3월 울진·삼척 산불 때 원전 안전이 우려되자 양수발전이 투입됐다. 2018년 7월24일 폭염으로 전력 수요가 최대치를 경신했을 때 예비전력 36.4%가 양수발전이었다. 한전 전력통계월보를 보면 지난해 1∼10월 양수발전으로 3153GWh를 발전하는 등 연평균 3800GWh의 전기를 생산한다.

정부는 지난해 1월 고시한 ‘제10차 전력수급기본계획’을 통해 2036년까지 신재생에너지 발전 비중을 현재 22.1%(3만2800㎿)에서 2036년까지 45.3%(10만8300㎿)로 늘릴 계획이다. 같은 기간 양수발전 용량은 6500㎿로 늘려 신재생에너지의 불안정성에 대응한다는 방침이다.

<출처 : 한겨레 2024. 1. 9 >

<읽기 자료2>

“고층빌딩·아파트 옥상에 태양광·양수 설비 함께 놓는다면”

양수발전의 확보는 세계적인 추세다. 국제에너지기구(IEA)가 지난해 10월 공개한 ‘2023 세계 에너지 전망’ 보고서를 보면, 러시아의 우크라이나 침공에 따른 화석연료 가격 급등과 최근 중동지역 분쟁을 겪으며 각국은 신재생 에너지 투자를 늘리고 있다. 이 추세면 태양광·풍력 등 재생에너지 비중이 지금의 30%에서 2030년 50%, 2050년 80%까지 늘어나게 된다. 2021년 기준 175GW(기가와트) 규모인 전세계 양수발전 용량은 2050년에는 325GW 규모로 확대되어야 한다는 게 국제에너지기구의 분석이다.

실제로 지난해 5월 김은수 한국수력산업협회 상근부회장이 ‘시에프아이(CFI: 탄소 없는 섬) 제주 달성을 위한 과제’ 토론회에서 발표한 자료를 보면 세계 양수발전 설비용량 1위인 중국(31.5GW)은 2030년까지 양수발전 용량을 120GW로 확대한다는 계획을 세우고 발전소 30여기를 건설하고 있다.

미국(22.9GW)도 2030년 40GW, 2050년 150GW로 발전용량 확대를 목표로 한다. 2030년 재생에너지 비중 100% 달성이 목표인 오스트레일리아(호주)는 현재 정부 차원에서 양수발전소 2곳을 건설하고 있고 10개 이상을 추가할 계획이다. 영국도 웨일스 글린론위에서 폭탄 폐기처리장으로 쓰던 채석장 2곳을 활용해 30년 만에 신규 양수발전소 완공을 앞두고 있다.

전세계 에너지저장장치의 92%를 차지하는 양수발전은 기상 조건에 따라 발전량이 들쭉날쭉한 신재생 에너지의 불안정성을 극복할 효율적인 수단으로 꼽힌다. 황태규 한국수력산업협회 수석연구원은 지난해 7월 대한전기학회 하계학술대회에서 발표한 ‘기후변화 대응을 위한 양수발전 활성화 방안’이란 논문에서 다양한 에너지저장장치의 기술적·경제적 장단점을 분석한 결과 양수발전이 가장 싸고 완성도가 높다고 했다. 양수발전은 리튬이온 배터리나 납축전지, 바나듐 흐름 전지(VRFB), 압축공기 방식 등에 견줘 수명(50년)이 길고 장시간 운용이 가능한데다, 안전성과 경제성도 뛰어나다는 것이다.

문제는 단점 또한 명확하다는 점이다. 산악지형과 산림 등 환경 훼손이 불가피하고, 상하 고도차가 분명한 지형으로 입지가 제한되는 게 대표적이다. 건설 비용이 비싼 점, 공사 기간이 화석연료 발전에 견줘 길다는 점도 단점으로 꼽힌다. 이 때문에 전문가들은 댐의 재질과 형태를 다양화하고, 발전 규모를 소형화해 입지 제한을 극복해 나가는 게 양수발전 확대에 필수적이라고 본다.

실제 2021년 10월 미국 에너지부 과학기술정보국 산하 국립재생에너지연구소가 주최한 ‘양수발전 촉진’ 공모전에선 다양한 아이디어가 쏟아져 나왔다. 지난해 3월 미국 정부가 공개한 결과 보고서를 보면 지상에 강철 자재를 엮어 댐을 만드는 방식으로 공사 기간을 4~6개월로 줄이거나, 하천이 없는 곳에도 설치할 수 있게 폐쇄형 조립식으로 댐을 만드는 방안, 터널 굴착기를 활용해 양수시설을 지하화하는 방안 등이 상을 받았다.

발전 설비를 에너지 소비가 많은 대도시 지역에 건설하는 것도 송전 비용과 환경 훼손을 줄이는 방법이다. ‘재생·지속 가능 에너지 리뷰’ 2023년 11월치에 실린 ‘도시 지역의 초소형 수력발전 시스템 고찰’이란 논문은 대도시의 고층 건물 옥상에 빗물 저장 시설을 만들어 발전에 활용하는 방안을 제시했는데, 같은 방식을 양수발전에도 적용할 수 있다. 고층 빌딩이나 아파트 옥상에 대형 수조를 설치한 뒤 태양광으로 생산한 잉여 전력을 이용해 물을 끌어 올렸다가 필요할 때 아래로 내려보내 전기를 생산하는 방식이다. 다른 전문가들은 가정에서 나오는 하수를 잉여 전기로 압축시켜 터빈을 돌리는 기술을 선보이기도 했다.

국내 전문가들은 산지가 많은 한반도의 지형적 특성상 양수발전을 적극 활용해야 한다고 주문한다. 문재인 정부 시절 에너지경제연구원장을 지낸 임춘택 광주과학기술원 교수는 “양수발전은 하천 주위로 높은 산이 있어야 하는데 한반도는 대도시 주변에도 높은 산이 있어 유리하다”며 “특히 일조량이 많은 남부지방은 태양광 발전량을 늘리기 위해 양수발전 확대가 필수적”이라고 진단했다. 양수발전 확대를 주장하는 쪽에선 산불이 났을 때는 소방용수를 쉽게 확보할 수 있다는 점, 공사용 임도를 임목 관리나 관광용으로 활용할 수 있다는 점도 양수발전의 ‘부대 효과’로 꼽는다.

<출처 : 한겨레 2024. 1. 16>

<읽기 자료3>

“‘ESS보다 한 수 위’ 친환경 양수발전소로 지역경제 살린다”

양수발전소가 저탄소 시대와 지방소멸 위기의 대안으로 부상하고 있다. 양수발전소는 태양광, 원자력 등 다른 전원의 잉여 전력을 저장할 수 있기 때문이다. 여기에 지역소멸 위기에 몰린 지방에서는 지원금, 일자리 창출이라는 효과를 불러드린다는 점에서 기피 시설에서 선호시설로 거듭나고 있다는 분석이다.

1월 9일 전력업계에 따르면 전기는 수요에 맞춰서 생산량을 늘리는 방식으로 생산한다. 우리라나의 경우 원자력, 석탄화력 발전이 기저발전 역할을 한다. 기저발전은 정비 기간외에는 하루 24시간 계속 발전기를 가동한다. 전력수요가 기저발전량을 초과하면 그에 따라 중유나 천연가스 등 생산단가가 비싼 발전소를 순차적으로 운용하게 된다. 태양광, 풍력 등 신재생에너지는 날씨에 따라 전력 생산량이 달라진다.

이 때문에 전력수요가 적은 시점에서 전기를 저장했다가, 높아지면 송출하는 '전력 저장'이 중요한 상황이다. 전기를 저장하는 방식으로는 대형 배터리를 사용하는 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System)가 있지만 가격이 비싸고, 기술적 완성도가 높지 않다는 단점을 갖고 있다.

이 때문에 또 다른 전력 저장 방식인 양수발전소가 주목 받고 있는 상황이다. 양수 발전소는 높이 차이가 나는 두 개의 저수지를 두고, 전력이 남을 때에는 아래쪽 저수지에서 위쪽 저수지로 물을 퍼 올릴 수 있다. 퍼 올린 물은 전력이 필요할 때 발전에 사용된다. 다른 전원과 비교해도 이산화탄소 발생이 적은 최고 에너지 저장 설비로 꼽힌다.

이에 산업부는 10차와 11차 전력수급기본계획에 양수발전소를 포함했고, 지난해 12월 28일 한국수력원자력(한수원, 합천), 한국중부발전(구례)을 우선사업자로 선정했다. 적격기준을 통과한 한수원(영양), 중부발전(봉화), 동서발전(곡성), 남동발전(금산)도 예비사업자로 선정했다.

통상 발전소는 세울 때마다 주민 반대·환경 문제 등을 앞세운 '님비(NIMBY·Not in my backyard)'에 부딪혀 좌절되는 경우가 많다. 원주민은 이주해야 하고, 발전소 건설 과정에 환경파괴도 생길 수 있기 때문이다.

하지만 양수발전소는 상황이 다르다. 양수발전소 선정과정에서 지자체들은 유치전에 사활을 걸었다.

양수발전소를 유치하는 지역에는 50년간 수백억원이 지원된다. 발전소 건립에는 최소 1조 원 이상의 대규모 사업비가 투입된다. 양수발전소를 유치할 경우 발전소 주변지역 지원에 관한 법률에 따라 특별지원사업비, 기본지원사업비, 사업자지원사업비 등 수백억 원의 지역발전 지원금을 확보하게 된다. 여기에 해마다 12억 원의 재산세, 지방소득세 등 장기적인 세수 확보도 가능할 것으로 예상한다.

양수발전소 건설로 지역민 130여 명의 신규 일자리 창출도 기대한다. 발전소와 연계한 관광지 개발로 지역경제에도 큰 도움이 될 것으로 보고 있다. 실제로 전남 무주군에 설치·운영 중인 양수발전소에는 연간 홍보관 15만 명, 와인굴 20만 명, 상부 저수지에 20만 명의 관광객이 찾는 것으로 알려지고 있다.

<출처 : 파이낸셜뉴스 2024. 1. 9>

4. 생각 열기

▶ <읽기 자료1>을 읽고, 양수발전소를 왜 ‘전력 수급 5분 대기조’라고 하는지 그 이유를 말해봅시다.

▶ <읽기 자료2>에서 미국과 중국이 양수발전을 지금보다 얼마나 많이 늘리려고 하는지 수치를 자세히 살펴보도록 합시다. 양수발전 용량을 중국은 현재보다 2030년까지 약 (   )배, 미국은 2050년까지 약 (   )배

▶ <읽기 자료3>을 읽고, 친환경 양수발전소가 어떻게 지역경제 살릴 수 있는지 친구(가족)들과 이야기를 나눠봅시다.

5. 생각 키우기

▶ 한수원에서 만든 ‘양수발전 홍보영상’이나 다른 자료를 통해 양수발전의 원리를 좀 더 찾아봅시다. 고층 빌딩이나 아파트 옥상에 대형 수조를 설치한 뒤 태양광으로 생산한 잉여 전력을 이용해 물을 끌어 올렸다가 필요할 때 아래로 내려보내 전기를 생산하는 방식 즉, 양수발전의 원리를 우리 주변에서 활용할 수 있는 곳으로 어디가 좋을지 토의해 봅시다.

6. 학생 글

산이 많은 한국, 양수발전이 딱이다.

양수 발전소라는 말 들어보셨나요? 많은 사람이 신재생에너지는 익히 들어 잘 알고 있지만, 양수 발전소에 대해선 잘 모르는 경우가 대다수입니다. 그렇지만 환경을 생각하는 국가가 되기 위해선 신재생에너지뿐만 아니라 양수 발전소에도 주목해야 합니다. 기상 상황에 따라 전기 생산량이 달라지는 신재생에너지의 단점을 보완해줄 수 있는 것이 바로 양수 발전소이기 때문입니다. 양수 발전소의 발전 원리는 전력 수요가 적은 시간대에 잉여 전력을 이용해 하부댐의 물을 상부댐으로 끌어 올렸다가 전력 수요가 많아지면 상부댐의 물을 하부댐으로 흘려보내 전력을 생산하는 것인데 여기서 주목할 점은 전력 수요가 적은 시간에 전력을 사용하고 전력 수요가 늘어났을 때 전력을 생산해낼 수 있다는 점입니다. 정전이나 지진 등 급하게 전력이 필요할 때 가장 효율적으로 전기를 생산해낼 수 있는 전원이 양수 발전소입니다. 또 가동 소요 시간도 3~5분 정도로 원자력 발전이 24시간, 석탄 화력 발전은 4기간인데 비해 매우 짧아 효율적입니다. 

특히 우리나라는 지형이 산이 많고 높아서 양수발전을 활용하기에 적합합니다. 중국, 미국, 호주 등의 나라들처럼 양수발전을 늘릴 필요가 있습니다. 예를 들어 호주는 2030년까지 신재생에너지 비중 100% 달성 목표인데 양수 발전소를 10곳 더 추가할 계획이라고 합니다. 신재생에너지뿐 아니라 ‘저장’도 그만큼 중요하다는 뜻입니다. 안전하고 친환경적인 양수발전, 미래를 대비해 더 늘립시다!

든든한 양수 발전소

기후 위기 시대에 신재생에너지에 관한 관심이 나날이 늘어나고 있습니다. 하지만 신재생에너지는 햇빛, 바람, 파도 등의 자연환경을 이용하여 전기를 생산하는 방식이기 때문에 날씨나 기후에 따라서 전기가 많이 생산될 수도, 적게 생산될 수도 있습니다. 이러한 단점을 해결할 수 있는 방법이 바로 양수 발전소를 활용하는 것입니다. 양수 발전소를 사용하면 전기가 많이 생산될 때 그 남는 전기를 이용하여 하부댐의 물을 상부댐으로 끌어 올린 다음, 전기가 부족할 때 저장되어 있던 물을 흘려보내면서 전기를 생산할 수 있습니다. 

양수 발전소는 지금까지 우리나라의 다른 발전소가 정지했을 때나 자연재해, 폭염 등으로 전기가 부족해진 비상 상황에 많은 도움을 주었던 중요한 존재입니다. 앞으로 신재생에너지의 비율이 점점 높아질 텐데 이에 따라 양수발전소의 비율도 늘려 좀 더 안정적인 전기 사용이 가능해지는 미래가 왔으면 좋겠습니다.

/김제검산초 김주영 교사

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