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폭염·탄소중립 시대 재조명되는 수력발전

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폭염·탄소중립 시대 재조명되는 수력발전

2021.07.26 07:00
스페인 남부에 설치된 댐. 위키미디어 제공.
스페인 남부에 설치된 댐. 위키미디어 제공.

폭염으로 전력난에 대한 걱정이 커지고 있다. 전세계 곳곳에서는 폭우와 폭염, 산불 등 극심한 이상기후 현상이 발생하고 있다. 지구온난화를 억제하기 위한 탄소중립과 친환경 재생에너지 확대 요구가 높아지고 있지만 재생에너지는 전력난을 해결하는 데 아직 역부족이다. 


과학자들은 풍력·태양광에 초점을 맞추고 있는 재생에너지 분야에서 다소 소외되고 있는 수력발전으로 다시 눈을 돌릴 필요가 있다는 분석을 내놓고 있다. 노르웨이과학기술대 연구진은 토양 관개와 식수, 홍수 조절 용도로 건설됐지만 수력발전을 하지 않는 댐을 수력발전용으로 개조하는 것만으로 경제성이 확보된 상당량의 친환경 에너지를 생산할 수 있다는 연구결과를 내놨다. 미국 에너지부 산하 국립재생에너지연구소(NREL) 댐으로 만들어진 저수지에 태양광 패널을 부유식으로 띄우는 태양광·수력 하이브리드 시스템을 제안하고 있다. 


재생에너지 분야에서 상대적으로 관심이 멀어진 수력발전은 여전히 비중이 높다. 미국 소재 비영리 기관 기후에너지솔루션센터(C2EC)에 따르면 전세계 재생에너지에서 수력발전은 약 3분의 2를 차지한다. 


하지만 규모가 큰 댐으로 생겨난 저수지는 바닥에서 유기물질이 분해되면서 온실 가스인 이산화탄소와 메탄을 만든다. 환경보호기금(EDF)에 따르면 규모가 상대적으로 큰 전세계 1500여개 수력발전소의 7%는 화석연료 발전소보다 단위 에너지당 더 많은 온실가스를 방출한다. 대규모 댐을 통한 수력발전이 친환경적이지 않다는 사실이 드러나면서 수력발전의 미래가 어둡다는 분석이다. 


토르 하콘 배켄 노르웨이과학기술대 교수 연구진은 수력발전을 하지 않는 기존 댐을 개조하면 상당량의 전력을 생산할 수 있는 시뮬레이션 연구결과를 지난 6월 발표했다. 연구진이 규모가 큰 순으로 전세계 6만개의 댐을 조사한 결과 이 중 3분의 1만 수력발전을 하고 있다. 아시아와 아프리카에서는 수력발전에 사용되는 댐의 비율이 10~15%에 그치는 것으로 분석됐다. 


연구진은 첨단 공법을 통해 댐의 하부구조에 발전용 터빈을 설치하는 방안을 고안하고 수력발전을 하지 않는 스페인 남부 과달키비르 강에 설치된 13개의 댐의 하부에 터빈을 설치하는 시뮬레이션 분석을 진행했다. 저수지의 수문, 현재 물 사용량과 댐을 개조하는 데 필요한 예상 비용, 예상 발전량 등을 시뮬레이션한 결과 13개의 댐 중 5개는 연간 47기가와트시(GWh)의 전력을 생산할 수 있는 것으로 분석됐다. 이는 약 4000~5000가구가 연간 사용할 수 있는 전력량이다. 이 지역의 용수 공급과 생태 환경에 영향을 주지 않는다는 사실도 확인됐다. 


배켄 교수는 “댐을 개조하는 것만으로 경제성 있는 수력발전을 할 수 있다는 사실을 확인한 것”이라며 “토양 관개와 식수, 홍수 조절 등의 목적을 위해 건설된 전세계 다수의 댐에서 친환경 전력을 생산할 수 있을 것”이라고 말했다. 


미국 에너지부 산하 국립재생에너지연구소(NREL) 네이선 리 연구진은 수상 태양과 패널과 수력발전소의 하이브리드 시스템을 제안했다. 이를 통해 전세계에서 매년 생산되는 전력의 상당 부분을 책임질 수 있는 잠재력이 있다는 것이다. 


연구진은 이미 수력발전소가 있는 저수지에 부유식 태양전지판을 추가하면 태양광만으로 연간 7.6테라와트의 전력을 생산할 수 있다는 분석결과를 지난해 9월 국제학술지 ‘재생에너지’에 발표했다. 이는 수력발전에서 생산되는 전력량을 포함하지 않은 결과다. 


현재 부유식 태양광 발전 기술은 초기 단계다. 태양광 패널을 설치할 지상 공간이 부족한 지역에서 활용되고 있다. NREL의 기존 연구에 따르면 미국에 있는 인공 저수지에 부유식 태양광 패널을 설치하면 미국 연간 전력 생산량의 약 10%를 생산할 수 있을 것으로 추정된다. 


연구진은 “전세계 37만9068개의 저수지에 부유식 태양광 패널을 설치할 수 있을 것으로 추정된다”며 “부유식 태양광 패널과 수력발전을 결합하면 변전소를 공유해 전력 송출 비용을 줄일 수 있는 동시에 건기에는 태양광을, 강우량이 많은 우기에는 수력발전을 할 수 있는 이점이 있다”고 말했다. 

 

미국에너지부 국립재생에너지연구소 제공
부유식 태양광 발전 기술이 적용된 수력발전소의 구성도. 미국에너지부 국립재생에너지연구소 제공

 

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