[과학을읽다]'양수발전'이 대세라고?

양수발전은 발전소의 아래와 위에 각각의 저수지를 만들고 전력에 여유가 있는 야간에 펌프를 가동해 아래쪽 저수지의 물을 위쪽 저수지로 퍼 올렸다가 전력이 필요할 때 다시 아래쪽 저수지로 물을 내려보내 전기를 생산하는 방식입니다. [그림=이진경 디자이너]

[아시아경제 김종화 기자]양수발전에 대해 들어보셨나요? 차세대 에너지원으로 주목받는다는데 양수발전이 수력발전과 다른 점은 무엇일까요? 수력발전은 댐의 수문을 열어 물이 떨어지는 힘을 이용해 전기를 만드는 방식입니다. 물의 위치에너지를 전기에너지로 바꾸는 것이지요.

양수발전은 발전소의 아래와 위에 각각의 저수지를 만들고 발전과 양수를 반복하는 수력발전의 한 형태입니다. 야간이나 전력이 풍부할 때 펌프를 가동해 아래쪽 저수지의 물을 위쪽 저수지로 퍼 올렸다가 전력이 필요할 때 다시 아래쪽 저수지로 물을 내려보내 전기를 생산하는 방식입니다.

양수발전의 가장 큰 장점은 친환경 에너지라는 점이지요. 물을 에너지원으로 사용하기 때문에 대기오염 물질을 배출하지 않고, 전력생산에 필요한 연료를 수입하지 않아도 되기 때문에 발전비용도 발생하지 않습니다.

심야에 남는 전기를 알뜰하게 활용해 안정적으로 전기를 공급한다는 점도 매력적입니다. 태양광과 풍력발전이 점차 확대돼 2030년에는 전력계통의 30%를 차지하는데 날씨의 영향으로 전기를 생산하지 못할 때 양수발전이 안정적으로 전력을 공급할 수 있게 됩니다. 잉여 전력을 활용하기 때문에 돌발 사고 등에 즉각 대응할 수 있어 현재 가장 안정적으로 전력 계통을 유지할 수 있는 기술이라고 할 수 있습니다.

양수발전소가 관광명소가 돼 지역 경제발전에 기여하기도 합니다. 국내 1호인 청평 양수발전소의 호명호수는 해발 535m, 면적이 47만9000㎡에 달할 정도로 넓은데 백두산 천지를 닮은 가평의 비경이라고 불리면서 연간 13만 명 이상이 방문하는 명소가 됐습니다.

양수발전의 역사는 꽤 오래 됐습니다. 1910년대 이탈리아에서 시작돼 1928년 미국, 1934년 일본으로 전파됐고, 우리나라에는 1980년 청평에 처음으로 설치됩니다. 현재 전 세계에 150여 개의 양수발전소가 가동 중입니다. 우리나라에는 청평과 양양, 예천, 무주, 청송, 산청, 삼랑진 등 7개 양수발전소에서 16기의 발전기를 운영하고 있습니다. 정부는 2031년까지 2GW 용량의 신규 양수발전 3곳을 추가로 건설할 계획입니다.

양수발전을 가장 적극적으로 활용하고 있는 나라는 중국입니다. 2014년 기준 중국의 양수발전 비중은 5% 정도입니다. 중국의 전력 부문 13.5계획(2016~2020년)에 따르면, 2020년까지 전력공급 안정성 향상을 위해 양수발전소의 신규 설비용량을 1700만㎾ 확충해 총 4000만㎾로 전력생산을 늘린다고 합니다. 또 광둥의 선전, 하이난의 충증 등에 양수발전소를 추가 건설할 계획입니다.

호주 스노위강의 물줄기를 바꾸는 거대한 프로젝트인 '스노위 마운틴 프로젝트'의 일환으로 건설된 양수발전댐. [사진=유튜브 화면캡처]

호주의 양수발전도 주목할 필요가 있습니다. 지난해 3월 호주 정부는 스노위강의 물길을 바꾸는 대형 프로젝트인 '스노위 마운틴 프로젝트'의 일환으로 2억2200만 달러 이상을 양수발전 스토리지 건설 플랜에 투입한다고 발표했습니다. 현재 퀸즐랜드, 남호주, 타즈매니아주에서 양수발전 스토리지 프로젝트가 추진 중입니다.

앤드류 브래커 호주 국립대 교수는 "호주에는 적어도 2만 2000개의 양수발전이 가능한 장소가 있으며, 이 중 몇 군데에 에너지 저장소가 더 건설된다면 20년 후 호주는 100% 신재생 에너지 발전 국가로 태어날 수 있다"고 전망할 정도로 호주는 양수발전에 국가의 미래를 걸고 있습니다.

일본도 양수발전의 비중이 높은 국가 중 하나입니다. 2016년 3월말 기준 전기사업자들이 보유한 수력발전 설비용량 4만5790MK 가운데 양수발전설비는 60%나 됩니다. 최대출력 500㎿ 이상의 수력발전소 24곳 중 1곳을 제외하고는 모두 양수발전소라고 합니다.

그렇다면 이제 일본의 전력수급 특징에 대해 살펴볼까요? 일본은 일간으로 볼 때 한여름 더위가 피크에 달하는 오후 1시부터 3시까지의 전력소비가 가장 높습니다. 1970년대 중반 이후 고온다습한 여름철 기후에 대처하기 위한 냉방용품 사용이 증가했기 때문이죠. 2015년도 10개 일반전기사업자의 최대수요전력은 153,670㎿로, 전년 대비 0.6% 상승했다고 합니다.

양수발전은 이제 국내 전력계통의 주파수와 전압을 일정하게 조정해주는 핵심 설비입니다. 해외에서도 전력계통 안정화를 위해 양수발전 비중이 점점 증가하는 추세입니다. 독일은 2013년 기준 8GW를 2025년 12GW로, 같은 기간 중국은 22GW를 120GW로, 미국은 23GW를 47GW로 대폭 증설할 예정이라고 합니다. 이제는 양수발전이 대세입니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr