수력 발전

물만으로 도시 전체에 전력을 공급할 수 있을까요?

재생에너지원 중에는 가장 강력하고 풍력이나 태양광보다 훨씬 많은 전기를 만드는 것이 있어요 ^[1,2,3]. 바로 수력발전인데, 물의 움직임으로 엄청난 양의 에너지를 만들어요.

에너지 전환이 한창 진행되는 지금, 수력발전에는 엄청난 잠재력이 있어요 ^[3,4,5]. 풍력과 태양광이 빠르게 늘어나는 만큼, 2050년까지 탄소중립에 도달하려면 수력발전 개발도 비슷한 속도로 빨라져야 해요 ^[5-9].

그렇다면 이 기술의 최신 발전은 무엇이고, 어떻게 진짜 힘을 끌어낼 수 있을까요?

문명이 시작된 이래 사람들은 물에 힘이 있다는 걸 알았어요. 2,000년 전 고대 그리스로 돌아가 보면, 아름다운 산과 햇살 좋은 초원 사이에서 그리스인들은 이미 물레방아로 밀을 밀가루로 빻고 있었어요 ^[10,11,12].

나중에는 로마인들이 이 과정을 공업화해 프랑스 남부 바르베갈에 놀라운 생산 시설을 만들었어요 ^[13-18]. 고고학자들은 물의 힘으로 돌아가는 방앗간 16개를 이용해 매일 최대 25톤 ^[16,17] 의 밀가루를 빻았다고 봐요. 이는 근처 도시 아를의 모든 주민을 먹일 수 있는 양이었죠 ^[11,16,18].

수세기에 걸쳐 인류는 물의 힘을 활용하는 새로운 방법을 계속 찾아냈어요. 오늘날 수력발전은 전 세계 전력 생산의 약 14%를 공급하며 ^[1,2], 석탄과 화석 가스에 이어 세 번째예요.

그런데 어떻게 작동할까요? 수력발전소에는 세 가지 주요 유형이 있어요 ^[19]:

유형 1: 저수지.

가장 흔한 유형은 강을 가로질러 큰 댐을 세워, 강의 다른 부분보다 높은 저수지를 만드는 방식이에요. 에너지가 필요할 때마다 위쪽 저수지의 물을 흘려보내 하류로 흐르게 해요. 높이 차이 덕분에 흐르는 물이 낮은 곳에 설치되고 발전기에 연결된 여러 터빈을 돌려요 ^[19]. 짜잔, 발전기가 전기를 만들어요.

하지만 저수지를 만드는 일은 땅을 물에 잠기게 하고 강의 자연스러운 흐름을 끊는 큰 공사예요 ^[20]. 그래도 다른 방법이 있어요…

유형 2: 수로식.

전 세계에서 널리 쓰이는 이 간단한 시스템은 댐이 있어도, 없어도 작동할 수 있어요. 기본적으로 강물이 자연스럽게 아래로 흐르는 곳에 작은 물길을 내는 거예요 - 이렇게 하면 강물 일부가 수로로 흘러가요. 그다음 수로의 물이 관을 따라 내려가 터빈을 돌리면, 짠: 전기가 만들어져요! ^[19,20]

그런데 근처에 강이 없어도 수력발전이 가능할까요? 네, 가능해요…

유형 3: 양수식 저장.

여기에는 저수지가 두 개 있어요. 하나는 낮은 곳에, 다른 하나는 더 높은 곳에 있죠. 이 방식은 태양광 같은 다른 재생에너지원과 함께 쓸 수 있어요.

해가 비추는 낮에는 태양광 패널이 전기를 너무 많이 만들 수 있어요. 보통 이 남는 전기는 버려지지만, 펌프를 돌리는 데 쓰면 물을 더 높은 저수지로 끌어올릴 수 있어요 ^[19-23].

해가 없는 밤에는 보통 전력 수요가 더 높아지는데, 이때 높은 저수지의 물을 흘려보내 터빈을 돌리고 필요할 때 전기를 만들 수 있어요.

충전 가능한 거대한 물 배터리 같은 거예요. 실제로 이런 양수식 수력 시스템은 전 세계 장기 에너지 저장의 90% 이상을 차지해요 ^[5,22].

수력발전 시스템에 꼭 거대한 공사가 필요한 건 아니에요. 훨씬 작게 만들 수도 있고, 심지어 뒷마당에도 들어갈 수 있어요. 필요한 건 높이 차이와 충분히 떨어지는 물을 확보할 수 있는 곳뿐이에요 ^[24]. 그리고 크기에 속지 마세요! 아주 작은 지역 시스템도 작은 마을에 충분한 전력을 공급할 수 있어요 ^[19,25,26].

그렇다면 수력발전이 탄소중립으로 가는 길을 이끌 수 있을까요?

안타깝게도 수력발전이 늘 순탄한 건 아니에요: 몇 가지 장애물이 있어요 ^[27,28].

첫 번째 문제는 사회적 문제예요: 이런 건설 사업은 지역 공동체의 이주로 이어질 수 있어요. 실제로 큰 저수지 댐을 만들면 수십만 명이 집을 떠나 다른 곳으로 옮겨야 할 수도 있어요 ^[29-32].

두 번째 문제는 환경 문제예요: 제대로 계획하지 않으면 댐은 주변 환경과 그곳에 사는 야생동물에 엄청난 피해를 줄 수 있어요 ^[33-36].

하지만 올바른 접근과 혁신이 있다면 수력발전은 CO₂ 배출을 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있어요 ^[27,37]. 여러 해결책이 제안되고 있어요: ^[38,39]

예를 들어 지역 공동체와 협의하면, 이들이 결정에 목소리를 내고 사업의 혜택을 직접 받을 수 있어요 ^[40,41].

주변 환경에 주는 피해를 줄이기 위해 환경영향평가, 즉 EIA도 반드시 시행해야 해요 ^[42,43,44].

전문가들은 어도와 물고기를 보호하는 터빈 같은 더 나은 기술을 개발하려고도 노력하고 있어요 ^[45,46,47].

세상은 수력발전을 잊은 듯하지만, 아직 전 세계 잠재력 대부분이 활용되지 않은 잠자는 거인과 같아요. 다행이죠. 2050년까지 탄소중립을 이루려면 전 세계 수력발전 용량을 두 배로 늘려야 할 것으로 추정돼요 ^[5,6].

풍력과 태양광이 늘어날수록, 이런 간헐적인 에너지 공급을 뒷받침하려면 양수식 수력 에너지 저장을 확대하는 것도 필수예요 ^[5,22,23].

책임 있게 계획한다면 수력발전은 강력하고, 믿을 수 있고, 필요할 때 전기를 만들 수 있어서 화석연료에서 벗어나는 전환을 이끌 수 있어요.