[투데이에너지 김병욱 기자] 양수발전소는 크게 5가지의 입지조건이 필요하다. 먼저 △저수용량이 큰 곳 △수로식은 대공동 지하발전소 굴착에 적합한 지형 △고낙차 지역이면서 수로연장이 짧은 곳 △양수식은 낙차 300m 이상인 곳 △송전선 연결이 용이한 곳이 양수발전소건설에 유리한 곳이다.
지난 2017년 12월 제8차 전력수급기본계획에서 재생에너지 증가에 따른 발전량의 간헐성과 변동성 보완을 위한 백업 설비로 2GW 규모, 3개소의 신규 양수발전소가 반영됐다.
이에 국내 유일의 양수발전소 운영회사인 한국수력원자력은 양수발전소 건설 사업을 신성장사업으로 추진하기 위해 2018년 9월 신규양수 건설추진계획을 수립했다.
이에 한수원은 2019년 6월 전국 7개 지역을 대상으로 지자체 자율유치 공모방식을 통해 영동, 홍천, 포천 지역을 선정했으며 2020년 12월 제9차 전력수급기본계획에 신규양수 3곳, 총 1.8GW 규모가 확정됐다. 이에 양수발전소 역할, 지역경제 미치는 영향, 발전소 건설 등에 대해 살펴봤다. /편집자 주
발전소는 24시간 풀가동을 하는 것이 일반적이다. 가동 중간에 가동을 멈추고 발전소가 쉬면 재가동하는데 비효율적이기 때문이다.
특히 유연탄 화력발전소나 원자력발전소가 설비용량만큼의 능력을 발휘하기 위해서는 처음 보일러에 붙을 붙이고 나서 오랜 시간이 지나야 한다. 이 때문에 유연탄 화력발전소나 원자력발전소는 일단 가동을 하면 정지하지 않고 계속해서 운전을 하는 것.
유연탄 화력발전소나 원자력발전소는 고장정지나 예방정비를 제외하고는 계속해서 운전을 하게 되며 이 때문에 유연탄 화력이나 원자력발전소는 기저발전기로 분류되고 있다.
전력수요가 많은 낮 시간대에는 이런 발전소 즉 기저발전에서 생산되는 전기를 모두 사용하게 된다.
이에 반해 전력수요가 급격히 떨어지는 저녁부터 새벽까지 즉 심야시간에는 기저발전기에서 생산된 전기가 남게 되는 것이 현실이다.
이에 따라 현재 기저발전기에서 생산돼 남아 있는 전기는 야간에 물을 높은 곳으로 끌어 올리는데 사용한다. 낮에 전력이 많이 필요할 때 부족분을 심야에 올려놓은 물로 추가 발전을 해서 전기를 공급하는 것이다.
양수발전소는 심야 경부하시의 값싼 전력을 이용해 하부댐의 물을 상부댐에 양수해 첨두부하시에 발전함으로써 전력계통상의 첨두부하의 일부를 담당해 전체적인 발전효율을 향상시키고 경제적인 전력계통의 운용을 가능하게 한다.
또한 기동성(起動性)이 타 에너지원의 발전설비보다 상대적으로 우수하고 원자력과 같은 대용량 발전소의 고장시 또는 전력계통의 돌발적인 사고나 긴급한 부하변동으로 인해 발생되는 예기치 못한 상황 등에 적극적인 대처가 가능하다.
이로 인해 전력수급상의 신뢰도 제고 및 양질의 전력공급에 중요한 역할을 담당하고 있다.
양수발전소에서 전기를 생산하기 위한 시간은 그리 길지 않다. 상부저수지에서 물을 떨어뜨리는 순간부터 바로 전기가 생산되기 때문에 비상전원으로서 최적의 역할을 수행할 수 있다.
한국수력원자력에 따르면 현재 국내 양수발전은 청평, 삼랑진, 양양 등 모두 7곳에 16기가 있다.
전체 설비용량은 4,700MW, 전원구성 가운데 약 4%를 차지하고 있다. 특히 최근에는 바람과 햇빛에 따라 전기 출력이 변동해 일정한 주파수를 내는 데에 어려움이 있는 재생에너지의 출력 변동성을 보완해주는 ‘전력계통 안정화’ 역할로 양수발전의 역할이 중요해지고 있다.
지난 2011년 9월15일 예상을 넘어선 전력수요 급증으로 순환정전 사태가 발생, 블랙아웃 위기가 찾아왔다.
당시 양수발전소는 상부댐에 저장돼 있던 물을 떨어뜨리며 즉각 전기를 생산, 전국적인 대규모 정전 사태를 막았다. 원전의 경우 전기 생산까지 약 24시간, 석탄화력 4시간, 복합화력 2시간인데 비해 양수발전은 약 2분 30초만에 전기 생산이 가능해 갑자기 전력이 부족한 위기상황에서 비상전력으로서 역할을 한 것이다.
또한 2016년 9월 지진으로 원자력발전소가 정지함에 따른 갑작스런 출력 변동에도 양수발전이 즉각 기동에 나서며 계통을 안정적으로 유지시키는 역할을 했다.
흔히 전기가 남으면 전기 생산을 멈추면 된다고 생각할 수 있지만, 대용량 발전소의 출력을 낮추거나 생산을 중단하는 것보다는 남는 전기를 사용하는 것이 전력계통 안정화에 더 효율적이기 때문에 양수 작업을 통해 주파수를 일정하게 유지하는 것이다.
이렇게 저장해 놓은 물은 전기가 필요할 때 하부댐으로 떨어뜨리며 전기를 생산한다. 특히 블랙아웃 등 대규모 정전이 발생할 경우에는 자체 기동발전을 통해 주변의 대형 발전소에 기동용 전력을 공급함으로써 전력수급 비상시에 전력계통의 마지막 보루 역할을 할 수 있다.
■지역경제
국가적으로는 전력계통 안정화 역할을 하는 양수발전소가 발전소 주변지역에서는 경제 활성화
에 한몫을 하고 있다. 신규 발전소 건설이 자율유치에 성공할 수 있었던 것은 양수발전소 대부분의 설비가 지하에 위치해 외부노출에 의한 환경 피해가 거의 없으면서도 지역경제에 미치는 효과가 커 다른 발전원과 달리 주민들로부터 환영받고 있기 때문이다.
한수원은 발전소 건설시 총 사업비의 1.5%를 특별지원사업으로 지역에 지원하며 발전소 주변 지역 및 사업자 지원사업, 법인세, 주민세 등 지역 소득 증대 효과가 있다.
민간 건설사와 부품 제작사 등 연인원 약 10만명의 일자리 창출 효과와 관광상품화에 따른 지역 방문객 증가 및 특산물 판매 증대 등의 효과도 있다. 이밖에도 가뭄시 용수공급, 산불진화 용수활용 등의 장점이 있어 지자체 및 지역주민의 만족도가 높다.
이러한 이유로 지난 1996년에도 국내 최초로 지자체와 주민이 유치위원회를 결성해 유치 성공까지 이끈 청송양수발전소 사례가 있다. 제9차 전력수급기본계획에 따른 신규양수 3곳은 지역 경제 활성화에 커다란 영향을 미칠 것으로 예상된다.
충청북도 영동군 상촌면 및 양강면 일대에 건설을 추진하고 있는 영동양수발전소는 총 시설용량 500MW 규모로 2024년 9월 착공, 2030년 12월 준공을 목표로 사업을 진행하고 있다. 사업비 약 1조800억원, 건설기간중 약 8,160명의 고용창출효과와 1조6,300여억원의 생산유발효과가 기대된다.
건설 및 운영기간 60년 동안 주변지역 지원금은 약 451억원에 달할 것으로 보인다.
강원도 홍천군 풍천리 일대에 건설을 추진하고 있는 홍천양수발전소는 총 시설용량 600MW 규모로 2026년 1월 착공, 2032년 12월 준공을 목표로 사업을 진행하고 있다. 사업비 약 1조4,500억원, 건설기간 중 7,400명의 고용창출효과와 1조 2,600억원의 생산유발효과가 기대된다. 건설 및 운영기간 60년 동안 주변지역 지원금은 약 545억원에 달할 것으로 보인다.
경기도 포천시 이동면 일대에 건설을 추진하고 있는 포천양수발전소는 총 시설용량 700MW 규모로 2027년 6월 착공, 2034년 12월 준공을 목표로 사업을 진행하고 있다. 사업비는 약 1조4,300억원, 건설기간 중 7,900명의 고용창출효과와 1조6,900억원의 생산유발효과가 기대된다. 건설 및 운영기간 60년 동안 주변지역 지원금은 약 610억원에 달할 것으로 보인다.
■양수발전, 안전성 강화
새롭게 건설 예정인 양수발전소는 지진 등 자연재해에 대비해 안전성을 강화하고 환경훼손 최소화 및 최적시설배치를 통한 친환경 설계를 진행할 예정이다.
또한 국내·외에서 발생한 발전소 침수·화재·폭발 등의 대형 사고사례를 다각적으로 분석, 최적 개선방안을 도출함으로써 안전성이 한층 강화된 발전소를 건설할 계획이다.
특히 신규양수에는 국내 최초로 차세대 수차발전기를 설치할 예정이다.
기존에는 발전할 때만 출력을 조절할 수 있는 가역식 양수를 사용했던 것을 신규양수에는 성능이 향상된 가변속 양수를 도입, 발전은 물론 양수 과정에서도 출력을 조절할 수 있으면서도 대응 속도는 훨씬 빠른 시스템을 갖출 계획이다.
한수원은 발전소 부지가 확정됨에 따라 2019년 11월 영동과 홍천, 포천에 각각 지역사무소를 설치하고 지역주민과 함께 상생 발전할 수 있도록 다양한 주민 체감형 소통 활동을 진행하고 있다.
특히 코로나19 장기화에 따른 지역 경기침체 국면 속 공기업으로서 사회적가치 실현과 지역커뮤니케이션 강화를 위한 지역수용성 활동을 시행하고 있다.
한수원은 판로가 막힌 지역 농가를 돕기 위해 포천, 홍천, 영동에서 각각 지역 농특산물을 구입해 서로 교차 지원하는 방식으로 전달했다. 이를 통해 농가의 시름을 덜어주면서 지역의 취약계층도 돕고, 농특산물을 홍보하겠다는 취지다.
소비 위축으로 농민들이 어려움을 겪고 취약계층 지원도 발길이 끊겼다는 소식에 홍천군 감자, 화천군 산천어 통조림 및 쌀을 구매해 한수원 본사가 위치한 경주지역 취약계층 및 3개 양수건설 예정지역 취약계층에 전달하기도 했다.
코로나19의 고통을 나누고자 임직원이 반납한 임금을 활용한 쌀과 생필품 등을 기부하고 마스크와 손세정제 등 방역물품을 전달하는 등의 활동도 진행했다.
또한 안심가로등 사업은 범죄 및 안전 취약지역에 태양광을 이용한 친환경가로등을 설치해 주는 사업이다. 2020년에는 영동군 영동산업과학고등학교와 산막저수지 일원 및 포천시 한탄강 하늘다리 일원에 안심가로등을 설치했다.
지역아동센터 지원사업은 어린이들의 안전한 귀가와 문화체험을 위한 안심카 지원, 독서공간 개선 및 도서 보급을 위한 맞춤형 도서관 설치, 아동교육의 질적 향상을 위한 IT-ZONE 설치, 기초학습 능력 향상을 위한기초학습지원을 시행해 미래세대들이 건강한 환경에서 꿈을 키울 수 있도록 하고 있다.
스마트 안심 사업은 미세먼지와 대기오염 저감을 위해 홍천군 남면에 스마트안심스테이션을 설치할 예정이며 장애인(시각·청각) 보행권 개선을 위해 안심 지팡이 및 안심 넥 밴드를 제공할 예정이다.
이어 영동에서는 운동선수 사기진작 및 동기여부 활성화를 위해 영동군 대표 운동선수(육상, 여자씨름단, 배드민턴)에게 훈련용품 지원, 취약계층주거환경 개선을 위해 지역 내 사회봉사단과 합동으로 집 고쳐주기 활동을 시행했다.
또한 깨끗한 자연환경 유지를 위해 지자체와 합동으로 다슬기 및 어류방류 행사를 시행할 예정이다.홍천에서는 현장사업소 직원의 재능기부 형태의 장수사진 촬영, 코로나19 장기화에 따른 비대면 홍보 확대를 위해 블로그, 유튜브를 개설했다.
또한 지역 취약계층과 농민 지원을 위해 홍천지역 농산물 등 3,000만원 상당의 물품을 구매해 홍천군에 기부, 아동복지시설 봉사활동과 연말연시 연탄 나눔 활동을 펼치는 등 지역 이웃들과 정을 나누고 있다.
포천에서는 아프리카 돼지열병 방역활동 지원물품 전달과 가을철 농번기 일손돕기 등의 활동을 펼쳤다.
이와 함께 한수원과 지자체는 함께 협력해 신규양수의 기반시설을 활용, 주변지역 관광사업 구축을 추진할 예정이다.
이를 통해 양수발전소가 단순히 전력만 생산하는 시설이 아니라 지역의 관광명소가 됨으로써 지자체와 한수원이 상생발전 할 수 있도록 적극 지원한다는 방침이다. 유휴부지를 활용해서는 신재생에너지 시설 등을 설치하는 방안도 향후 검토할 예정이다.
■양수발전소 현대화사업 준공
한국수력원자력은 국내 최초로 지난해 양수발전소 현대화사업에 성공했다.
한수원은 삼랑진양수발전소 현대화 사업을 통해 30년 이상의 노후설비를 고효율 최첨단의 발전설비로 전면 개조하고 6일 경남 밀양시 삼랑진양수발전소 현장에서 준공식을 열었다.
청평양수발전소에 이어 우리나라에서 두 번째로 건설된 삼랑진양수발전소는 설비용량 600MW
로 지난 1985년 준공이후 전력공급 및 전력계통 안정 역할을 다하고 설계수명 30년이 경과돼 지난 2018년 9월 현대화사업에 착공, 2년 4개월 만에 준공됐다.
그동안 30MW 이하 중수력 수차의 현대화사업 성능개선은 여러 차례 있었지만 300MW급 대수력은 처음이다. 이에 따라 이번 사업으로 양수발전소 성능개선 기술력을 확보했다는데 큰 의의가 있다.
삼랑진양수발전소는 현대화사업을 통해 양수기동장치를 디지털화했으며 설비관리 효율성 제고
를 위한 각종 센서를 대거 도입했다. 또한 수차 성능을 대폭 개선해 종합효율을 약 6%p 상승시킴으로써 국내 양수발전소 중 최고효율인 85%를 상회해 연간 약 100억원의 추가수익을 창출할 수 있게 됐다.
또한 발전소 수명을 30년 연장함으로써 1조원에 이르는 막대한 건설비용을 절감했을 뿐 아니라 최근 전력계통에 태양광, 풍력과 같이 간헐성을 가진 에너지원이 증가하는 추세에서 삼랑진양수발전소는 클린 에너지저장장치로의 역할이 더욱 커질 것으로 예상된다.
이에 더해 향후 빅데이터 및 인공지능(AI) 등의 4차 산업혁명 기술을 적용, 최첨단 발전소로 조성될 예정이다.
한수원은 앞으로 노후 수력 및 양수발전소의 현대화사업을 지속적으로 추진하고 2GW의 신규양수 건설, 수력설비 국산화 등을 통해 국내 수력산업과의 협업·상생을 더욱 활발히 해나간다는 방침이다.
정재훈 한수원 사장은 “삼랑진양수의 성공적인 현대화사업을 통한 기술력을 바탕으로 국내 수력 및 양수발전소 뿐만 아니라 신재생에너지, 해외수력사업을 적극 전개해 세계적인 종합에너지기업으로 도약하기 위해 노력할 것”이라고 밝혔다.
■수력발전
수력발전은 전력을 생산하는 시간이 5분 이내로 짧아서 전력 수요량 변화에 가장 민첩하게 대응할 수 있다. 이러한 민첩성 덕분에 전력 수요가 최고조에 달한 시간대에 전력을 공급하기 적합하며 수차가 돌아가는 속도가 일정하고 발전 전력의 주파수가 균일해서 전력 품질을 유지하는 기능도 한다.
우리나라의 경우 의암댐, 팔당댐 등 유입량에 비해 물을 가둬두는 양이 작아서 저수지의 조절 능력이 없는 발전소를 제외하면 국내의 모든 수력발전소가 하루 4~5시간 정도 수요량이 높을 때만 운전하는 ‘첨두운전’을 하고 있다.
수력발전은 발전단가의 장기 안정성을 보장하는 역할도 한다. 수력발전은 부지매입이나 건설과 같은 초기 투자비가 많이 필요해 발전원가의 대부분을 차지한다. 그러나 연료비가 거의 들지 않기에 타 전원과 비교했을 때 발전단가가 싸고 장기적으로 봤을 때 안정적이다.
또한 수력을 이용해 발전을 하고 있는 시간에는 수력에서 생산된 전력량만큼 수력보다 비싼 화력발전소가 가동되지 않기에 전력 가격을 낮추는 요인이 되기도 한다. 무엇보다 유가 폭등과 같은 연료비 변동에 별반 영향을 받지 않기에 화력발전에 비해 전력 요금 안정화에 기여하는 바가 높다고 할 수 있다.
에너지정보문화재단에 따르면 수력발전은 그 구조가 간단해 발전효율에 크게 신경쓰지 않는다면 개인이 작은 수력발전 장치를 직접 만들어 설치할 수도 있다. 이러한 소규모 수력발전은 소수력발전, 소규모 수력발전이라고도 하며 최근 설치 건수가 증가 추세다. 규모나 출력이 특히 작은 수력발전을 특별히 마이크로수력이라고 하며 전력수요가 매우 적은 곳에서 꼭 필요한 양만큼의 전기를 얻는 데 주로 활용된다.
소수력발전은 전력 생산 외에 농업용 저수지, 농업용 보, 하수처리장, 정수장, 다목적댐의 용수로 등에도 적용할 수 있는 점을 감안할 때 국내의 개발 잠재량은 풍부하며 청정자원으로서 가치가 크다. 향후 소수력발전이 보다 발전하게 되면 분산전원으로서의 역할이 커질 것으로 기대된다.
수력발전은 전세계에서 친환경에너지 및 전력시장의 핵심으로 주목받고 있다. 해외 수력시장에선 사업지점 및 전력시장 여건에 따라 적게는 10MW에서 크게는 1,000MW까지 다양한 규모의 건설이 가능하다는 장점이 높게 평가받고 있다.
특히 신규건설, 노후수력 성능개선, O&M, 기술감리 등 참여분야가 다양하고 화력·원자력대비 소규모 사업으로 지분투자 및 재원조달이 용이하다는 점도 긍정적인 평가를 받는다.
특히 개발 잠재용량이 풍부하고 신규발전소 건설이 활발하게 진행되는 등 친환경 수력발전소 건설에 대한 수요가 급증하고 있다. 이에 국제 금융기관에서 참여하는 IPP 및 EPC사업 기회가 풍부하다는 평가다.
이에 한수원은 해외 수력발전시장 진출을 위한 적극적인 전략을 준비하고 있다. 투자수익률이 양호한 국가를 목표로 외국인 투자 제도가 우수한 국가를 거점으로 선정해나가고 있다.
특히 국제금융기관 참여와 IPP(독립민자발전사업), EPC (설계, 조달, 시공) 형태로 사업안전성을 확보하고 국내기업과 전략적 상생 협력을 전제한 동반성장 효과까지 기대되고 있다.
현재 △미국 △캐나다 △페루 △브라질 △칠레 △인도 △파키스탄 △네팔 △베트남 △말레이시아 △인도네시아 △라오스 △호주 등 권역별 후보국 중에서 신규 설치 가능한 수력발전 용량이 1만5,000MW 이상인 국가, 수력 개발을 적극적으로 추진 중인 국가, 외국 투자 용이성, 경제·산업 성장률이 높아 전력공급 증가요인이 큰 국가를 대상으로 사업대상을 선정해나갈 방침이다.