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물에서 에너지를 얻는 ‘수력에너지’

  • 2015.03.06.
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수력에너지

 

◆ 물레방앗간의 수력에너지

우리 역사에서 물의 힘을 이용한 시간은 무척 깁니다.
물이 풍부한 곳이라면 세계 어느 곳에서나 물의 힘을 이용해 왔죠.
우리나라의 선조들도 곡식을 빻기 위해서 물레방아를 사용해 왔었습니다.
그리고 그 기본 원리는 모두 같은 원리를 이용하고 있습니다.

물의 낙차에서 발생하는 위치에너지의 이용이죠. 그러기 위해서 물레방아와 같은 수차(水車)를 이용했습니다.

 

수차의 역사는 무척 오래되었죠. 고대 메소포타미아 시대에 발명되어 농지 관계를 위해 사용되었다는 기록이 있으며, 고대 로마 시대에도 자주 사용되지는 않았지만 수차에 관한 기록이 남아 있습니다.

그리고 이슬람권에서는 시리아의 하마에 남아있는 17기의 거대한 수차가 유명하죠.
이로 인해 하마는 수차의 도시로 불리기까지 합니다. 또한 중국의 한나라 기록에는 수력 원동기에 관한 기록이 있으며 송나라에서는 수차를 이용한 방적공장까지 있었다고 합니다.

우리나라에서는 언제부터 수차가 사용되었는지 정확하게 기록이 남아있지 않지만 일본서기에 기원후 610년, 고구려에서 온 승려 담징이 수차로 움직이는 맷돌을 만들었다는 기록이 남아 있으니 그 이전부터 사용되었다고 생각해 볼 수 있습니다.

이렇게 오래된 에너지원이지만 17세기 말 증기기관이 발명되면서 인류의 역사에서 사라지는 듯했었죠.

하지만 19세기 중엽에 새로운 형식의 기술이 개발되면서 터빈이라는 이름으로 우리 곁에 다시 돌아오게 되었습니다.

어째서일까요? 어떤 점이 매력이 있어서 다시 화려하게 부활하여 지금까지 사용되고 있는 것일까요?

 

신재생에너지 수력발전

 

◆ 신재생에너지 수력발전?

자연의 에너지를 우리가 사용할 수 있도록 하는 것, 게다가 공해물질을 배출하지 않고 그저 사라져버릴 이 힘들을 이용하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 우리는 바로 그런 방식을 통해 에너지를 얻을 수 있는 것들을 신재생에너지라고 부릅니다.

그런데 수력에너지가 신재생에너지라고 말하면 고개를 갸웃 하실 수도 있을 겁니다. 그만큼 수력에너지는 우리에게 너무나 익숙하고 위에서 살펴본 바와 같이 그 역사도 오래 되었기 때문이죠.

물론 일부 사람들은 수력발전을 위한 댐 건설이 많은 환경파괴를 일으킨다고 하여 신재생에너지로 분류하지 않기도 합니다.
하지만 그럼에도 불구하고 수력에너지가 가지는 수많은 장점들뿐 아니라 발전을 하면서 공해물질이 거의 발생하지 않는 청정성을 생각하면 신재생에너지로 불리기에 모자람이 없습니다.

물론 ‘신재생’이라는 의미에서 보더라도 그저 흘러 사라져 버릴 물의 힘을 이용한다는 점에서 충분히 부합하고 있죠.

그러나 수력발전을 위한 댐을 건설하는 것에는 여전히 논란이 있습니다.
가장 최근에는 중국 황하강에 건설한 산샤댐이 국제적으로 큰 논란이 되었죠.

산샤 일대의 유적과 유물들이 댐 건설로 인해 수몰되며 생태의 변화로 황하에 사는 희귀한 민물 돌고래의 생태가 영향을 받을 것이라는 말도 있었습니다.

심지어 워싱턴 포스트는 산샤댐 건설을 두고 ‘공적인가 바보짓인가?’라는 기사를 내보내기도 했습니다.
그럼에도 불구하고 중국은 왜 논란의 댐을 건설해야 했을까요?

무엇이 수력발전을 선택하게 한 것일까요?

 

◆ 치수(治水)와 이수(利水)

물을 다스리고 이용하는 것은 모든 국가, 모든 민족의 중요한 일 중 하나였습니다.
농경국가였던 우리나라 역시 예로부터 치수사업에 큰 힘을 쏟아왔습니다.

특히 벼농사를 위해 수많은 수로를 만들었으며 마을마다 작은 저수지를 만들기도 했죠. 특히 저수지는 비가 많이 오는 여름철에 홍수를 막아주고 가을로 접어들면서 가뭄이 들면 사람들의 식수 공급원이 되기도 했습니다.

물론 때로는 흙과 돌로 만든 저수지가 여름철 강수량을 견디지 못하고 무너져 마을에 큰 피해를 가져오기도 했죠.

그럼에도 불구하고 농업과 생활 안전을 위해 물을 다스려야 했고, 물을 다스리기 위해 저수지를 비롯한 농업수로 정비 사업에 많은 노력을 들였습니다.

이는 현대에도 마찬가지죠.
댐을 건설하고 하천을 정비해서 홍수를 막고 강수량이 적은 시기에는 댐을 열어 도시에 물을 공급합니다.
만약 도시에 충분한 물을 공급하지 못하게 되면 제한급수 등 심각한 불편이 발생하게 되죠.
만약 우리가 댐을 건설하지 않았다면 우리는 매년 이와 같은 문제를 겪게 되었을 것입니다.

하지만 댐 건설로 인해 그런 문제는 거의 사라졌다고 해도 과언이 아닙니다.
뿐만 아니라 댐 건설을 통해서 비교적 저렴하고 안정적이며 청정한 방식으로 에너지를 생산할 수 있습니다.

 

◆ 신재생에너지로서의 수력발전

세계적으로 특히 선진국을 중심으로 신재생에너지의 비율은 꾸준히 늘어서 현재 전체 에너지 생산량의 약 20% 정도를 차지할 만큼 그 비중은 꾸준히 늘어나고 있습니다.

바로 그 신재생에너지에서도 수력발전이 차지하는 비율은 무려 80%나 됩니다.
순수하게 수력발전만 보더라도 세계 전력 생산량의 16%를 차지하고 있습니다.

각국의 발전 중 수력발전이 차지하는 비율을 살펴보자면 위에서 언급한 산샤댐을 건설한 중국이 전체 발전량의 23.4%의 전력생산을 수력발전이 담당하고 있고 이 뒤로 미국, 브라질 등이 이어져 있으며 가까운 일본은 5위를 차지하고 있습니다.

이렇듯 각국이 꾸준하게 신재생에너지와 수력발전의 비율을 늘려가는 이유는 간단합니다.

 

화석에너지 이후를 대비하자는 것이죠.

특히 우리나라와 같이 국토 면적이 작고 자체적으로 생산하는 화석연료가 거의 전무한 나라는 신재생에너지는 특히 더 중요한 문제입니다.

현재 점점 사용량이 늘어나서 사람들의 주목을 받고 있는 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 사용이 일반화된다면 그만큼 전기 사용량이 증가할 것이고, 그 전기를 자체적으로 얼마나 생산할 수 있느냐는 국가의 발전에 아주 중요한 문제가 되죠.

따라서 우리나라 안에서 이용할 수 있는 신재생에너지들을 충분히 개발해야 하고 그중 지금까지 가장 효율적이며 많은 전력을 생산할 수 있는 수력발전은 다시 주목을 받고 있는 방식인 것입니다.

하지만 지금은 소양강댐을 비롯한 일부 댐에서만 계획된 만큼의 전력을 생산하고 있습니다.
그 이유는 대부분의 댐들이 다목적, 즉 단지 전력 생산만을 위한 것이 아니라 치수의 역할까지 담당하고 있기 때문이죠.

특히 가을부터 봄까지 이어지는 긴 가뭄에 대비하기 위해 대부분의 댐들은 방수량을 줄이고 물을 저장하는 방식을 취하고 있습니다. 이렇게 보면 수력발전의 효율이 무척 떨어지는 것처럼 보일 수도 있습니다.

하지만 보조 저수지를 만들어 전기 사용량이 많은 낮에 방수를 하여 발전을 하고 밤에는 그 물을 끌어올리는 방식을 생각해 볼 수도 있습니다. 물론 그 전에 발전기, 즉 터빈의 효율성을 높이는 노력도 무척 중요하겠죠.

그런데 이렇게만 보면 수력발전은 무조건 크고 거대한 댐을 건설해야만 하는 것이라고 생각하시겠죠?

하지만 그것만이 전부는 아닙니다.

 

작은 수력발전소

 

◆ 작은 수력발전소

카이스트에서는 네팔의 산악지역 사람들을 위해 아주 작은 수력발전소를 만들었습니다.
특별히 댐을 건설한 것도 아니고 그렇다고 거대한 터빈을 설치한 것도 아닌 옛날 물레방앗간 크기와 비슷한 아주 작은 발전소죠.

하지만 이렇게 작은 발전소에서 생산하는 전기만으로도 그 지역 사람들의 집을 환하게 밝혀줄 수 있는 전등을 켜기에는 충분했습니다.
거대한 댐을 연상시키던 수력발전은 이제 이렇게 작은 발전설비들로 새로운 탄생을 하고 있죠.

심지어 조금만 알아보면 개인이 구입할 수 있는 소형 수력발전기를 찾아낼 수 있기까지 합니다.
그리고 작년(2014년) 여름에는 청계천에 수력발전을 이용해서 스마트폰을 무료로 충전할 수 있는 설비가 설치되기도 했었습니다. 이처럼 수력발전은 새로운 모습으로, 보다 스마트한 신재생에너지로 우리 곁에 다가오고 있는 중이죠.

지금까지 알아본 수력에너지는 여러분과 멀리 있지 않습니다.
아주 오래되고, 가까이 있으며, 친숙한 것이죠.

여러분이 수력에너지를 더 가까이 느껴보시고 싶으시다면 올 여름에 청계천에서 수력발전으로 생산된 전기를 이용해 스마트폰을 충전해 보거나, 아니면 물레방아 같은 수차를 보며 눈에 보이지는 않지만 분명 존재하는 에너지를 경험해보는 건 어떠신가요?

 

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코멘트(4)

  • 김용철 2 년 전에

    수차(數次)는 수차(水車)의 오기입니다.

    • 운영자

      운영자 2 년 전에

      포스팅과정 중 오기가 있었습니다. 의견 반영하여 수정하였습니다. 감사합니다.

  • 김영준 2 년 전에

    우리나라에서는 수력발전이 별로라고 생각하고 있었는데 보조저수지로 효율을 높히기도 여러 가지 방법이 있었네요. 한국수력 원자력 채용을 준비하고있는데 이런 소식을 접할때마다 더욱더 들어가고싶은 마음이 드네요!!

    • 운영자

      운영자 2 년 전에

      한수원에 관심가져주셔서 감사합니다. 한수원 온라인 채널을 활용하여 사내외 다양한 소식을 제공할 예정이니 앞으로도 많은 관심 부탁드립니다.^^

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