중국이 1910년 최초의 수력 발전소인 석룡바 수력 발전소 건설을 시작한 지 111년이 지났습니다. 100년이 넘는 기간 동안 중국의 수전력 산업은 480kW에 불과했던 석룡바 수력 발전소의 설비 용량을 세계 1위인 3억 7천만 kW로 끌어올리는 등 눈부신 발전을 이루었습니다. 우리는 석탄 산업에 종사하며 수력 발전에 대한 소식은 접하지만, 수력 발전 산업에 대해서는 아는 것이 많지 않습니다.
오늘은 수력발전의 원리와 특징, 그리고 중국 수력발전의 현황과 발전 추세를 통해 수력발전에 대해 간략하게 알아보겠습니다.
01 수력발전의 발전 원리
사실, 수력 발전은 물의 위치 에너지를 기계적 에너지로, 그리고 다시 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정입니다. 일반적으로 수력 발전은 흐르는 강물을 이용하여 모터를 돌려 전력을 생산하는 방식이며, 강이나 유역의 일부에 저장된 에너지는 수위와 낙차에 따라 달라집니다.
하천의 수량은 어떠한 법인의 통제도 받지 않으며, 낙차도 괜찮습니다. 따라서 수력 발전소를 건설할 때 댐 건설 및 유수 전환을 통해 낙차를 집중시켜 수자원 이용률을 높일 수 있습니다.
댐은 낙차가 큰 지역에 댐을 쌓고 저수지를 설치하여 물을 저장하고 수위를 높이는 것을 말하는데, 예를 들어 삼협 수력발전소가 있다. 양수란 상류 저수지의 물을 양수 수로를 통해 하류로 돌리는 것을 말하는데, 예를 들어 진핑2 수력발전소가 있다.
02 수력발전의 특징
수력 발전의 장점은 주로 환경 보호 및 재생, 높은 효율성과 유연성, 낮은 유지 보수 비용 등이 있습니다.
환경 보호와 재생 에너지는 수력 발전의 가장 큰 장점입니다. 수력 발전은 물 속의 에너지만을 사용하며, 물을 소비하지 않고 오염을 유발하지 않습니다.
수력 발전의 주요 동력 장치인 수차 발전기 세트는 효율적일 뿐만 아니라 기동 및 운영이 유연합니다. 정지 상태에서 몇 분 안에 신속하게 운전을 시작하고, 부하 증감 작업을 몇 초 안에 완료할 수 있습니다. 수력 발전은 전력 시스템의 피크 저감, 주파수 변조, 부하 대기 및 사고 대기 등의 작업에 사용될 수 있습니다.
수력발전은 연료를 소모하지 않으며, 연료 채굴과 운송에 많은 인력과 시설을 투자할 필요가 없고, 장비가 간단하고, 운전자가 적고, 보조 동력이 적고, 장비의 수명이 길고, 운영 및 유지 보수 비용이 낮습니다. 따라서 수력발전소의 발전 비용은 낮고, 화력발전소의 1/5~1/8에 불과하며, 수력발전소의 에너지 이용률은 85% 이상으로 높습니다. 석탄 화력발전소의 열효율은 약 40%에 불과합니다.
수력발전의 단점으로는 주로 기후의 영향이 크고, 지리적 조건에 제약을 받으며, 초기 투자가 많고, 생태환경이 파괴되는 점 등이 있다.
수력 발전은 강수량의 영향을 크게 받습니다. 건기와 우기의 구분은 화력 발전소의 발전용 석탄 조달에 중요한 기준 요소입니다. 수력 발전은 연도와 지역에 따라 안정적이지만, 월, 분기, 지역별로 세분화하면 "일"에 따라 변동이 심합니다. 화력 발전처럼 안정적이고 신뢰할 수 있는 전력을 공급할 수 없습니다.
남과 북은 우기와 건기에서 큰 차이를 보입니다. 그러나 2013년부터 2021년까지 월별 수력 발전량 통계를 보면 전체적으로 중국의 우기는 6월에서 10월경, 건기는 12월에서 2월경으로, 두 지역의 발전량 차이는 두 배 이상일 수 있습니다. 동시에 설비 용량 증가의 배경에서 올해 1월부터 3월까지의 발전량이 예년에 비해 현저히 낮고, 3월의 발전량은 2015년 수준과 비슷한 수준임을 알 수 있습니다. 이는 수력 발전의 '불안정성'을 보여주기에 충분합니다.
2013년부터 2021년까지 매월 수력발전량(1억kWh)
객관적인 조건에 의해 제한됩니다. 물이 있는 곳에는 수력 발전소를 건설할 수 없습니다. 지질, 낙차, 유속, 주민 이주, 심지어 행정 구역까지 수력 발전소 건설을 제한하는 요인입니다. 예를 들어, 1956년 전국인민대표대회에서 논의된 헤이산샤(黑山峽) 수자원 보존 사업은 간쑤성과 닝샤성 간의 이해관계 조율이 부족하여 통과되지 못했습니다. 올해까지 양회(兩會) 제안서에 다시 등장했지만, 언제 공사를 시작할지는 아직 미지수입니다.
수력 발전에는 막대한 투자가 필요합니다. 수력 발전소 건설을 위한 토석 및 콘크리트 공사가 대규모로 이루어져 있으며, 막대한 재정비 비용이 발생합니다. 더욱이 조기 투자는 자본금뿐 아니라 시기에도 반영됩니다. 여러 부서의 재정비 및 협력이 필요하기 때문에 많은 수력 발전소의 건설 주기가 예상보다 크게 지연될 것입니다.
건설 중인 바이허탄 수력 발전소를 예로 들면, 이 프로젝트는 1958년에 시작되어 1965년 제3차 5개년 계획에 포함되었습니다. 그러나 여러 차례의 우여곡절 끝에 2011년 8월이 되어서야 공식적으로 시작되었습니다. 현재까지 바이허탄 수력 발전소는 완공되지 않았으며, 기본 설계를 제외하면 실제 건설 기간은 최소 10년이 소요될 것으로 예상됩니다.
대규모 저수지는 댐 상류에 대규모 침수를 초래하여 저지대, 하천 유역, 삼림, 초원에 피해를 입히기도 합니다. 동시에, 이는 식물원 주변의 수생태계에도 영향을 미쳐 어류, 물새, 그리고 다른 동물들에게도 큰 영향을 미칩니다.
03 중국 수력발전 개발 현황
최근 수력발전은 성장을 유지하고 있으나, 최근 5년간 성장률은 저조하다.
2020년 수력 발전 용량은 1조 3,552억 1,000만 kwh로 전년 대비 3.9% 증가할 것으로 예상됩니다. 그러나 제13차 5개년 계획 기간 동안 풍력 발전과 광전자 발전은 빠르게 발전하여 계획 목표를 초과 달성한 반면, 수력 발전은 계획 목표의 약 절반 정도만 달성했습니다. 지난 20년간 수력 발전이 전체 발전량에서 차지하는 비중은 14~19%로 비교적 안정적으로 유지되었습니다.
중국의 전력 생산 성장률을 보면, 수력 발전의 성장률은 최근 5년간 둔화되어 기본적으로 5% 정도로 유지되고 있습니다.
저는 이러한 둔화의 원인은 한편으로는 소수력 발전의 중단 때문이라고 생각합니다. 소수력 발전은 생태환경 보호 및 복구를 위한 제13차 5개년 계획에 명시되어 있습니다. 쓰촨성에서만 4,705개의 소수력 발전소가 정비 및 철수되어야 합니다.
반면 중국은 대규모 수력 발전 자원이 부족합니다. 중국은 삼협, 거저우파, 우둥더, 샹자바, 바이허탄 등 여러 수력 발전소를 건설했습니다. 대규모 수력 발전소 재건에 필요한 자원은 야룽장보강의 '대곡선' 정도에 불과할 수 있습니다. 그러나 이 지역은 지질 구조, 자연 보호구역의 환경 관리, 그리고 주변 국가와의 관계 등 여러 요인이 복잡하게 얽혀 있어 이전에는 해결하기 어려웠습니다.
동시에 최근 20년간 발전량 성장률을 보면 화력발전의 성장률은 기본적으로 전체 발전량 성장률과 동조하는 반면, 수력발전의 성장률은 전체 발전량 성장률과 무관하여 "격년 상승"하는 모습을 보이고 있습니다. 화력발전의 비중이 높은 데에는 여러 이유가 있지만, 이는 수력발전의 불안정성을 어느 정도 반영하는 것이기도 합니다.
발전량 증가
발전 비중을 살펴보면, 수력발전 산업은 지난 20년간 급속히 발전했고, 2020년 수력발전량은 2001년의 5배에 달하지만 전체 발전량에서 차지하는 비중은 크게 변하지 않았습니다.
화력 발전 비중 감소 과정에서 수력 발전은 큰 역할을 하지 못했습니다. 수력 발전은 빠르게 발전하고 있지만, 국가 발전량의 급격한 증가에 힘입어 전체 발전량에서 차지하는 비중을 유지할 수밖에 없었습니다. 화력 발전 비중 감소는 주로 풍력, 태양광, 천연가스, 원자력 등 다른 청정 에너지원에 기인합니다.
수력자원의 과도한 집중
쓰촨성과 윈난성의 수력 발전량은 전국 수력 발전량의 거의 절반을 차지합니다. 이로 인해 수력 자원이 풍부한 지역에서는 자체 수력 발전량을 흡수하지 못해 에너지 낭비가 발생할 수 있습니다. 중국 주요 하천 유역의 폐수와 폐전기의 3분의 2가 쓰촨성에서 발생하며, 그 양은 최대 202억 kwh에 달합니다. 또한 쓰촨성 폐전기의 절반 이상이 다두강 본류에서 발생합니다.
전 세계적으로 중국의 수력 발전은 지난 10년간 빠르게 발전해 왔습니다. 중국은 세계 수력 발전 성장을 거의 주도해 왔습니다. 전 세계 수력 발전 소비 증가의 약 80%가 중국에서 발생하며, 중국의 수력 발전 소비량은 전 세계 수력 발전 소비량의 30% 이상을 차지합니다.
그러나 중국의 1차 에너지 소비량에서 이처럼 막대한 수력 발전이 차지하는 비중은 2019년 기준 8%에도 미치지 못해 세계 평균보다 약간 높은 수준에 그쳤습니다. 캐나다, 노르웨이 등 선진국과 비교하지 않더라도 수력 발전 비중은 개발도상국인 브라질에 비해 훨씬 낮습니다. 중국은 6억 8천만 킬로와트의 수력 발전 자원을 보유하고 있으며, 세계 1위입니다. 2020년까지 수력 발전 설비 용량은 3억 7천만 킬로와트에 달할 것으로 예상됩니다. 이러한 관점에서 볼 때, 중국 수력 발전 산업은 여전히 큰 발전 가능성을 가지고 있습니다.
04 중국 수력발전의 미래 발전 추세
수력발전은 향후 몇 년 동안 성장을 가속화할 것이며 전체 발전량에서 차지하는 비중도 계속 증가할 것입니다.
한편, 제14차 5개년 계획 기간 동안 중국에서는 싼샤(三峽)군의 우둥더(五東德) 수력 발전소와 바이허탄(白河潭) 수력 발전소, 야룽장(雅龍江) 중류 수력 발전소를 포함하여 5천만 킬로와트 이상의 수력 발전이 가동될 예정입니다. 또한, 야룽장보(雅龍藏) 하류 수력 발전 프로젝트가 제14차 5개년 계획에 포함되었으며, 기술적으로 개발 가능한 자원은 7천만 킬로와트에 달합니다. 이는 싼샤 수력 발전소 3곳 이상에 해당합니다. 이는 수력 발전이 다시 한번 큰 발전을 이룰 것임을 의미합니다.
반면, 화력발전 규모 축소는 분명 예측 가능한 현상입니다. 환경 보호, 에너지 안보, 그리고 기술 발전의 관점에서 볼 때, 화력발전은 전력 분야에서 그 중요성이 지속적으로 감소할 것입니다.
향후 몇 년 동안 수력 발전의 발전 속도는 여전히 신에너지 발전 속도와 비교조차 할 수 없습니다. 전체 발전량에서 차지하는 비중만 보더라도 신에너지 후발주자로 분류될 수 있습니다. 시간이 더 길어진다면 신에너지에 추월당할 가능성이 높습니다.
일반전력계획연구원 기획부장 류스위는 제14차 5개년 계획 기간 동안 중국의 신에너지 설비용량이 8억 kW를 넘어 29%를 차지할 것으로 예측했습니다. 연간 발전량은 1.5조 kwh에 달해 수력발전을 넘어설 것입니다.
게시 시간: 2022년 1월 14일
