중국이 1910년 최초의 수력 발전소인 실룽바 수력 발전소 건설을 시작한 지 111년이 지났습니다. 100여 년 동안, 설치 용량이 480kW에 불과했던 실룽바 수력 발전소는 현재 세계 1위인 3억 7천만 kW에 이르며 중국의 수력 발전 산업은 눈부신 발전을 이루어냈습니다. 우리는 석탄 산업에 종사하고 있기 때문에 수력 발전에 대한 소식은 어느 정도 접하지만, 수력 발전 산업 자체에 대해서는 잘 알지 못합니다.
01 수력 발전의 발전 원리
수력 발전은 실제로 물의 위치 에너지를 기계 에너지로, 그리고 다시 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정입니다. 일반적으로 흐르는 강물을 이용하여 모터를 회전시켜 전력을 생산하는 것을 말하며, 강이나 그 유역의 일부에 저장된 에너지는 수량과 낙차에 따라 달라집니다.
강의 수량 조절은 법적으로 통제되는 주체가 없으며, 낙차도 적절합니다. 따라서 수력 발전소를 건설할 때 댐을 건설하고 물을 돌려 낙차를 집중시킴으로써 수자원 이용률을 높일 수 있습니다.
댐 건설은 낙차가 큰 하천 구간에 댐을 건설하여 저수지를 만들고 물을 저장하여 수위를 높이는 것을 말하며, 삼협 수력 발전소가 그 예입니다. 물길 변경은 상류 저수지의 물을 도수로를 통해 하류로 돌리는 것을 말하며, 진핑 2차 수력 발전소가 그 예입니다.
02 수력 발전의 특징
수력 발전의 주요 장점으로는 환경 보호 및 재생 가능성, 높은 효율성과 유연성, 낮은 유지 보수 비용 등이 있습니다.
수력 발전의 가장 큰 장점은 환경 보호와 재생 가능성입니다. 수력 발전은 물 속의 에너지만을 이용하고, 물을 소비하지 않으며, 오염을 유발하지 않습니다.
수력 발전의 주요 발전 설비인 수력 터빈 발전기는 효율성이 뛰어날 뿐만 아니라 시동 및 운전이 유연합니다. 정지 상태에서 몇 분 만에 신속하게 운전을 시작할 수 있으며, 부하 증감 작업도 몇 초 만에 완료할 수 있습니다. 수력 발전은 전력 시스템의 피크 부하 저감, 주파수 변조, 부하 예비 및 비상 전력 공급 등의 역할을 수행할 수 있습니다.
수력 발전은 연료를 소비하지 않고, 연료 채굴 및 운송에 많은 인력과 설비 투자가 필요하지 않으며, 장비가 간단하고 운영 인력이 적으며, 보조 전력 소모가 적고, 장비 수명이 길며 운영 및 유지 보수 비용이 낮습니다. 따라서 수력 발전소의 발전 비용은 화력 발전소의 1/5~1/8 수준으로 낮으며, 에너지 이용률 또한 85% 이상으로 높습니다. 반면 석탄 화력 발전소의 열에너지 이용률은 약 40%에 불과합니다.
수력 발전의 단점은 주로 기후의 영향을 크게 받는다는 점, 지리적 조건에 제약을 받는다는 점, 초기 투자 비용이 많이 든다는 점, 그리고 생태 환경에 피해를 준다는 점 등을 들 수 있다.
수력 발전은 강수량의 영향을 크게 받습니다. 건기와 우기는 화력 발전소의 석탄 구매에 중요한 참고 요인이 됩니다. 수력 발전량은 연간 및 지역별로는 안정적이지만, 월별, 분기별, 지역별로는 "일별" 강수량에 따라 변동이 심합니다. 따라서 화력 발전처럼 안정적이고 신뢰할 수 있는 전력을 공급하기는 어렵습니다.
남부와 북부 지역은 우기와 건기에 상당한 차이를 보입니다. 그러나 2013년부터 2021년까지 월별 수력 발전량 통계를 살펴보면, 중국의 우기는 대략 6월부터 10월까지, 건기는 대략 12월부터 2월까지로, 두 기간의 발전량 차이가 두 배 이상입니다. 동시에, 설치 용량이 증가하고 있는 상황에서도 올해 1월부터 3월까지의 발전량은 예년보다 현저히 낮았으며, 특히 3월 발전량은 2015년 수준에 불과했습니다. 이는 수력 발전의 '불안정성'을 보여주는 충분한 사례입니다.
수력 발전소는 객관적인 조건에 의해 제한됩니다. 물이 있는 곳에는 수력 발전소를 지을 수 없습니다. 수력 발전소 건설은 지질, 낙차, 유량, 주민 이주, 심지어 행정 구역에 의해서도 제한됩니다. 예를 들어, 1956년 전국인민대표대회에서 논의되었던 헤이산협 수리 사업은 간쑤성과 닝샤성 간의 이해관계 조율이 미흡하여 통과되지 못했습니다. 올해 양회에서 다시 제안되었지만, 언제 착공될 수 있을지는 여전히 불확실합니다.
수력 발전에는 막대한 투자 비용이 필요합니다. 수력 발전소 건설을 위한 토목 및 콘크리트 공사 규모가 엄청나고, 이주 비용 또한 막대합니다. 게다가 초기 투자는 자본뿐만 아니라 시간에도 영향을 미칩니다. 이주 및 여러 부서의 조율 필요성 때문에 많은 수력 발전소의 건설 주기가 계획보다 훨씬 지연될 수밖에 없습니다.
현재 건설 중인 바이허탄 수력 발전소를 예로 들면, 이 프로젝트는 1958년에 착공되어 1965년 제3차 5개년 계획에 포함되었습니다. 그러나 여러 우여곡절 끝에 2011년 8월에야 공식적으로 착공되었습니다. 현재까지도 바이허탄 수력 발전소는 완공되지 않았습니다. 예비 설계 및 계획 단계를 제외하더라도 실제 건설 기간은 최소 10년 이상 소요될 것으로 예상됩니다.
대형 저수지는 댐 상류 지역에 대규모 침수를 일으켜 저지대, 강 계곡, 숲, 초원에 피해를 줄 수 있습니다. 또한, 댐 주변의 수생태계에도 영향을 미쳐 물고기, 물새, 기타 동물들에게 큰 피해를 줍니다.
03. 중국의 수력 발전 개발 현황
최근 몇 년간 수력 발전량은 지속적인 성장을 보여왔지만, 최근 5년간의 성장률은 낮은 수준입니다.
2020년 수력 발전 용량은 1조 3552억 1천만 kWh로 전년 대비 3.9% 증가했습니다. 그러나 제13차 5개년 계획 기간 동안 풍력과 광전자 발전은 계획 목표를 초과 달성하며 급속도로 발전한 반면, 수력 발전은 계획 목표의 절반 수준에 그쳤습니다. 지난 20년간 전체 발전량에서 수력 발전이 차지하는 비중은 14~19% 수준으로 비교적 안정적으로 유지되었습니다.
중국의 발전량 증가율을 보면, 수력 발전의 증가율은 최근 5년간 둔화되어 약 5% 수준을 유지하고 있음을 알 수 있다.
성장 둔화의 원인은 한편으로는 제13차 5개년 계획에서 생태환경 보호 및 복구를 위해 명시적으로 언급된 소규모 수력 발전소 폐쇄 때문이라고 생각합니다. 쓰촨성에만 해도 보수 및 폐쇄가 필요한 소규모 수력 발전소가 4,705개에 달합니다.
반면, 중국의 대규모 수력 발전 자원은 부족한 실정입니다. 중국은 싼샤댐, 거저우바, 우둥더, 샹자바, 바이허탄 등 다수의 수력 발전소를 건설했지만, 대규모 수력 발전소 재건에 필요한 자원은 얄룽창포강의 ‘대곡류’ 지역밖에 없을 것으로 추정됩니다. 그러나 이 지역은 지질 구조, 자연보호구역의 환경 관리, 주변국과의 관계 등 여러 요인이 복합적으로 작용하여 과거에는 개발에 어려움을 겪었습니다.
동시에, 최근 20년간 발전량 증가율을 살펴보면 화력 발전량 증가율은 전체 발전량 증가율과 대체로 동기화되어 있는 반면, 수력 발전량 증가율은 전체 발전량 증가율과 무관하게 "격년으로 증가하는" 양상을 보인다는 것을 알 수 있다. 화력 발전 비중이 높은 데에는 나름의 이유가 있지만, 이는 수력 발전의 불안정성을 어느 정도 반영하는 것이기도 하다.
화력 발전 비중 감소 과정에서 수력 발전은 큰 역할을 하지 못했습니다. 수력 발전은 빠르게 발전하고 있지만, 국가 전체 발전량의 급격한 증가라는 배경 속에서 겨우 현재 비중을 유지하고 있을 뿐입니다. 화력 발전 비중 감소의 주된 원인은 풍력, 태양광, 천연가스, 원자력 등 다른 청정 에너지원의 등장입니다.
수력 자원의 과도한 집중
쓰촨성과 윈난성의 수력 발전량은 전국 수력 발전량의 거의 절반을 차지하는데, 이로 인해 수력 자원이 풍부한 지역이 자체 발전량을 흡수하지 못해 에너지 낭비가 발생하는 문제가 있습니다. 중국 주요 하천 유역의 폐수 및 폐전기량의 3분의 2(202억 kWh)가 쓰촨성에서 발생하며, 쓰촨성에서 발생하는 폐전기량의 절반 이상이 다두강 본류에서 나옵니다.
지난 10년간 중국의 수력 발전은 세계적으로 급속도로 발전해 왔습니다. 중국은 사실상 자국의 역량으로 전 세계 수력 발전 성장을 주도해 왔습니다. 전 세계 수력 발전 소비 증가분의 거의 80%가 중국에서 비롯되었으며, 중국의 수력 발전 소비량은 전 세계 소비량의 30% 이상을 차지합니다.
하지만 중국의 전체 1차 에너지 소비에서 수력 발전이 차지하는 비중은 세계 평균보다 약간 높은 수준인 2019년 기준 8%에도 미치지 못합니다. 캐나다나 노르웨이 같은 선진국과 비교하지 않더라도, 개발도상국인 브라질보다도 훨씬 낮은 수준입니다. 중국은 6억 8천만 킬로와트의 수력 자원을 보유하여 세계 1위이며, 2020년까지 수력 발전 설비 용량을 3억 7천만 킬로와트까지 늘릴 계획입니다. 이러한 관점에서 볼 때, 중국의 수력 발전 산업은 여전히 발전 가능성이 매우 큽니다.
04. 중국 수력 발전의 미래 발전 추세
수력 발전은 향후 몇 년 동안 성장세를 가속화하고 전체 발전량에서 차지하는 비중을 계속해서 늘려갈 것입니다.
한편, 제14차 5개년 계획 기간 동안 중국에서는 우둥더, 바이허탄 수력 발전소(싼샤댐 그룹)와 야룽강 중류 수력 발전소를 포함하여 5천만 킬로와트 이상의 수력 발전 설비를 가동할 수 있게 되었습니다. 더욱이, 야룽창포강 하류 수력 발전 개발 사업이 제14차 5개년 계획에 포함되었는데, 기술적으로 개발 가능한 자원이 7천만 킬로와트에 달하여 싼샤댐 수력 발전소 3개 이상에 해당하는 규모입니다. 이는 수력 발전이 다시 한번 큰 발전을 맞이했음을 의미합니다.
반면, 화력 발전 규모의 축소는 명백히 예측 가능한 현상입니다. 환경 보호, 에너지 안보, 기술 발전 등 여러 관점에서 볼 때, 화력은 전력 분야에서 차지하는 비중이 점차 줄어들 것입니다.
향후 몇 년 동안 수력 발전의 개발 속도는 여전히 신에너지에 비해 뒤처질 것입니다. 전체 발전량에서 차지하는 비중조차도 후발 주자인 신에너지에 추월당할 가능성이 있으며, 시간이 더 흐른다면 신에너지에 완전히 뒤쳐질 것이라고 말할 수 있습니다.
게시 시간: 2022년 4월 12일
