수력 발전은 전 세계적으로 가장 큰 재생 에너지원으로, 풍력 발전량의 두 배 이상, 태양광 발전량의 네 배 이상을 생산합니다. 또한, 언덕 위로 물을 끌어올리는 "양수 발전"은 전 세계 총 에너지 저장 용량의 90% 이상을 차지합니다.
하지만 수력 발전의 엄청난 영향에도 불구하고 미국에서는 이에 대한 소식을 많이 듣지 못하고 있습니다. 지난 수십 년 동안 풍력과 태양광의 가격은 폭락하고 가용성은 급등했지만, 국내 수력 발전은 비교적 안정적으로 유지되고 있습니다. 미국은 이미 지리적으로 가장 이상적인 위치에 수력 발전소를 건설했기 때문입니다.
국제적으로는 이야기가 다릅니다. 중국은 지난 수십 년 동안 수천 개의 새롭고 거대한 수력 발전용 댐을 건설하여 경제 성장을 가속화해 왔습니다. 아프리카, 인도, 그리고 아시아 태평양의 다른 국가들도 같은 계획을 추진할 것으로 예상됩니다.
하지만 엄격한 환경 감독 없이 확장하면 문제가 발생할 수 있습니다. 댐과 저수지는 하천 생태계와 주변 서식지를 파괴하고, 최근 연구에 따르면 저수지는 이전에 알려진 것보다 더 많은 이산화탄소와 메탄을 배출할 수 있습니다. 게다가 기후 변화로 인한 가뭄으로 수력 발전은 에너지원으로의 신뢰성이 떨어지고 있습니다. 미국 서부의 댐들은 발전 용량을 상당 부분 잃었기 때문입니다.
후버댐의 상징적인 관리자인 마크 쿡은 "평소에는 후버댐이 약 45억 킬로와트의 에너지를 생산합니다."라고 말했습니다. "현재 호수의 상태를 고려하면 35억 킬로와트에 가깝습니다."
하지만 전문가들은 수력 발전이 100% 재생 가능 에너지의 미래에서 큰 역할을 할 것이라고 말하며, 이러한 과제를 완화하는 방법을 배우는 것이 필수적이라고 말합니다.
국내 수력 발전
2021년 수력 발전은 미국 공공시설 규모 발전량의 약 6%, 재생에너지 발전량의 32%를 차지했습니다. 2019년까지 미국 내에서 수력 발전은 가장 큰 재생에너지 발전량이었지만, 이후 풍력 발전에 밀려났습니다.
미국에서는 앞으로 10년 동안 수력 발전이 크게 성장하지 않을 것으로 예상된다. 그 이유 중 하나는 까다로운 인허가 절차 때문이다.
"인허가 절차에는 수천만 달러와 수년간의 노력이 필요합니다. 특히 소규모 시설의 경우, 이러한 시설 중 일부는 자금이나 시간이 부족합니다."라고 미국 수력 발전 협회(National Hydropower Association) 회장 겸 CEO인 맬컴 울프는 말합니다. 그는 단일 수력 발전 시설의 인허가 또는 재인허가 과정에 수십 개의 기관이 관여하는 것으로 추정합니다. 그는 이 과정이 원자력 발전소 인허가보다 더 오래 걸린다고 덧붙였습니다.
미국의 수력 발전소는 평균 60년이 넘었기 때문에 많은 발전소가 곧 재허가를 받아야 할 것입니다.
울프는 "그래서 우리는 아이러니하게도 이 나라에서 유연하고 탄소 배출이 없는 발전량을 늘리려고 노력하는 상황에서 일련의 면허 반납에 직면할 수도 있다"고 말했다.
하지만 에너지부는 오래된 발전소를 업그레이드하고 기존 댐에 전력을 공급하는 것을 통해 국내 성장의 잠재력이 있다고 말합니다.
"이 나라에는 9만 개의 댐이 있는데, 대부분 홍수 조절, 관개, 저수, 그리고 레크리에이션을 위해 건설되었습니다. 이 중 실제로 발전에 사용되는 댐은 3%에 불과합니다."라고 울프는 말했습니다.
이 부문의 성장은 펌프 저장 수력 발전의 확대에 달려 있습니다. 펌프 저장 수력 발전은 태양이 뜨지 않고 바람이 불지 않을 때 사용하기 위해 잉여 에너지를 저장하는 방식으로 재생 에너지를 "확보"하는 방법으로 주목을 받고 있습니다.
양수 발전 시설은 일반 수력 발전소와 마찬가지로 작동합니다. 물이 상부 저수지에서 하부 저수지로 흐르면서 발전용 터빈을 회전시킵니다. 차이점은 양수 발전 시설은 전력망에서 공급된 전력을 이용하여 하부 저수지의 물을 상부 저수지로 펌핑하여 재충전할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 필요시 방출할 수 있는 잠재 에너지를 저장할 수 있습니다.
현재 양수 발전 용량은 약 22기가와트이지만, 개발 파이프라인에는 60기가와트 이상의 프로젝트가 제안되어 있습니다. 이는 중국에 이어 두 번째로 큰 규모입니다.
최근 몇 년 동안 양수 시스템에 대한 허가 및 면허 신청이 상당히 증가했으며, 새로운 기술들이 고려되고 있습니다. 여기에는 저수지와 외부 수원이 연결되지 않은 "폐쇄형" 시설이나 저수지 대신 탱크를 사용하는 소규모 시설이 포함됩니다. 두 방법 모두 주변 환경에 미치는 영향이 적을 것으로 예상됩니다.
배출량과 가뭄
강에 댐을 건설하거나 새로운 저수지를 조성하면 어류 이동을 방해하고 주변 생태계와 서식지를 파괴할 수 있습니다. 댐과 저수지는 역사적으로 수천만 명의 사람들, 특히 원주민이나 농촌 주민들을 강제 이주시켜 왔습니다.
이러한 피해는 널리 알려져 있습니다. 하지만 저수지에서 발생하는 배출이라는 새로운 과제가 이제 더 많은 관심을 받고 있습니다.
환경보호기금의 수석 기후 과학자인 일리사 오코는 "사람들이 알지 못하는 점은 이러한 저수지가 실제로 대기 중으로 많은 양의 이산화탄소와 메탄을 배출한다는 것입니다. 둘 다 강력한 온실 가스입니다."라고 말했습니다.
배출은 식물과 기타 유기물이 분해되어 메탄을 방출하는 과정에서 발생하는데, 지역이 침수되어 저수지를 형성할 때 이러한 메탄이 분해되어 방출됩니다. 오코는 "보통 이 메탄은 이산화탄소로 변하지만, 그러기 위해서는 산소가 필요합니다. 물이 정말, 정말 따뜻해지면 바닥층의 산소가 고갈됩니다."라고 말하며, 이는 메탄이 대기 중으로 방출된다는 것을 의미합니다.
지구 온난화에 있어 메탄은 배출 후 첫 20년 동안 이산화탄소보다 80배 이상 강력합니다. 지금까지의 연구에 따르면 인도나 아프리카처럼 더운 지역에는 오염을 유발하는 발전소가 더 많은 경향이 있는 반면, 오코는 중국과 미국의 저수지는 특별히 문제가 되지 않는다고 말합니다. 그러나 오코는 배출량을 측정하는 더욱 강력한 방법이 필요하다고 말합니다.
오코는 "그리고 배출량을 줄이기 위한 온갖 인센티브를 제공하거나, 너무 많은 배출량을 배출하지 않도록 다양한 당국에서 규제를 적용할 수도 있습니다."라고 말했습니다.
수력 발전의 또 다른 주요 문제는 기후로 인한 가뭄입니다. 얕은 저수지는 전력 생산량이 감소하는데, 이는 지난 1,200년 동안 22년간 가장 가뭄을 겪었던 미국 서부 지역에서 특히 우려되는 문제입니다.
글렌 캐년 댐에 물을 공급하는 파웰 호와 후버 댐에 물을 공급하는 미드 호와 같은 저수지의 전력 생산량이 감소함에 따라 화석 연료가 그 부족분을 메우고 있습니다. 한 연구에 따르면 2001년부터 2015년까지 가뭄으로 인한 수력 발전 중단으로 서부 11개 주에서 1억 톤의 이산화탄소가 추가로 방출되었습니다. 캘리포니아가 특히 어려움을 겪었던 2012년부터 2016년까지의 또 다른 연구에서는 수력 발전 중단으로 인해 주 정부가 24억 5천만 달러의 손실을 입었다고 추산했습니다.
역사상 처음으로 미드 호에 물 부족 사태가 선포되어 애리조나, 네바다, 멕시코의 물 할당량 삭감이 촉발되었습니다. 현재 1,047피트(316m)에 달하는 수위는 더 낮아질 것으로 예상됩니다. 미국 국토개발국(Bureau of Reclamation)이 미드 호 상류에 위치한 파월 호의 수위를 제한하는 전례 없는 조치를 취했기 때문입니다. 이는 글렌 캐니언 댐의 전력 생산을 지속하기 위한 것입니다. 미드 호의 수위가 950피트(293m) 아래로 떨어지면 더 이상 전력을 생산할 수 없게 됩니다.
수력 발전의 미래
기존 수력 발전 인프라를 현대화하면 효율성을 높이고 가뭄으로 인한 손실을 어느 정도 회복할 수 있을 뿐만 아니라, 발전소가 향후 수십 년 동안 운영될 수 있도록 보장할 수 있습니다.
지금부터 2030년까지 전 세계적으로 노후 발전소 현대화에 1,270억 달러가 투자될 예정입니다. 이는 전 세계 수력 발전 투자의 거의 4분의 1에 해당하며, 유럽과 북미 투자의 거의 90%를 차지합니다.
후버 댐의 경우, 이는 일부 터빈을 낮은 고도에서 더 효율적으로 작동하도록 개조하고, 터빈으로의 물 흐름을 제어하는 더 얇은 위켓 게이트를 설치하고, 효율성을 높이기 위해 터빈에 압축 공기를 주입하는 것을 의미합니다.
하지만 세계 다른 지역에서는 투자의 대부분이 신규 발전소 건설에 집중되고 있습니다. 아시아와 아프리카의 대규모 국영 프로젝트가 2030년까지 신규 수력 발전 용량의 75% 이상을 차지할 것으로 예상됩니다. 그러나 일각에서는 이러한 프로젝트가 환경에 미칠 영향을 우려합니다.
"제 생각에는, 이 발전소들은 과도하게 건설된 것 같습니다. 불필요할 정도로 엄청난 용량으로 건설된 것이죠." 저영향수력발전연구소(Low Impact Hydropower Institute)의 섀넌 에임스(Shannon Ames) 전무이사는 이렇게 말했습니다. "유하식 발전소로 건설할 수도 있고, 설계만 다르게 할 수도 있습니다."
유하식 발전 시설은 저수지가 없어 환경에 미치는 영향이 적지만, 생산량이 계절적 유량에 따라 달라지기 때문에 수요에 따라 전력을 생산할 수 없습니다. 유하식 수력 발전은 이번 10년 동안 총 발전 용량 증가분의 약 13%를 차지할 것으로 예상되며, 기존 수력 발전은 56%, 양수 발전은 29%를 차지할 것으로 예상됩니다.
하지만 전반적으로 수력 발전 성장률은 둔화되고 있으며 2030년까지 약 23% 감소할 것으로 예상됩니다. 이러한 추세를 반전시키려면 규제 및 허가 절차를 간소화하고, 지역 사회의 수용을 확보하기 위해 높은 지속가능성 기준과 배출량 측정 프로그램을 마련하는 것이 중요합니다. 개발 일정이 단축되면 개발업체가 전력 구매 계약을 체결하는 데 도움이 되고, 수익이 보장되므로 투자 유인이 높아질 것입니다.
"태양광이나 풍력만큼 매력적이지 않아 보이는 이유 중 하나는 시설의 기간이 다르기 때문입니다. 예를 들어 풍력 및 태양광 발전소는 일반적으로 20년 프로젝트로 간주됩니다."라고 에임스는 말했습니다. "반면에 수력 발전은 허가를 받아 50년 동안 운영됩니다. 그리고 그중 상당수는 100년 동안 운영되어 왔습니다… 하지만 우리 자본 시장은 그렇게 장기적인 수익을 기대하지 않습니다."
울프는 수력 발전과 펌프 저장 기술 개발에 대한 올바른 인센티브를 찾고, 이를 지속 가능한 방식으로 시행하는 것이 전 세계가 화석 연료에 의존하지 않도록 하는 데 매우 중요하다고 말했습니다.
"다른 기술들이 받는 헤드라인처럼 우리는 헤드라인을 받지 못합니다. 하지만 사람들은 수력 발전 없이는 안정적인 전력망을 구축할 수 없다는 사실을 점점 더 깨닫고 있다고 생각합니다."
게시 시간: 2022년 7월 14일
