1. 수자원 에너지
인류의 수력 자원 개발 및 이용 역사는 고대로 거슬러 올라갑니다. 중화인민공화국 재생에너지법 해석(전국인민대표대회 상무위원회 법률실무위원회 편찬)에 따르면, 수력에너지는 다음과 같이 정의됩니다. 바람과 태양열이 물을 증발시키고, 수증기가 비와 눈을 형성하며, 비와 눈이 내리면 강과 하천이 생기고, 물의 흐름이 에너지를 발생시키는데, 이를 수력에너지라고 합니다.
현대 수력 자원 개발 및 이용의 주된 내용은 수력 자원의 개발과 이용이므로, 사람들은 일반적으로 수력 자원, 수력 발전 자원, 수력 발전 자원을 동의어로 사용합니다. 그러나 실제로는 수력 자원은 수열 에너지 자원, 수력 에너지 자원, 해수 에너지 자원 등 매우 광범위한 내용을 포함합니다.
(1) 수자원 및 열에너지 자원
물과 열에너지 자원은 흔히 천연 온천으로 알려져 있습니다. 고대부터 사람들은 천연 온천의 물과 열에너지 자원을 직접 이용하여 목욕탕을 짓고, 목욕을 하고, 질병을 치료하고, 운동을 했습니다. 현대인들도 물과 열에너지 자원을 발전과 난방에 활용하고 있습니다. 예를 들어 아이슬란드는 2003년에 70억 8천만 킬로와트시의 수력 발전을 했는데, 그중 14억 1천만 킬로와트시는 지열에너지(즉, 수열에너지 자원)를 이용해 생산한 것입니다. 아이슬란드 인구의 86%가 지열에너지(수열에너지 자원)를 난방에 사용하고 있습니다. 시짱에 건설된 2만 5천 킬로와트시 규모의 양바징 발전소 역시 지열에너지(물과 열에너지 자원)를 이용해 전기를 생산하고 있습니다. 전문가들의 예측에 따르면 중국에서는 지하 100미터 이내 깊이의 토양에 저장된 저온 에너지(지하수를 매개로 함)가 매년 1,500억 킬로와트시에 달할 수 있다고 합니다. 현재 중국의 지열 발전 설비 용량은 35,300킬로와트입니다.
(2) 수력 에너지 자원
수력 에너지는 물의 운동 에너지와 위치 에너지를 모두 포함합니다. 고대 중국에서는 급류, 폭포, 계곡의 수력 에너지를 활용하여 물레방아, 물레방아 등의 기계를 제작하고 관개, 곡물 가공, 벼 탈곡 등에 사용했습니다. 1830년대 유럽에서는 제분소, 면직물 공장, 광산 등 대규모 산업에 동력을 공급하기 위해 수력 발전소가 개발 및 활용되었습니다. 현대의 수력 터빈은 원심력을 발생시켜 물을 끌어올리고 관개하는 데 사용되는 원심 펌프를 직접 구동하며, 수격 현상을 이용하여 고압을 만들어 물을 끌어올리고 관개하는 수격 펌프 스테이션 또한 수력 에너지 자원의 직접적인 개발 및 활용 사례입니다.
(3) 수력 에너지 자원
1880년대에 전기가 발견되면서 전자기 이론에 기반한 전기 모터가 제작되었고, 수력 발전소가 건설되어 수력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 사용자에게 공급함으로써 수력 에너지 자원의 활발한 개발 및 활용 시대가 열렸습니다.
우리가 지금 언급하는 수력 자원은 일반적으로 수력 발전 자원이라고 불립니다. 강물 자원 외에도 해양에는 막대한 양의 조력, 파력, 염분, 온도차 에너지가 존재합니다. 전 세계 해양 수력 자원은 760억 킬로와트로 추산되며, 이는 육상 하천 수력 발전의 이론적 매장량의 15배가 넘습니다. 그중 조력 에너지는 30억 킬로와트, 파력 에너지는 30억 킬로와트, 온도차 에너지는 400억 킬로와트, 염분차 에너지는 300억 킬로와트입니다. 현재 인간이 해양 수력 자원을 활용하는 분야 중 대규모 개발 및 이용이 가능한 실용적인 단계에 도달한 것은 조력 에너지뿐입니다. 다른 에너지원의 개발 및 이용은 기술적, 경제적 타당성 측면에서 획기적인 성과를 거두고 실질적인 개발 및 이용을 달성하기 위해 더 많은 연구가 필요합니다. 우리가 일반적으로 언급하는 해양 에너지 개발 및 이용은 주로 조력 에너지의 개발 및 이용을 의미합니다. 달과 태양의 인력이 지구의 해수면을 끌어당기면서 주기적인 해수면 변동이 발생하는데, 이를 조석이라고 합니다. 해수면의 변동이 조석 에너지를 형성합니다. 원칙적으로 조석 에너지는 조수면 변동에 의해 발생하는 역학적 에너지입니다.
조력 발전소는 11세기에 등장했으며, 20세기 초 독일과 프랑스는 소규모 조력 발전소를 건설하기 시작했습니다.
전 세계 조력 에너지 가용량은 10억~11억 킬로와트(kW)로 추산되며, 연간 발전량은 약 1조 2400억 킬로와트시(kWh)에 달합니다. 중국의 조력 에너지 가용량은 설치 용량 2158만 킬로와트(kW)이며, 연간 발전량은 300억 킬로와트시(kWh)입니다.
현재 세계 최대 규모의 조력 발전소는 프랑스의 렌 조력 발전소로, 설치 용량은 24만 킬로와트입니다. 중국 최초의 조력 발전소인 광둥성 지저우 조력 발전소는 1958년에 건설되었으며, 설치 용량은 40킬로와트였습니다. 1985년에 건설된 저장성 장샤 조력 발전소는 총 설치 용량 3,200킬로와트로 세계 3위를 차지하고 있습니다.
또한, 중국 해양에는 파력 에너지 약 1285만 킬로와트, 조력 에너지 약 1394만 킬로와트, 염도차 에너지 약 1억 2500만 킬로와트, 그리고 수온차 에너지 약 13억 2100만 킬로와트의 매장량이 있습니다. 종합적으로, 중국의 해양 에너지 총량은 약 15억 킬로와트에 달하며, 이는 육지 하천 수력 발전의 이론적 매장량인 6억 9400만 킬로와트의 두 배가 넘는 수치로, 개발 및 활용 가능성이 매우 높습니다. 오늘날 전 세계 국가들은 해양에 숨겨진 막대한 에너지 자원을 개발하고 활용하기 위한 기술적 접근 방식 연구에 막대한 투자를 하고 있습니다.
2. 수력 에너지 자원
수력 에너지 자원은 일반적으로 하천수 흐름의 위치 에너지와 운동 에너지를 이용하여 수력 발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 것을 의미합니다. 석탄, 석유, 천연가스, 원자력 발전은 비재생 연료 자원을 소비하는 반면, 수력 발전은 수자원을 소비하지 않고 하천수 흐름의 에너지를 이용합니다.
(1) 세계 수력 에너지 자원
전 세계 강에 매장된 수력 발전 자원의 총량은 50억 5천만 킬로와트이며, 연간 발전량은 최대 44조 2천8백만 킬로와트시입니다. 기술적으로 개발 가능한 수력 발전 자원은 22억 6천만 킬로와트이며, 연간 발전량은 9조 8천억 킬로와트시에 달할 수 있습니다.
1878년 프랑스는 설치 용량 25킬로와트의 세계 최초 수력 발전소를 건설했습니다. 현재까지 전 세계 수력 발전 설치 용량은 7억 6천만 킬로와트를 넘어섰으며, 연간 발전량은 3조 킬로와트시에 달합니다.
(2) 중국의 수력 자원
중국은 세계에서 수력 에너지 자원이 가장 풍부한 국가 중 하나입니다. 최신 수력 자원 조사에 따르면, 중국의 이론적 하천 수력 에너지 매장량은 6억 9,400만 킬로와트이며, 연간 이론적 발전량은 6조 800억 킬로와트시로, 이론적 매장량 기준으로 세계 1위를 차지하고 있습니다. 중국의 수력 자원 실효 개발 용량은 5억 4,200만 킬로와트이며, 연간 발전량은 2조 4,700억 킬로와트시, 경제적으로 개발 가능한 용량은 4억 200만 킬로와트이며, 연간 발전량은 1조 7,500억 킬로와트시로, 두 수치 모두 세계 1위입니다.
1905년 7월, 중국 최초의 수력 발전소인 타이완성 구이산 수력 발전소가 500kVA의 설치 용량으로 건설되었습니다. 1912년에는 중국 본토 최초의 수력 발전소인 윈난성 쿤밍의 스룽바 수력 발전소가 480kW의 설치 용량으로 가동을 시작했습니다. 1949년 중국의 수력 발전 설치 용량은 16만 3천 킬로와트였으며, 1999년 말에는 7,297만 킬로와트로 성장하여 미국에 이어 세계 2위를 기록했습니다. 2005년에는 중국의 총 수력 발전 설치 용량이 1억 1,500만 킬로와트에 달하여 세계 1위를 차지했으며, 이는 가용 수력 발전 용량의 14.4%, 국가 전체 발전 산업 설치 용량의 20%를 차지했습니다.
(3) 수력 에너지의 특성
수력 에너지는 자연의 수문 순환을 통해 반복적으로 재생되며, 인간은 이를 지속적으로 이용할 수 있습니다. 사람들은 수력 에너지의 재생 가능성을 설명할 때 '고갈되지 않는'이라는 표현을 흔히 사용합니다.
수력 발전은 생산 및 운영 과정에서 연료를 소비하거나 유해 물질을 배출하지 않습니다. 관리 및 운영 비용, 발전 비용, 환경 영향 측면에서도 화력 발전보다 훨씬 낮아 저렴한 친환경 에너지원입니다.
수력 에너지는 우수한 변동성, 빠른 시동 속도를 갖추고 있으며 전력망 운영에서 피크 부하 저감 역할을 합니다. 신속하고 효율적이어서 비상 및 사고 상황에서 전력 공급 손실을 줄이고 전력 공급 안전성을 보장합니다.
수력 에너지와 광물 에너지는 자원 기반의 1차 에너지에 속하며, 이를 전기 에너지로 변환한 것을 2차 에너지라고 합니다. 수력 에너지 개발은 1차 에너지 개발과 2차 에너지 생산을 동시에 완료하는 에너지원으로, 1차 에너지 생산과 2차 에너지 생산이라는 두 가지 기능을 모두 수행합니다. 또한, 에너지 광물 추출, 운송, 저장 과정이 필요 없어 연료비를 크게 절감할 수 있습니다.
수력 발전을 위한 저수지 건설은 해당 지역의 생태 환경을 변화시킬 것입니다. 한편으로는 토지 수몰로 인해 이주민의 이주가 불가피하지만, 다른 한편으로는 지역의 미기후를 복원하고 새로운 수생 생태 환경을 조성하여 생물의 생존을 촉진하며 홍수 조절, 관개, 관광 및 해운 개발을 용이하게 할 수 있습니다. 따라서 수력 발전 프로젝트 계획 시에는 생태 환경에 미치는 부정적인 영향을 최소화하는 것을 종합적으로 고려해야 하며, 수력 발전 개발은 단점보다 장점이 더 많습니다.
수력 에너지의 여러 장점 덕분에 전 세계 국가들이 수력 발전 개발을 우선시하는 정책을 채택하고 있습니다. 1990년대 브라질의 경우 전체 발전 설비 용량의 93.2%가 수력 발전이었으며, 노르웨이, 스위스, 뉴질랜드, 캐나다와 같은 국가들도 수력 발전 비중이 50%를 넘었습니다.
1990년 당시 세계 일부 국가에서 수력 발전이 전체 가용 전력량 대비 차지하는 비중은 프랑스 74%, 스위스 72%, 일본 66%, 파라과이 61%, 미국 55%, 이집트 54%, 캐나다 50%, 브라질 17.3%, 인도 11%, 중국 6.6%였다.
게시 시간: 2024년 9월 24일
