032 발전

빛이 있어 세상은 밝고 따뜻합니다. 빛은 사랑이고, 빛은 행복입니다. 우리나라의 공기업 한국전력이 꽤나 오래 전에 했던 광고인데, 아직도 기억이 납니다. 우리 세상을 움직이는 것 중에 하나가 바로 전기입니다. 전기는 일을 할 수 있고, 이러한 힘을 전력이라고 합니다. 수업때 횃불을 들고 수업하지 않고 형광등을 켜고 있습니다. 여러분들 덥다고 찡찡대니까 학교에서는 에어컨을 켭니다. 우리나라 사계절은 수천년 전부터 있었고, 학생들은 그 어떤 상황 속에서도 공부할 수 있었습니다. 다만 여러분들의 부모님들이 혹여 여러분들이 더워서 공부를 하지 못하고 어려움을 겪을까 하여 에어컨을 이용할 전기료를 세금으로 내고 계십니다. 여러분들이 아침마다 사용하는 드라이기도, 고데기도, 심지어 밥솥도 전기로 움직입니다. 학습지를 등사할 때에도 전기를 씁니다. 결국 전기가 중요한 셈입니다.

전력을 만들어 내는 것을 발전이라고 합니다. 전력은 재활용이 힘들고 저장하는 것도 쉽지 않으며 생산 과정이 까다로우며 고압으로 송전하는 과정에서 감전사고가 발생할 수도 있고, 송전거리가 길어질수록 저항이 커져 손실도 커집니다. 그럼에도 불구하고 전기가 가진 장점은 에너지가 필요한 곳에 빛의 속도로 공급할 수 있으며, 우리가 필요한 열이나 빛 등 다양한 에너지의 형태로 전환이 가능하다는 점입니다. 여름철에 더위를 저장했다가 겨울철에 추울 때 쓰면 좋겠지만, 말처럼 쉬운 일이 절대 아닙니다. 마찬가지로 전력도 남을 때 저장해두었다가 필요할 때 쓰는 것이 어렵기 때문에 필요한 만큼 즉시 생산하는 것이 매우 중요합니다. 하루를 기준으로 보아도 가장 전력 사용량이 많은 시간이 있고 적은 시간이 있습니다. 여러분들이 학교에서 수업을 하는 중에도 집에서 냉장고는 돌아가고 있는 것처럼, 하루 종일 계속 필요한 전기의 양을 기저부하라고 합니다. 반대로 비가 갑자기 와서 물의 수위가 올라갈 때처럼 전력도 갑자기 수요가 확 늘어나는 시간이 있는데 그 때 필요한 전기의 양을 첨두부하라고 합니다. 기저부하와 첨두부하에 적절하게 대응하는 것이 안정적으로 전기를 공급하는 과정에서 꼭 필요하다고 볼 수 있습니다.

그럼 그러한 전기는 어떤 방법으로 생산할까요? 우리나라에서 널리 사용되는 방식은 크게 세 가지가 있습니다. 또 세가지네요. 하나하나 살펴봅시다.

먼저 수력입니다. 하천이 가진 위치에너지를 이용해서 수차를 돌려 발전하는 방식입니다. 건설 과정에서 비용이 비싸고 입지에 자연제약이 크다보니 아무 데나 지을 수가 없고, 소비지와 떨어져 있어 송전시 손실이 좀 큰 편입니다. 게다가 대규모 댐을 건설하면 이주민도 발생하구요. 다만 한번 지어 놓으면 추가로 요금이 들거나 공해가 배출되는 양이 극히 적습니다. 우리나라에게는 이 부분이 꽤나 중요합니다. 수력발전은 물이 있는 상태에서 터빈만 돌리면 10분 안에도 생산이 가능하기 때문에 첨두부하를 담당할때 정말 고마운 발전방식입니다.  다만 우리나라는 유량의 계절적인 변화가 워낙에 크고 낙차가 작다보니 발전을 안정적으로 하는 것이 쉽지 않습니다.

수력발전은 크게 수로식과 댐식으로 나눕니다. 수로식은 경사가 급하고 굴곡이 심한 하천에서 곧은 물길을 새로 뚫고 급격해지는 낙차를 이용하는 방식인데, 우리나라에서는 화천수력발전소가 해당합니다. 거의 모든 경우는 댐을 막고 그 수위의 차이를 이용하는 방식입니다. 댐은 지으면 용수를 확보하거나 홍수를 조절하기도 하는 다목적 댐으로 활용할 수 있어 이익이 큽니다.

댐을 지을 때에도 방법이 여러 개가 있습니다. 댐을 두 개로 상하로 지어 물을 옮기며 발전하는 방식도 있는데, 물을 퍼올린다고 해서 양수식 발전소라고 합니다. 심야 등 잉여전력이 있을 때에는 발전을 하는게 아니라 오히려 전기를 써가면서 물을 하부에서 상부로 퍼올리면서 위치에너지의 형태로 저장합니다. 그리고 전력이 필요할 때에는 상부에서 하부로 물을 흘려보내면서 발전을 하는데, 수력 특성상 즉각적인 발전이 가능합니다. 당연히 있는 물을 활용하다보니 다른 수력에 비해서 자연적인 유량의 영향은 적은 편입니다. 다만 상식적으로도 에너지 전환 과정에서 손실이 있는데, 물을 푸고 흘리고를 반복하면 효율적일 리가 없습니다. 그럼에도 불구하고 이 방식이 소중한 이유는, 화력이나 원자력이 다른 부하를 담당하면서 남는 잉여전력을 효율적으로 활용할 수 있기 때문입니다. 그래서 우리나라에서도 청평, 삼랑진, 무주, 산청, 양양, 청송 등 다양한 곳에서 양수식 발전소를 운영하고 있습니다.

비가 내리면 빗물은 모이고 모여서 하천이 되어 흘러가는데, 하천 입장에서 보면 한 하천이 담당하고 있는 구역이 있다는 뜻이 됩니다. 그러한 구역을 하천 유역이라고 하는데, 유역별로 특성이 다르게 나타납니다. 수력발전은 물도 많고 낙차도 커야 하는데, 둘 중 하나만 가능한 경우에는 유역을 강제로 바꾸어버립니다. 예를 들어서 유량이 큰 하천에 댐을 짓고, 산 아래에 물이 지나갈 수 있는 터널을 뚫어 반대쪽으로 보낸 뒤에, 낙차가 큰 하천에서 발전을 해버리는 방식입니다. 이러한 방식을 유역 변경식 발전이라고 부릅니다. 특히 우리나라는 경동성 요곡운동으로 중부지방의 경우 서쪽 사면은 경사가 완만하고 큰 하천이 발달한 반면 동쪽 사면은 경사가 급하고 하천이 크게 발달하는 경우가 드물어 유역변경식 발전을 하기 유리합니다. 특히 북한에서 장진강, 부전강, 허천강 등에 댐을 짓고 동해 쪽으로 유역을 변경하는 방식이 일찍부터 도입되었습니다. 섬진강 유역 등에서는 풍부한 유량을 기반으로 도시가 발달하거나 농경지가 넓은 유역으로 생활용수나 농업용수를 공급하면서 발전을 하기도 합니다.

수력발전의 양대 축인 유량과 낙차 중에서 유량을 극대화 하는 방식도 있습니다. 낙차는 어차피 우리나라에서 얻는 것이 쉽지 않다보니 아예 유량이 풍부한 하천 하류에 댐을 짓고 막대한 유량을 확보하여, 그 물이 만들어내는 수압으로 발전을 하기도 합니다. 우리나라에서는 남한강과 북한강이 만나는 두물머리에 지은 팔당댐이 대표적입니다.

수력은 산업화시기에 가뜩이나 부족한 우리의 에너지를 공급해주는 중요한 역할을 수행했습니다. 특히 편마암이 넓게 분포하여 숲이 많아 유량확보가 안정적이고 인구가 적은 북한강 지역에 댐을 많이 건설해서 강원도에서는 수력발전이 차지하는 비중도 제법 큰 편입니다. 다만 댐을 조성하는 과정에서 수몰민이 발생하고 이주를 강제로 실시해야 한다는 점에서 인권침해의 측면이 있습니다. 게다가 하천의 흐름을 인위적으로 막는 것이기 때문에 주변의 하천 지형이 아예 달라지는 경우도 있습니다. 또한 인공 호수가 생기면서 안개 발생 일수가 늘어나고, 주변 농작물에 냉해를 발생시키는 경우도 생기며, 일부 단층대에 짓는 경우 사면붕괴 등이 발생하는 경우 물이나 댐에 이상이 생겨 무너져 참사를 발생시키기도 합니다. 기존에는 수몰민이 있어도 밀어붙이는 경우가 많았다면, 우리 사회가 발전하면서 다른 대안에 대해서도 모색해보기 시작하면서 동강댐을 시작으로 댐 건설에도 신중하게 접근하였습니다. 최근에는 늘어나는 전력 수요에 대응하기 위해 보를 빙자한 댐을 짓거나 영주댐 등 새로운 댐 조성이 이루어지고 있습니다.

다음은 화력발전입니다. 화력발전은 주로 화석연료를 사용하여 터빈을 돌리고 전력을 생산하는 방식입니다. 상대적으로 건설기간이 짧고 건설비도 싸면서 입지에 제약이 적어 소비지와 가까운 곳에 짓는 것이 가능합니다. 굳이 따지자면 화력발전은 연소하면서 생기는 열을 일정 수준으로 유지해주어야 하기 때문에 냉각수를 안정적으로 구할 수 있는 하천이나 해안을 선호하는 경향이 있기는 합니다. 다만 연료를 공급하지 않으면 전력 생산이 되지 않고, 연료 자체가 대부분 수입에 의존하는 화석연료다보니 전기를 생산하는 단가는 비싼 편입니다. 게다가 석탄이나 중유의 경우 화석연료 연소에 따른 환경오염물질 배출량이 많고, 특히 석탄은 미세먼지와도 관련성이 있는 것으로 추정되고 있습니다. 심지어 석탄이든 중유든 천연가스든 그 어떤 화석연료도 연소 과정에서 온실가스가 배출되기 때문에 지구온난화를 유발하는 특성이 있습니다.

그럼에도 불구하고 우리나라 전력 생산의 절반 이상을 담당하고 있는 가장 중요한 발전 방식입니다. 요즘에는 화석연료 이외에도 다른 것들도 활용하고 있으며, 특히 전기만 생산하는 것이 아니라 연소 과정에서 발생하는 열도 이용하는 복합적인 시설도 늘고 있습니다. 우리나라의 인구와 산업이 모두 집중되어 있는 곳이 수도권 그리고 남동임해공업지역이다보니 화력발전소도 인구 밀집지역 주변에 많습니다. 다만 수도권 주민의 경우 전력을 막대하게 소비하지만, 전력 생산 과정에서 나오는 오염물질 등의 공해는 극도로 기피합니다. 그래서 대형 화력발전소는 수도권에 인접한 충청남도에 많고, 수도권 중에서도 섬 등 외딴 곳에 있는 경우가 많습니다. 공장도 별로 없고 사람들이 휴양하러 많이 가는 안면도로 유명한 태안이 대기오염 순위에서 자주 언급되는데, 중국에서 넘어오는 오염물질에 가장 노출되어 있는 곳이라서 그렇습니다. 하지만 석탄화력발전소가 미치는 영향도 있을 것으로 추정됩니다. 충남 주민 입장에서는 자신들이 쓰지도 않을 전기 생산을 하느라 공해에 노출되어 있는 셈인데, 이게 다 여러분들 편하게 전기 쓰자고 일어난 일입니다.

우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여있고 위에는 북한이 있습니다. 광복 직후에야 북한이 수력발전으로 생산한 전기도 보내주고 그랬지만, 이제는 꼼짝없이 우리가 필요한 에너지는 우리가 생산해야합니다. 수력은 너무 적고 불안하고, 화력은 비싸고 수입해야되니 대안을 모색할 수 밖에 없습니다. 그리고 우리나라가 반한 에너지가 바로 원자력입니다. 우라늄을 농축시켜 핵이 분열하는 에너지를 활용하는데, 우라늄 1kg이 석탄 3000톤의 에너지를 낸다고 알려져 있으니 그 효율은 정말 상상을 초월할 정도라고 할 수 있습니다. 우리는 일찍부터 관심을 가지고 기술을 축적시키면서 원자력발전소를 건설했습니다. 한국전력에서 하는 광고라서 자주 볼 수 있는 전기는 국산이지만 원료는 수입한다는 문구가 있습니다. 원자력이야말로 전력 자체는 우리나라의 발전소에서 생산하지만, 그 원료가 되는 우라늄은 캐나다 등에서 전량 수입해옵니다.

원자력발전은 상대적으로 건설 기간이 길고 건설비가 비쌉니다. 게다가 아무데나 지을 수 없습니다. 이 것은 원자력발전이 가진 특성 때문입니다. 핵 분열 과정에서 발생하는 에너지가 엄청나기 때문에 안정적으로 막대한 양의 냉각수를 공급받을 수 있는 해안가에 건설합니다. 또한 발전 과정에서 방사선이나 방사능물질이 유출될 수 있으므로 철저하게 조심해야합니다. 발전의 핵심 시설인 원자로 뿐만 아니라 각종 재난상황에서도 안전하게 유지될 수 있도록 각종 기술들이 집약되어 있습니다. 아무리 그래도 확실히 조심해야하므로 지진이 발생할 수 있는 활성단층 주변에는 아예 건설하면 안됩니다.

원자력발전은 화석연료를 사용하지 않아 대기오염물질도 배출되지 않고 온실가스도 나오지 않습니다. 게다가 우라늄은 화석연료에 비하면 공급에 대한 불안도 적은 편입니다. 그래서 수십년간 기저부하를 중심으로 우리나라 에너지를 꾸준히 담당해주는 효자종목이었습니다. 원자로를 식히는 과정에서 발생하는 막대한 양의 온배수가 주변 바다의 생태계에 영향을 끼친다는 이야기도 있었지만, 사실 제일 큰 관심사는 방사능입니다. 우리가 밥을 먹으면 똥을 싸는 것처럼, 원자력발전소를 운영하면 반드시 방사성 폐기물이 나옵니다. 원자력발전소가 없어도 방사성 폐기물은 여기저기서 나오지만 강도가 약하고 위험한 시기가 짧은데, 원전에서 나온 물질들은 반감기가 길어서 오랜 시간 인간 사회와 격리가 필요합니다. 우리는 그 방사성 폐기물 처리장을 짓는 과정에서도 극심한 진통을 겪은 바 있습니다. 그런데 기본 전제 자체가 흔들리기 시작했습니다. 당시 소련이었던 우크라이나의 체르노빌 원전에서 사고가 난 이후 더 조심하고 더 노력해왔는데, 끝내 일본의 후쿠시마에서 원전 사고가 일어났습니다. 내진설계를 비롯한 안전관리가 철저하다고 소문난 일본에서 발생한 피해는 전 세계에 충격을 주었습니다. 당시 일본 수상이 원자력공학과 출신의 전문가라서 그나마 이정도로 끝났다는 이야기가 있을 정도인데, 지금도 일본의 관동지방에서 어린이 갑상선 질환 발생률이 증가하고 있는지 조사를 하고 있고 일부 경우에는 2020년 도쿄 올림픽에 대해 비난하기도 할 정도로 심각한 문제입니다.

만약의 사태를 피하기 위해 우리도 일단 원자력발전소는 가급적 인구 밀집지역인 수도권을 피해 건설하기는 했습니다. 우리나라의 원자력발전소는 총 네 곳에 있습니다. 전남 영광, 경북 울진, 경북 경주, 부산 기장군입니다. 우리나라에서 막대하게 성장하는 전력 수요를 감당하기 위해서는 사실상 대안이 없고, 그래서 강원도 삼척에서 새로운 원자력발전소를 건설하는 중입니다. 그런데 후쿠시마 원전사고 이후로 원전에 대한 인식이 급속도로 나빠졌습니다. 독일은 자국 내에 있는 원전을 폐쇄하고 신재생에너지로 전환하는 장기적인 계획을 수립하였으며, 그 과정에서 진통을 겪고 있습니다. 대만은 일단 새 원전의 건설을 일단 멈춘 상태입니다. 세계에서 가장 큰 댐인 싼샤를 비롯해서 막대한 수력발전소와 화력발전소를 보유한 중국도 자국 내 소비를 위해 원전을 건설중입니다. 하지만 우리는 후쿠시마 원전 사고 이후로 안정적인 전기 생산 자체에 대한 관심이 늘어나면서 어떻게 해야하는지를 망설이고 있습니다. 그 중 기장군에 있는 발전소는 가장 오래되어 앞으로 계속 가동을 해야 할지 말아야하는지 고민이 시작되었습니다. 삼척에 새로운 원전도 지어야하는지 말아야하는지 고민이 지속되고 있습니다.

우리가 이렇게 자세하게 전력을 살펴보는 이유는, 우리가 이미 전력이 없는 끔직한 상황을 겪어봤기 때문입니다. 대규모 정전 사태를 블랙아웃이라고 부릅니다. 전력 생산이 원활하지 않아 전력 소비를 맞출 수 없으면 결국 반드시 정전을 해야합니다. 그리고 그 피해는 모두가 입습니다. 에너지를 많이 소비할 수 밖에 없는 우리나라 산업 구조의 특성상 엄청나게 막대한 경제적 피해를 입을 뿐더러, 시민들에게 생기는 생활의 불편도 엄청납니다. 

우리가 단추만 누르면 편하게 살 수 있는 세상입니다. 여러분들이 덥다고 말하면 단추를 눌러 시원한 공기가 저절로 나오는 것 같습니다. 하지만 보이지 않는 그 뒤에서는 안정적으로 생산이 안되고 수몰민을 만들어낸 수력발전과, 해외에서 수입하는데다 지구온난화와 공해를 유발하는 화력발전과, 방사능 유출의 위험을 안아야 하는 원자력이 나름의 한계 속에서 얻어낸 결과였습니다. 우리는 과연 어떻게 해야 할까요.