댐 개조-태양전지판 설치… 탄소중립 시대, 수력발전의 재발견

수력 에너지에 다시 주목하는 과학계
발전 기능 없는 댐에 터빈 설치
저수지 물엔 태양광 패널 띄워
적은 비용으로 추가 전력 생산

최근 계속되는 폭염으로 전력난에 대한 걱정이 크다. 지금도 세계 곳곳에서는 폭우와 폭염, 산불 등 극심한 이상기후 현상이 발생하고 있다. 지구온난화를 억제하기 위한 탄소중립과 친환경 재생에너지 확대 요구가 높아지고 있지만 재생에너지는 전력난을 해결하는 데 아직 역부족이다.

과학자들은 재생에너지 분야에서 풍력·태양광에 밀려 소외되고 있는 수력발전에 다시 눈을 돌릴 필요가 있다는 분석을 내놓는다. 토르 호콘 바켄 노르웨이과학기술대 교수 연구진은 토양 관개와 식수, 홍수 조절 용도로 건설됐지만 수력발전을 하지 않는 댐을 수력발전용으로 개조하는 것만으로도 경제성이 확보된 상당량의 친환경 에너지를 생산할 수 있다는 연구 결과를 6월 내놨다. 미국 에너지부 산하 국립재생에너지연구소(NREL)는 댐으로 만들어진 저수지에 태양광 패널을 부유식으로 설치하는 수력·태양광 하이브리드 시스템을 제안하고 있다.

수력발전을 위해 대규모 댐을 추가로 만드는 것은 사실 친환경적이지 않다. 규모가 큰 댐으로 생겨난 저수지는 바닥에서 유기물질이 분해되면서 온실가스인 이산화탄소와 메탄을 만든다. 하지만 바켄 교수 연구진은 댐을 새로 만들지 않아도 수력발전을 하지 않는 기존 댐을 개조하는 것만으로도 상당한 전력을 생산할 수 있다고 분석했다.

연구진에 따르면 전 세계 6만 개의 댐을 조사한 결과 이 중 3분의 1만 수력발전을 하고 있다. 아시아와 아프리카에서는 10∼15%에 그치는 것으로 분석됐다. 연구진은 첨단 공법을 통해 댐의 하부 구조에 발전용 터빈을 설치하는 방안을 고안하고 수력발전을 하지 않는 스페인 남부 과달키비르강에 설치된 13개의 댐 하부에 터빈을 설치하는 시뮬레이션 분석을 진행했다. 저수지의 수문, 현재 물 사용량과 댐을 개조하는 데 필요한 예상 비용, 예상 발전량 등을 시뮬레이션한 결과 댐 13개 중 5개는 연간 47GWh(기가와트시)의 소비 전력을 생산할 수 있는 것으로 분석됐다. 이는 약 4000∼5000가구가 연간 사용할 수 있는 전력량이다. 이 지역의 용수 공급과 생태 환경에 영향을 주지 않는다는 사실도 확인됐다. 바켄 교수는 “댐을 개조하는 것만으로 경제성 있는 수력발전을 할 수 있다는 사실을 확인한 것”이라고 말했다.

미국 NREL의 네이선 리 연구진은 수상 태양광 패널과 수력발전소의 하이브리드 시스템을 제안했다. 이를 통해 전 세계에서 매년 생산되는 전력의 상당 부분을 책임질 수 있는 잠재력이 있다는 것이다.

연구진은 이미 수력발전소가 있는 저수지에 부유식 태양전지판을 추가하면 태양광만으로 연간 7.6TW(테라와트)의 전력을 생산할 수 있다는 분석 결과를 지난해 9월 국제학술지 ‘재생에너지’에 발표했다. 이는 수력발전에서 생산되는 전력량을 포함하지 않은 결과다.

현재 부유식 태양광발전 기술은 초기 단계다. 태양광 패널을 설치할 지상 공간이 부족한 지역에서 활용되고 있다. NREL의 기존 연구에 따르면 미국에 있는 인공 저수지에 부유식 태양광 패널을 설치하면 미국 연간 전력 생산량의 약 10%를 생산할 수 있을 것으로 추정된다.

연구진은 “전 세계 37만9068개의 저수지에 부유식 태양광 패널을 설치할 수 있을 것으로 추정된다”며 “부유식 태양광 패널과 수력발전을 결합하면 변전소를 공유해 전력 송출 비용을 줄일 수 있는 동시에 건기에는 태양광을 이용하고 강우량이 많은 우기에는 수력발전이 가능한 이점이 있다”고 말했다.


김민수 동아사이언스기자 reborn@donga.com