2019년 11월 전 세계 과학자 1만여 명이 모여 기후 비상사태를 선언하였으며, 이 선언문은 국제 과학 학술지인 ‘바이오 사이언스’에 게재되었습니다. 내용을 살펴보면, 최근 40년간 화석 연료 사용이 증가했을 뿐만 아니라 지구의 기온과 해수면의 높이가 상승했는데요. 또한 가뭄 및 태풍 등의 이상 기후 현상이 자주 발생했다고 합니다. 이번 시간에는 화석 연료 사용을 줄여 기후 변화에 대응할 미래 에너지인 ‘소(小)수력 에너지’를 알아볼 예정인데요. 그럼 지금 바로 키즈현대와 함께 살펴보아요!
소규모의 물로 전력을 만드는 소수력 에너지
소(小)수력 에너지는 소수력 발전에서 생산한 전력을 뜻합니다. 그렇다면 소수력 발전은 무엇일까요? 우선 수력 발전은 높은 위치의 댐 등에서 물을 떨어트릴 때 발생하는 위치 에너지로 수차를 회전시키는데요. 이 수차와 연결된 발전기가 전력을 만들어내는 방식이 바로 수력 발전입니다. 소수력 발전은 수력 발전과 작동 원리는 같지만, 상대적으로 규모가 작은(小) 물을 이용하는데요. 예전까지만 해도 우리나라는 출력 규모가 3,000kW(킬로와트) 미만인 시설을 소수력 발전으로 인정했습니다. 하지만 2003년 관련 법이 개정된 이후 10,000kW 미만의 발전 시설을 포함시켰는데요. 출력 규모에 따라 분류하면, 1,000kW~10MW까지 소수력 발전, 10MW~100MW는 중수력 발전, 100MW(메가와트)를 초과하면 대수력 발전이라고 할 수 있습니다. (1,000W＝1kW)
다양한 방식으로 생산 가능한 소수력 에너지
소수력 발전은 에너지 생산 방법에 따라 크게 3가지로 나눌 수 있습니다. 가장 먼저 수로식 발전은 자연적으로 발생하는 하천의 낙차와 유량을 이용하는데요. 물의 속도가 빠른 상, 중류에 수로를 내어 이를 지나가는 물이 발전기를 돌려 전력을 만들어냅니다. 댐식 발전은 하천의 일부를 막아 인공적으로 만든 댐에서 발생하는 낙차를 이용하는데요. 수력 발전보다 규모가 작은 댐이기 때문에 풍부한 유량을 확보할 수 있는 중, 하류에 주로 설치됩니다. 마지막으로 터널식 발전은 수로식과 댐식을 혼합한 방식이라고 할 수 있는데요. 우선 하천의 상류에 댐을 만들고 반대편 산에 터널을 뚫습니다. 이후 터널에서 떨어트린 물로 터빈을 돌려 전력을 생산하는데요. 북한강 상류에 위치한 화천발전소가 터널식 발전의 대표적인 예입니다.
소수력 에너지의 뛰어난 효율성
다음으로 소수력 에너지의 장점을 살펴볼까요? 우선 수력 발전은 댐과 같은 큰 규모의 발전 시설이 필요한데요. 하지만 소수력 발전은 상대적으로 작은 규모로도 생산이 가능해 시설 설치에 필요한 부지가 적고, 비용이 저렴합니다. 또한 시설의 수명이 길고, 운영비가 적게 들 뿐만 아니라 물이 흐르는 곳에 대부분 설치가 가능한데요. 만약 건물 내의 물을 이용할 경우 계절 및 날씨에 영향 없이 전력을 생산할 수 있습니다. 이 외에도 5분 이내에 전력 공급이 가능한데요. 이를 통해 여름철 급격하게 증가하는 전기 사용으로 발생하는 ‘블랙 아웃(Black Out)’을 예방할 수 있겠죠?
환경을 해치지 않는 소수력 에너지
수력 발전은 많은 양의 물을 댐에 가두기 때문에 상류 일대가 수몰됩니다. 또한 습도가 높아져 지역 기후가 변하게 되는데요. 하지만 소수력 발전은 환경을 해치지 않으면서 전력을 생산해 주변 생태계를 보전할 수 있습니다. 이 외에도 소수력 발전을 통해 1kWh의 전력을 만들 때 발생하는 이산화탄소의 양이 11.3g밖에 되지 않는데요. 특히 대기 오염과 미세 먼지의 주범인 질소산화물(NOx)과 유황산화물(Sox)을 배출하지 않습니다. 또한 물을 이용해 에너지를 만들어 자원 고갈의 위험이 적고 원자재 가격 상승을 걱정하지 않아도 됩니다. 우리나라는 이러한 소수력 에너지의 효율성과 친환경성에 주목해 1982년부터 지원 사업을 진행했는데요. 현재까지 30여 개의 소수력 발전소가 설치되었으며, 연간 생산되는 전력량은 약 1억kWh에 이릅니다.
소수력 에너지의 발전 원리를 실험으로 알아보아요!
소수력 에너지가 전력을 생산하는 과정을 간단한 실험을 통해 알아볼까요? 우선 LED 전구, 발전기, 수차, 기어 등으로 소수력 발전을 만들었어요. 그다음 수차에 물을 뿌리자 수차가 회전하면서, 발전기에 전력이 공급되고 LED 전구가 환하게 밝아졌습니다. 우리 삶 곳곳에서 다양하게 이용될 소수력 에너지의 가능성을 확인할 수 있는 실험이었습니다!
미래 에너지 1편 <무궁무진한 가치, 수소 에너지>에 이어 이번 시간에는 소수력 에너지에 대해 자세히 알아보았습니다. 다양한 곳에 설치할 수 있고 비용이 적게 들 뿐만 아니라 환경에도 도움이 되는 소수력 에너지! 자원 고갈과 환경 오염을 일으키는 화석 연료를 대체할 미래 에너지라는 사실을 확인할 수 있었는데요. 앞으로 더 많은 대체 에너지가 개발되어 우리 아이들이 살아갈 세상은 더 안전하고 깨끗하기를 기대해보아요!
