화력발전과 풍력발전

구 자 문 한동대 교수
  요즈음 우리나라는 물론이고 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 열망이 매우 높다. 많은 이들이 대기오염으로 인해 건강상 피해를 보고 있고, 대기오염으로 촉발된 기후변화로 인해 지구온난화가 심각해져서 사막화, 식생대 변화, 빈번한 게릴라성 폭우 등으로 인해 많은 나라들이 이미 적지 않은 피해들을 보고 있는데, 앞으로 더욱 심각해질 것을 염려하고 있다. 기후변화 내지 지구온난화는 주로 자동차, 공장, 발전소 등에서 뿜어져 나오는 이산화탄소 등 오염물질들로 인해 발생한다.

  우리나라에서 전력생산에 이용되는 연료는 석탄, 우라늄, 천연가스(LNG), 바이오매스, 쓰레기 소각 등인데, 가장 많이 이용하는 것이 석탄으로 요즈음도 전체 발전량의 40% 이상을 차지한다. 우라늄을 사용하는 원자력발전은 우리나라 총 발전량의 23% 정도를 차지하는데 심각한 환경사고 위험시설이라는 이유로 요즈음 국가차원에 신설 및 증설이 어려워졌다. 석유와 LNG는 가격이 비싸기 때문에 각각 전체 발전량의 10%와 20%를 차지하는데, 유가에 따라 변하긴 하지만, 화력발전을 위한 석유와 LNG의 연료비는 석탄연료비의 4~5배 정도나 된다.

  석탄화력발전과 석유화력발전은 각각 석탄과 석유를 태워서 내연기관 내지 가스터빈을 통해 전력을 생산한다. 그러나 두 경우 모두 완전연소가 되지 못하며 오염물질인 다양한 배기가스가 배출된다. 한편 LNG발전은 천연가스를 연소시켜 발생하는 열로 터빈을 돌려 발전하는데, 석탄보다 이산화탄소를 50% 덜 배출하고 다른 오염물질도 적게 배출하므로 좀 더 선호되는 편이다. 요즈음은 LNG에서 수소를 추출하여 저장·압축·연소과정 없이 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 변화시키는 방법은 발전소 건설비는 더 들지만 좀 더 안전한 신에너지 발전방법으로 여겨지고 있다.

  가스화복합발전은 석탄을 고온고압 하에서 처리해, 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 만든 후 연소시켜 전력을 얻는 석탄화력발전기술인데, 에너지 효율이 50% 정도 되며 이산화탄소 배출량도 28%까지 줄일 수 있다고 한다. 일반적인 화력발전소의 에너지 효율은 33~48% 정도라고 하며 나머지 폐열은 주로 냉각수와 냉각탑에서 빠져나간다. 화력발전소의 효율을 높이기 위해서 보일러를 고온고압으로 만드는 것이 중요하다. 폐열은 발전효율 극대화를 위해 재사용될 수 있으며, 또한 인근 지역 난방을 위해 사용할 수 있는데 이러한 발전소가 열병합발전소이다.  

  2021년 11월 초 영국 글래스고에서 개최된 제26차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP26)에서 석탄화력발전소 조기폐쇄안이 제기되었다. 석탄화력발전은 세계 온실가스 배출량의 약 20%를 차지해 가장 큰 오염원이 되고 있어서, COP26에서는 국제탈석탄동맹의 의견대로 선진국은 2030년까지 개도국은 2050년까지 석탄화력발전을 전면 중단하자고 권고하고 있다. 또한 국제기후변화위원회도 전 세계 석탄화력발전량을 현재 38%에서 2030년까지 9%로 감소할 것을 주장하고 있다. 우리나라도 과거부터 화력발전 의존도가 높았는데, 오염물질의 배출과 그로 인한 폐해로 인해 환경단체들은 화력발전소의 가동 및 신설 중지를 바라고 있다. 정부도 이에 맞춰 화력발전소 신설 중지, 기존 발전소의 연장가동 없는 조기폐쇄 등 점진적인 감축을 위해 노력하고 있다. 하지만 원자력발전소의 신설이 중지된 터에 석탄화력발전소 마저 대체전력생산 없이 가동 및 신설이 중지된다면 분명 에너지수급에 문제가 클 것이므로, COP26의 2030년까지의 탈석탄계획을 우선은 거부한 상태이다. 우리나라의 신재생에너지가 차지하는 비중은 아직 6~7% 정도에 지나지 않는데, 정부는 2030년까지 이를 20%로 늘리기 위한 목표를 세워놓고 있으며, 그중 약 30%를 풍력으로 충당한다는 재생에너지 이행계획을 발표했다.

  풍력발전은 이산화탄소, 미세먼지 등 오염발생이 적고, 대규모 전력생산이 가능한 수단이며, 무엇보다 운영비용이 석탄발전의 20~25% 정도에 지나지 않는 장점이 있다. 다른 중요한 신재생에너지인 태양광발전에 비해서도 대규모 전력생산 측면에서 유리한 점이 많다. 물론 회전날개 소음, 전자파 발생, 시각적 위압감, 운반 및 설치시 생태계파괴 등과 연관된 문제가 어느 정도 없을 수는 없을 것이다. 풍력발전기는 육상과 해상에 설치할 수 있는데, 우리나라에서는 지금까지 대체로 산정상에 5~10기 정도씩 설치하는 경우가 많았는데, 생태계 파괴 및 소음 등에 관한 인접 마을주민들의 민원으로 어려움을 겪고 있어서 해상풍력에 관한 관심이 높아지고 있다.

  바람은 해상이 육상보다 강하고 일정하다는 장점을 지니고 있는데, 더구나 해상의 경우에는 육상에 비해 소음 등으로 인한 민원에서 좀 더 자유롭고, 넓은 공간 이용으로 설치가 용이하다. 이때 수심 50m 이내 해변에 설치하게 되는 고정식은 문제가 적으나 부유식은 태풍에 취약하여 좀 더 안전한 설치운용방안이 개발되어야 할 것이다. 결론적으로 해상풍력발전은 화력발전은 물론이고 태양광발전, 육상풍력발전 등 다른 신재생에너지발전에 비해 전력 대량생산, 환경영향 최소화, 민원해결 등에서 분명 유리할 수 있다. 또한 대규모 해상풍력발전은 관련 산업을 발전시켜 좀 더 많은 이들을 고용할 수 있으므로 국가 및 지자체 차원에서 좀 더 적극적으로 추진할 필요가 있다.

대경일보 2021년 11월 7일