【에너지타임즈】 1905년 한반도 최초의 수력발전 ‘운산수력발전’이 건설되면서 우리나라 수력‧양수발전 역사는 시작됐다. 118년이나 흐른 지금도 우리는 독자기술을 확보하지 못했고, 종사자는 늘 국산화에 목말라 있었다. 오랜 숙원과제인 것이다.

그런데 수력‧양수발전 국산화란 꿈만 같은 일이 현실로 이어지고 있다. 그 꿈이 영글기 시작한 때는 소수력발전 기술이 개발되면서부터다. 한수원은 이를 계기로 노후화된 수력발전 현대화 사업 시장을 보고 수력발전 국산화를 추진했다.

그러던 중 에너지 전환 정책이 속도를 내면서 재생에너지 보급이 확대되고 있다. 자연환경에 따라 발전 여부가 결정되는 재생에너지 특성상 재생에너지 보급이 확대되면 될수록 계통엔 비례적으로 무리를 줄 수밖에 없다. 출력 통제가 안 되기 때문에 그렇다.

그래서 필요한 것이 간헐적으로 생산한 전력을 계통 환경을 고려해 수요물량과 공급물량을 만들어낼 수 있는 에너지저장장치(ESS)다. 현재까지 대표적인 ESS로 배터리와 함께 양수발전이 손꼽힌다.

한수원은 앞으로도 재생에너지 보급이 확대되면 될수록 양수발전 수요가 비례적으로 높아질 것으로 보고 현재 추진 중인 수력발전 국산화를 통해 확보한 기술을 기반으로 양수발전 국산화를 추진하겠다는 로드맵을 수립했다. 양수발전 기술은 수력발전 기술을 기반으로 하고 있다.

이렇게 수력‧양수발전 국산화 프로젝트는 급물살을 탈 것으로 관측됐지만 복병을 만났다. 정부 예산 확보가 쉽지 않아 난항이 거듭된 것인데 이 문제가 풀리지 않으면 이 프로젝트는 좌초될 수밖에 없다. 이 프로젝트를 통틀어서 가장 중요한 과정 중 하나다.

그러던 2023년 10월 31일.

정부는 양수발전 국산화 정책을 최종적으로 결정하고 이를 발표했다. 물론 언젠가 이 예산은 확보될 가능성이 크지만 시의적절했다는 이른바 절묘한 타이밍에 이뤄졌다는 측면에서 이날은 수력‧양수발전 국산화 결정적 순간이 된 것이다.

이로써 수력‧양수발전 국산화 마지막 퍼즐이 맞춰진 것이다.

기술의 문제보다 시장의 문제
처음으로 찾아온 국산화 기회

일각을 중심으로 100년이란 기술격차를 극복할 수 있겠느냐는 우려의 목소리가 있다. 그동안 하지 못했던 것을 지금이라서 할 수 있느냐는 얘기다.

다만 우리가 수력‧양수발전을 국산화하지 못했던 원인으로 기술보다 시장이 손꼽힌다. 그동안 국산화보다 외국 기술에 의존함으로써 얻는 경제적 이득이 더 컸기 때문이다.

일반적으로 국산화는 현재 수요와 함께 미래 가치 등을 고려해 결정되는데 그동안 수력‧양수발전 국산화는 이 같은 관점에서 보면 한 번도 국산화 고려 대상에 오르지 못했다. 우리에겐 한 번의 기회조차 없었다는 것이다.

현재 건설돼 운영 중인 수력‧양수발전 건설 시점만 살펴봐도 쉽게 알 수 있다.

준공연도 기준으로 수력발전은 ▲보성강수력발전(1935년) ▲청평수력발전(1943년) ▲화천수력발전(1944년) ▲칠보수력발전(1945년) ▲춘천수력발전(1964년) ▲의암수력발전(1967년) ▲팔당수력발전(1972년) ▲괴산수력발전(1972년) ▲강림수력발전(1978년) ▲강릉수력발전(2001년) 등이다.

양수발전은 ▲청평양수발전(1980년) ▲삼랑진양수발전(1985년) ▲무주양수발전(1995년) ▲산청양수발전(2001년) ▲양양양수발전(2006년) ▲청송양수발전(2006년) ▲예천양수발전(2012년) 등이다.

수력발전과 양수발전 건설이 겹치는 시점이 사실상 없고 하나씩 순차적으로 건설되면서 국산화에 필요한 물량은 턱없이 부족했다. 게다가 불과 얼마 전까지만 해도 원전‧석탄발전‧가스복합발전 등이 앞으로도 주력 발전원으로 자리 잡을 것이란 불변의 진리여서 미래 가치도 없었다. 그러니깐 수력‧양수발전은 국산화 기회를 가지지 못했던 것이다.

그런데 기후변화 대응을 위해 재생에너지인 수력발전 보급이 확대되고 있고, 태양광‧풍력발전 보급 확대에 따른 양수발전 필요성이 강조되면서 수력·양수발전 국산화 기회가 드디어 우리에게 처음으로 찾아온 것이다.

블룸버그 뉴에너지 파이낸스(BNEF)는 글로벌 양수발전 시장은 2022년 127GW에서 2030년 212GW로 67% 늘어날 것으로 전망했다.

세계적으로 수자원이 풍부한 국가를 중심으로 수력발전 보급이 확대되고 있고, 재생에너지 보급 확대에 대비한 양수발전 건설이 속도를 내고 있다. 국내에서도 118년 수력‧양수발전 역사 최초로 영동·홍천·포천양수발전이 동시에 건설되고 있고, 2035년 준공을 목표로 한 2.1GW에 달하는 사업자 선정이 진행 중이다. 물론 앞으로도 신규 양수발전 건설은 계속 될 것으로 전망되고 있다.

게다가 신규 양수발전 시장도 시장이지만 현재 가동 중인 양수발전 7곳 중 현대화 사업을 완료한 삼량진양수발전을 제외한 나머지는 모두 현대화 사업을 해야 하는 상황이다. 거기다가 해외 시장까지 고려하면 수력‧양수발전 국산화 조건은 충분한 것이다.

그래서 수력‧양수발전 국산화는 기술의 문제란 일부 시각에 대해 업계는 수력‧양수발전 국산화가 되지 못한 근본적인 원인은 기술 부족이 아니라 시장이 없어 시도조차 하지 못했던 것이라고 주장하고 있다.

이미 충분한 시장이 만들어지고 있고, 미래 가치 또한 확인됨에 따라 수력‧양수발전 국산화 조건은 충족됐다. 관련 산업 생태계가 조성되고 정부 지원이 뒷받침된다면 못할 일이 아니라고 업계는 입을 모은다. 그러면서 국산화 필요성이 강조되면서 원전이나 가스터빈 등이 기술격차를 극복하고 국산화에 성공한 것처럼 수력‧양수발전도 국산화할 수 있을 것으로 내다보고 있다.

업계 관계자는 “수력·양수발전 국산화는 기술개발에 대한 부담이 없는 것은 아니지만 그보다는 국산화를 할만큼의 시장이 없었기 때문”이라고 설명하면서 “이번에 국산화를 하지 못한다면 현재 가동 중이거나 조만간 건설될 양수발전이 노후화될 때까지 국산화 기회는 없을 것”으로 내다봤다.

국산화 꿈…초라했던 시작
수력 이어 양수 국산화 본궤도

수력·양수발전 종사자는 기술종속으로 발전소 운영 과정에서 많은 불편을 겪어왔다. 제작사로부터 이른바 갑질이란 것을 많이 겪었고 지금도 겪고 있다. 비용을 떠나 적기에 정비를 받을 수 없는 상황이 허다했다고 한다. 기본적으로 발전기는 돌아가야 수익을 내는 구조인데 고장으로 돌아가지 않으면 그만큼 손해가 되는 것이다.

최근엔 이러한 제작사 횡포가 더 심해지고 있다. 세계적으로 기후변화 대응으로 수력발전과 양수발전 보급이 확대되면서 시장이 확대됐기 때문이다. 게다가 일부 모델에 대한 단종이 있기도 하지만 부품 수급에 곤욕을 치르는 경우도 다반사라고 한다.

그래서 수력·양수발전 종사자는 국산화 꿈을 버릴 수 없었던 것이다.

한수원은 수력·양수발전 국산화를 처음부터 거창하게 시작한 것이 아니다. 그 시작은 미약하기 그지없었다.

이명박 정부와 박근혜 정부를 거치는 과정에서 소수력발전이 재생에너지로서 가치를 인정을 받았다. 그러면서 수력발전 기술의 기반이 되는 소수력발전에 대한 기술개발이 이뤄졌다. 이 기술을 기반으로 한수원은 수력발전 국산화에 도전하게 됐다. 그 결과 중형 수력발전 국산화에 성공했다. 당시 양수발전 건설은 언급조차 없었고 단지 시장은 노후화된 수력발전 현대화 사업이었다.

그러던 중 문재인 정부가 에너지 전환 정책에 속도를 내면서 재생에너지 보급은 확대됐고, 그러면서 양수발전 필요성이 강조됐다. 양수발전 건설수요가 창출되기에 이른 것이다.

한수원은 수력‧양수발전 관련해 신규 물량과 현대화 사업 물량, 수출물량 등 전망조차 어려운 거대한 시장이 형성될 것으로 내다보면서 끝내 포기할 수 없었던 수력·양수발전 국산화 꿈을 그때야 세상에 내놨다. 그게 바로 ‘수력·양수발전 국산화 로드맵’이다.

이 로드맵은 수력발전을 먼저 국산화한 뒤 이 기술을 기반으로 양수발전을 국산화한다는 내용을 골자로 하고 있다. 기술적으로 보면 복잡하나 간단히 살펴보면 양수발전은 수력발전 기술에 물을 상부 저수지로 끌어올리는 양수 기능을 포함한 것이다.

크게 보면 이 로드맵은 모두 4단계에 걸쳐 진행된다.

한수원은 1단계로 2026년까지 중·대형 수력발전(30MW) 국산화를 완료하고, 2단계로 2023년부터 마이크로양수발전(3MW 이하), 3단계로 2026년부터 중소형 양수발전(100MW 이하), 4단계로 2030년부터 대형 양수발전(100MW 이상) 국산화를 추진하고 있다.

현재 1단계 사업은 마무리 단계에 접어든 상태다. 한수원은 15MW급 수력발전 국산화를 완료하고 2016년 칠보수력발전 2호기를 대상으로 실증을 완료한 바 있다. 또 30MW급 수력발전 국산화를 위해 2021년부터 화천수력발전 3호기를 대상으로 국산화 사업을 추진하고 있다.

중·대형 수력발전 국산화 프로젝트가 시간의 문제지 사실상 조만간 완료될 것으로 전망되면서 한수원은 양수발전 국산화 프로젝트를 본격화했다. 올해부터 2단계 사업을 본격화한 것이다.

먼저 한수원은 중소벤처기업부 예산으로 양수발전 국산화 기반이 될 마이크로 양수발전 국산화에 조만간 착수한다. 용량이 3MW 이하인 만큼 상업적 가치는 없으나 중소형 양수발전 국산화 기반이 되는 프로젝트다.

마이크로 양수발전 국산화 프로젝트는 화천댐을 상부 저수지로 활용하고 6년 전 건설한 보조댐을 하부저수지로 활용해 추진된다. 양수발전 국산화 기반 기술을 개발하고 실증하는 것이 핵심이다.

한수원은 2단계 마이크로 양수발전 국산화를 완료하게 되면, 이 기술을 기반으로 3단계 중소형 양수발전 국산화를 추진해야 하지만 2023년 10월 30일까지만 해도 3단계 프로젝트에 대한 정부 정책이 정해지지 않았다.

3단계부터는 단순 기술개발에 머무는 것이 아니라 상업화가 목적이어서 관련 예산이 많이 소요되는 측면도 있으나 국산화한 중소형 양수발전 시장이 창출돼야 한다는 측면에서 정부의 고민이 많았던 것으로 분석되고 있다.

그래서 한수원이 3단계 정부 예산을 확보한 2023년 10월 31일은 수력·양수발전 국산화 전체 일정에서 가장 중요한 결정적 순간이 된 것이다.

이날이 아니더라도 언젠가는 정부 예산이 결정될 가능성이 크지만 시의적절했다는 측면에서 의미가 있다. 물론 3단계 사업이 2026년부터 추진되기 때문에 시간적 여유가 있는 것은 사실이지만 그동안 수력‧양수발전 국산화 기회가 없었다는 점을 생각해보면 관련 생태계가 없다는 얘기다.

국산 양수발전 상업화를 목적으로 하는 단계인 만큼 산업 생태계 조성이 중요하고, 정부가 이 생태계를 조성할 수 있도록 시간적 여유와 함께 산업계에 분명한 신호를 준 점에서 의미가 있는 것이다.

그래서 이날은 결정적 순간이다.

중소형 양수 필요성 급부상
시장제도 개선 등으로 시장 창출

지난 31일 산업부는 양수발전과 배터리 등 ESS 수요가 앞으로도 계속 늘어날 것으로 전망되는 가운데 ESS 산업을 세계 3대 강국으로 육성한다는 당찬 목표를 담은 ‘에너지스토리지(ESS) 산업 발전전략’을 발표했다. 이 전략에 수력‧양수발전 국산화 프로젝트 중 가장 중요하게 손꼽히는 중소형 양수발전 국산화 정책이 반영된 것이다.

정부는 재생에너지 지역적 편중에 따른 송전망 혼잡과 잉여전력 과잉 등이 본격화되는 2030년 전‧후로 보급이 가능한 장주기 ESS 기술을 조기에 상용화하기로 하고 경제성이 높은 장주기 ESS로 손꼽히는 중형 양수발전 기술개발과 보급을 추진하겠다는 의지를 밝혔다.

한수원 관계자는 “마이크로 양수발전 국산화까지는 국책과제로 이미 결정돼 있어 추진하고 있으나 중소형 양수발전과 대형 양수발전은 그렇지 못한 상황이었으나 이번 산업부 정책 결정이 마이크로 양수발전 기술을 기반으로 한 중소형 양수발전과 대형 양수발전까지 국산화할 수 있는 기반을 마련했다는 측면에서 큰 의미가 있다”고 설명했다.

특히 정부가 중형 양수발전이 활성화될 수 있는 시장제도를 마련하는 한편 국산화를 지원한 것은 대형 양수발전 국산화로 가는 길을 열어줬다는 의미도 있지만 당장 중형 양수발전 시장이 필요한 측면이 있다. 보기에 따라선 정부가 한수원을 돕는 것처럼 보이지만 꼭 그런 것만은 아니다.

현재 운영 중인 양수발전이나 현재 건설되는 양수발전은 모두 대형이다. 대형 양수발전을 중심으로 건설됐거나 현재 건설되는 이유는 경제성이 원인으로 손꼽힌다. 용량을 낮춰선 경제성을 얻기 어려워 그렇다.

이번에 발표된 정책에 따르면 정부는 양수발전 등을 대상으로 한 저탄소 중앙계약시장을 올해 제주에 신설했고, 2025년부터 내륙에 신설한다. 현행 전력시장구조에서 투자비 환수가 어려운 ESS 수익성을 보장하기 위해 장기계약시장 형태로 운영될 예정이다.

계통운영자는 경쟁입찰을 통해 필요한 ESS 물량을 확보하고, 이렇게 확보한 ESS 물량을 중앙급전 발전기로 운영함으로써 수급관리와 계통 안정화를 도모할 수 있게 된다. 이로써 중형 양수발전 보급의 가장 큰 걸림돌이었던 경제성 문제가 해소된 것이다.

정부가 이처럼 시장제도를 개선하고 국산화를 지원하면서까지 중소형 양수발전 시장을 육성하려는 이유는 따로 있다. 대형 양수발전 입지 한계를 극복하는 한편 재생에너지 보급 확대에 따른 열악해진 계통 환경을 개선할 수 있는 발전원 중 하나로 손꼽히기 때문이다.

계통운영자는 재생에너지 보급이 확대될수록 더 정교하게 주파수를 조정할 수 있는 수단을 필요하게 되는데 300MW급 양수발전 1기보다 100MW급 3기를 통해 더 정교하게 안정적으로 주파수를 조절할 수 있어 그렇다. 재생에너지 출력 변동성에 안정적으로 대응하기 위해선 대형 양수발전도 필요하겠지만 중소형 양수발전도 필요하다는 것이다.

실제로 프랑스 등 재생에너지 보급이 높은 국가를 중심으로 대형 양수발전도 건설하나 안정적인 계통운영을 위해 중형 양수발전을 건설하거나 계획하고 있다.

이로써 한수원은 수력‧양수발전 국산화 로드맵 일정에 맞춰 2026년까지 2단계인 마이크로 양수발전 국산화를 완료하고 2026년부터 계획대로 중소형 양수발전 국산화를 본격화할 수 있는 길을 열었다.

중소형 양수발전을 국산화하는 3단계 사업은 국산화도 국산화지만 건설 기간을 큰 폭으로 줄일 수 있도록 추진된다. 조만간 재생에너지 보급 확대에 따른 출력제어문제가 제주에 이어 육지에서도 발생할 것으로 전망되면서 중소형 양수발전 건설이 시급해져서 그렇다. 실제로 정부도 한수원에 이를 주문했다고 한다.

한수원 측은 대형 양수발전 건설처럼 현장에 맞춰 설계하고 건설하는 방식이 아니라 주기기를 공장에서 모듈 형태로 제작해 현장에 조립하는 방식을 검토하고 있다고 설명했다. 중소형 양수발전 모듈화는 이른바 표준화를 하는 것으로 설계 기간을 줄일 수 있고 건설 기간을 대폭 줄일 수 있을 것으로 기대했다.

또 한수원은 중소형 양수발전 국산화를 북한강 수계 발전용 댐을 하부저수지로 활용해 추진한다. 현재 운영 중인 양수발전 중 우리나라 최초의 양수발전인 청평양수발전이 이 방법으로 건설된 바 있다.

이를 통해 한수원은 하부댐을 건설하지 않음에 따른 비용 절감과 함께 건설 기간을 줄일 수 있고, 모듈화에 따른 건설 기간 단축을 포함하면 전체 건설 기간은 크게 줄일 수 있을 것으로 내다보고 있다.