92 탈원전 17, 신재생에너지의 간헐성 박인식 17.10.23 0 90
91 탈원전 16, 해상풍력발전 여건 박인식 17.10.11 0 77
90 탈원전 15, 풍력발전 여건 사진첨부 박인식 17.10.09 0 188
89 탈원전 14, 태양광발전의 경제성 박인식 17.09.24 0 379
88 탈원전 13, 태양광발전 여건 사진첨부 박인식 17.09.20 0 86
87 탈원전 12, 적용 가능한 신재생에너지 발전방식 사진첨부 박인식 17.09.20 0 127
85 탈원전 11, 전력수요 사진첨부 박인식 17.09.07 0 325
84 탈원전 10, 원자력발전의 경제성; 사후비용 박인식 17.09.07 0 500
83 탈원전 9, 원자력발전의 경제성; 전력단가 구성 박인식 17.09.07 0 439
82 탈원전 8, 균등화 회피비용과 균등화 발전원가의 적정성 박인식 17.08.25 0 88
81 탈원전 7, 균등화 발전원가와 균등화 회피비용 사진첨부 박인식 17.08.25 0 116
80 탈원전 6, 원전 안전성 사진첨부 박인식 17.08.25 0 129
79 탈원전 5, 국내원전의 지반안정성 박인식 17.08.09 0 39
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78 탈원전 4, 원전사고 사진첨부 박인식 17.08.09 0 61
77 탈원전 3, 활성단층 박인식 17.08.09 0 58
76 탈원전 2, 내진설계기준 박인식 17.08.09 0 52
75 탈원전 1, 글쓰기를 시작하며 박인식
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탈원전 1, 글쓰기를 시작하며
박인식
추천 0조회 32
17.08.09
1980년 5월, 월성 원자력 후속기 (2․3․4호기) 지질조사로 사회에 첫발을 내딛은 이래 사우디에서 SMART 원전 부지평가를 준비하고 있는 지금까지 40년 가까이 원전사업에 매진해오고 있다. 정부에서 탈원전 정책을 공식화한 지금, 평생을 원전사업에 참여해온 사람으로 뭔가 나름의 의견이 있어야겠다는 생각이 들어 탈원전이 이슈가 되고난 이후 두어 달 가까이 발표된 찬반양론을 주의 깊게 살펴보고 있다. 생각을 풀어나갈 방향을 정했으니 지금까지 살펴본 주장을 바탕으로, 또한 글을 써나가면서 얻는 피드백을 바탕으로 긴 씨름을 시작해보려 한다. 얼마나 긴 글이 될지, 긴 글에 걸맞은 내용을 갖출 수 있을지, 혹시 태산명동(泰山鳴動) 후에 서일필(鼠一匹)이 되지나 않을지 염려스럽기는 하다.
2000년대 들어서면서 원전 부지조사가 잠깐 주춤했던 때가 있었다. 사업을 접어야 할지 심각하게 고민해야 할 정도였다. 몇 년 앞으로 다가온 교토의정서 발효를 앞두고 혹시 우리와 관련한 사업이 있을지 살피다가 지구온난화의 해법이 원전에 있음을 알게 되었다. 접으려 했던 원전사업을 다시 챙기고, 힘이 되어줄 분을 모셔오고, 전열을 재정비했다. 곧이어 원전 부지조사가 발주되기 시작했고, 우리의 또 다른 강점인 터널사업 경험을 연계할 수 있는 해저 냉각수 취배수관로와 방사성폐기물 처분장 건설사업까지 영역을 확장할 수 있었다.
원전은 시작할 때부터 안전성이 논란이 되기는 했지만, 이산화탄소 배출량을 최소화할 수 있는 녹색에너지원인데다가 발전원가가 훨씬 낮기 때문에 상당기간동안 확장세를 이어갈 것으로 생각했다. 더구나 원전 강국인 미국이 30년 넘게 원전건설을 중단해오고 있고, 원전건설이 이어짐에 따라 기술력이 비약적으로 발전하고 있으며, 그로 인해 건설비 측면에서도 경쟁력을 갖추게 되어 국내에서뿐 아니라 해외로 시장을 확장할 수 있을 것으로 생각했다. 새롭게 들어설 정부가 원전에 회의적이었기 때문에 원전사업의 확장세가 주춤할 것으로는 예상했지만, 그렇다고 해도 이렇게 급작스럽게 폐기 절차에 들어가게 될 것이라고는 짐작조차 하지 못했다.
탈원전 논리는 우선 원전이 안전하지 않다는 점과 발전원가가 다른 발전방식에 비해 결코 싸지 않다는 점에 바탕을 두고 있다. 우선 이 두 가지 논리를 살펴보고, 이후에 탈원전 대안이 과연 합리적인지 살펴보겠다. 짧은 지식으로 글을 풀어가려니 상당한 노력이 뒤따라야 할 것이고, 그래서 한 주에 한 편 정도 쓰는 것을 목표로 삼았다. 오류 또한 적지 않을 것인데, 페친 여러분의 적극적인 피드백을 부탁드린다.
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탈원전 2, 내진설계기준
박인식추천 0조회 5117.08.09
졸업하고 한국지질자원연구원의 전신인 자원개발연구소에서 두해 반을 근무했다. 원전부지조사를 수행하던 응용지질실에 배속되어 본소에서 지원업무를 담당했는데, 말이 좋아 지원업무지 그저 잔심부름이나 하는 정도였다. 현장조사에 참여하던 선배 대부분이 각 연구실에서 연구과제를 수행하다 차출된 상태이다 보니 출장이 끝나면 모두 자기 연구실로 돌아가 현장에서 올라오는 자료가 제대로 관리되지 않았다. 덕분에 아무 것도 모르는 채로 떼밀려 자료를 정리하고, 나중에는 영문으로 된 조사보고서 번역까지 하게 되었다. 그때만 해도 국내에 원전부지조사를 수행한 경험이 있는 기관이나 업체가 없어서 1980년대 초반까지 한전에서 연구소에 수의로 이를 의뢰하고, 경험 많은 외국회사가 관리하도록 했다. 최종보고서도 연구소에서 수행한 조사결과와 관련학과 교수들께서 작성한 기본보고서를 바탕으로 외국회사에서 작성했기 때문에 영문보고서가 공식적인 최종보고서였다.
대학을 갓 졸업한 신출내기가 뭘 알아서 번역을 했을까. 돌이켜보니 용기가 가상했다. 어쩌면 그만큼 허술했던 것인지도 모르고. 모든 번역작업이 다 어려웠지만 특히 지진관련 부분은 용어가 생소하기 짝이 없었다. G-value라고 일컫는 지반진동가속도며 안전폐쇄지진(SSE, Safe Shutdown Earthquake), 가동기준지진(OBE, Operating Basis Earthquake), 쓰나미. 부끄럽게도 무슨 뜻인지조차 모르고 번역을 했다. 쓰나미라는 말은 이제는 여러 사람이 알아듣지만 그때만 해도 학계에서조차 생소한 용어였고, 그래서 연구소를 떠날 때까지 내내 지진해일이라고 번역을 했다. 그렇기는 했어도 그러는 동안 상당히 많은 것을 배울 수 있었다.
우리나라 지진기록은 인천관측소에서 지진계를 설치하여 지진을 측정하기 시작한 1905년 이후 기록을 계기지진(instrumental earthquake), 그 이전에 발생한 지진을 역사지진(historical earthquake)으로 구분한다. 역사지진은 우리나라 모든 역사서에 언급된 지진관련 기록을 취합해서 관련 학자들이 각 지진의 규모를 평가한 자료인데, 과학기술처가 이를 주관했고 1980년도에 발간된 것으로 기억한다.
내진설계는 지금까지 우리나라에서 일어난 역사지진과 계기지진을 통틀어 가장 큰 규모의 지진이 같은 크기로 같은 장소에서 다시 일어났을 때 이 지진의 여파가 특정 원전지점에 미치는 영향을 평가하고, 원전 구조물이 이를 견딜 수 있도록 설계하는 것이다. 설명은 간단하지만 이에는 매우 복잡한 조건과 이론이 동원되고 전문적인 조사와 평가과정을 거친다. 이때 내진설계의 기준이 되는 것이 지반진동가속도 G-value이다. 현재 운전 중인 원전이 24기인데, 이 중 2016년 운전을 시작한 신고리3호기부터 지반진동가속도를 0.3G로 적용했고 그 이전에 건설된 23기는 모두 0.2G를 적용했다. 0.2G는 원자로 아래 10km 지점에서 규모 6.5의 지진이 발생했을 때 원자로가 견딜 수 있는 값이고, 0.3G는 같은 위치에서 규모 7.0의 지진이 발생했을 때 견딜 수 있는 값이다. 현재까지 우리나라에서 발생한 지진의 최대 규모는 5.8인 것으로 알고 있다. (재확인이 필요함)
내진설계는 자연현상을 대상으로 하는 것이다. 그런데 자연현상을 예측하는 게 과연 가능한가? 예측이 불가능하니 좀 더 안전한 쪽으로 평가를 하면 좋기는 하겠지만, 어느 정도까지 여유를 두어야 안전하다고 할 수 있을까? 결국 그런 저런 조건을 다 따져서 만들어 낸 기준이 “지금까지 일어난 지진 중 가장 큰 규모의 지진이 같은 자리에 다시 일어난다”고 가정한 것이 아닐까 싶다. 그리고 그 가정으로 평가하는 과정에서도 요소요소에 상당한 안전율을 적용하고 있기도 하고. 그 이상 어떻게 더 엄격한 기준을 만들어 낼 수 있겠나. 이런 내용을 살펴보면 우리나라에 있는 모든 원전이 적어도 인간으로서 지진에 대비할 수 있는 최대치를 적용한 것이라고 봐도 무방하겠다.
내진설계와는 다소 거리가 있는 내용이기는 하지만 원전 구조물의 안전성과 관련해서 내진설계보다 더 중요하게 평가하는 것이 활성단층의 존재이다. 간단하게 설명할 수 있는 내용이 아니니 별도의 글로 다시 정리하겠다.
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탈원전 3, 활성단층
박인식추천 0조회 57
1980년 5월, 월성 원자력 후속기 (2․3․4호기) 지질조사로 사회에 첫발을 내딛은 이래 사우디에서 SMART 원전 부지평가를 준비하고 있는 지금까지 40년 가까이 원전사업에 매진해오고 있다. 정부에서 탈원전 정책을 공식화한 지금, 평생을 원전사업에 참여해온 사람으로 뭔가 나름의 의견이 있어야겠다는 생각이 들어 탈원전이 이슈가 되고난 이후 두어 달 가까이 발표된 찬반양론을 주의 깊게 살펴보고 있다. 생각을 풀어나갈 방향을 정했으니 지금까지 살펴본 주장을 바탕으로, 또한 글을 써나가면서 얻는 피드백을 바탕으로 긴 씨름을 시작해보려 한다. 얼마나 긴 글이 될지, 긴 글에 걸맞은 내용을 갖출 수 있을지, 혹시 태산명동(泰山鳴動) 후에 서일필(鼠一匹)이 되지나 않을지 염려스럽기는 하다.
2000년대 들어서면서 원전 부지조사가 잠깐 주춤했던 때가 있었다. 사업을 접어야 할지 심각하게 고민해야 할 정도였다. 몇 년 앞으로 다가온 교토의정서 발효를 앞두고 혹시 우리와 관련한 사업이 있을지 살피다가 지구온난화의 해법이 원전에 있음을 알게 되었다. 접으려 했던 원전사업을 다시 챙기고, 힘이 되어줄 분을 모셔오고, 전열을 재정비했다. 곧이어 원전 부지조사가 발주되기 시작했고, 우리의 또 다른 강점인 터널사업 경험을 연계할 수 있는 해저 냉각수 취배수관로와 방사성폐기물 처분장 건설사업까지 영역을 확장할 수 있었다.
원전은 시작할 때부터 안전성이 논란이 되기는 했지만, 이산화탄소 배출량을 최소화할 수 있는 녹색에너지원인데다가 발전원가가 훨씬 낮기 때문에 상당기간동안 확장세를 이어갈 것으로 생각했다. 더구나 원전 강국인 미국이 30년 넘게 원전건설을 중단해오고 있고, 원전건설이 이어짐에 따라 기술력이 비약적으로 발전하고 있으며, 그로 인해 건설비 측면에서도 경쟁력을 갖추게 되어 국내에서뿐 아니라 해외로 시장을 확장할 수 있을 것으로 생각했다. 새롭게 들어설 정부가 원전에 회의적이었기 때문에 원전사업의 확장세가 주춤할 것으로는 예상했지만, 그렇다고 해도 이렇게 급작스럽게 폐기 절차에 들어가게 될 것이라고는 짐작조차 하지 못했다.
탈원전 논리는 우선 원전이 안전하지 않다는 점과 발전원가가 다른 발전방식에 비해 결코 싸지 않다는 점에 바탕을 두고 있다. 우선 이 두 가지 논리를 살펴보고, 이후에 탈원전 대안이 과연 합리적인지 살펴보겠다. 짧은 지식으로 글을 풀어가려니 상당한 노력이 뒤따라야 할 것이고, 그래서 한 주에 한 편 정도 쓰는 것을 목표로 삼았다. 오류 또한 적지 않을 것인데, 페친 여러분의 적극적인 피드백을 부탁드린다.
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탈원전 2, 내진설계기준
박인식추천 0조회 5117.08.09
졸업하고 한국지질자원연구원의 전신인 자원개발연구소에서 두해 반을 근무했다. 원전부지조사를 수행하던 응용지질실에 배속되어 본소에서 지원업무를 담당했는데, 말이 좋아 지원업무지 그저 잔심부름이나 하는 정도였다. 현장조사에 참여하던 선배 대부분이 각 연구실에서 연구과제를 수행하다 차출된 상태이다 보니 출장이 끝나면 모두 자기 연구실로 돌아가 현장에서 올라오는 자료가 제대로 관리되지 않았다. 덕분에 아무 것도 모르는 채로 떼밀려 자료를 정리하고, 나중에는 영문으로 된 조사보고서 번역까지 하게 되었다. 그때만 해도 국내에 원전부지조사를 수행한 경험이 있는 기관이나 업체가 없어서 1980년대 초반까지 한전에서 연구소에 수의로 이를 의뢰하고, 경험 많은 외국회사가 관리하도록 했다. 최종보고서도 연구소에서 수행한 조사결과와 관련학과 교수들께서 작성한 기본보고서를 바탕으로 외국회사에서 작성했기 때문에 영문보고서가 공식적인 최종보고서였다.
대학을 갓 졸업한 신출내기가 뭘 알아서 번역을 했을까. 돌이켜보니 용기가 가상했다. 어쩌면 그만큼 허술했던 것인지도 모르고. 모든 번역작업이 다 어려웠지만 특히 지진관련 부분은 용어가 생소하기 짝이 없었다. G-value라고 일컫는 지반진동가속도며 안전폐쇄지진(SSE, Safe Shutdown Earthquake), 가동기준지진(OBE, Operating Basis Earthquake), 쓰나미. 부끄럽게도 무슨 뜻인지조차 모르고 번역을 했다. 쓰나미라는 말은 이제는 여러 사람이 알아듣지만 그때만 해도 학계에서조차 생소한 용어였고, 그래서 연구소를 떠날 때까지 내내 지진해일이라고 번역을 했다. 그렇기는 했어도 그러는 동안 상당히 많은 것을 배울 수 있었다.
우리나라 지진기록은 인천관측소에서 지진계를 설치하여 지진을 측정하기 시작한 1905년 이후 기록을 계기지진(instrumental earthquake), 그 이전에 발생한 지진을 역사지진(historical earthquake)으로 구분한다. 역사지진은 우리나라 모든 역사서에 언급된 지진관련 기록을 취합해서 관련 학자들이 각 지진의 규모를 평가한 자료인데, 과학기술처가 이를 주관했고 1980년도에 발간된 것으로 기억한다.
내진설계는 지금까지 우리나라에서 일어난 역사지진과 계기지진을 통틀어 가장 큰 규모의 지진이 같은 크기로 같은 장소에서 다시 일어났을 때 이 지진의 여파가 특정 원전지점에 미치는 영향을 평가하고, 원전 구조물이 이를 견딜 수 있도록 설계하는 것이다. 설명은 간단하지만 이에는 매우 복잡한 조건과 이론이 동원되고 전문적인 조사와 평가과정을 거친다. 이때 내진설계의 기준이 되는 것이 지반진동가속도 G-value이다. 현재 운전 중인 원전이 24기인데, 이 중 2016년 운전을 시작한 신고리3호기부터 지반진동가속도를 0.3G로 적용했고 그 이전에 건설된 23기는 모두 0.2G를 적용했다. 0.2G는 원자로 아래 10km 지점에서 규모 6.5의 지진이 발생했을 때 원자로가 견딜 수 있는 값이고, 0.3G는 같은 위치에서 규모 7.0의 지진이 발생했을 때 견딜 수 있는 값이다. 현재까지 우리나라에서 발생한 지진의 최대 규모는 5.8인 것으로 알고 있다. (재확인이 필요함)
내진설계는 자연현상을 대상으로 하는 것이다. 그런데 자연현상을 예측하는 게 과연 가능한가? 예측이 불가능하니 좀 더 안전한 쪽으로 평가를 하면 좋기는 하겠지만, 어느 정도까지 여유를 두어야 안전하다고 할 수 있을까? 결국 그런 저런 조건을 다 따져서 만들어 낸 기준이 “지금까지 일어난 지진 중 가장 큰 규모의 지진이 같은 자리에 다시 일어난다”고 가정한 것이 아닐까 싶다. 그리고 그 가정으로 평가하는 과정에서도 요소요소에 상당한 안전율을 적용하고 있기도 하고. 그 이상 어떻게 더 엄격한 기준을 만들어 낼 수 있겠나. 이런 내용을 살펴보면 우리나라에 있는 모든 원전이 적어도 인간으로서 지진에 대비할 수 있는 최대치를 적용한 것이라고 봐도 무방하겠다.
내진설계와는 다소 거리가 있는 내용이기는 하지만 원전 구조물의 안전성과 관련해서 내진설계보다 더 중요하게 평가하는 것이 활성단층의 존재이다. 간단하게 설명할 수 있는 내용이 아니니 별도의 글로 다시 정리하겠다.
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탈원전 3, 활성단층
박인식추천 0조회 57
17.08.09
원전부지조사를 할 때 제일 관심을 기울이는 것이 활성단층의 존재이다. 미국에서는 원자력규제위원회의 기준인 ‘최근 5만 년 이내 변위가 한 번 발생했거나 최근 50만년 이내 두 번 이상 발생한 단층’을 활성단층으로 판단하며, 우리도 이 기준을 적용하고 있다. 원전부지조사에서 활성단층에 주의를 기울이는 건 활성단층은 원전 운전기간 중에 변위가 다시 일어날 확률이 높으며, 이로 인한 지반거동이 원전 안전성에 직접 영향을 미치기 때문이다.
1970년대 중반에 일부 학자들이 원전밀집지대(고리원전 및 월성원전)에 인접한 양산단층이 활성단층이라는 주장을 제기한 바가 있지만 내가 자원개발연구소에 근무하던 1980년대 초반만 해도 우리나라에는 활성단층이 존재하지 않는다는 것이 학계에 정설로 받아들여졌다. 그러다가 1992년에 양산단층대가 통과하는 양산 월평마을에서 활성단층이 처음으로 확인되고, 이어서 1995년 굴업도 방사성폐기물처분장 부지조사 과정에서 해저 활성단층이 발견됨에 따라 활성단층 문제가 원전 안전성의 현안으로 부각되기 시작했다.
이와 같이 활성단층이 원전 안전성에 직접 영향을 미치는 데도 불구하고 초기의 원전 부지 선정과정에 이런 조건이 제대로 반영되지는 않은 것으로 보인다. 1990년대 초에 한전에서 원전건설 책임자로 일하다 은퇴하신 분을 고문으로 모신 일이 있었다. 그 당시 월성원전 지질조사를 수주했는데, 월성원전 지역의 불량 암질을 이미 경험한 바가 있어서 어떻게 끌어나가야 할지 몹시 걱정을 하고 있었다. 이전부터 굳이 암질이 그렇게 나쁜 월성에 왜 원전을 건설할까 하는 의문이 들기는 했지만, 나쁜 암질을 상쇄할만한 이유가 있겠거니 생각했다. 그런데 고문께서 부지 선정과정에 지질조건을 크게 고려하지 않았다는 뜻밖의 말씀을 하셨다. 원전건설이야 국가 정책에 관한 사항이니 다른 여건이 크게 반영되기는 했어도 지질조건 또한 그만한 비중으로 고려하지 않았을까 했는데 실제로는 그렇지 않았던 모양이다. 고리원전은 이보다 먼저 건설되었으니 그 역시 지질조건이 크게 고려되지 않은 것으로 보는 데 무리가 없겠다.
그렇기는 해도 활성단층 문제가 거론되기 시작했을 때 원점에서 재검토하고 건설계획에 반영했어야 했다. 하지만 운전 중인 원전을 세워야 할지도 모른다는 부담이 발목을 잡지 않았을까 싶다. 건들기엔 너무 큰 문제라서 말이다. 게다가 그때까지는 활성단층이라고 단정할 만큼 지질학의 수준이 올라있지도 않았으니 활성단층 주장이 힘을 얻기가 어렵지 않았을까 짐작한다. 그러다가 양산단층이나 굴업도 단층이 활성단층으로 판명이 났고, 뒤이어 본격적인 검토가 이루어지기 시작했다.
2009년 정부 예산으로 한국지질자원연구원에서 ‘활성단층지도 및 지진위험지도 제작’을 수행했지만 석연치 않은 이유로 몇 년 전까지 이를 공개하지 않았다. 이 보고서에서 양산단층·울산단층·일광단층 등 17개 활성단층이 확인되었다고 언급하고 있는데, 이 때문에 많은 사람들이 정부에서 은폐한 것이 아닌지 의심하고 있다. 공개했을 때 예상되는 논란을 피하고 싶기야 했겠지만 감춰서 될 일도 아니고 내용을 살펴보니 굳이 감춰서 얻을 이익도 없어 보인다.* 때늦은 감이 있기는 하지만 이제부터라도 공식적으로 활성단층의 존재와 이의 영향, 그리고 그 영향을 제어하기 위한 내진설계에 대해 전문가들이 깊이 있게 논의했으면 좋겠다. 내진설계는 자연을 대상으로 한 여느 설계가 그렇듯이 상당한 안전율이 감안되어 있기 때문에 현재 기술로 예상할 수 있는 최대 지반거동을 기준으로 한다면 고리원전이나 월성원전에 문제가 없으리라 생각한다. 다만, 최근에 학자들 사이에서 지금까지 일어난 지진보다 규모가 더 큰 지진이 일어날 수 있다는 주장이 대두되고 있어 논란의 여지가 있다.
지반거동을 일으키는 대규모 지진은 재발주기가 길어서 100년 남짓한 계기지진기록으로 향후 거동을 예측하기 어렵기 때문에 2천년 이상 되는 역사지진기록이 매우 중요하다. 고리원전이나 월성원전 모두 역사지진 최대치를 감안해서 내진설계를 했으니 당시로서는 최선의 조치였다고 생각한다. 최근 들어 관련 학문의 발전으로 지난 2천년 동안 일어났던 것보다 더 큰 지진이 일어날 수 있다는 예측이 나오고 있다. 그 예측을 받아들인다면 내진기준이 높아진 신고리 3호기를 제외한 모든 원전이 기준에 미달되지 않을까 싶다. 앞서 언급한 것처럼 내진설계는 지금까지 일어난 지진 중 가장 규모가 큰 지진이 같은 장소에서 다시 일어난다는 가정을 바탕으로 하고 있다. 그러니 지난 2천년 동안 일어난 최대 규모 지진보다 더 큰 지진이 일어난다고 가정하는 것은 내진설계의 근본을 흔드는 일이다. 나는 이것이 매우 무리한 주장이라고 생각한다. 정부가 탈원전 정책을 밀어붙인다면 이런 논의 자체가 의미 없는 일이 되겠지만 말이다.
* 한국지질자원연구원 보고서에서 언급하고 있는 활성단층은 원전 안전성을 평가하는 기준인 활성단층과 차이가 있다. 원전 안전성 평가를 위한 활성단층은 제4기 후기(50만년)에 발생한 변위를 기준으로 삼는데 반해 이 보고서에서는 제4기 전체(180만년)에 발생한 변위를 대상으로 했다는 점이다. (이 보고서에 언급된 활성단층이 모두 원전 안전성 평가와 직결된 것은 아니라는 말이다.)
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기고문(1)
탈원전 4, 원전사고
박인식추천 0조회 6017.08.09 21:38댓글 0북마크공유하기기능 더보기
원전사고라고 하면 1979년 TMI(Three Mile Island) 원전사고, 1986년 체르노빌 원전사고, 2011년 후쿠시마 원전사고를 꼽을 수 있겠다. 이 글을 쓰기 위해 기록을 확인하다가 국제원자력기구(IAEA)에서 원전사건(nuclear event)을 0등급에서 7등급까지 나누고, 이 중 0-3등급을 ‘고장(incident)’으로 4-7등급을 ‘사고(accident)’로 분류한다는 사실을 알게 되었다. (그림 참조) 우리나라에서는 지금까지 원전사건이 340회 일어났는데 1등급 고장이 15회, 2등급 고장이 4회, 3등급 피폭이 2회 발생했고 4등급 이상의 사고는 발생하지 않았다.
지질기술자이다 보니 지금까지 원전안전성을 지반안정성 관점에서만 바라보았다. 원전사고를 살피는 과정에서 탈원전의 핵심 명분인 ‘지진으로 인한 원전사건’은 지금까지 건설된 원전 580기(가동 449기) 중에서 한 번도 일어난 일이 없다는 사실을 비로소 알게 되었다. 지반안정성 평가를 생업으로 삼고 있는 나 역시도 구체적인 사실을 확인하는데 게을렀다. 근거를 확인하는데 좀 더 부지런해져야겠다. 한정된 지식과 한정된 지면에 원전사고를 일일이 살펴보기 어려우니 앞서 언급한 세 건을 중심으로 생각해 보겠다.
1978년 3월의 미국 펜실베이니아 TMI (2호기) 원전사고는 핵연료 재충전 과정에서 운전원의 착각에서 비롯된 것이었다. 이 사고로 노심이 절반 이상 녹았지만 원자로가 파괴되는 사태는 모면하여 인명피해나 방사능 낙진이 떨어지는 사고로 이어지지 않았다. 사고 사실이 알려지고 나서 주민들이 공포에 휩싸여 미친 듯이 탈출했지만 콘크리트 격납용기가 방사능 외부 누출을 억제해 누출된 방사능 수준이 자연 방사선량에 미치지 않아 주민의 피폭피해는 없었다. 당시 카터 대통령은 이 사고를 이유로 원전건설 중단을 선언했고 당시 70기에 달하던 신규원전계획이 백지화되었다. 그 후 오바마 대통령이 원전건설 재개를 선언했지만 공교롭게도 후쿠시마 원전사고가 일어나 원전건설 반대가 격심해졌다. 미국의 원전건설계획은 아직도 유지되고 있는 것으로 알고 있다. 사고가 일어난 2호기 옆에 있는 1호기는 2010년에 운전을 재개했다.
1986년 4월의 소련 체르노빌 원전사고는 “원자로 가동이 중단될 경우 관성으로 도는 터빈이 얼마나 오랫동안 전력을 공급할 수 있는가?”를 평가하기 위한 시험과정에서 일어났다. 어이없게도 시험을 원활하게 수행하기 위해 엔지니어의 반대에도 불구하고 시험 책임자가 안전장치를 모두 정지시킨 채로 시험을 강행했다. 이 과정에서 원자로 내부 과열, 내부 증기압 상승에 따른 1차 폭발, 나머지 열이 수증기를 흑연과 반응시킨 2차 폭발이 일어났다. 체르노빌 원전에는 격납용기가 없었기 때문에 두 차례에 걸친 대폭발로 히로시마에 떨어졌던 원자폭탄의 400배에 이르는 방사능 유출이 일어났다. 이 피해가 얼마나 컸던지 고르바초프 전 소련 서기장은 이 사고 복구비용이 소련의 붕괴에 결정적인 요인이었다고 주장하기도 했다. 그런데 이로 인한 인명피해는 주장하는 기관마다 엄청난 차이를 보인다. BBC 다큐멘터리에서는 방사선 피폭량을 근거로 최소 9천 명 이상 사망할 것으로 예상했지만 실제 사망자는 이 보다 적었다고 보도했다. 그린피스는 20만 명이 사망한 것으로, 우크라이나 체르노빌 신체장애자 동맹은 2005년 기준으로 150만 명이 사망한 것으로 발표했다. 러시아정부는 러시아 피폭자가 145만 명이라고 발표했다. 지금도 이 지역은 출입이 금지되어 있다.
2011년 3월의 일본 후쿠시마 원전사고는 동일본대지진으로 인해 발생한 쓰나미가 원전을 덮쳤고, 이로 인해 (원전운전이 정지된 상태에서) 비상발전기가 침수되어 작동하지 않음으로서 원전이 정전되었으며, 노심 냉각이 이루어지지 않아 노심이 용융되고 원전건물 폭발로 이어진 것이다. 다수의 원자로가 동시에 녹아내린 최초의 사례이고 이로 인해 태평양을 포함한 일대를 방사능으로 오염시켰다. 이 사고의 가장 큰 원인은 해안방벽을 쓰나미 최대 높이보다 낮게 설치한 데 있다. 이로 인해 쓰나미가 해안방벽을 넘어 비상발전기가 침수되고 폭발로 이어진 것이다. 후쿠시마 원전은 쓰나미 최대 높이를 10m로 상정하여 해안방벽을 설치했고, 사고 당시 최대 높이는 15m였다. 도쿄전력은 2008년에 자체적으로 쓰나미 최대 높이가 15.7m일 수 있다고 판단하였음에도 사고가 일어날 때까지 조치를 취하지 않았다. (후쿠시마 원전사고의 문제점과 시사점, 김준섭 국방대학교 교수, 2015.07) 진앙에 더 가까웠던 오나가와 원전은 해안방벽을 충분히 높게 설치함에 따라 파고가 후쿠시마보다 더 높았음에도 안전을 유지할 수 있었다. 심지어 오나가와 원전은 3개월간 피해 주민들의 대피소가 되기도 했다. 문재인 대통령은 고리1호기 영구정지 선포식에서 후쿠시마 원전사고로 1,368명이 사망하였다고 언급한 일이 있는데, 이후 일본정부가 항의하자 이는 일본 도쿄신문에서 발표한 ‘원전사고 관련 사망자’를 인용한 것이라고 해명했다. (일본에서는 지역 민심을 고려해 원전사고 사망자와 원전사고 관련 사망자를 엄격하게 분리해서 사용하고 있다.)
이와 같이 최악의 원전사고로 기록된 세 사례 모두 자연재해가 아닌 관리 잘못으로 발생했다. TMI는 운전원의 착각으로, 체르노빌은 안전절차 위반으로, 후쿠시마는 해안방벽을 충분히 높게 설치하지 않아서 일어난 것이다. 결국 원전사고는 자연재해 때문이 아니라 정해진 절차를 따르지 않아 일어난 것으로 봐야하지 않겠나 생각한다.
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기고문(1)
탈원전 5, 국내원전의 지반안정성
박인식추천 0조회 3817.08.09 21:39댓글 0북마크공유하기기능 더보기
지엽적인 지식을 가지고 복잡하기 이를 데 없는 원전의 안전성을 거론하자니 매우 조심스럽다. 우선 아는 분야인 지반안정성(site stability)부터 살펴보겠다.
1956년 영국 콜더 홀 원전이 상업운전을 시작한 이래 현재에 이르기까지 원전은 총 580기가 건설되었고 현재 449기가 운전되고 있다. 이 글을 쓰기 시작한 이래 지금까지 지진으로 인해 원전이 파괴되거나 피해 입은 사례를 찾지 못했다. 적어도 지진에 관한한 모든 원전은 안전하다는 것이다. 원전이 지진으로부터 안전하기 위해서는 지진으로 인한 지반진동(vibratory ground motion)을 정확하게 산정해야 하고, 모든 시설이 산정된 크기의 지반진동에 충분히 견딜 수 있도록 설계해야 하며, 설계한 대로 시공해야 한다. 40년 가까이 원전건설에 간여해온 사람으로서 적어도 우리 원전은 이 모든 조건을 만족하고 있으며, 그것이 원전의 상업운전이 시작된 이래 관련한 사고가 일어나지 않았다는 것으로 입증되었다고 생각한다.
지진학자 중에서 지금까지 일어난 지진보다 규모가 더 큰 지진이 일어날 수 있다고 주장하는 이들이 있다. 그게 과연 가능한 일인지 판단할 만큼 아는 게 없다. 그런 주장을 펴는 학자 중 몇몇은 아는 이들이니 만나면 설명을 부탁해보리라. 아무튼 지금까지는 역사지진과 계기지진을 통틀어 최대 지진이 같은 위치에 다시 일어난다는 가정 아래 내진설계기준(지반진동가속도)을 결정하고 있다. 지진 때문에 원전이 피해 입은 사례가 없다는 것으로 내진설계기준을 넘은 사례가 없다고 유추하는 건 지나친 비약일까? 우리나라의 역사지진기록은 2천 년이 넘는다. 나는 지난 2천 년 동안 일어난 지진보다 규모가 더 큰 지진이 일어날 것이라고는 생각하지 않는다.
자연을 수치화하는 작업에서는 수많은 안전율이 적용된다. 자신이 없으니 넉넉하게 계산한다는 말이다. 실제로 기초지반의 허용지내력은 최대지내력의 1/3로 잡는데, 이럴 때 안전율을 3으로 적용했다고 표현한다. (3배 안전하다는 말이다.) 예를 들자면 땅이 평방미터 당 90톤의 무게를 견딜 수 있는 것으로 측정되었다면 이 땅 위에 짓는 구조물의 무게는 평방미터 당 30톤을 넘을 수 없도록 한다는 말이다. 최대지내력을 측정하는 과정에서도 가능한 보수적(안전한 쪽)으로 평가한다. 내진설계기준을 결정하는 것도 이와 다르지 않을 것이다. 이렇게 지반진동가속도를 결정하고 나면 이를 기준으로 내진설계를 하는데, 이 과정에서도 수많은 안전장치와 안전율이 적용된다.
실제로 일본 가시와자키 가리와 원전, 미국 노스아나 원전은 내진설계기준을 2배 넘게 초과한 지진에도 원전을 안전하게 정지시킬 수 있었다. 동일본대지진 때 후쿠시마 원전과 오나가와 원전 역시 내진설계기준을 넘는 지진이 일어났지만 원전을 안전하게 정지시키는 데 문제가 없었다. (양재영 한국전력국제원자력대학원대학교 교수, 2017.08) 이 경우, 비록 안전에는 문제가 없었지만 내진설계기준을 초과하는 지진이 일어날 수도 있다는 말이니 위의 전제가 틀린 셈이다. 재발할 수 있는 지진의 규모를 잘못 산정한 것인지, 지진 규모는 제대로 산정했는데 내진설계기준을 잘못 선정한 건지는 확인이 필요하겠다. 우리의 경우, 신고리 3,4호기부터 규모 7의 지진에 견딜 수 있도록 내진설계기준(지반진동가속도)을 0.3G로 설정했으며, 그 이전에는 규모 6.5의 지진에 견딜 수 있도록 0.2G로 책정하였다. 국내 최대지진인 경주지진이 일어났을 때 인접한 월성원전에서는 지반진동가속도가 0.12G로 측정되었고, 다소 떨어진 고리원전에서는 0.038G로 측정되었다. 이렇게 원전이 충분히 안전하게 건설되었음에도 불구하고 후쿠시마 원전사고 이후 국내 모든 원전의 내진설계기준을 0.3G로 상향 조정하여 보강작업을 진행하고 있다. 앞서 예를 든 내진설계기준을 넘는 지진이 발생한 사례도 상향 조정에 고려가 되지 않았을까 싶다.
원전은 사고가 일어나면 그 피해가 엄청나기 때문에 최악의 조건을 상정하여 평가하는 것이 맞다. 그렇다고 해서 억지를 쓰는 것까지 받아들여야 한다는 데는 동의하지 않는다. 지금 탈원전을 주장하는 사람들의 논리 중 지진으로 인한 위험성은 억지를 넘어선 것으로 생각한다.
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기고문(1)
탈원전 6, 원전 안전성
박인식추천 0조회 12817.08.25 04:45댓글 0북마크공유하기기능 더보기
탈원전 주장의 핵심은 원전이 안전하지 않다는 데 있다. 대체로 일반인들은 원전 안전성을 위협하는 요인으로 지진이나 해일과 같은 자연재해를 꼽는 반면에 전문가들은 안전규칙 소홀과 같은 인위적인 사고를 꼽는다. 앞에서 살펴본 바와 같이 지금까지 건설 운영된 580개 원전 중 어느 하나도 자연재해로 인해 사고가 난 기록이 없다. (후쿠시마 원전사고는 자연재해 때문에 일어난 것이 아니라 쓰나미 최대 높이보다 해안방벽을 낮게 설치했고, 쓰나미 최대 높이보다 해안방벽이 낮다는 사실을 나중에 알고 나서도 조치하지 않았기 때문에 일어난 것이다.) 이런 점을 고려할 때 일반인들이 갖고 있는 원전 안전성에 대한 염려는 오해에서 비롯된 것이고, 그렇게 오해하도록 부추기고 염려를 증폭시킨 반핵단체에게도 일단의 책임을 묻지 않을 수 없다.
8월 13일자 오마이뉴스에 원전사고 사상자가 한 건도 발생하지 않았다는 주장은 거짓이라는 기사가 올랐다. 아래 표에서 보는 것처럼 2006-2014 기간 동안 원전 운전과 관련해 7명이 사망하고 3명+이 다쳤다는 기록을 그 근거로 제시했다. 근로복지공단에서 2001년 원자력발전소 직원 정아무개씨(1999년 사망)가 급성 골수성 백혈병을 앓다 사망한 것을 산업재해로 인정하고 1억3000여만 원을 보상하라는 판정을 내렸다는 사실도 거론했다. 설마 없는 사실을 인용했겠나 싶어 확인하지는 않았다. 인명은 소중한 것이고 어떤 피해도 정당화될 수 없다. 그들은 지진이 일어나면 원전이 파괴되고 방사능이 누출되어 핵폭탄을 맞은 것과 같은 피해를 입기 때문에 원전을 반대한다는 것인데, 이러한 사례를 탈원전의 주요한 논리인 ‘원전사고로 인한 인명피해’로 보는 게 과연 타당한가? 인명피해가 어디 원전 운영과정에서만 일어났겠나. 원전 건설과정에서는 또 얼마나 많은 인명피해가 일어났을까. 원전 뿐 아니라 산업재해는 어느 때건 어디서건 일어나는 일이다. 얼마 전에도 풍력발전 건설현장에서 사고로 작업원이 목숨을 잃는 일이 있었는데, 이런 이유 때문에 신재생에너지가 안전하지 않다고 주장하면 받아들이겠나? 인터넷에서 조금만 노력하면 우리나라 원전 운영과정에서 일어난 각종 사건(nuclear event) 기록을 쉽게 찾아볼 수 있다. 그리고 그 모든 사건이 탈원전을 주장하는 이들이 거론하는 ‘원전사고’와 거리가 멀다는 사실을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
원전 주변의 방사능 피폭량 또한 과장과 왜곡이 심한 내용 중 하나이다. 이에 대해서는 워낙 많은 주장이 있고, 그 주장에 대해 평가할 만큼 아는 바가 없어 거론하는 게 적절치 않아 보인다. 페친인 방사선방호전문가 조건우 박사께서는 그의 블로그에서 “우리 정부가 에너지 믹스를 결정하는 과정에서 탈원전을 선택한 배경에 방사능 피해에 대한 막연한 우려와 공포심이 주요한 한 변수가 된 것 같아 안타깝다”는 심정을 토로하면서 원자력과 방사선 연구에 40년 가까이 일평생을 보낸 전문가로서 지난 7월부터 일반인들의 이해를 돕기 위해 방사능 오염에 대한 시리즈를 연재하기 시작했다. 페친들의 일독을 권한다.
1980년 원전 부지평가에 참여한 이래 지금껏 지반안정성(site stability)과 관련한 업무를 해왔고, 그래서 원전건설과정에서 원전 구조물의 안전성(nuclear safety)이 어느 정도로 엄격하게 다루어지고 있는지 누구 못지않게 경험해오고 있다. 그런 관점에서 ‘원전안전’을 바탕으로 한 탈원전 주장은 ‘내 견해와 다른 주장’이 아니라 ‘잘못된 주장’이라고 밖에 말할 수 없다. 물론 모든 사람이 원전의 안전성을 제대로 이해하기는 어렵다. 그러나 탈원전을 주장하려면 적어도 사실관계는 확인해야 하지 않을까. 요즘처럼 관련 자료를 찾아보기 쉬운 세상에 사실과 거리가 먼 주장을 펼치는 이들이 사실이 뭔지 몰라서 잘못된 주장을 펼치는 것인가, 아니면 의도를 가지고 잘못된 주장을 고수하는 것인가? 의도적인 것이라면 그들의 궁극적인 의도는 무엇일까?
이와 같이 이중 삼중의 안전장치를 마련해 놓고 있기는 하지만 사람이 하는 일인데 어떻게 원전안전을 100% 장담할 수 있을까? 앞으로 기술이 발전함에 따라 안전성 확보방안이 개선될 것이고 이와 같이 국민의 관심이 집중되었으니 원전이 더욱 엄격하게 관리되리라 기대한다. 다만, 이런 국민의 불신을 불러온 책임이 원전을 주도한 쪽에 상당 부분 있을 것이니 그동안 원전사업을 효율에 초점을 맞춰 추진했다면 앞으로는 모든 과정을 더욱 투명하게 공개하고 좀 더 둘러가는 한이 있더라도 국민들과 공감대를 형성하는데 노력을 기울였으면 좋겠다.
이미 한쪽에 발을 담그고 있으니 객관적인 글을 쓴다는 게 애초부터 불가능한 일이었다. 오늘 글에 특히 감정이 실렸다. 쉬운 일은 아니지만 나 자신이 왜곡된 주장을 하고 있는 건 아닌지 살펴보기 위해서라도 객관적인 입장을 지키도록 애써야겠다.
원전부지조사를 할 때 제일 관심을 기울이는 것이 활성단층의 존재이다. 미국에서는 원자력규제위원회의 기준인 ‘최근 5만 년 이내 변위가 한 번 발생했거나 최근 50만년 이내 두 번 이상 발생한 단층’을 활성단층으로 판단하며, 우리도 이 기준을 적용하고 있다. 원전부지조사에서 활성단층에 주의를 기울이는 건 활성단층은 원전 운전기간 중에 변위가 다시 일어날 확률이 높으며, 이로 인한 지반거동이 원전 안전성에 직접 영향을 미치기 때문이다.
1970년대 중반에 일부 학자들이 원전밀집지대(고리원전 및 월성원전)에 인접한 양산단층이 활성단층이라는 주장을 제기한 바가 있지만 내가 자원개발연구소에 근무하던 1980년대 초반만 해도 우리나라에는 활성단층이 존재하지 않는다는 것이 학계에 정설로 받아들여졌다. 그러다가 1992년에 양산단층대가 통과하는 양산 월평마을에서 활성단층이 처음으로 확인되고, 이어서 1995년 굴업도 방사성폐기물처분장 부지조사 과정에서 해저 활성단층이 발견됨에 따라 활성단층 문제가 원전 안전성의 현안으로 부각되기 시작했다.
이와 같이 활성단층이 원전 안전성에 직접 영향을 미치는 데도 불구하고 초기의 원전 부지 선정과정에 이런 조건이 제대로 반영되지는 않은 것으로 보인다. 1990년대 초에 한전에서 원전건설 책임자로 일하다 은퇴하신 분을 고문으로 모신 일이 있었다. 그 당시 월성원전 지질조사를 수주했는데, 월성원전 지역의 불량 암질을 이미 경험한 바가 있어서 어떻게 끌어나가야 할지 몹시 걱정을 하고 있었다. 이전부터 굳이 암질이 그렇게 나쁜 월성에 왜 원전을 건설할까 하는 의문이 들기는 했지만, 나쁜 암질을 상쇄할만한 이유가 있겠거니 생각했다. 그런데 고문께서 부지 선정과정에 지질조건을 크게 고려하지 않았다는 뜻밖의 말씀을 하셨다. 원전건설이야 국가 정책에 관한 사항이니 다른 여건이 크게 반영되기는 했어도 지질조건 또한 그만한 비중으로 고려하지 않았을까 했는데 실제로는 그렇지 않았던 모양이다. 고리원전은 이보다 먼저 건설되었으니 그 역시 지질조건이 크게 고려되지 않은 것으로 보는 데 무리가 없겠다.
그렇기는 해도 활성단층 문제가 거론되기 시작했을 때 원점에서 재검토하고 건설계획에 반영했어야 했다. 하지만 운전 중인 원전을 세워야 할지도 모른다는 부담이 발목을 잡지 않았을까 싶다. 건들기엔 너무 큰 문제라서 말이다. 게다가 그때까지는 활성단층이라고 단정할 만큼 지질학의 수준이 올라있지도 않았으니 활성단층 주장이 힘을 얻기가 어렵지 않았을까 짐작한다. 그러다가 양산단층이나 굴업도 단층이 활성단층으로 판명이 났고, 뒤이어 본격적인 검토가 이루어지기 시작했다.
2009년 정부 예산으로 한국지질자원연구원에서 ‘활성단층지도 및 지진위험지도 제작’을 수행했지만 석연치 않은 이유로 몇 년 전까지 이를 공개하지 않았다. 이 보고서에서 양산단층·울산단층·일광단층 등 17개 활성단층이 확인되었다고 언급하고 있는데, 이 때문에 많은 사람들이 정부에서 은폐한 것이 아닌지 의심하고 있다. 공개했을 때 예상되는 논란을 피하고 싶기야 했겠지만 감춰서 될 일도 아니고 내용을 살펴보니 굳이 감춰서 얻을 이익도 없어 보인다.* 때늦은 감이 있기는 하지만 이제부터라도 공식적으로 활성단층의 존재와 이의 영향, 그리고 그 영향을 제어하기 위한 내진설계에 대해 전문가들이 깊이 있게 논의했으면 좋겠다. 내진설계는 자연을 대상으로 한 여느 설계가 그렇듯이 상당한 안전율이 감안되어 있기 때문에 현재 기술로 예상할 수 있는 최대 지반거동을 기준으로 한다면 고리원전이나 월성원전에 문제가 없으리라 생각한다. 다만, 최근에 학자들 사이에서 지금까지 일어난 지진보다 규모가 더 큰 지진이 일어날 수 있다는 주장이 대두되고 있어 논란의 여지가 있다.
지반거동을 일으키는 대규모 지진은 재발주기가 길어서 100년 남짓한 계기지진기록으로 향후 거동을 예측하기 어렵기 때문에 2천년 이상 되는 역사지진기록이 매우 중요하다. 고리원전이나 월성원전 모두 역사지진 최대치를 감안해서 내진설계를 했으니 당시로서는 최선의 조치였다고 생각한다. 최근 들어 관련 학문의 발전으로 지난 2천년 동안 일어났던 것보다 더 큰 지진이 일어날 수 있다는 예측이 나오고 있다. 그 예측을 받아들인다면 내진기준이 높아진 신고리 3호기를 제외한 모든 원전이 기준에 미달되지 않을까 싶다. 앞서 언급한 것처럼 내진설계는 지금까지 일어난 지진 중 가장 규모가 큰 지진이 같은 장소에서 다시 일어난다는 가정을 바탕으로 하고 있다. 그러니 지난 2천년 동안 일어난 최대 규모 지진보다 더 큰 지진이 일어난다고 가정하는 것은 내진설계의 근본을 흔드는 일이다. 나는 이것이 매우 무리한 주장이라고 생각한다. 정부가 탈원전 정책을 밀어붙인다면 이런 논의 자체가 의미 없는 일이 되겠지만 말이다.
* 한국지질자원연구원 보고서에서 언급하고 있는 활성단층은 원전 안전성을 평가하는 기준인 활성단층과 차이가 있다. 원전 안전성 평가를 위한 활성단층은 제4기 후기(50만년)에 발생한 변위를 기준으로 삼는데 반해 이 보고서에서는 제4기 전체(180만년)에 발생한 변위를 대상으로 했다는 점이다. (이 보고서에 언급된 활성단층이 모두 원전 안전성 평가와 직결된 것은 아니라는 말이다.)
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기고문(1)
탈원전 4, 원전사고
박인식추천 0조회 6017.08.09 21:38댓글 0북마크공유하기기능 더보기
원전사고라고 하면 1979년 TMI(Three Mile Island) 원전사고, 1986년 체르노빌 원전사고, 2011년 후쿠시마 원전사고를 꼽을 수 있겠다. 이 글을 쓰기 위해 기록을 확인하다가 국제원자력기구(IAEA)에서 원전사건(nuclear event)을 0등급에서 7등급까지 나누고, 이 중 0-3등급을 ‘고장(incident)’으로 4-7등급을 ‘사고(accident)’로 분류한다는 사실을 알게 되었다. (그림 참조) 우리나라에서는 지금까지 원전사건이 340회 일어났는데 1등급 고장이 15회, 2등급 고장이 4회, 3등급 피폭이 2회 발생했고 4등급 이상의 사고는 발생하지 않았다.
지질기술자이다 보니 지금까지 원전안전성을 지반안정성 관점에서만 바라보았다. 원전사고를 살피는 과정에서 탈원전의 핵심 명분인 ‘지진으로 인한 원전사건’은 지금까지 건설된 원전 580기(가동 449기) 중에서 한 번도 일어난 일이 없다는 사실을 비로소 알게 되었다. 지반안정성 평가를 생업으로 삼고 있는 나 역시도 구체적인 사실을 확인하는데 게을렀다. 근거를 확인하는데 좀 더 부지런해져야겠다. 한정된 지식과 한정된 지면에 원전사고를 일일이 살펴보기 어려우니 앞서 언급한 세 건을 중심으로 생각해 보겠다.
1978년 3월의 미국 펜실베이니아 TMI (2호기) 원전사고는 핵연료 재충전 과정에서 운전원의 착각에서 비롯된 것이었다. 이 사고로 노심이 절반 이상 녹았지만 원자로가 파괴되는 사태는 모면하여 인명피해나 방사능 낙진이 떨어지는 사고로 이어지지 않았다. 사고 사실이 알려지고 나서 주민들이 공포에 휩싸여 미친 듯이 탈출했지만 콘크리트 격납용기가 방사능 외부 누출을 억제해 누출된 방사능 수준이 자연 방사선량에 미치지 않아 주민의 피폭피해는 없었다. 당시 카터 대통령은 이 사고를 이유로 원전건설 중단을 선언했고 당시 70기에 달하던 신규원전계획이 백지화되었다. 그 후 오바마 대통령이 원전건설 재개를 선언했지만 공교롭게도 후쿠시마 원전사고가 일어나 원전건설 반대가 격심해졌다. 미국의 원전건설계획은 아직도 유지되고 있는 것으로 알고 있다. 사고가 일어난 2호기 옆에 있는 1호기는 2010년에 운전을 재개했다.
1986년 4월의 소련 체르노빌 원전사고는 “원자로 가동이 중단될 경우 관성으로 도는 터빈이 얼마나 오랫동안 전력을 공급할 수 있는가?”를 평가하기 위한 시험과정에서 일어났다. 어이없게도 시험을 원활하게 수행하기 위해 엔지니어의 반대에도 불구하고 시험 책임자가 안전장치를 모두 정지시킨 채로 시험을 강행했다. 이 과정에서 원자로 내부 과열, 내부 증기압 상승에 따른 1차 폭발, 나머지 열이 수증기를 흑연과 반응시킨 2차 폭발이 일어났다. 체르노빌 원전에는 격납용기가 없었기 때문에 두 차례에 걸친 대폭발로 히로시마에 떨어졌던 원자폭탄의 400배에 이르는 방사능 유출이 일어났다. 이 피해가 얼마나 컸던지 고르바초프 전 소련 서기장은 이 사고 복구비용이 소련의 붕괴에 결정적인 요인이었다고 주장하기도 했다. 그런데 이로 인한 인명피해는 주장하는 기관마다 엄청난 차이를 보인다. BBC 다큐멘터리에서는 방사선 피폭량을 근거로 최소 9천 명 이상 사망할 것으로 예상했지만 실제 사망자는 이 보다 적었다고 보도했다. 그린피스는 20만 명이 사망한 것으로, 우크라이나 체르노빌 신체장애자 동맹은 2005년 기준으로 150만 명이 사망한 것으로 발표했다. 러시아정부는 러시아 피폭자가 145만 명이라고 발표했다. 지금도 이 지역은 출입이 금지되어 있다.
2011년 3월의 일본 후쿠시마 원전사고는 동일본대지진으로 인해 발생한 쓰나미가 원전을 덮쳤고, 이로 인해 (원전운전이 정지된 상태에서) 비상발전기가 침수되어 작동하지 않음으로서 원전이 정전되었으며, 노심 냉각이 이루어지지 않아 노심이 용융되고 원전건물 폭발로 이어진 것이다. 다수의 원자로가 동시에 녹아내린 최초의 사례이고 이로 인해 태평양을 포함한 일대를 방사능으로 오염시켰다. 이 사고의 가장 큰 원인은 해안방벽을 쓰나미 최대 높이보다 낮게 설치한 데 있다. 이로 인해 쓰나미가 해안방벽을 넘어 비상발전기가 침수되고 폭발로 이어진 것이다. 후쿠시마 원전은 쓰나미 최대 높이를 10m로 상정하여 해안방벽을 설치했고, 사고 당시 최대 높이는 15m였다. 도쿄전력은 2008년에 자체적으로 쓰나미 최대 높이가 15.7m일 수 있다고 판단하였음에도 사고가 일어날 때까지 조치를 취하지 않았다. (후쿠시마 원전사고의 문제점과 시사점, 김준섭 국방대학교 교수, 2015.07) 진앙에 더 가까웠던 오나가와 원전은 해안방벽을 충분히 높게 설치함에 따라 파고가 후쿠시마보다 더 높았음에도 안전을 유지할 수 있었다. 심지어 오나가와 원전은 3개월간 피해 주민들의 대피소가 되기도 했다. 문재인 대통령은 고리1호기 영구정지 선포식에서 후쿠시마 원전사고로 1,368명이 사망하였다고 언급한 일이 있는데, 이후 일본정부가 항의하자 이는 일본 도쿄신문에서 발표한 ‘원전사고 관련 사망자’를 인용한 것이라고 해명했다. (일본에서는 지역 민심을 고려해 원전사고 사망자와 원전사고 관련 사망자를 엄격하게 분리해서 사용하고 있다.)
이와 같이 최악의 원전사고로 기록된 세 사례 모두 자연재해가 아닌 관리 잘못으로 발생했다. TMI는 운전원의 착각으로, 체르노빌은 안전절차 위반으로, 후쿠시마는 해안방벽을 충분히 높게 설치하지 않아서 일어난 것이다. 결국 원전사고는 자연재해 때문이 아니라 정해진 절차를 따르지 않아 일어난 것으로 봐야하지 않겠나 생각한다.
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기고문(1)
탈원전 5, 국내원전의 지반안정성
박인식추천 0조회 3817.08.09 21:39댓글 0북마크공유하기기능 더보기
지엽적인 지식을 가지고 복잡하기 이를 데 없는 원전의 안전성을 거론하자니 매우 조심스럽다. 우선 아는 분야인 지반안정성(site stability)부터 살펴보겠다.
1956년 영국 콜더 홀 원전이 상업운전을 시작한 이래 현재에 이르기까지 원전은 총 580기가 건설되었고 현재 449기가 운전되고 있다. 이 글을 쓰기 시작한 이래 지금까지 지진으로 인해 원전이 파괴되거나 피해 입은 사례를 찾지 못했다. 적어도 지진에 관한한 모든 원전은 안전하다는 것이다. 원전이 지진으로부터 안전하기 위해서는 지진으로 인한 지반진동(vibratory ground motion)을 정확하게 산정해야 하고, 모든 시설이 산정된 크기의 지반진동에 충분히 견딜 수 있도록 설계해야 하며, 설계한 대로 시공해야 한다. 40년 가까이 원전건설에 간여해온 사람으로서 적어도 우리 원전은 이 모든 조건을 만족하고 있으며, 그것이 원전의 상업운전이 시작된 이래 관련한 사고가 일어나지 않았다는 것으로 입증되었다고 생각한다.
지진학자 중에서 지금까지 일어난 지진보다 규모가 더 큰 지진이 일어날 수 있다고 주장하는 이들이 있다. 그게 과연 가능한 일인지 판단할 만큼 아는 게 없다. 그런 주장을 펴는 학자 중 몇몇은 아는 이들이니 만나면 설명을 부탁해보리라. 아무튼 지금까지는 역사지진과 계기지진을 통틀어 최대 지진이 같은 위치에 다시 일어난다는 가정 아래 내진설계기준(지반진동가속도)을 결정하고 있다. 지진 때문에 원전이 피해 입은 사례가 없다는 것으로 내진설계기준을 넘은 사례가 없다고 유추하는 건 지나친 비약일까? 우리나라의 역사지진기록은 2천 년이 넘는다. 나는 지난 2천 년 동안 일어난 지진보다 규모가 더 큰 지진이 일어날 것이라고는 생각하지 않는다.
자연을 수치화하는 작업에서는 수많은 안전율이 적용된다. 자신이 없으니 넉넉하게 계산한다는 말이다. 실제로 기초지반의 허용지내력은 최대지내력의 1/3로 잡는데, 이럴 때 안전율을 3으로 적용했다고 표현한다. (3배 안전하다는 말이다.) 예를 들자면 땅이 평방미터 당 90톤의 무게를 견딜 수 있는 것으로 측정되었다면 이 땅 위에 짓는 구조물의 무게는 평방미터 당 30톤을 넘을 수 없도록 한다는 말이다. 최대지내력을 측정하는 과정에서도 가능한 보수적(안전한 쪽)으로 평가한다. 내진설계기준을 결정하는 것도 이와 다르지 않을 것이다. 이렇게 지반진동가속도를 결정하고 나면 이를 기준으로 내진설계를 하는데, 이 과정에서도 수많은 안전장치와 안전율이 적용된다.
실제로 일본 가시와자키 가리와 원전, 미국 노스아나 원전은 내진설계기준을 2배 넘게 초과한 지진에도 원전을 안전하게 정지시킬 수 있었다. 동일본대지진 때 후쿠시마 원전과 오나가와 원전 역시 내진설계기준을 넘는 지진이 일어났지만 원전을 안전하게 정지시키는 데 문제가 없었다. (양재영 한국전력국제원자력대학원대학교 교수, 2017.08) 이 경우, 비록 안전에는 문제가 없었지만 내진설계기준을 초과하는 지진이 일어날 수도 있다는 말이니 위의 전제가 틀린 셈이다. 재발할 수 있는 지진의 규모를 잘못 산정한 것인지, 지진 규모는 제대로 산정했는데 내진설계기준을 잘못 선정한 건지는 확인이 필요하겠다. 우리의 경우, 신고리 3,4호기부터 규모 7의 지진에 견딜 수 있도록 내진설계기준(지반진동가속도)을 0.3G로 설정했으며, 그 이전에는 규모 6.5의 지진에 견딜 수 있도록 0.2G로 책정하였다. 국내 최대지진인 경주지진이 일어났을 때 인접한 월성원전에서는 지반진동가속도가 0.12G로 측정되었고, 다소 떨어진 고리원전에서는 0.038G로 측정되었다. 이렇게 원전이 충분히 안전하게 건설되었음에도 불구하고 후쿠시마 원전사고 이후 국내 모든 원전의 내진설계기준을 0.3G로 상향 조정하여 보강작업을 진행하고 있다. 앞서 예를 든 내진설계기준을 넘는 지진이 발생한 사례도 상향 조정에 고려가 되지 않았을까 싶다.
원전은 사고가 일어나면 그 피해가 엄청나기 때문에 최악의 조건을 상정하여 평가하는 것이 맞다. 그렇다고 해서 억지를 쓰는 것까지 받아들여야 한다는 데는 동의하지 않는다. 지금 탈원전을 주장하는 사람들의 논리 중 지진으로 인한 위험성은 억지를 넘어선 것으로 생각한다.
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기고문(1)
탈원전 6, 원전 안전성
박인식추천 0조회 12817.08.25 04:45댓글 0북마크공유하기기능 더보기
탈원전 주장의 핵심은 원전이 안전하지 않다는 데 있다. 대체로 일반인들은 원전 안전성을 위협하는 요인으로 지진이나 해일과 같은 자연재해를 꼽는 반면에 전문가들은 안전규칙 소홀과 같은 인위적인 사고를 꼽는다. 앞에서 살펴본 바와 같이 지금까지 건설 운영된 580개 원전 중 어느 하나도 자연재해로 인해 사고가 난 기록이 없다. (후쿠시마 원전사고는 자연재해 때문에 일어난 것이 아니라 쓰나미 최대 높이보다 해안방벽을 낮게 설치했고, 쓰나미 최대 높이보다 해안방벽이 낮다는 사실을 나중에 알고 나서도 조치하지 않았기 때문에 일어난 것이다.) 이런 점을 고려할 때 일반인들이 갖고 있는 원전 안전성에 대한 염려는 오해에서 비롯된 것이고, 그렇게 오해하도록 부추기고 염려를 증폭시킨 반핵단체에게도 일단의 책임을 묻지 않을 수 없다.
8월 13일자 오마이뉴스에 원전사고 사상자가 한 건도 발생하지 않았다는 주장은 거짓이라는 기사가 올랐다. 아래 표에서 보는 것처럼 2006-2014 기간 동안 원전 운전과 관련해 7명이 사망하고 3명+이 다쳤다는 기록을 그 근거로 제시했다. 근로복지공단에서 2001년 원자력발전소 직원 정아무개씨(1999년 사망)가 급성 골수성 백혈병을 앓다 사망한 것을 산업재해로 인정하고 1억3000여만 원을 보상하라는 판정을 내렸다는 사실도 거론했다. 설마 없는 사실을 인용했겠나 싶어 확인하지는 않았다. 인명은 소중한 것이고 어떤 피해도 정당화될 수 없다. 그들은 지진이 일어나면 원전이 파괴되고 방사능이 누출되어 핵폭탄을 맞은 것과 같은 피해를 입기 때문에 원전을 반대한다는 것인데, 이러한 사례를 탈원전의 주요한 논리인 ‘원전사고로 인한 인명피해’로 보는 게 과연 타당한가? 인명피해가 어디 원전 운영과정에서만 일어났겠나. 원전 건설과정에서는 또 얼마나 많은 인명피해가 일어났을까. 원전 뿐 아니라 산업재해는 어느 때건 어디서건 일어나는 일이다. 얼마 전에도 풍력발전 건설현장에서 사고로 작업원이 목숨을 잃는 일이 있었는데, 이런 이유 때문에 신재생에너지가 안전하지 않다고 주장하면 받아들이겠나? 인터넷에서 조금만 노력하면 우리나라 원전 운영과정에서 일어난 각종 사건(nuclear event) 기록을 쉽게 찾아볼 수 있다. 그리고 그 모든 사건이 탈원전을 주장하는 이들이 거론하는 ‘원전사고’와 거리가 멀다는 사실을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
원전 주변의 방사능 피폭량 또한 과장과 왜곡이 심한 내용 중 하나이다. 이에 대해서는 워낙 많은 주장이 있고, 그 주장에 대해 평가할 만큼 아는 바가 없어 거론하는 게 적절치 않아 보인다. 페친인 방사선방호전문가 조건우 박사께서는 그의 블로그에서 “우리 정부가 에너지 믹스를 결정하는 과정에서 탈원전을 선택한 배경에 방사능 피해에 대한 막연한 우려와 공포심이 주요한 한 변수가 된 것 같아 안타깝다”는 심정을 토로하면서 원자력과 방사선 연구에 40년 가까이 일평생을 보낸 전문가로서 지난 7월부터 일반인들의 이해를 돕기 위해 방사능 오염에 대한 시리즈를 연재하기 시작했다. 페친들의 일독을 권한다.
1980년 원전 부지평가에 참여한 이래 지금껏 지반안정성(site stability)과 관련한 업무를 해왔고, 그래서 원전건설과정에서 원전 구조물의 안전성(nuclear safety)이 어느 정도로 엄격하게 다루어지고 있는지 누구 못지않게 경험해오고 있다. 그런 관점에서 ‘원전안전’을 바탕으로 한 탈원전 주장은 ‘내 견해와 다른 주장’이 아니라 ‘잘못된 주장’이라고 밖에 말할 수 없다. 물론 모든 사람이 원전의 안전성을 제대로 이해하기는 어렵다. 그러나 탈원전을 주장하려면 적어도 사실관계는 확인해야 하지 않을까. 요즘처럼 관련 자료를 찾아보기 쉬운 세상에 사실과 거리가 먼 주장을 펼치는 이들이 사실이 뭔지 몰라서 잘못된 주장을 펼치는 것인가, 아니면 의도를 가지고 잘못된 주장을 고수하는 것인가? 의도적인 것이라면 그들의 궁극적인 의도는 무엇일까?
이와 같이 이중 삼중의 안전장치를 마련해 놓고 있기는 하지만 사람이 하는 일인데 어떻게 원전안전을 100% 장담할 수 있을까? 앞으로 기술이 발전함에 따라 안전성 확보방안이 개선될 것이고 이와 같이 국민의 관심이 집중되었으니 원전이 더욱 엄격하게 관리되리라 기대한다. 다만, 이런 국민의 불신을 불러온 책임이 원전을 주도한 쪽에 상당 부분 있을 것이니 그동안 원전사업을 효율에 초점을 맞춰 추진했다면 앞으로는 모든 과정을 더욱 투명하게 공개하고 좀 더 둘러가는 한이 있더라도 국민들과 공감대를 형성하는데 노력을 기울였으면 좋겠다.
이미 한쪽에 발을 담그고 있으니 객관적인 글을 쓴다는 게 애초부터 불가능한 일이었다. 오늘 글에 특히 감정이 실렸다. 쉬운 일은 아니지만 나 자신이 왜곡된 주장을 하고 있는 건 아닌지 살펴보기 위해서라도 객관적인 입장을 지키도록 애써야겠다.
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탈원전 7, 균등화 발전원가와 균등화 회피비용
박인식추천 0조회 11717.08.25 04:50댓글 0
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원자력 발전의 경제성에 대해서는 힘들이지 않고 쓸 수 있을 줄 알았다. 평생 원전사업을 하면서 원전이 값싼 에너지라는 생각에 대해 한 번도 의문을 가져본 일이 없기 때문이다. 사우디 지사에 부임하기 직전인 2007년에 태양광발전사업을 검토한 일이 있었는데, 당시 kW당 발전단가가 원전 40원, 석탄 70원, LNG 120원, 발전차액 지원 대상이었던 신재생에너지 기준가격이 태양광 710원, 풍력 110원 정도였다. (신재생에너지 가격은 산업자원부에서 고시한 금액으로 고정금액은 아니었고 매년 5%씩 감액되는 조건이었던 것으로 기억한다.) 내내 원전 발전단가가 월등히 싼 것으로 알고 있었으니 내겐 이런 전원별 발전 단가가 아주 자연스러웠다.
탈원전 진영에서는 원전 사업비에 방사성폐기물 처분비용이나 폐로비용, 사고 복구비용이 제대로 반영되지 않았기 때문에 발전단가가 낮은 것처럼 보이는 것이지, 감춰진 비용을 합산하면 결코 값싼 에너지가 아니라고 주장한다. 사고 복구비용은 원전이 안전하지 않다는 전제에서 출발했고 산출한 금액도 터무니없었기 때문에 원전 안전성에 대해 확신을 가지고 있는 나로서는 이런 비용이 원자력 발전단가에 포함되는 것은 합리적이지 않다고 생각했다. 그러니 방사성폐기물 처분비용이나 폐로비용이 제대로 반영되었는지 확인하면 원전의 경제성 시비는 해결될 것으로 예상했다. 그런데 전혀 예상하지 못했던 벽에 부딪쳤다. ‘균등화 발전원가(LCOE, Levelized Cost Of Electricity)’와 ‘균등화 회피비용(LACE, Levelized Avoided Cost of Electricity)’이라는 매우 생소한 개념이 그것이다.
미국 에너지정보청(EIA, Energy Information Administration)에서는 금년 4월 ‘균등화 발전원가 및 균등화 회피비용’이라는 보고서를 발간했다. 발전원가는 워낙 변수가 많고 지역과 시점에 따라서도 차이가 많기 때문에 발전원에 따른 원가를 비교하기가 쉽지 않다. 따라서 발전원별로 일정한 조건에서 원가를 산출하기 위해 ‘균등화(levelization)’라는 개념을 사용했다. 예컨대 연료비는 구매 시기뿐 아니라 계약조건에 따라 달라지고, 시설에 대한 감가상각비는 적용되는 세법에 따라 달라지며, 신재생에너지에 적용되는 보조금 또한 발전원이나 적용시점에 따라 달라진다. 여기까지는 이해하는데 별 무리가 없다. 문제는 ‘균등화 회피비용’인데, 사람마다 이해하는 바가 모두 다르니 아전인수 격으로 인용하기를 서슴지 않는다. ‘균등화’라는 건 비교를 위해 조건을 같게 만든 것이니 읽는 이의 편의를 위해 이 글에서는 ‘발전원가’와 ‘회피비용’으로 용어를 줄여 쓰겠다.
USEIA 보고서에서는 “이용률, 발전원 구성, 시설용량이 지역에 따라 매우 다르기 때문에 단지 발전원가만으로 발전원의 경제성을 비교하는 것은 결과를 오도할 수 있으니 회피비용을 함께 사용하라”고 권하고 있다. 회피비용은 어떤 발전원을 다른 발전원으로 대체할 때 소요되는 비용을 일컫는다. 예를 들어 석탄화력발전을 풍력발전으로 대체할 경우 풍력발전원가가 석탄화력발전의 회피비용이 되는 것이다. 어느 발전원을 다른 발전원으로 대체한다면 대체할 발전원이 어느 것이냐에 따라 회피비용이 달라진다. 그런데 USEIA 보고서에는 대체 발전원을 어떻게 구성했는지에 대한 설명이 없다. 아마 회피비용을 최소화할 수 있도록 발전원을 구성하지 않았을까 싶다. 발전원을 대체했을 때 ‘대체 발전원의 발전원가(회피비용)’가 원래 발전원의 발전원가보다 낮다면 당연히 새로 도입한 발전원이 경제적이라는 데는 누구도 이의가 없을 것이다. (이에 대해 원자력계 일부 인사가 회피비용이 낮은 발전원이 더 경제적이라고 주장한 것은 잘못이다.) 이런 논리를 바탕으로 ‘프레시안’을 비롯한 탈원전 미디어에서는 “회피비용이 발전원가보다 높으면 경제성이 있는 발전원이고, 회피비용이 발전원가보다 낮으면 경제성이 없는 발전원이다”라고 도식화하고 있다. 이 논리라면 원전은 경제성이 없는 발전원이다.
과연 그런가? 비전문가가 쉽게 이해할 수 없는 내용이기는 하지만 USEIA 보고서를 차근차근히 살펴보았다. 그러다가 아주 중요한 조건 하나를 발견하게 되었는데 어떤 미디어에서도, 누구도 지적하지 않은 내용이었다. 간헐전원인 풍력발전이나 태양광발전은 기저부하로 사용되는 재래식 발전원과 근본적으로 다르다는 점을 고려해야 하며, 재래식 터빈발전은 reserve margin을 확보하기 위한 것이므로 간헐전원이 회피비용을 낮추는 방식으로는 적절치 않다고 지적하고 있다. 비전문가인 내게는 이 말이 “풍력발전이나 태양광발전의 발전원가가 낮을 수는 있지만, ‘간헐전원’과 ‘기저부하를 감당하는 발전원’을 동등하게 놓고 비교하는 게 의미가 없다”는 말로 들린다. 혹시 내가 오해한 것이 있으면 페친들께서 망설이지 말고 지적해주시기를 부탁드린다.
(This is especially important to consider for intermittent resources, such as wind of solar, that have subsequently different duty cycles than the base-load, intermediate, and peaking duty cycles of conventional generators. Combustion turbines are generally built for the capacity value to meet a reserve margin rather than to meet generation requirement and avoided energy costs.)
내용을 살피던 중에 탈원전 미디어에서 원전에 비해 풍력발전이나 태양광발전이 훨씬 경제성 있는 발전원이라고 주장하는 근거로 제시한 자료가 잘못된 것을 확인했다. ‘프레시안’과 ‘탈핵신문’에서 원전은 발전원가가 회피비용보다 높아 경제성이 없고 풍력발전과 태양광발전은 두 값이 비슷하거나 오히려 회피비용이 높아서 경제성이 있는 발전원이라고 밝히고 있는데, 인용한 발전원가가 내가 확인한 값과 달랐다. 살펴보니 두 미디어에서 인용한 발전원가는 보조금을 반영해 그만큼 원가를 낮춘 금액이었다. 풍력발전원가를 $52.2/MWh, 태양광발전원가를 $66.8/MWh로 밝혔는데, 보조금을 제외할 경우 발전원가는 풍력발전이 $63.7/MWh, 태양광발전이 $85/MWh가 되어 두 발전원 모두 경제성이 없는 것이 된다. 보조금이 없는 원전과 대비하자면 풍력발전이나 태양광발전 모두 보조금을 제외하고 비교하는 게 타당하지 않을까?
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탈원전 8, 균등화 회피비용과 균등화 발전원가의 적정성
박인식추천 0조회 8917.08.25 04:50댓글 0
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USEIA 보고서에서 언급한 2016년 기준 균등화 발전단가는 보조금을 제외했을 때 MWh당 가스 56.5~109.4달러, 원자력 99.1달러, 지열 43.3달러, 바이오매스 102.4달러, 육상풍력 52.2달러, 해상풍력 145.9달러, 태양광 66.8달러, 태양열 184.4달러, 수력 66.2달러이다. 균등화 회피비용은 MWh당 가스 58.1달러, 원자력 57.3달러, 지열 65.3달러, 바이오매스 58.3달러, 육상풍력 53.2달러, 해상풍력 57.8달러, 태양광 64.7달러, 태양열 69.9달러, 수력 57.4달러이다.
장황하게 늘어놓은 숫자에서 보듯, 발전단가는 발전방식에 따라 43.3~184.4달러로 4배 이상 큰 차이를 보이는데 반해 회피비용은 53.2~69.9달러로 차이가 1.3배를 넘지 않는다. 당연한 일이다. 회피비용은 기존 발전방식을 가장 값싼 발전방식으로 대체할 때 드는 비용이고 값싼 대체 발전방식은 한정되어 있으니 회피비용이 달라질 이유가 있겠나. 나는 회피비용이라는 개념이 무슨 용도로 개발된 것인지 이해하지 못하겠다. 굳이 회피비용이라는 개념이 없어도 값싼 발전방식이 값비싼 발전방식에 비해 경제적일 것이라는 건 누구나 알 수 있는 게 아닌가.
‘회피비용’은 ‘기존의 발전방식을 신재생에너지로 대체하는 것이 경제적인지 판단’하기 위해 1978년 개발된 개념이라고 하는데 인터넷 검색으로는 그 흔적을 찾을 수 없었다. 2014년 USEIA에서 관련 보고서를 발간한 이후 제한적으로 사용되기 시작했고, 그마저도 모두 USEIA 보고서를 인용한 것이었다. 결국 ‘회피비용’이라는 개념은 제한된 사람들이 제한된 조건에서 사용하기 위해 개발한 것으로 위에서 본 것처럼 특별한 의미도 없다.
(The official definition has been around since 1978: The incremental cost of alternative electric energy is commonly referred to as the avoided cost and is generally defined as the “cost to an electric utility of electric energy or capacity or both which, but for the purchase from a qualifying renewable facility, such utility would generate itself or purchase from another non-renewable source.”)
국내 기사를 검색해보니 원자력이 경제성이 없다는 주장을 하려고 산업통상자원부에서 USEIA 보고서에 언급된 균등화 발전단가를 인용했고, 반대 진영에서는 이 보고서에 들어 있는 회피비용이라는 개념을 들어 신재생에너지도 경제성이 없기는 마찬가지라고 반박하는 과정에서 논쟁이 촉발된 것으로 보인다. 어찌되었든 위에서 살펴본 대로 큰 의미가 없는 개념이니 이것으로 갑론을박하는 건 시간낭비일 뿐이다.
균등화 발전원가도 우리 상황에 적용하는데 무리가 있는 것으로 보인다. 원가 구성에 영향을 미치는 조건이 나라마다 시기마다 모두 다른데, 그런 차이를 보정하자고 미국에서 고려가 가능한 조건을 취합해 만든 것이 USEIA 균등화 발전원가이다. 뒤집어 말하자면 무수히 많은 조건 중에 미국에서 일어난 조건만 고려했다는 것이니, 다른 나라에 적용하는 게 무리하기는 마찬가지가 아닌가. 실제로 USEIA 보고서에서 제시하는 MWh당 균등화 발전원가는 원자력은 미국 99.1달러, 프랑스 50달러이고, 육상풍력은 미국 63.7달러, 호주 111~122달러, 프랑스 69달러, 독일 76달러, 태양광은 미국 85달러, 독일 110달러, 태양열은 미국 242달러, 프랑스 293달러이다. 국제에너지기구(IEA)가 최근 발표한 우리나라의 대규모 태양광 균등화 발전원가는 176.3달러로 미국의 두 배가 넘는다. 육상풍력도 미국의 두 배를 훌쩍 넘긴다. 에너지경제연구원이 IEA 자료를 바탕으로 비교한 결과 2015년 기준 우리나라 원자력의 발전원가는 40.4달러로 미국 99.1달러, 영국 100.7달러, 일본 87.6달러에 비교해 절반에도 미치지 못하며 원전 발전원가가 가장 낮다는 프랑스 69달러의 60%에도 미치지 못한다.
이 글을 쓰면서 발전원가가 항공운임만큼이나 비교가 어렵다는 걸 알게 되었다. 항공운임은 조건이 워낙 많아서 어느 게 싼지 발권담당자도 모른다지 않는가. 발전원가도 조건이 워낙 많으니 우리 상황에 맞게 분석하지 않는 한 외국의 사례를 인용하는 게 의미가 있겠나. 의미가 없을 정도면 괜찮겠지만 잘못된 근거로 잘못된 판단을 내리지나 않을까 염려스럽다.
발전방식을 신재생에너지로 전환하려는 정부의 의도를 모르는 바도 아니고, 그 필요성 또한 공감한다. 문제는 신재생에너지 대부분이 간헐전원이라는 점이다. 기저부하를 감당할 재목이 아니라는 말이다. 간식으로 끼니를 때울 수 있다. 간식이니 당연히 제대로 된 식사보다 값이 싸겠지만, 그렇다고 내내 간식으로 살 수는 없는 일 아니냐. 우리나라는 비교 대상 국가보다 일조량도 적고 풍속도 낮다. 발전원가가 높고 낮고를 떠나서 과연 목표한 만큼 발전량을 확보할 조건이 되는지도 살펴봐야 하지 않겠나. 발표하는 자료 중에 왜곡하지 않은 걸 찾기 어려울 정도이니 어느 자료를 인용해야 할지 모르겠지만, 담당했던 태양광발전사업이나 풍력발전사업 검토결과를 생각해보면 신재생에너지가 보기 좋고 값싸기는 한데 내 몸에는 맞지 않아 아무짝에도 쓸모없는 옷과 같다는 생각이 든다.
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탈원전 9, 원자력발전의 경제성; 전력단가 구성
박인식추천 0조회 44017.09.07 05:00댓글 0
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탈원전 9, 원자력발전의 경제성; 전력단가 구성
박인식추천 0조회 44017.09.07 05:00댓글 0북마크공유하기기능 더보기
원전산업에 종사해오면서 원자력이 가장 값싼 에너지라는 생각을 의심해본 일이 없다. 아마 원자력 전력단가를 원자력의 경제성으로 이해해왔기 때문이 아닌가 싶다. 원자력의 경제성을 짚어보려다 보니 그것이 그리 간단한 일이 아님을 알게 되었다. 아는 것이 원자력 전력단가뿐이니 이를 확인하는 것으로부터 출발해서 경제성을 살펴보겠다.
2015년 기준으로, 한전의 발전방식별 전력구입단가는 kWh당 원자력 68원, 유연탄 73원, 유류 110원, LNG 101원, 신재생에너지(평균) 156원이다. (이를 MWh당 단가로 환산하면 원자력 60.4달러, 유연탄 64.9달러, 유류 97.8달러, LNG 89.8달러, 신재생에너지 138.7달러이다. 1달러=1,125원) 같은 해 OECD가 발표한 MWh당 한국의 균등화 발전원가(LCOE)는 원자력 51.37달러, 태양광 176.34달러이고, 미국 에너지정보청(EIA)이 발표한 미국의 LCOE는 원자력 99달러, 태양광 67달러이며, 영국 기업에너지전략부(BEIS)가 발표한 영국의 LCOE는 원전 95파운드(126.7달러), 태양광 63파운드(84달러), 풍력 61파운드(81.3달러)이다. 같은 해 한국 에너지연구원에서 발표한 바에 따르면 원전의 LCOE는 한국 40.42달러, 미국 77.71달러, 일본 87.57달러, 영국 100.75달러이다. 이처럼 나라마다 발전원가가 차이 나는 이유는 발전설비 건설에 필요한 기술 수준이 다르고 경제·지리적 특성이 반영되기 때문이다. 따라서 숫자를 비교하는 건 적절치 않으므로 경향만 살펴보자.
첫째, 한국 원자력 전력단가는 신재생에너지의 29~44% 수준이며, 외국 원자력 전력단가의 40~61% 수준이다. 숫자의 절대 값은 큰 의미가 없으니 경향으로만 보자면 한국의 원자력 전력단가는 한국 신재생에너지의 1/3, 외국의 원자력 전력단가의 절반 수준이다.
둘째, 한국 전력단가는 신재생에너지가 원자력의 2배가 넘는데 반해 미국이나 영국의 전력단가는 오히려 원자력이 신재생에너지의 1.5배에 이른다.
혹자는 한국의 원자력 전력단가가 신재생에너지에 비해, 외국에 비해 낮은 것은 비용이 원가에 제대로 반영되지 않았기 때문이라고 설명한다. 원가에 제대로 반영되지 않은 비용으로 폐로비용, 방사성폐기물처리비용, 사고처리비용을 든다. 이 주장에 따르면 모든 비용이 적절하게 반영되었을 경우 원전은 경제성이 있다는 게 확인되는 셈이다. 신재생에너지와 원자력 전력단가를 비교하는 것은 ‘신재생에너지의 경제성’ 장에서 별도로 살펴보겠다.
한전의 원자력 전력단가는 건설비, 운전비(고정운영비), 연료비(유동운영비)로 이루어지는데, 이 중 운전비에는 (외부비용으로 분류되기도 하는) ‘폐로비용, 방사성폐기물처리비용, 사고처리비용’이 이미 포함되었다. 프랑스 원전기업인 Areva NP의 통계분석 자료에 따르면 전력단가는 고정건설비 70%, 고정운영비 20%, 유동운영비 10%로 이루어진다. 나라에 따라 조건이 다르기는 하지만 건설비가 가장 큰 원가요소임을 알 수 있다.
우리나라의 원자력 건설단가는 외국에 비해 훨씬 낮다. 2014년 국회 예산정책처가 발간한 ‘원자력 발전비용의 쟁점과 과제’에 따르면 kW당 건설비가 한국 231만원(APR 1400), 일본(ABWR) 365만원, 프랑스(EPR) 560만원, 미국(3+세대 원자로) 640만원 이다. 실제로 용량 2.8GW인 신고리 5.6호기 건설비는 8조 6,254억원인데 용량 2.4GW인 미국 보글원전 3.4호기는 32조원을 웃돈다. 이는 한국은 원전 기술을 수십 년 축적해 세계 최고 수준에 도달한 반면 미국은 1979년 TMI 원전 사고 이후 원전 건설을 전면 폐기하는 바람에 산업생태계가 무너지고 기술 수준도 퇴보했기 때문이다. 한국에서는 원전 여러 기를 한 부지에 몰아서 건설했기 때문에 행정비용과 입지비용도 크게 절감할 수 있었다.
우리나라의 원전 운영비도 외국에 비해 현저하게 낮은데, 이는 원전이 기저부하를 담당하느라 안정적이며 효율적으로 전력을 생산하기 때문이다. 운전효율의 지표인 고장정지율은 한국 원전이 1.1%이고 중국 1.5%, 일본 3.9%, 러시아 4.2%, 프랑스 8%인 것이 이를 뒷받침한다.
외부비용으로 분류하기도 하는 ‘폐로비용, 방사성폐기물처리비용, 사고처리비용’은 외국과 동등한 수준으로 운영비에 이미 포함되었다. 이 비용은 논란이 되고 있는 원전의 경제성을 판가름할 수 있는 중요한 요소이므로 다음 항에서 별도로 살펴보겠다.
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탈원전 10, 원자력발전의 경제성; 사후비용
박인식추천 0조회 50117.09.07 05:01댓글 0북마크공유하기기능 더보기
원전 경제성을 계산하는데 원전 찬반진영이 차이 나는 부분이 ‘폐로비용, 방사성폐기물처리비용, 사고처리비용’이다. 한전에서는 이를 운전비용에 포함시켰고 에너지 정책을 수립하는 쪽에서는 대체로 이를 ‘외부비용’ 또는 ‘사회적 비용’의 일부로 분류한다. 이견이 있는 부분을 떼 내어 살펴보자니 편의상 이를 ‘사후비용’으로 분류하겠다.
탈원전 진영에서는 우리나라의 원자로 폐로비용이 외국에 비해 현저히 낮게 책정되어 있다고 주장한다. 정부는 2013년 6월 ‘방사성폐기물 관리비용 및 사용후핵연료 관리부담금 등의 산정기준에 관한 규정’ 개정을 통해 호기 당 폐로비용을 6,033억원으로 대폭 인상하였으며, 2015년에는 6,437억원으로 조정하였다. 이와 같은 폐로비용은 용량과 노형에 관계없이 동일하다. (호기 당 평균용량을 1GW로 적용할 때 6억원/MWh) 국회예산정책처에서 2014년 발간한 ‘원자력 발전비용의 쟁점과 과제’ 보고서에 따르면 외국의 MWh당 폐로비용은 미국 7.8억원, 프랑스 4.7억원, 영국 17.2억원이다. (1달러=1,156원) 폐로비용이 건설비용과 어떤 관계에 있는지 정량적으로 비교할만한 자료를 갖고 있지는 않지만, 건설비용이 낮으면 폐로비용이 낮다고 보는 게 합리적이지 않을까 생각한다. 앞장에서 언급한 바와 같이 원전 건설비용이 한국 기준으로 일본 158%, 프랑스 242%, 미국 277%라는 점을 감안하면 한국 정부 기준에 따른 폐로비용은 결코 낮다고 할 수 없다.
같은 자료에서 제시한 중저준위 폐기물 m^3당 처리비용은 한국 6,650만원(산업통상자원부 고시)으로 미국 2,450만원(반웰 폐기물처분장). 영국 1,640만원(원자력폐쇄국), 프랑스 650만원(회계감사원)에 비해 훨씬 높다. 한국환경정책평가연구원에서 2013년 발간한 ‘화석연료 대체 에너지원의 환경경제성 평가’ 보고서에 따르면 사용후핵연료 관리비용은 호기 당 연 170억원인데 이는 원전 균등화 발전원가 중 1.8원/kWh을 차지하며, 폐로비용의 41.8%에 해당한다.
탈원전 주장은 원전이 안전하지 않으며 방사성폐기물에서 방사능이 10만년까지 방출된다는 논리에서 출발하고 있다. 방사성폐기물 처리가 그만큼 중요하다. 원자력을 신재생에너지로 대체해야 한다고 주장하는 이들은 현재로는 신재생에너지 경제성이 떨어지지만 기술이 비약적으로 발전하기 때문에 신재생에너지 전력단가가 원자력이나 화력 전력단가와 같아지는 Grid Parity에 곧 도달할 것이라고 한다. 신재생에너지 기술이 발전하는 것과 마찬가지로 원자력 기술도 비약적으로 발전하고 있다.
사용후핵연료와 관련해서는 동위원소 반감기를 100년 이하로 줄이는 transmutation, 방사능을 1/1000로 폐기물 용량을 1/20로 줄이는 pyro-processing과 같은 기술은 이미 개발단계에 들어서 있다. 아직 실용화에 이르기까지 시간이 좀 더 걸리기는 하겠지만, 이런 기술이 실용화될 경우 원전의 안전성은 극적으로 개선될 것이며, 이는 구체적인 비용절감으로 이어질 것이다. 또한 pyro-processing을 통해서 재처리된 사용후핵연료는 4세대 원전인 소듐고속로 연료로 사용할 수 있는데, 소듐고속로는 미국, 프랑스, 영국, 독일 등에서 운영하였고 한국과 일본에서 새로운 소듐고속로를 개발하고 있다.
중저준위 폐기물에 들어 있는 AP(activation product) 중 대표물질인 Co-60은 반감기가 5.3년, FP (fission product) 중 대표물질인 Cs-137은 반감기가 30년이다. 10반감기가 지나면 방출되는 방사능은 0.1%만 남고 99.9%는 사라진다. 이런 이유로 중저준위 방사성폐기물 처분장 관리기간을 Cs-137의 10반감기인 300년으로 설정하고 있다. 중저준위 방사성폐기물이 300년이나 위험하다는 말이 아니다. 이에 대한 기술개발 현황은 확인할 수 없었지만 이 또한 기술개발로 인해 앞으로 안전성이나 경제성이 큰 폭으로 향상되리라 기대한다.
탈원전 진영에서는 원전 사고비용이 포함된다면 원자력은 다른 전원에 비해 현저하게 경제성이 떨어질 것이라고 주장한다. 한국환경정책평가연구원에서 2013년 발간한 ‘화석연료 대체 에너지원의 환경경제성 평가’ 보고서에서 2013년 한국환경운동연합과 박승준 교수가 공동으로 수행한 ‘한국 영광 고리 핵발전소 사고피해 모의실험’을 인용하고 있는데, 이는 박승준 교수가 일본 원전 사고평가프로그램인 SEO Code를 이용해 추정한 ‘일본의 원전사고 피해액 계산’을 한국에 적용한 것이다. 이에 따르면 피해액이 영광원전 사고의 경우 160조원, 고리원전 사고의 경우 360조원이다. 탈원전 진영에서 인용하는 피해액이 기관에 따라 다소 차이가 있기는 하지만 대체로 이 규모를 벗어나지 않는다. 이 피해액은 영광원전 사고로 인해 암으로 인한 사망자가 3만3천명~55만명, 고리원전 사고로 인해 암으로 인한 사망자가 7만3천명~85만명 발생한다는 전제로 산출된 금액이다. 이는 일본 원전사고 피해를 바탕으로 한 것인데 어떻게 원전사고로 발병한 암 환자가 수만~수십만 명에 이른다고 가정할 수 있는지 이해하기도 어렵고 동의하기는 더욱 어렵다.
이는 2013년 UNSCEAR(UN Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation)에서 발간한 ‘2011년 동일본지진 및 쓰나미로 인한 원전사고 방사능노출 평가’ 보고서의 결론과 전혀 다르다. 보고서에서는 “방사능 누출로 인한 급성질환 피해는 확인되지 않았다.(No acute health effects, i.e. acute radiation syndrome or other deterministic effects, has been observed among the workers and the general public that could be attributed to radiation exposure from the accident.)”라고 결론짓고 있으며, 가장 큰 피해로 ‘mental health’를 꼽고 있다.
앞장에서 언급한 바와 같이 한국 원자력 전력단가가 신재생에너지에 비해, 외국에 비해 낮은 것은 비용이 원가에 제대로 반영되지 않았기 때문이라고 설명하며, 원가에 제대로 반영되지 않은 비용으로 ‘사후비용’을 든다. 이 주장에 따르면 모든 비용이 적절하게 반영되었을 경우 원전은 경제성이 있다는 게 확인되는 셈이다. 위에서 살펴본 바와 같이 폐로비용과 방사성폐기물처리비용은 적절하거나 그 이상으로 반영되었고, 사고비용은 탈원전 진영에서 주장하는 바가 객관적으로 용납할 수 있는 수준을 벗어난 것이니 원전의 경제성은 재론의 여지가 없다 하겠다. 물론 현재 발표된 한전의 원자력 전력단가도 이 모든 요소를 적절하게 반영한 것이니 합리적이라 할 수 있다.
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탈원전 11, 전력수요
박인식추천 0조회 32617.09.07 05:06댓글 0
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2015년 7월에 발표된 제7차 전력수급기본계획에는 GDP 성장률을 3.4%로 적용하였는데 금년에 확정할 제8차 계획에는 이보다 낮은 2.5%로 적용하였다. 이와 같이 성장률이 하향 조정됨에 따라 2030년 전력수요는 113.2GW에서 101.0GW로 11.3GW가 줄어든다. 성장률이 둔화되었으니 그럴 수 있는 일이다. 그런 가운데 정부에서는 내년 GDP 성장률을 제8차 전력수급계획에 적용한 성장률과는 달리 3.0%로 계획하고 있어 탈원전을 합리화하기 위해 전력수요를 줄이려는 꼼수가 아닌가 하여 논란이 되었다.
전력은 생존에 필수적인 요소이다. 생활수준이 향상되는 만큼 수요가 늘게 마련이고, 심화된 양극화로 복지 사각지대에 놓여있던 어려운 이들까지 돌보겠다는 새로운 정부가 들어섰으니 그 수요 또한 만만치 않을 것이다. 4차 산업혁명이 눈앞에 다가왔다고 너나 할 것 없이 발상의 전환을 주장하고 있는 상황이니 그로 인한 수요는 또 얼마이겠나. Volvo가 2019년부터 내연자동차 생산을 중단하겠다고 하고, 독일 메르켈 총리는 2040년부터 내연자동차 판매를 금지하겠다고 하니 전기자동차가 도로를 점령할 날도 멀지 않았다. 다소 늦은 감이 있지만 우리 자동차업계에서도 이에 뒤질세라 전기자동차 개발에 박차를 가하고 있다. 전기자동차 중심의 세상이 된다면 무엇보다 이를 뒷받침 할 수 있는 전원계획이 검토되어야 하는데, 전력수급계획에 이런 내용이 반영되었다는 말은 들어보지 못했다.
물론 기술발전으로 에너지 효율이 급속하게 향상되고 있기는 하다. 가전제품 하나를 보아도 예전과는 비교할 수 없을 만큼 에너지 효율이 높다. 그렇다고 해서 전력수요가 줄어들었나? 주변을 한 번 돌아보라. 이전에는 생각지도 못했던 기기가 얼마나 많은가? 옛날에는 정전이 되면 불편하기는 하지만 살 수는 있었다. 이제는 전기가 없으면 생존 자체가 불가능한 시대가 되었다. 지난 번 호우 때 정전으로 고층아파트 주민들이 피난 간 걸 보지 않았나? 80년대 말, 처음으로 가졌던 컴퓨터의 하드디스크 용량이 고작 40MB였다. 그때 파일 하나 크기가 GB 단위로 커질 수 있다고 상상이나 했겠나. 이렇게 세상이 하루가 다르게 격변하고 있는데, 전력수요를 공격적으로 늘려 잡지는 못할망정 기왕 세워놓은 계획까지 축소해서야 되겠나.
안타깝게도 우리는 지난 50여년 전력수급 하나 제대로 관리하지 못해 전력난과 공급과잉을 반복했다. 1961~2011년 통계에 따르면 5~10년을 주기로 무려 일곱 차례나 이런 널뛰기를 경험했다. 전기를 안정적으로 공급해서 경제성장을 견인해야 할 지난 50년간 절반은 전력난에 시달렸고, 1/3은 전력공급이 넘쳤으며, 겨우 1/5만 적정선을 유지할 수 있었다. 적정선을 유지할 수 있으면 더할 나위 없이 좋은 일이지만, 그렇게 할 수 없다면 아깝기는 해도 넘치는 것이 오히려 낫지 않겠나. 한 걸음만 잘못 내딛으면 나락으로 떨어질 만큼 국가 간의 경쟁이 치열한 때에 전력난이라는 리스크를 감수해야할 이유를 나는 도무지 찾지 못하겠다.
제8차 전력수급기본계획에 GDP 성장률만 낮춘 것이 아니라 설비(발전용량) 예비율도 22%에서 20%로 낮췄다. 예비율을 잘못 관리했을 때 어떤 일이 벌어지는지 살피기 위해 2011년 순환정전으로 돌아가 보자. 1998년에 설비예비율이 31.1%를 기록했고, 2003년도에도 30.3%에 이르렀다. 안심했던 정부는 전력산업을 개편하고 수요를 소극적으로 전망하여 설비투자를 최소한으로 줄였다. 결과는 재앙이었다. 2011년 9월 15일 예비전력이 24만kW로 떨어지는 상황을 맞았고, 전력거래소에서는 이를 수습하기 위해 갖은 노력을 기울였지만 결국은 사용자에게 아무런 통보도 없이 지역별 순환정전에 들어가기에 이르렀다. 그 이후 매년 산업계의 조업단축으로 위기를 넘겼다. 이를 위해 정부에서는 매년 수천 억 원의 보조금을 쏟아 부었고 기업은 손실을 고스란히 떠안아야 했다.
더 큰 문제는 정부의 장기적인 탈원전·탈석탄 정책이 이뤄졌을 경우다. 2017년 고리1호기 영구정지를 시작으로 월성1호기, 고리2~4호기, 한빛1·2호기, 한울1·2호기, 월성2~4호기를 2030년까지 순차적으로 폐쇄할 경우 9.7GW가 줄어든다. 영동1·2호기, 서천1·2호기, 호남1·2호기, 삼천포1~4호기, 보령1~4호기, 태안1·2호기, 하동1·2호기 등 30년 이상 가동된 노후 석탄화력을 순차적으로 멈출 경우 8.5GW가 줄어든다. 무려 전체에 20% 가까운 시설용량(18.2GW)이 줄어드는 것이다. 여기에 LNG발전 등 나머지 발전설비는 제7차 전력수급기본계획대로 증설된다고 가정할 경우 2021년까지 설비예비율이 20%를 넘겠지만, 2024년 10%, 2025년 이후는 6~9%에 불과하게 된다. 굳이 이런 리스크를 감내해가면서까지 탈원전을 해야 할 명분이 무엇인지 모르겠다.
물론 신재생에너지로 이를 만회하겠다는 생각일 줄 안다. 그런데 무려 18.2GW에 달하는 전력을 신재생에너지로 감당하는 게 가능할까? 차차 살펴보도록 하겠다.
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탈원전 12, 적용 가능한 신재생에너지 발전방식
박인식추천 0조회 12817.09.20 21:23댓글 0
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신재생에너지로는 태양광과 풍력 이외에 조력, 지열, 바이오매스, WTE(Waste-to-Energy)를 들 수 있다.
조력발전이란 조석간만의 차이가 큰 해안지역에 물막이 댐을 건설하고 그곳에 수차발전기를 설치해 밀물이나 썰물의 흐름을 이용해 전기를 생산하는 것이다. 따라서 조력발전에는 댐 건설이 필수 요소다. 조력발전이 환경에 미치는 부담의 가장 큰 부분은 바로 물막이 댐의 건설에서 비롯된다. 댐은 해저 지형과 생태계를 변화시키고, 물과 퇴적물의 흐름에 변화를 초래하며, 서해안의 중요한 자연유산인 갯벌을 파괴한다. 조력발전은 자연의 재생 가능한 에너지를 활용하는 발전 방식이긴 하나 그 건설과 유지· 관리에 치러야 할 환경비용이 만만치 않다. 세계 최초의 조력발전소가 프랑스의 랑스강 하구에 건설된 1966년 이후 40여년이 지나도록 시화호 조력발전소를 제외하고는 아직 어느 나라도 상업적 조력발전소를 건설하지 않고 있다. (서울대학교 지구환경과학부 이창복 교수, 2011.10.02.) 시화호는 간척사업으로 파괴된 생태계를 조력발전을 통해 복구한 사례로 이 항목과는 무관하며, 환경에 긍정적인 평가를 이끌어낸 거의 유일한 경우이다. 상업적 조력발전소라 할 만한 것은 시화호 254MW, 프랑스 랑스 240MW 정도이고, 이 밖에 캐나다 아나폴리스 20MW, 중국 3.2MW, 러시아 키스라야구바 0.4MW 정도가 있다. 환경 측면에서 선택하기 어려운 방식이 아닐까 한다.
지열발전은 땅속 온도가 200도 가까이 되는 깊이까지 관정을 뚫고 이를 이용해 물을 끓인 다음 이때 발생한 증기로 발전하는 방식이다. 화산지대에서는 매우 효율적인 발전방식이지만 우리나라와 같은 비화산지대에서는 발전에 필요한 충분한 열원을 확보하기가 쉽지 않다. 결국 땅속으로 내려갈수록 온도가 증가하는 지하증온율을 기대할 수밖에 없는데, 한반도 대부분이 지질연대가 매우 오래되었기 때문에 그것도 한계가 있다. 따라서 지열발전이 가능한 지역은 그나마 여건이 나은 신생대 지층이 분포하는 포항을 중심으로 하는 한반도 남동부나 제주도 정도에 한정된다. 발전에 필요한 온도를 얻으려면 수 km 깊이까지 관정을 뚫어야 한다. 경북 포항에 2011년부터 국책사업으로 지열발전소 개발을 추진해오고 있다. 2012년 9월에 관정굴착을 시작해서 2015년 12월에 깊이 4,348미터 주입정(注入井) 굴착을 마치고 2016년 11월에 깊이 4,362미터 생산정(生産井) 굴착을 마쳤다. 온도는 174도로 지표까지 올라오면 160도 정도 유지할 수 있어 상업발전이 가능할 것으로 기대하고 있다. 다른 신재생에너지는 대체로 간헐전원인데 반해 지열발전은 연속발전이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 아래 그림에서 보는 바와 같이 지역도 한정 되어 있고 관정깊이가 4km를 넘어 과연 신재생에너지의 한 축을 담당할 수 있을지 의문이다. (관정깊이가 4km라는 것은 우리 같은 전문가에게도 어마어마한 규모이다.)
이밖에도 땅속 일정 깊이의 항온성(恒溫性)을 이용해 열교환기로 에너지를 회수해 발전하는 방식도 있다. 이 경우 지역에 제한을 받지 않고 관정심도가 100~150미터 남짓하기 때문에 큰 어려움은 없다. 그러나 규모를 키우기 어렵고, 시간이 지나면서 발생하는 열오염으로 효율이 떨어지기 때문에 상업용 대안은 되지 못한다.
바이오매스나 WTE는 소각열을 이용한다는 점은 같으나 바이오매스는 발전을 목적으로 소각하는데 반해 WTE는 폐기물처리의 한 방편인 소각처리과정에서 발생하는 폐열을 이용한다는 점이 다르다. 이곳 사우디에서 몇 년 전부터 WTE 사업을 추진하고 있다. 시설의 장점을 설명하려니 에너지 다원화를 추구하는 사우디 정부 정책에 편승하느라 발전에 초점을 맞추지 않을 수 없는데, 그러다 보니 꼬리가 몸통을 흔드는 격이 되었다. 폐열을 재활용하는 것이 어떻게 덤 이상이 될 수 있을까. 바이오매스는 국내생산이 제한적이기 때문에 수입에 의존해야 하는데 이 중 크게 비중을 차지하는 우드펠릿은 연소과정에서 미세 먼지를 유발하는 질소산화물을 배출하며 휘발성 유기화합물인 벤젠도 나온다. 이밖에도 바이오매스나 WTE 모두 연료로서 효율이 화석연료보다 떨어져 화석연료보다 이산화탄소를 오히려 더 많이 배출하니 친환경과는 거리가 멀어 발전방식으로는 적절치 않다. 다만 WTE는 폐기물 처리가 불가피하니 없앨 수는 없고 폐열을 재활용하는 정도로 여기면 되겠다.
결국 우리나라에서 적용 가능한 신재생에너지로는 태양광과 풍력 정도가 아닐까 한다. 다음 장에서 우리나라의 태양광과 풍력 입지여건이 어떤지 살펴보겠다.
♣ 2017.09.17
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탈원전 13, 태양광발전 여건
박인식추천 0조회 8717.09.20 21:29댓글 0
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태양광 발전 여건으로는 무엇보다 일사량이 중요하다. 국가지표체계 자료에 따르면 2008~2016년 연간 일조량이 2,018~2,434시간으로 하루 평균 5.5~6.7시간이다. 그러나 해가 떠 있다고 해서 태양광이 그대로 발전으로 이어지는 것은 아니다. 그늘, 먼지, 구름, 적설 등의 영향도 있고, 환경오염도, 모듈 표면온도(25도 이상이면 발전효율 감소), 모듈연결배선 상태, 인버터 평균효율 등도 발전 효율에 마이너스 요인으로 작용한다. 이를 나타내는 지표를 ‘종합효율계수(K)’라고 하는데, 일반적으로 0.7을 적용한다. 다시 말해 하루 일조시간은 5.5~6.7시간이라 하더라도 실제 발전으로 이어지는 일조시간은 하루 평균 3.8~4.7시간에 불과하다. 이러한 수치는 모듈 구조물이 정남향으로, 경사도 30도, 구조물 간격을 최적으로 유지할 경우의 값이므로 일반적으로 태양광발전 수익분석에는 하루 평균 3.4~3.8시간을 적용한다. 태양위치에 따라 태양광 패널이 움직이는 ‘추적식’의 경우 일조시간을 늘릴 수 있지만 추가되는 비용으로 인해 경제성이 오히려 떨어진다.
이러한 국내 발전여건은 태양광발전이 활성화 되어 있는 나라에 비해 매우 불리하다. 국내에서 최고 효율을 자랑하는 영월 태양광발전소는 ‘추적식’을 사용함에도 불구하고 하루 발전시간이 4.2시간에 불과한데 반해 미국 Topaz Solar Farm이 들어선 미국 캘리포니아는 인근 애리조나 일대와 함께 하루 발전시간이 6시간이 넘는다. 하루 발전시간이 3.5시간이라는 것은 태양광발전 설비이용률(24시간 가동했을 때 발전량 대비 실제 발전량)이 15%에 불과하다는 것이므로, 하루 발전시간이 6시간으로 설비이용률이 25%에 이르는 캘리포니아에 비해 한국의 발전효율이 40% 이상 낮다. 이 뿐 아니라 태양광의 질(質)에서도 차이를 보인다. 한 시간에 1평방미터에 내리쬐는 일사량은 한국은 985kWh이지만 미국은 1,400kWh에 달한다. 참고로 설비이용률은 미국 21%, 중국 17%이다. 그나마 한국의 설비이용률은 2008년에 10% 밑으로 떨어졌다가 2011년에 15%를 웃도는 등 들쭉날쭉해서 시스템을 안정적으로 가동하기도 어렵다. 참고로 원전 설비이용률은 80년대까지 70% 수준에 머물다 90년대에 80%에 진입하였으며, 2000년 이후 연속해서 90% 이상 유지하고 있다. 이는 같은 발전량을 생산하기 위해서 태양광(설비이용률 15%)의 설비규모는 원자력(설비이용률 90%)의 6배가 되어야 한다는 뜻이다.
태양광 설비에 소요되는 면적도 큰 부담이다. 발전방식에 따른 소요면적이 통계마다 들쭉날쭉해 비교가 어려우니 2008년 태양광발전사업을 검토할 때 확보한 자료를 기준으로 살펴보겠다. 아래 사진은 사업검토 당시 견학한 영광 Solar Park로, 원전 6기(6GW)를 운전하고 있는 영광원전 뒤편에 3MW 규모의 태양광발전소를 건설하였다. 사진에서 보는 것처럼 시설용량 기준으로 MW당 원전은 230m^2인데 비해 태양광발전소는 이의 90배가 넘는 21,600m^2에 이른다. 이 차이는 위에서 언급한 설비이용률을 고려할 경우 540배로 늘어난다.
실제 예를 들어보겠다. 설비이용률이 90%인 원전 1GW의 1년 발전량은 7.9TWh이며 (1GW*21.6시간*365일) 이에는 땅이 0.23km^2가 필요하다. 설비이용률이 15%인 태양광으로 1년 동안 7.9TWh 발전량을 얻으려면 시설용량이 6GW가 되어야 하며 (7.9TWh/3.6시간/365일=6GW), 이에는 땅이 129.6km^2가 필요하다. 여의도 면적이 (제방 안쪽 기준) 2.9km^2이니 태양광으로 1GW 규모 원전의 동일기간 발전량만큼 전력을 생산하자면 여의도 45배에 달하는 땅이 있어야 한다는 말이다. 계산해놓고 나니 숫자가 너무 엄청나서 몇 번이고 다시 계산해봤다. 그리고 129.6km^2라는 게 도대체 얼마나 큰 건지 찾아보니 서울(605km^2)의 무려 21%에 해당하는 넓이더라. 어이가 없다. 이는 서울 전체를 태양광패널로 뒤덮어 발전한다 해도 영광원전 6기 전체가 생산하는 전력량에도 미치지 못한다는 말이 아닌가 해서 말이다.
물론 이는 영광원전과 영광 Solar Park 사례를 기준으로 살펴본 것이고, 다른 사례를 기준할 경우 이와 다른 값이 나올 수는 있겠지만, 계산한 숫자가 믿어지지 않아 다시 확인해야 할 만큼 엄청난 땅이 필요한 사실은 달라지지 않지 않겠나. 이밖에도 태양광 발전량을 첨두부하를 감당할 목적으로 사용한다면 이런 산술적인 비교는 의미가 없다는 반론이 있을 수 있겠다. 그것도 일리 있는 지적이다. 태양광 발전량을 첨두부하용으로 사용한다면 말이다. 그런데 정부 정책은 발전방식을 (태양광과 풍력이 주를 이루는) 신재생에너지 중심으로 개편한다는 것이 아닌가.
결국 신재생에너지가 기저부하를 감당하려면 설비이용률이 낮은 만큼 시설용량이 몇 배로 늘어나야 하겠고, 시설용량을 그대로 유지하자면 첨두부하 정도 감당할 수 있을 것이니 소요 면적 하나만으로 보더라도 신재생에너지 중심의 개편이 과연 가능한 일일까 싶다.
어제 문 대통령이 미국 뉴욕에서 열린 유엔 기후변화 주요국 기후변화 주요국 정상급 대화에서 2030년까지 신재생에너지 발전량을 20%까지 높이겠다고 밝혔다. 대통령이 어떻게 세세한 내용을 알 수 있겠나만, 이처럼 조금만 자세히 들여다봐도 비현실적이라는 걸 금방 알 수 있는 계획을 어떻게 국가 에너지대계의 기본골격으로 삼을 수 있는지 의아하기 이를 데 없다.
♣ 2017.09.20
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탈원전 14, 태양광발전의 경제성
박인식추천 0조회 38017.09.24 21:43댓글 0
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2007년, 열악해지는 사업여건을 타개하기 위해 태양광사업에 진출하기로 결정했다. 신규사업 진출을 결정하고 얼마 되지 않아서 태양광 패널 제조업체에서 발주한 10MW 규모의 보성 태양광발전소 건설사업에 참여할 기회를 얻었다. 새로운 분야에 진출하는 일은 언제나 막막하기 마련인데 다행히 한국수력원자력에서 운영 중인 3MW 규모의 영광 Solar Park와 한국남동발전에서 운영 중인 1MW 규모의 영흥 태양광발전소를 견학하고 관련 자료를 얻을 수 있어 큰 도움이 되었다.
입찰을 준비하다 보니 주요자재인 태양광 모듈 값이 사업비의 70%가 넘는데다가 그마저도 발주처에서 제공하는 조건이어서 이 사업으로 얻을 것이 별로 없어 보였다. 태양광발전소는 지지대에 모듈을 설치하고 모듈을 통해 태양광 에너지로 전기를 생산하는 매우 단순한 시설이다. 어차피 모듈 생산에 뛰어들 상황은 아니었으니 우리가 참여할 부분은 설계와 시공에 국한되었다. 시설이 단순하니 설계에 특별한 기술이 필요한 것도 아니고 시공이라고 해봐야 부지를 조성하고 지지대를 설치하는 정도에 불과하니 결국은 가격 싸움이 될 것이 뻔해 보였다. 이런 사업을 회사의 성장동력으로 삼을 수는 없는 일이어서 보성 사업 입찰에 한 번 참여하는 것으로 태양광사업 진출을 접었다. 그 당시 태양광발전소 건설비가 MW당 70억 원 정도였다. 이후로 주요자재인 태양광모듈의 값이 하루가 다르게 떨어져 이제는 15억 원 선까지 내려온 것으로 알고 있다.
기술이 발전하면 시설공사비는 줄게 마련인데 이는 1) 공정이 최적화 되고 자재비가 떨어지기 때문이거나, 2) 시설의 효율이 향상되어 시설 절대 규모가 줄어들기 때문이다. 이와 같은 두 가지 관점에서 기술발전에 따른 태양광발전 시설공사비 변화추이를 살펴보겠다.
첫째, 공정이 최적화되고 자재비가 떨어지는 경우
2008년 무렵 MW당 시설건설비는 70억 정도였는데, 그 중 70% 정도가 모듈 값이었다. 태양광발전소 시설은 매우 단순하다. 기술이 발전한다고 해서 가격이 떨어질 만한 요인이 없다는 말이다. 1MW 규모 영흥 태양광발전소의 경우, 전체 공사비는 72억으로 모듈 자재비 49억(68%), 지지대 및 인버터 설치비 9억(12.5%), 전기공사 4억(5.6%), 토목공사 4.7억(6.5%), 기타비용 5.3억(7.4%)으로 이루어졌다. 이 중 모듈 자재비를 제외하고는 기술이 발전한다고 해도 줄어들 여지가 거의 없다. 결국 태양광발전 시설공사비는 모듈 값에 의해 좌우된다.
앞서 이야기한 대로 그동안 태양광모듈 가격이 가파르게 떨어졌으며 그로 인해 시설건설비가 MW당 70억에서 15억(21%)까지 떨어진 것이다. 그렇다면 모듈 자재비가 더 떨어지면 시설건설비도 떨어질 것으로 기대할 수 있을까? 나는 그게 불가능할 것으로 생각한다. 영흥 태양광발전소의 시설건설비 구조를 인용할 경우, 모듈 자재비가 무상에 가까운 수준까지 떨어지고 나머지 항목 전체가 70%선으로 떨어져야 70억이 15억으로 내려올 수 있다. 말하자면 이미 더 떨어질 수 없는 수준까지 내려온 것이니, 마른 수건을 쥐어짜서 지금보다 다소 낮출 수 있을지는 모르겠지만 그것도 의미 있는 정도는 아닐 것으로 생각한다.
둘째, 시설 효율 향상으로 시설 절대 규모가 줄어들 경우
시설 효율은 어떤 조건보다도 사업비에 크게, 직접적으로 영향을 미친다. 간단하게 말해서 효율이 2배라면 시설은 반만 있으면 된다. 땅도 반만 필요하고, 지지대나 인버터도 반만 있으면 된다. 결국 전체 사업비도 거의 반 정도만 들면 되는 것이다. 그러니 효율을 늘린다는 건 공정을 개선하거나 자재비를 낮추는 것과 비교할 수 없을 만큼 큰 영향을 미친다.
태양광 중에서 실제로 전력생산에 사용할 수 있는 빛은 에너지가 비교적 높은 단파장대의 빛이다. 이는 광전효과를 응용하는 태양광발전의 특성상 어쩔 수 없는 숙명이다. 소재에 따라서는 최대 발전효율을 40%까지 올릴 수 있다고는 하지만, 비싸고 구하기 어렵다. 그래서 소재를 구하기 쉽고 값싼 실리콘을 주재료로 사용하고 있다. 실리콘을 이용한 태양광발전의 이론적인 최대효율은 29%이다. 우리나라와 선진국, 심지어 중국까지 효율을 22~25% 정도로 올리고 있다. 2000년 초반에는 이 효율이 14% 선에 머물렀으며, 그 이후 20여년 가까이 세계적인 노력에 힘입어 10% 이상 효율이 향상된 것이니 사용제품으로서는 이제 한계치에 다다른 것으로 보아야 한다.
태양광 패널 표면에서 태양광 반사에 의한 빛 손실도 효율에 직접 영향을 미치는데, 반사손실을 막기 위한 무반사코팅(Anti Reflective Coating) 기술은 2차 세계대전 무렵에 이미 투과율 96%를 달성했고 현재는 목표로 하는 특정 파장대에서는 투과율이 99.9%까지 도달해 있다.
결국 공정 최적화나 자재비 인하, 또는 기술개발로 시설건설비를 낮추는 것은 더 이상 기대하기 어려울 것으로 보인다. 이런 점을 감안할 때 앞으로 태양광발전 기술이 비약적으로 향상됨에 따라 태양광발전 단가 또한 낮아지고, 결국 원자력을 포함한 기존 방식의 발전단가와 같아지는 Grid Parity에 곧 도달한다는 주장이 어떻게 가능한지 모르겠다. 원자력이라고 해서 기술발전도 꾀하지 않고 손 놓고 놀 것도 아니고.
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탈원전 15, 풍력발전 여건
박인식추천 0조회 18917.10.09 04:08댓글 0
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사우디에 부임한 이듬해인 2010년에 한국남동발전과 함께 풍력발전을 검토한 일이 있다. 여건이 맞지 않은 것을 확인하고 오래지 않아 사업을 접었다. 사우디 정부에서 신재생에너지를 추진하겠다는 방침을 밝히기는 했지만, 그때까지 구체적인 추진계획이 세워지지도 않았고 신재생에너지 사업성을 좌우하는 보조금에 대해서는 생각조차 해보지 않은 것 같았다. 당시 만났던 사우디전력공사 부사장은 자체적으로 신재생에너지를 추진할 계획은 없고, 정부가 결정한다면 그때 검토해보겠다는 입장이었다. 검토 당시 경제성을 확보할 수 있는 임계풍속을 초속 6m로 봤을 때, 이를 상시 초과하는 지역은 리야드 서남부 지역이 유일했다. (Saudi Energy Atlas) 다란, 얀부, 지잔 등지에서 여름철 오후 시간에 이를 초과하고 있어 여름철 오후 시간의 첨두부하를 감당할 수 있을 것으로 판단했다. 사우디 정부에 신재생에너지 정책이 있는 것도 아니었고 보조금은 더욱 생각하기 어려운 상황이어서 바로 사업을 접기는 했지만, 이런 결과를 고려할 때 풍력이 기저부하를 담당하는 것이 불가능할 것으로 판단했다.
태양광발전은 나름대로 사업성검토까지 해본 일이 있고 자료도 쉽게 얻을 수 있었지만 풍력발전은 아는 것이라 해봐야 임계풍속 정도에 불과하니 검색으로 얻을 수 있는 자료에 의존할 수밖에 없었다. 아쉽게도 태양광발전에 비해 사례도 많지 않고 자료도 충분치 않았다. 아는 것도 없고 자료도 얻기 어렵다 보니 적지 않게 공을 들였는데도 풍력발전에 대해 쓸 엄두를 내지 못했다. 하는 수 없이 태양광발전을 검토한 방식을 따라 발전효율, 소요부지면적, 건설운영비용 순서로 살펴보기로 했다.
풍력발전의 타당성과 경제성을 결정하는 가장 중요한 요소는 풍속이다. 풍력에너지는 풍속의 세제곱에 비례하기 때문에 풍속이 미세하게 차이 나더라도 풍력발전량은 크게 차이난다. 풍속(초속)은 풍력터빈이 위치한 높이 80미터를 기준으로 (발전용량 2~3MW 기준) 7등급으로 나눈다. (1등급 5.9m 이하, 2등급 5.9~6.9m, 3등급 6.9~7.5m, 4등급 7.5~8.1m, 5등급 8.1~8.6m, 6등급 8.6~9.4m, 7등급 9.4m 이상) 일반적으로 4등급 이상을 풍력발전 적지로 판단해왔지만 기술이 발전하고 시설이 대형화함에 따라 3등급 지역도 유망지역으로 분류하며, 최근에는 2등급 지역으로 확대되고 있다. 다시 말해 기술발전이나 시설대형화를 고려한다 해도 풍속이 최소 6m는 되어야 한다는 것이다. [강금석, 해상풍력 개발동향 및 토목기술의 역할, 2009.5]
기상청 풍력자원지도에 따르면 우리나라에서 평균풍속이 가장 높은 곳은 미시령으로 8.4m였다. 임계풍속인 6m를 넘는 지점은 상위 38개 지점에 불과했는데 이 마저도 미시령, 무등산, 향로봉, 설악산, 덕유산과 같은 산지나 마라도, 홍도, 진도, 백령도, 소청도 같은 섬에 국한 되었다. 임계풍속은 자료마다 다르기는 하지만 6m가 넘어야 한다는 데는 큰 이견이 없다. 결국 풍속이 6m는 되어야 한다는 점, 기상청 자료에 따르면 이 조건을 만족시키는 지역은 산지나 섬에 국한된다는 점을 고려할 때 우리나라의 풍력발전 입지 여건은 매우 불리한 것으로 보인다. 참고로 독일은 풍력발전 설비용량이 50GW로 유럽 전체의 32.5%를 차지하며 지난해 풍력으로 전체 전력의 11.9%를 생산했는데, 이는 북해에서 불어오는 평균 초속 10m의 질 좋은 바람이 있었기 때문이다. 영국·네덜란드·덴마크도 이런 강풍을 조건으로 풍력 강국으로 성장했다.
BP: Statistical Review of World Energy 2013에 발표된 17개국의 최근 5년 평균 설비가동률(발전효율, Wind Load Factor)은 22.7%이며 [그림 참조], 강원도 용대리 풍력발전소의 경우 건설 당시인 2013년 실시한 타당성조사에서는 이를 18%로 예측하였으나 실제로는 10%에 머물렀다. 바람이 많다는 제주도 동북부 해안가의 풍력발전단지에서도 북서풍이 줄기차게 부는 겨울철에야 15% 정도 올라간다. 일부 발표 자료에서 설비가동률을 25%로 언급하고 있기는 하지만, 우리나라 사례와 BP 자료를 감안할 때 설비가동률은 20~25% 정도일 것으로 보인다. 태양광 15%에 비하면 효율이 높은 편이기는 하지만 원자력발전 90%에 비하면 격차가 매우 크며, 이 마저도 임계풍속을 만족시킬만한 지역이 극히 한정되어 있다는 점을 감안할 때 과연 풍력발전이 기저부하를 감당할 수 있을까 하는 의문을 떨칠 수 없다. 최근 들어 육상풍력발전의 낮은 효율을 개선할 수 있는 대안으로 해상풍력발전이 고려되고 있다. 해상풍력발전의 경우 풍력발전기가 최적의 간격과 최적의 방향으로 설치되었을 경우 설비가동률이 31~33%에 이른다. 육상풍력발전효율보다 50%나 높은데, 문제는 이와 같이 높은 효율이 해상풍력발전의 높은 건설유지비용을 상쇄할 수 있는가 하는 것이다.
태양광발전은 부지를 전용으로 사용하는데 반해 풍력발전은 시설 아래를 농경지나 목초지로 사용하는 게 아닌가 싶다. 독일에 자주 갈 일이 있어 비록 멀리서나마 풍력발전시설을 꽤 봤는데, 시설이 들어선 부지를 공터로 남겨놓는 것 같지는 않았다. 그러니 소요면적을 부지를 전용으로 사용하는 태양광발전과 같이 평가하는 건 적절치 않아 보인다.
아무튼 ‘국내 풍력단지의 풍력터빈 용량밀도와 이격거리 산정’ 논문에 따르면 풍력터빈 간 이격거리(wind turbine spacing)는 주(主)풍향 방향으로 최소 블레이드 직경(D)의 7배, 그 직각방향으로 5배를 권장하고 있다. 독일에서는 주(主)풍향 방향으로 5배, 그 직각방향으로 3배를 권장하고 있기도 하고, 대와류모사(大渦流模寫, Large Eddy Simulation) 결과에 따라 최소이격거리가 15배가 되어야 한다는 주장도 있다. [김현구 외, 풍력에너지저널, 2016] 위의 논문에서 제안한 적정 이격거리를 기준으로 할 경우 3MW 규모 풍력발전에 필요한 면적은 블레이드 직경을 100m로 볼 경우 0.35km^2에 이르는데, 이는 GW당 116km^2에 해당한다. 여기에 원자력 발전효율(90%)과 풍력 발전효율(20%)의 차이까지 고려하면 무려 525km^2에 이른다. 참고로 같은 용량을 태양광으로 발전할 때 필요한 면적이 129.6km^2이고 서울 면적이 605km^2이다.
그것 뿐 아니라 풍력발전 부지에는 상당한 제약이 따른다. 산지관리법에 따르면 사면의 가장 높은 봉우리의 중심점으로부터 수평거리 50m 이상 떨어져 있어야 하고, 주거시설 및 학교로부터 1.5km, 사육시설로부터 1km 떨어져야 할 뿐 아니라 백두대간보호법, 군사기지ㆍ시설 보호법의 제약을 받으며, 야생생물보호구역·국립공원 등 법정보호지역에서는 시설 설치 자체가 불가능하고, 생태자연도 1등급 지역에서도 조건부로 일부 허용할 뿐이다. 따라서 능선부에 조성해야 하는 풍력발전소 입지 특성을 고려할 때 과연 필요한 부지를 확보하는 게 가능할까 싶다.
어렵게 부지를 찾아도 주민 반발을 극복해야 한다. 인근 주민들은 소음 공해에 시달리고 있으며 풍력발전소 그림자가 집안 내부로 비쳐서 생활불편을 겪기도 한다. 영암군과 신안군 주민을 대상으로 조사한 결과 인근 지역 주민은 수면장애, 이명, 어지럼증 등을 호소하고 있으며 풍력발전 소음에 대해 가까이 있는 사람뿐 아니라 멀리 떨어져 있는 사람도 불편을 느끼고 있다고 밝혔다. 한국환경정책평가연구원(KEI)이 2011년 발표한 ‘풍력발전시설에서 발생하는 환경소음 및 저주파음에 관한 연구’를 기준으로 이격거리가 정해진다면 국내에서 육상풍력을 추진할 수 있는 입지는 상당히 줄어들 것으로 보인다.
풍력발전시설을 건설하는 것도 쉬운 일이 아니다. 질 좋은 바람을 확보하기 위해 대체로 능선에 건설하는데, 이를 위해서 산비탈을 깎아 도로를 내고 송전시설도 건설해야 한다. 건설용 진입도로로 인해 산사태의 취약성이 가속화되기도 한다. 여름철 국지성 호우가 올 때마다 대규모 산사태가 반복되는 것은 단순히 비의 양이 많아서가 아니라 이러한 개발사업으로 인한 산림훼손도 큰 이유이다. 이와 같은 부지제약조건도 해결하고 설비가동률도 향상시킬 수 있는 대안으로 떠오르는 해상풍력발전에 대해 다음 장에서 살펴보겠다.
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탈원전 16, 해상풍력발전 여건
박인식추천 0조회 7817.10.11 04:08댓글 0
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앞에서 살펴본 바와 같이 우리나라는 육상풍력발전 입지여건이 매우 불리하다. 풍력발전에 필요한 임계속도를 확보할 수 있는 곳이 산지나 도서지방에 국한 되어 있으며, 그나마도 산지는 각종 개발제한조건 때문에 부지 확보가 더욱 어렵다. 이에 대한 대안으로 풍속이 높고 부지 확보가 비교적 용이한 해상풍력발전을 고려할 수 있다.
풍력터빈을 해상에 설치하기 위해서는 수중 지지구조물이 필요하기 때문에 수심이 경제성에 직접적인 영향을 미친다. 고정식 기초는 시공성이 검증된 상태이기 때문에 수심이 얕을 경우 경제적이지만 수심이 깊어지면 경제성이 급격히 악화된다. 반면 부유식 기초는 수심의 영향을 덜 받기 때문에 해안에서 멀리 떨어진 곳에 설치할 수 있지만 기술개발 수준이 낮고 시공성이 입증되지 않아 실제로 적용하기까지 시간이 많이 걸릴 것으로 보인다.
현재 기술 여건으로는 수심 5~20m가 해상풍력지점으로 가장 적절하며, 수심 20~30m는 기술적으로 가능하고, 고정식 기초가 가능한 한계를 수심 50m로 보고 있다. 또한 해안 환경(경관) 및 생태계 보호와 같은 사회적 환경적 측면을 고려할 때 연안으로부터 0~10km 떨어진 해상면적 중 4%, 10~50 km 떨어진 해상면적 중 10% 정도가 개발 가능할 것으로 판단된다. 이 지역 중 수심 30m 이내, 풍속 3등급 이상 되는 면적을 산출하고 단위면적 당 풍력터빈 설치용량을 고려해서 개발가능 용량을 산정하면 수심 0~30m 구간의 최대 설치용량은 12.9GW로 추정된다. 지지구조물의 경제성을 고려하여 수심 5~20m 구간으로 한정할 경우 최대 설치용량은 3.9GW에 불과하다. 참고로 국내에서 개발 중인 3MW 터빈(허브 높이 80m, 블레이드 직경 91.3m)을 10D*5D로 배치할 경우 단위면적 당 설치용량은 4.92MW/km2이다. [강금석, 해상풍력 개발동향 및 토목기술의 역할, 물과 미래, 2009.5]
해상풍력의 설비가동률은 30% 수준으로 육상풍력발전 설비가동률의 1.5배에 이르지만 원자력 설비가동률 90%의 1/3에 불과하다. 만약 해상풍력발전을 첨두부하가 아니라 기저부하로 사용할 계획이라면 동일한 발전량을 얻기 위해서는 해상풍력 시설용량이 원전 시설용량의 3배가 필요하다는 말이다. 그러니 이 경우를 가정하여 우리나라의 해상풍력 최대 시설용량을 원전 시설용량으로 환산할 경우, 수심 0~30m 구간으로 확대하면 원전 3기(4.3GW), 수심 5~20m 구간으로 한정하면 원전 1기(1.3GW)를 대체할 수 있는 수준이다.
해상풍력은 풍속이 높아 설비가동률이 높고 부지확보가 쉽기는 하지만 수중 지지구조물과 해상작업의 어려움 때문에 이러한 장점이 경제성으로 이어지기 어렵다. 또한 해상변전소 및 송전을 위한 해저케이블 또한 비용이 만만치 않다. 따라서 육상풍력은 건설비 중 발전설비 80%, 시설설치 20% 정도인데 반해, 해상풍력은 발전설비 60%, 전력망연계시설 설치 22%, 지지구조물 설치 18% 정도로 시설설치가 40%에 이른다.
해상공사의 어려움은 겪어보지 않으면 모른다. 해상공사에서는 예정공정이라는 것이 육상공사처럼 큰 의미가 없다. 공사에 사용하는 플랫폼이 공사규모에 따라 차이가 나기는 하지만, 파고가 1m만 넘어도 플랫폼을 이동하거나 설치하는 것이 불가능하다. 오래 전에 월성원자력 해저취배수터널 설계를 위해 해상시추를 한 일이 있었다. 실 작업일이 5일에 불과했는데 이를 마치는 데 110일이 걸렸다. 파도 때문에 설치한 플랫폼이 무너져 조사장비를 모두 수장시켰을 뿐 아니라 플랫폼 인양 복구로 인해 엄청난 손실을 입었다. 그 이후 서해안에서 해상시추를 할 때는 투입하기로 한 플랫폼이 선행 조사가 날씨 때문에 엄청 지연되어 몇 달 늦게 투입이 되는 바람에 크게 어려움을 겪기도 했다. 파고 1m면 플랫폼 이동이며 설치가 불가능하고 플랫폼에 통선을 대기도 어려운데, 멀리서 보면 잔잔하기 이를 데 없다. 더구나 해상풍력과 같이 수심 수십m에서 지지구조물을 설치하는데 겪어야 할 어려움은 일반인은 짐작조차 하기 어렵다.
해상풍력은 사람에게 직접 영향을 미칠 가능성이 줄기는 했지만 환경에 미치는 영향은 여전하거나 더 다양해질 것이다. 해양은 해수면 위는 물론 수면 아래 해양 환경, 즉 해류나 조류, 어류나 해양포유류 등에 다양한 방식으로 영향을 미치기 때문이다. 또한 이러한 변화는 육상환경에 비해 파악하기 어렵기 때문에 정확히 감지되지 않거나 무시되기 쉽다. 수중 지지구조물과 해저 송전케이블 설치로 인해 해저환경이 교란되고, 안전 문제 때문에 시설 주변의 어업활동이 금지될 가능성이 높다. 시설물의 해저부분 표면에 생물이 부착하거나 녹이 슬어 오손을 입기 쉽기 때문에 방오도료(防汚塗料)를 칠하는데, 이에 유해성이 확인되어 유기주석(TBT, Tri-Butyl-Tin) 성분이 포함된 방오도료는 국제협약으로 사용을 금지하고 있다. 네덜란드에서는 어떤 화학물질도 해상풍력발전시설의 방오도료로 사용하지 못하도록 규제하고 있기도 하다. 방오도료는 시설물 주변 해역의 생물 뿐 아니라 해류를 따라 흘러내려 가면서 넓은 영역에 있는 생물에게 악영향을 끼칠 수 있다. 물론 악영향만 있는 건 아니다. 수중에 설치하는 지지구조물이 인공어초와 특별히 다르지 않기 때문에 바다 생물에게 새로운 서식처를 제공한다. 또한 풍력단지에는 어업활동이 금지되기 때문에 생물종이 다양화하고 증가하는 긍정적인 효과도 있다. [신철오 외, 해상풍력발전의 환경적 경제적 영향 분석, 한국해양수산개발원, 2011.12]
해상풍력은 우리나라에 아직 설치된 사례가 없기 때문에 어쩌면 이러한 평가는 탁상공론에 불과할지 모른다. 다만 어림짐작으로 해양풍력이 육상풍력의 대안이 되지 않을까 하는 기대와는 달리 발전량 대체효과가 최대 원전3기에 불과할 것이라는 점은 시사하는 바가 크다. 사례가 없으니 경제성도 살펴볼 수 없었다. 참고로 앞서 인용한 미국 에너지정보청(USEIA)의 균등화 발전원가(LCOE, Levelized Cost Of Electricity)에 따르면 해상풍력은 MWh당 157.4달러로 육상풍력 63.7달러의 2.5배에 달한다.
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탈원전 17, 신재생에너지의 간헐성
박인식추천 0조회 9117.10.23 22:12댓글 0
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태양광과 풍력으로 대표되는 신재생에너지는 기상조건에 영향을 받기 때문에 발전량이 간헐적이다. 발전량의 변동성이 높다는 말이다. 또한 기상조건은 정확하게 예측하기 어렵기 때문에 불확실성 역시 높다. 이와 같은 이유로 발전량의 간헐성(intermittency)이 증가하면 전력망이 따라서 변동한다. 즉 신재생에너지 발전량이 출렁거리면 이를 뒷받침하는 나머지 기저발전소의 발전량도 따라서 출렁거리게 된다는 말이다. 이렇게 되면 전력망 안정성에 큰 부담이 될 뿐 아니라 심각한 경우에는 전력 계통이 붕괴될 수도 있다.
예를 들어보자. 기상여건 때문에 신재생에너지 발전량이 급격하게 줄어들었는데 공교롭게 전력 최대수요 구간과 겹칠 경우, 이를 받쳐줄 화력발전소가 가동되는 사이에 전력망이 마비될 수 있다. 반대의 경우도 심각하기는 마찬가지이다. 기상여건이 나쁠 것으로 예상해서 화력발전소 발전량을 늘렸는데 예상과 달리 기상여건이 좋아지면 발전량이 넘치게 되고, 이 넘쳐나는 전력은 어디 다른 곳으로 가는 게 아니기 때문에 송전망과 기존 발전소에 심각한 부담을 주며, 최악의 경우 발전소가 자기보호를 위해 셧다운 해버리는 결과를 초래할 수 있다.
이러한 이유 때문에 일본에서는 2014년 9월부터 오키나와 전력을 포함한 5개 전력회사가 기업에서 생산하는 태양광 전력을 더 이상 사들이지 않겠다고 선언했다. 발전량이 들쭉날쭉해서 수급을 맞추기 어려운 것은 차치하고라도, 앞서 언급한 바와 같이 전국으로부터 같은 시간대에 태양광 발전량이 집중해서 유입되는 까닭에 과부하가 일어났으며, 이 때문에 대규모 정전이 우려되었기 때문이다. 이 때문에 아베 총리는 ‘원전 제로’에서 ‘원전 재가동’으로 에너지 정책을 전환해야만 했다.
전력망 안정성은 주파수로 나타나는데, 주파수가 안정적이지 않으면 전기로 생산하는 제품의 품질이 낮아진다. 컴퓨터 부품 같은 경우 정밀도가 떨어지는 것이다. 요즘처럼 4차 산업혁명과 같은 전기 중심 사회로 가고 있는 상황이라면 전기 품질이 매우 좋아야 하는데, 전기 품질이 낮아진다면 우리처럼 전기전자와 같은 정밀산업 비중이 높은 나라에서는 그만큼 산업 경쟁력을 잃을 수밖에 없다. 이런 이유로 유럽에서는 신재생에너지가 발전량의 20% 정도 차지하고 있으며, 미국에서도 이 정도를 신재생에너지 한계치로 보고 있다.
앞서 언급했다시피 태양광과 풍력은 기상여건에 따라 사용하거나 저장할 수 없을 정도로 발전량이 집중되는 시간대가 있는데, 이럴 경우 독일에서는 먼저 기저발전소의 발전량을 줄이고, 그래도 남는 부분은 수출로 해결하고 있다. 유럽 국가들은 전력망이 서로 연계되어 있어 전력 수출과 수입이 자유롭기 때문에 이런 경우에 융통성을 발휘할 수 있다. 우리나라는 전력망이 고립되어 있기 때문에 이런 융통성을 발휘하는 것이 원천적으로 불가능하며, 따라서 발전량이 부족하면 전력예비율이 떨어져 어려움을 겪고, 발전량이 남으면 저장설비를 갖추지 않는 한 버릴 수밖에 없는 구조라는 말이다.
또한 발전량이 부족할 경우를 대비해 전력예비율을 높게 유지해야 하는 문제도 발생한다. 신재생에너지 비중이 40%를 넘는 독일은 전력설비 예비율이 130.7%에 달한다. 참고로 우리는 제8차 전력수급기본계획에 전력설비 예비율을 20%로 설정하고 있다. 독일은 높은 전력설비 예비율에도 불구하고 올해 초 ‘블랙아웃’ 직전까지 몰렸다. 흐리고 바람이 없는 날이 길어지면서 태양광과 풍력 발전량이 평소의 1/6로 떨어졌기 때문이다. 이런 문제 때문에 신재생에너지 비중을 높이고 있는 국가들은 화력발전소를 예비설비로 남겨두고 있다.
우리나라에서는 신재생에너지 보완설비로 변동하는 발전량에 즉각 대응할 수 있는 천연가스 화력발전소를 운영하고 있다. 보완설비가 충분하면 전력 불안정성은 해결되지만 천연가스를 대량으로 확보해야 하는 문제가 남는다. 참고로 천연가스발전은 가격이 낮은 현재에도 원자력발전에 비해 지난 5년 평균 2.5배 비싸다. 일본이 전 세계 천연가스 무역량의 33%를 수입하는 최대 수입국이고 우리나라는 2위 국가로 13%를 수입한다. 우리나라 에너지 수입액은 국가 총 수입액의 33%에 달한다. 이 중 천연가스는 에너지 수입액의 18%로, 국가 총수입액의 5%에 달한다. 국제 천연가스 가격이 장기적으로 하락할 것이라는 낙관론에 배경을 두고 연료전환을 긍정적으로 보는 주장도 있다. 하지만 안타깝게도 국제유가 변동은 누구도 정확히 예측하기 어려운 신의 영역에 속한다. 우리나라와 일본의 천연가스 수입가격은 유가에 연동돼 있고, 약정 물량을 인수하지 않더라도 대금은 지급해야 하는 조항과 함께 극동아시아 프리미엄으로 인해 미국이나 유럽보다 비싼 가격에 천연가스를 수입할 수밖에 없다. 또한 많은 국가들이 석탄과 원자력의 대안으로 천연가스를 소비한다면 가격이 오를 것은 자명한 일이기도 하다. 또한 신재생에너지 설비가 늘어나면 그만큼 보완설비도 늘어나기 때문에 천연가스 소비량 자체도 큰 폭으로 늘어난다. 그러니 가격 인상에 물량 증가까지 이중삼중의 부담을 감수해야 한다는 말이다.
그뿐 아니라 이산화탄소 배출량도 문제가 된다. 1kWh 전력을 생산할 때 이산화탄소 배출량은 석탄화력 990g, 천연가스 550g, 태양광 57g, 풍력 14g, 원자력 10g이다. 이산화탄소 배출량 절감을 위해서는 석탄과 천연가스를 줄여야 한다. 아이러니컬하게 신재생에너지를 늘릴수록 이를 보완하는 석탄이나 천연가스와 같은 화석연료 사용량도 늘어나므로, 신재생에너지 발전으로 줄어드는 양보다 2~4배 더 많은 이산화탄소를 배출하게 된다. 후쿠시마 이후 탈원전을 결정한 독일이 재생에너지를 대폭 확대한 후 신재생에너지 간헐성을 보완하기 위해 더 많은 석탄을 사용하기 때문에 서유럽 국가 중 1위로, 전 세계에서 6위로 이산화탄소를 많이 방출하고 있다.
만약 이산화탄소 발생량 때문에 화력발전소를 보완설비로 사용하지 않을 경우 배터리와 같은 에너지 저장장치(ESS, energy Storage System)를 사용해야 하는데, 이 경우 화력발전소가 감당할 발전량을 대체하기 위해서는 천문학적인 비용이 발생한다. 에너지 저장장치에 대해서는 다음 장에서 살펴보겠다.
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