[예천=뉴스핌] 김하영 인턴기자 = "태양광 발전량이 갑자기 올라가거나 대형 발전소가 멈추는 등 전력계통 상황은 계속 바뀝니다. 양수발전은 그때마다 계통 안정화를 위해 투입되는 설비입니다."

지난 14일 취재진은 경북 예천군에 위치한 예천양수발전소를 찾았다. 임석채 한국수력원자력 예천양수발전부장은 현재 예천양수발전소의 역할에 대해 이같이 소개했다.

태양광 에너지 발전량이 급증하며 최근 양수발전소의 역할은 더 중요해졌다. 일종의 '초대형 배터리'이자 전력망이 흔들릴 때 빠르게 등판하는 '구원투수'인 셈이다.

예천양수발전소는 전력이 남는 시간대에 하부댐의 물을 상부댐으로 끌어올린 뒤, 전력 수요가 몰리는 시간대에 물을 떨어뜨려 전기를 만든다. 태양광 발전이 급증하는 낮 시간에는 남는 전기를 흡수하고, 태양광 출력이 줄어드는 저녁 시간대에는 다시 발전에 나서는 구조다.

예천양수발전소는 지난 2011년 상업운전을 시작했다. 국내 7개 양수발전소 가운데 가장 최근에 지어진 발전소로, 400메가와트(MW)급 발전기 2기를 갖춘 총 800MW 규모 설비다. 국내 수력·양수 설비용량의 약 12%를 차지하고, 한수원 전체 양수 설비 가운데서도 중요한 비중을 담당한다. 예천양수발전소는 당시 지역 주민들이 적극적으로 유치에 나서 건설된 발전소다.

◆ 위치에너지가 전기로…하부댐에서 본 양수발전의 원리

가장 먼저 찾은 곳은 예천양수발전소 하부댐이었다. 겉으로 보기엔 평범한 저수지였지만, 저수지 내부에는 전력망의 균형을 맞추기 위한 에너지 저장 기능이 숨어 있었다.

예천양수발전소의 구조는 상부댐과 하부댐, 그리고 두 저수지를 잇는 수로와 지하발전소로 이뤄져 있다. 하부댐의 물을 산 위 상부댐으로 끌어올렸다가 필요할 때 다시 아래로 떨어뜨리는 방식이다. 상부댐 저수용량은 약 700만톤(t), 하부댐 저수용량은 약 900만톤이다. 두 저수지 사이 낙차는 484m에 달한다. 이 낙차가 물의 위치에너지를 전기에너지로 바꾸는 핵심이다.

하부댐 너머에는 예천양수발전소가 운영하는 태양광 설비도 자리하고 있다. 현장에서는 보이지 않았지만 발전소는 1.4MW급 태양광 1호기와 0.6MW급 태양광 2호기 등 총 2MW 규모 육상 태양광 설비를 별도로 운영하고 있다. 여기에 소수력발전 900킬로와트(kW), 미니소수력발전 25kW 설비도 갖췄다.

양수발전은 전기를 새로 만들어내기만 하는 일반 발전소와 성격이 다르다. 계통 안정을 위해 전력이 남을 때 펌핑해 물을 상부저수지에 저장한 뒤, 전기가 필요할 때 위치에너지를 운동에너지로 바꿔 전기를 생산하는 개념이다.

이 역할은 태양광 발전 비중이 커질수록 더 중요해지고 있다. 과거 양수발전은 주로 전력 수요가 적은 심야 시간대에 남는 전기를 활용해 물을 끌어올리고, 낮 피크 시간대에 발전하는 구조였다. 하지만 최근에는 태양광 발전이 많은 낮 시간대에도 전기가 남는 상황이 발생하면서 양수발전의 운전 패턴도 달라지고 있다.

예천양수발전소의 지난해 이용률은 14.7% 수준이다. 수치만 보면 낮아 보일 수 있지만 양수발전의 목적을 일반 발전소처럼 발전량만으로 평가하기는 어렵다. 임석채 발전부장은 "병원으로 치면 응급실과 같은 역할"이라며 "태양광이나 재생에너지 비율이 높아지면서 양수발전의 필요성도 커지고 있다"고 설명했다.

◆ 지하발전소서 본 '5분 대기조'…계통 불안 시 즉시 발전

하부댐을 둘러본 뒤 버스를 타고 지하발전소로 이동했다. 지하로 들어서자 거대한 공간이 한눈에 들어왔다. 지하발전소에는 1호기와 2호기 양수발전기가 설치돼 있었다. 위쪽에는 발전기실이 있고, 아래쪽에는 수차실이 자리해 있다.

물이 상부댐에서 내려오면 수차를 돌리고, 수차의 회전력이 축을 통해 발전기로 전달돼 전기가 생산된다. 반대로 양수 운전 때는 발전기가 모터 역할을 하며 수차를 거꾸로 돌려 하부댐의 물을 상부댐으로 밀어 올린다. 발전과 양수를 모두 할 수 있는 '입축가역식 프란시스' 형식이다.

계단을 따라 지하 3층으로 내려가자 발전기와 수차를 연결하는 거대한 샤프트 축이 눈에 들어왔다. 발전이 시작되면 분당 400회 회전한다. 발전을 하게 되면 18킬로볼트(kV) 전기를 생산하고, 이를 345kV로 승압해 송전선로로 보낸다.

양수발전의 최대 장점은 빠른 전력 수급 대응이다. 대용량 발전소의 불시 정지나 재생에너지 출력 급변 때 신속하게 대체 전력공급이 가능하다. 즉, 전력계통 수급에 문제가 발생할 때 '5분 대기조' 역할을 수행할 수 있는 것이다. 양수발전이 단순히 물을 올렸다 내리는 설비가 아니라 전력망 안정성을 지키는 방파제 역할을 하는 이유다.

원전은 멈춰 있는 발전소를 다시 기동해 발전하기까지 약 40시간, 석탄화력은 약 14시간, 가스터빈은 약 2시간이 필요하다. 반면 양수발전은 급전 지시를 받으면 3~5분 안에 발전이 가능하다. 양수발전은 매우 짧은 시간 안에 출력을 낼 수 있어 전력 피크 시간대나 계통 불안 상황에 빠르게 대응할 수 있다.

예천양수발전소는 약 8.4시간 발전이 가능한 설비로 운영된다. 대체로 10시간 정도 양수하면 8시간 정도 발전할 수 있다. 양수 과정에서 100%의 전기를 사용하면 발전을 통해 약 84% 정도를 다시 생산할 수 있다. 손실은 있지만 대규모 전기를 저장할 수 있는 수단이라는 점에서 재생에너지 확대 국면에서 활용 가치는 더 커지고 있다.

임석채 부장은 "양수발전은 병원으로 치면 응급실과 같은 역할을 한다"며 "태양광이나 재생에너지 비율이 높아질수록 불안정한 전력계통에 즉각 투입되는 양수발전의 중요성도 커지고 있다"고 강조했다.

gkdud9387@newspim.com