물의 에너지
우리의 주변에 처해져 있는 환경에서 에너지원 중에서 가장 근접하게 있는 것이 '물'이다. 이런 물을 사용해서 에너지를 끌어낼 수 있는 방법을 연구하는 것이 수력에너지에 대한 것인데 수력에너지의 대부분은 바로 물이 중력에 의해 떨어지는 낙차를 이용해 힘을 만드는 것에서 전기 발전을 만들어 내고 있다. 즉 강물이나 호수 등 물을 모아서 둘 수 있는 곳에서 조금 더 낮은 지형으로 물을 떨어 트릴 때 그 아래 물레방아 같은 것이 있으면 돌아가게 만드는 힘이 생기게 된다. 바로 이 힘을 전기로 변형을 시키는 것이 수력 발전소이다.
이 발전을 위해서는 지형지물을 이용하여 물을 가두어 둘 수 있는 댐만 만들면 되기 때문에 발전을 할 때 필요한 단가가 높지 않다. 따라서 경제성은 있지만 문제는 이 물이 늘 일정량을 유지하느냐와 한꺼번에 물이 방류되었을 때의 위험성 등의 문제들이 산적해 있기 때문에 한계가 존재한다. 하지만 다양한 기술력의 개발로 인해 위험을 많이 안고 있는 대규모가 아닌 소규모의 발전 등 다방면으로 그 가능성을 열어 놓고 활발하게 연구하고 있는 분야이기도 하다.
수력 발전소의 에너지 발전 현황
물이 떨어지는 힘을 이용해 전기를 얻어내는 방법은 보통 두 가지로 나뉘어서 연구되고 있다. 그중 하나는 물에 대전되는 전하를 특정방향으로 집진하여 전기를 추출해 내는 방식이고 또 다른 하나는 물이 떨어지는 운동 에너지를 이용해 수차를 돌려 발전기를 움직여 전기를 모으는 방식인데 수차를 이용하는 방식을 주로 선호한다.
그 이유는 경제성 때문으로 보이는데 이런 수력 발전의 가장 큰 문제는 저장이 안 되는 것이었다. 일반적으로 엄청나게 모아둔 물을 흐르게 해서 전기를 얻어 낸다고 해도 문제는 이 전기를 모아둘 기술이 안되었던 것이다. 보통 전기는 전자가 이동하면서 생기는 것이라 저장해 놓고 쓸 수 있는 것이 아니라 만들어 짐과 동시에 바로 사용해야 하는 것이었다. 수력 발전소에서 발생하는 많은 에너지를 저장해 놓을 대용량의 배터리를 만들 수 있는 기술력이 준비가 되지 않았었고 그런 배터리를 만들어도 수명이 짧기 때문에 결국 경제성 면에서 손해가 심한 상황이었다. 최근 들어서 이런 에너지의 저장체계를 활발하게 연구하는 분위기에 따라 앞으로의 가능성을 더 크게 보고 있다.
수력발전의 유형과 그 해결문제
수력을 이용한 에너지를 만들기 위해서는 무조건 물이 떨어지는 낙차가 필요하다. 따라서 물이 내려갈 수 있는 경사를 만들어야 하는데 다양한 방식으로 이런 낙차를 이용하는 발전 유형이 있어 살펴보도록 한다.
우선 가장 기초적인 것인 댐을 만들어서 발전기를 돌려 전기를 얻는 방식이 보편적이다. 원래부터 격차가 있는 하천의 구역에 댐을 설치하고 물을 많이 모았다가 떨어 트리면서 터빈을 돌려 에너지를 얻는 것이다. 예전에 많았던 방식인데 문제는 강수량에 따라 얻을 수 있는 전기의 양이 달라질 수 있다는 것과 전기를 많이 사용하지 않는 밤에는 전력의 낭비가 심해진다는 것이다.
또 다른 방식으로는 수로식 감입곡류 하천의 형태를 이용한 방식이다. 물이 흐르는 상류 지역에 댐을 만들어 놓고 물이 흐르는 곡선지형을 직선으로 잇게 되면 원래 돌아가는 하천의 경우보다 낙차가 더 크게 나타나는데 그 낙차를 이용해 터빈을 돌리는 방식이다. 이는 지형이 특수해야 하는 경우라 발전이 한계가 있다는 단점이 있다. 고지대에 댐을 설치하고 물이 흐르는 터널을 만들어 산 너머의 경사로 급하게 떨어지게 하여 터빈을 돌리는 방식인 터널 및 유역변경식유형도 있는데 수로식과의 차이점은 수로식은 원래 있던 강물로 다시 흘러가지만 유역식은 완전히 다른 곳으로 물의 흐름을 바꾸게 되는 것이다.
마지막으로 최근 가장 많이 사용하는 양수식 발전 유형이다. 댐형식의 발전에서 밤이 되면 전력소모가 심한 것을 보완하기 위한 방식으로 전기를 많이 사용하는 시간에는 물을 방출해서 에너지를 얻고 전기의 사용량이 적어지는 시간에는 물을 다시 퍼올려 다시 낙차를 준비하는 것이다. 이 방식의 경우는 강수량에 따라 얻을 수 있는 전기량의 평균적인 생산량에 대한 불안을 해결할 수 있다. 하지만 다시 물을 퍼 올릴 때 에너지가 필요하기 때문에 또 다른 전력소모가 이루어진다. 따라서 이러한 양수식 발전은 주변에 다른 신재생에너지오 함께 설치되는 것이 대부분이다. 보통 원자력발전소를 주변에 설치하여 원자력의 방대한 에너지를 이용해 밤에는 물을 끌어올려 다시 낙차를 만들어 내는 식으로 운영하고 있다.
이처럼 다양한 방식으로 개발되는 있는 수력 발전소들의 가장 큰 과제는 바로 생태계의 파괴가 뒤따른 다는 것이다. 무엇보다 대량의 물이 방출되었을 때 낮은 지형은 수몰일 될 수밖에 없는 구조이고 대량의 물을 저장해두고 있다 보니 공기준의 수분량이 늘어 강수량의 변화를 만들 수 도 있기 땜누에 기후에도 영향을 미칠 수 있다. 이런 문제들을 해결하기 위해 더 적은 양의 물을 가지고 낙차를 한다고 해도 많은 에너지를 얻어 낼 수 있는 방법 등이 개발 단계에 있다. 수력 발전은 다른 에너지들 보다 개발비용과 구조설치 비용이 적게 들고 환경의 오염 없이 에너지를 만들어 낼 수 있기 때문에 관심도 높은 분야이다.
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