기후재난리포트12 ⑩ 양수발전 | 양수발전, 다른 대안은 없는가
- Theodore
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2025년 8월 29일 최민욱 기자
정부는 탄소중립 달성을 위해 재생에너지 확대에 따른 변동성 보완 수단으로 양수발전을 대규모 확충하려 하고 있다. 제11차 전력수급기본계획에 따라 2038년까지 설비 용량을 현재 4.7GW에서 10.4GW로 늘리고, 14조 원 규모의 신규 발전소 건설을 추진 중이다. 양수발전은 장주기 저장과 관성 자원 제공에 강점이 있으나, 건설 기간이 10년 이상 걸리고 경제성이 불확실하며 생태계 파괴 논란이 크다. 해외는 폐쇄형·대체형 방식이나 BESS, 동기 콘덴서 등 대안을 모색하고 있다. 한국 역시 탄소중립과 생물다양성 보전을 동시에 고려한 정책 재검토가 요구된다.
무차별적 양수발전 확대, 탄소중립 전략의 그림자
재생에너지 보급이 확대되면서 양수발전이 전력 수급 안정화의 핵심 수단으로 부상하고 있다. 정부는 탄소중립 목표를 달성하기 위해 태양광과 풍력 비중을 늘리는 과정에서 발생하는 전력 생산 변동성을 완화하기 위해 양수발전을 선택하였다. 실제로 약 10년간 중단되었던 신규 양수발전소 건설이 다시 추진되고 있다.
양수발전 확대가 갖는 긍정적 효과와 별개로 해결해야 할 구조적 한계가 존재한다. 대규모 토목사업이라는 특성상 건설 기간이 10년 이상 소요되며, 전력 시장 환경 변화에 따라 경제성이 불확실하다. 또한, 저수지 건설 과정에서 생태계와 지역 환경에 장기적 영향을 미칠 가능성이 높다. 이러한 점에서 탄소 감축을 위한 에너지 전환 전략은 생물다양성 보전과 환경적 지속가능성의 원칙을 함께 고려해야 하며, 정책 설계 과정에서 두 목표 간 균형을 찾는 노력이 요구된다.
제11차 전력수급기본계획과 양수발전 현황
한국은 현재 청평, 삼랑진, 무주, 양양, 청송, 예천, 산청 등 7개 지역에서 총 4.7GW 규모의 양수발전 설비를 운영하고 있다. 2011년 예천양수발전소 준공 이후 신규 건설은 중단되었으나, 재생에너지 비중 확대에 따라 양수발전의 필요성이 다시 부각되고 있다.
윤석열 정부는 제11차 전력수급기본계획(2024~2038년)을 통해 2038년까지 양수발전 설비 용량을 현재의 두 배 이상인 약 10.4GW로 확대하겠다는 목표를 제시하였다. 이를 위해 경남 합천(900MW), 전남 구례(500MW), 경북 봉화(500MW), 전남 곡성(600MW 추정), 충남 금산(600MW 추정), 경북 영양(1000MW) 등 6개 지역에 신규 발전소 건설을 추진 중이다. 이 중 합천과 구례는 2035년 준공을 목표로 확정됐으며, 나머지 4곳은 예비 사업지로 지정되어 2035~2038년 사이 단계적으로 완공될 예정이다.
신규 6곳의 총 설비 용량은 약 3.9GW로, 총 사업비는 약 14조 원 규모에 달할 것으로 전망된다. 정부는 이러한 양수발전 확대를 석탄발전 축소에 따른 대체 전력원으로도 활용한다는 방침이다. 양수발전을 향후 탄소중립 이행과 전력 계통 안정화 전략의 핵심 축으로 자리매김하겠다는 것이다.
재생에너지와 계통 안정성의 연결고리
재생에너지 비중이 커지면서 전력 계통의 안정성이 중요한 과제로 떠올랐다. 태양광과 풍력은 기상 조건에 따라 발전량 변동이 크기 때문에, 공급이 수요를 초과하면 출력 제한이 불가피하고 반대로 공급이 부족할 경우 정전 위험이 높아진다. 실제로 제주도는 재생에너지 비중 급증으로 2019년 이후 매년 수십 차례 발전 출력을 제한하고 있다. 이러한 간헐성을 보완하기 위해서는 장주기 에너지저장장치(ESS)가 필수적이다.
정부는 2038년까지 약 23GW 규모의 장주기 ESS가 필요할 것으로 추산하고 있으며, 양수발전은 이 가운데 약 절반을 담당하도록 계획하고 있다. 즉, 재생에너지 확대가 안정적으로 작동하기 위해서는 다양한 장주기 저장 수단이 확보되어야 하며, 양수발전은 그중 가장 큰 비중을 차지하도록 계획하고 있다.
양수발전의 관성 자원과 장주기 저장 능력
양수발전은 대용량 저장 능력 외에도 전력 계통 운영에 필요한 관성 자원을 제공한다. 발전소의 대형 터빈-발전기 회전자는 수백 톤 규모의 질량을 지니고 초당 60회의 속도로 회전하면서 전력을 생산한다. 이러한 회전체의 물리적 관성은 갑작스러운 부하 변동이나 설비 고장 시에도 주파수와 전압이 급격히 변동하는 것을 완화하는 역할을 한다. 이는 전력전자 기반으로 작동하는 배터리 ESS나 태양광 인버터가 직접 제공하기 어려운 기능이다.
또한 양수발전은 장주기 전력 저장에서 강점을 갖는다. 상부 저수지에 충분한 물을 확보하면 통상 6~8시간 이상 연속 발전이 가능하며, 태양광 발전이 중단되는 저녁 이후까지 안정적으로 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어 호주 키드스톤(Kidston) 양수발전소는 250MW 설비용량으로 한 번 충전 시 1870MWh(약 7.5시간)의 전력을 공급하도록 설계되어 있다. 반면 리튬이온 배터리 ESS는 주로 단주기(수 시간) 운전에 최적화되어 있어 야간까지 이어지는 장시간 공급에는 한계가 있다.
수명 측면에서도 양수발전은 장기적 자산으로 분류된다. 콘크리트 구조물과 수차·발전기는 통상 50~80년 이상 운영이 가능해, 한번 건설하면 세대를 넘어 전력계통에 기여할 수 있다. 이러한 특성 때문에 정부가 장주기 에너지저장 수단 가운데 양수발전에 높은 비중을 두고 있으나, 기술적 장점이 곧바로 정책적 타당성을 보장하는 것은 아니며 환경·경제적 비용과 함께 평가될 필요가 있다.
양수발전의 긴 공사 기간과 경제성 논란
양수발전은 건설에 오랜 시간이 소요되는 초대형 인프라 사업이다. 홍천 풍천리 600MW 양수발전소의 경우 준비 기간만 66개월, 건설 기간이 77개월로 총 11년 11개월이 필요하다고 고시된 바 있다. 입지 선정, 주민 합의, 환경영향평가, 예비타당성조사, 설계, 시공 등 단계별 절차가 길고 복잡하기 때문이다. 현재 추진 중인 합천·영양 양수발전소도 예비타당성 및 설계 과정을 거쳐 착공하더라도 완공 시점은 2035년 이후로 예상된다.
이러한 특성 때문에 단기적인 전력 계통 불안정 문제를 해결하는 수단으로는 한계가 있다. 정부 역시 이 점을 감안해 2036년 이전까지 필요한 저장 용량은 우선 배터리 ESS로 충당하고 이후 일부를 양수발전으로 대체하는 계획을 제시했다.
경제성 논란도 지속되고 있다. 양수발전은 초기 투자비가 수조 원대에 이르고 입지 제약이 크다. 반면 배터리 ESS 가격은 최근 급격히 하락했다. 블룸버그NEF 자료에 따르면 중국산 대용량 BESS 가격은 2023년 기준 kWh당 약 80달러 수준으로 떨어졌고, 미국 내 납품가도 약 100달러/kWh에 불과하다. 국내 배터리 가격 역시 대규모 생산과 기술 발전에 따라 하락세를 보이고 있다. 배터리는 모듈식 구조로 설치와 철거가 용이해 유연성도 높다.
양수발전의 수익성 문제 역시 지적된다. 전기를 값쌀 때 저장했다가 비쌀 때 판매하는 구조는 배터리와 같지만, 전력시장의 가격 변동성으로 인해 수익 확보가 어렵다. 국내 양수발전 사업자는 잦은 기동과 정지를 통해 계통 안정에 기여해 왔음에도, 이러한 조정 서비스에 대한 별도 보상이 없어 만성적자 구조에 놓여 있다. 투자비 회수에 수십 년이 걸리는 대규모 사업 특성상 신규 투자를 결정하기 쉽지 않은 이유다. 정부는 이 문제를 해결하기 위해 시장제도 개선을 검토 중이지만, 양수발전이 고비용·장기 투자 자산이라는 특성은 여전히 유지된다.
양수발전이 생태계에 남길 상흔
양수발전 확대 정책을 둘러싼 가장 큰 쟁점은 환경 영향이다. 한국에서 계획 중인 신규 양수발전소는 모두 산간 지역에 상·하부 댐을 건설하고 강물을 끌어와 저수지를 조성하는 개방형 양수발전 방식으로, 이 과정에서 산림이 수몰되고 하천 생태계의 연속성이 단절된다. 신규 입지로 선정된 지역들 역시 대부분 자연환경 보전 가치가 높은 산간 지대다. 강원 홍천군 풍천리는 울창한 잣나무 숲으로 알려진 곳으로, 양수발전소 건설이 추진될 경우 마을 51가구가 이주해야 하는 상황에 놓여 있다. 주민들은 장기간 시위를 이어오며 사업 철회를 요구하고 있다.
이 지역은 환경부 생태자연도 1등급 지역으로, 멸종위기종인 수달(천연기념물 330호), 삵, 하늘다람쥐 등이 서식하는 서식지이기도 하다. 상부댐이 조성되면 산림 훼손과 수몰로 인한 서식지 소실이 불가피하고, 수질·습도 변화로 인한 농업 피해 가능성도 지적된다. 경남 합천, 경북 영양·봉화 등 다른 후보지들에서도 경관 훼손, 문화재 수몰, 희귀 생물 서식지 파괴 가능성이 거론되고 있다.
양수발전소 건설은 하천 수계 변화, 수질오염, 지하수 고갈, 공사 과정의 토사 유출 등 광범위한 환경 영향을 수반할 수 있다. 탄소 배출 저감이라는 목표를 추진하는 과정에서 국내 생물다양성과 지역 공동체에 불가역적 피해가 발생할 경우, 정책의 지속가능성이 흔들릴 수 있다는 점에서 면밀한 검토가 요구된다.
폐쇄형과 대체형 양수로의 전환
환경 훼손 논란이 커지면서 해외에서는 전통적인 양수발전 방식 대신 새로운 형태의 개발을 모색하고 있다. 그 핵심은 하천과 직접 연결하지 않는 폐쇄형(closed-loop) 양수발전의 확대다. 폐쇄형은 두 개의 인공 저수지를 이용하기 때문에 강이나 호수의 흐름을 바꾸지 않아 수생태계에 미치는 영향을 줄일 수 있다.
이와 함께 이미 훼손된 부지를 활용하는 대체형 개발 방식도 주목받고 있다. 호주의 키드스톤 양수발전소는 폐금광을 상·하부 저수지로 전환해 250MW급 설비를 구축한 사례로, 새로운 댐 건설로 인한 산림 훼손을 피하면서 기존 기반시설(송전선로, 도로 등)을 활용해 경제성을 높였다. 영국에서는 슬레이트 채석장, 독일에서는 폐탄광 갱도를 활용한 양수발전 구상이 검토되고 있다.
미국은 인허가 절차가 까다로워 신규 양수발전이 수십 년간 정체되어 있었으나, 최근 몬타나주의 고든 뷰트(Gordon Butte, 400MW급)와 같은 완전 폐쇄형 프로젝트가 추진되고 있다. 미국 에너지부와 연방에너지규제위원회(FERC)는 이러한 방식에 대해 인허가 기간을 단축하는 등 지원 정책을 마련하고 있다.
한편 일본은 오키나와 쿠나가미에서 해수를 활용한 양수발전을 실증했으나, 부식 문제와 경제성 부족으로 상용화로 이어지지는 못했다. 이처럼 해외에서는 기존 계곡형 대형 댐 건설 대신 폐광산, 산업부지 등 이미 훼손된 지역을 활용하는 방식을 통해 환경 부담을 최소화하면서 양수발전의 기능을 유지하려는 방향으로 전환이 이뤄지고 있다.
BESS·그리드포밍·동기 콘덴서, 양수발전의 대안들
양수발전 외에도 전력망 안정성을 높이고 재생에너지 변동성을 제어하기 위한 다양한 기술이 대안으로 부상하고 있다. 한국 역시 이러한 자원을 병행적으로 도입해 양수발전 의존도를 줄이고 계통 안정성을 확보하려는 논의가 이어지고 있다.
배터리 에너지저장장치(BESS): 리튬이온, LFP 배터리 가격은 최근 급격히 하락하며 보급 확대의 기반을 마련하고 있다. 2025년 중앙계약시장 입찰에서 낙찰된 단가는 kWh당 약 10~20만 원 수준으로, 2023년 약 35만 원과 비교해 절반 가까이 낮아졌다. 설치 기간이 짧고 입지 제약이 적어 단기적 계통 안정화 수단으로 활용도가 높다. 다만 방전 지속시간이 24시간 이내로 장주기 저장에는 한계가 있고, 수명이 10~15년에 불과해 교체 주기가 짧다. 그럼에도 모듈식 확장성, 신속한 구축, 다양한 입지 활용 가능성은 양수발전을 보완하는 강점으로 평가된다.
그리드포밍 인버터(Grid-forming Inverter): 인버터 기반 자원이 발전기처럼 전압과 주파수를 직접 형성하도록 하는 기술이다. 기존 인버터가 계통 신호를 단순 추종했다면, 그리드포밍 인버터는 동기발전기와 유사하게 가상 관성을 제공하고 주파수 조정에 참여할 수 있다. 호주와 유럽에서는 대규모 배터리에 이 기능을 적용한 실증이 진행되고 있으며, 국내에서도 재생에너지 비중 확대와 함께 수요가 커질 것으로 예상된다. 이 기술은 배터리와 결합할 경우, 양수발전이 제공하는 관성 자원의 일부를 대체할 수 있는 잠재력을 가진다.
동기 콘덴서(동기 조상기): 발전기와 동일한 회전자를 계통에 연결하되 실제 전력은 생산하지 않고 관성과 무효전력만 공급하는 장치다. 남호주는 풍력·태양광 확대에 대응해 2021년 대형 동기 콘덴서를 설치했고, 이를 통해 사고 시 주파수 급변동을 완화하고 계통 안정도를 높였다. 운영비가 낮고 수명이 길다는 점에서 주목받고 있으며, 해외에서는 기존 화력발전기를 개조해 콘덴서로 활용하는 사례도 늘고 있다. 국내에서도 원전·석탄 설비 축소에 대비해 관성 자원 확보 수단으로 도입 논의가 진행 중이다.
탄소중립과 생물다양성 보전은 동등한 목표
기후위기 대응과 생물다양성 보전은 21세기 인류가 동시에 직면한 과제다. 전 지구적 온난화를 막는 일과 주변 생태계를 지키는 일은 별개의 문제가 아니라 상호 의존적이다. 기후변화로 생태계가 붕괴하면 피해는 회복이 어렵고, 생태계가 무너지면 탄소흡수원이 줄어들어 기후위기 대응 자체가 한계를 가진다.
국제사회는 이러한 인식 속에서 2022년 몬트리올에서 ‘쿠몽-몬트리올 생물다양성 프레임워크’를 채택하고, 2030년까지 전 세계 육지와 해양의 30%를 보호하는 이른바 ‘30×30 목표’에 합의했다. 이는 기후와 생태를 동등한 가치로 인정한 결정으로, 탄소중립 정책 추진 과정에서 생물다양성 훼손을 피해야 한다는 원칙을 담고 있다. 실제로 대규모 풍력·태양광 개발도 환경 영향을 최소화하는 방식이 요구되고 있으며, 산림 훼손형 태양광 사업에는 제동이 걸리고 있다.
한국 역시 기후위기 대응을 위한 탄소중립 전략을 추진하는 동시에, UN 생물다양성협약 당사국으로서 2030년까지 국토의 17%를 보호하고 멸종위기종 복원에 나서겠다고 약속한 바 있다. 이러한 목표가 실제 정책에 얼마나 반영되고 있는지는 여전히 논란이 크다. 탄소 감축만 달성하면 된다는 단선적 접근을 넘어, 기후와 생태를 동등한 정책 좌표축으로 삼아야 한다. 전력 인프라 하나를 세우더라도 그 과정에서 사라질 생태계의 가치까지 함께 고려하는 통합적 접근이 필요하다.
한국 양수발전 정책의 전환점
한국의 양수발전 확대 정책은 지금 중대한 전환점에 놓여 있다. 재생에너지 비중이 커질수록 대규모 저장과 계통 안정 장치가 필요하다는 점은 분명하다. 그 해법이 반드시 대규모 댐 건설에 기초한 전통적 양수발전일 필요는 없다. 해외는 이미 유사한 딜레마 속에서 폐쇄형 양수발전이나 배터리 ESS, 동기 콘덴서 등 대체 기술로 눈을 돌리고 있다.
한국 역시 선택지는 열려 있다. 탄소중립을 위해 어느 정도의 환경 훼손을 감수할 것인지, 또는 훼손을 최소화할 새로운 기술 경로를 모색할 것인지 분명한 판단이 필요하다. 저장 기술은 빠르게 발전하고 있으며, 폐광산 활용이나 모듈식 배터리 확충 등 다양한 대안이 부상하고 있다. 따라서 제11차 전력수급기본계획에 담긴 양수발전 4기 건설안은 이러한 변화 속에서 재검토가 불가피하다.
정부는 지역 주민과 전문가 의견을 충분히 수렴하고, 사업의 경제성과 환경적 영향을 함께 따져야 한다. 특히 합천·구례 등 우선 추진 지역은 초기 단계인 만큼 개방형 설계 대신 환경 훼손을 줄일 수 있는 폐쇄형 전환 가능성을 적극 검토할 필요가 있다. 예비사업지의 경우에도 대체 저장수단 도입 여부를 병행해 평가해야 한다.
더 나아가 이재명 대통령이 후보 시절(2022년 대선 후보 2차 TV토론) 밝힌 것처럼, 신규 양수발전소 건설보다는 기존 양수발전을 재생에너지 시대에 맞게 효율적으로 전환·활용하는 접근도 유력한 대안이다. 이는 생태계 파괴 논란을 줄이면서도 계통 안정화라는 본래 목적을 달성할 수 있는 현실적 방향으로 평가된다.
탄소중립과 생물다양성 보전은 모두 포기할 수 없는 정책 목표다. 두 과제를 함께 충족할 수 있는 선택지가 존재한다는 점에서, 향후 양수발전 정책은 한국 사회가 기후와 생태 사이에서 어떤 균형을 택할 것인지 보여주는 시험대가 될 것이다.
탄소중립을 위해 양수발전을 선택한다는 게 설득이 잘 안됩니다