원자력 발전과 전기 이야기

아이들의 성장 발달 과정 중 ‘왜’ 공격이 시작될 때가 있다. “하늘은 왜 파래?”, “철은 왜 자석에 붙어?”, “전구에서는 왜 빛이 나?” 이 시기는 아이가 생활 속 과학에 호기심을 보이기 시작했다는 증거다. 아이들의 반짝이는 눈망울을 보고도 “하늘이 원래 파란 거지, 왜가 어딨니?”라고 말할 것인가. 사소한 질문에도 과학의 원리를 척척 설명할 수 있는 똑똑한 부모가 되자.

요즘 원자력 발전 관련 비리로 온 나라가 시끄럽다. 동일본 대지진으로 인해 파괴된 원자력 발전소에서 방사능 유출 사건이 일어난 후라 그 위험성에 대해 더욱 민감하게 느껴진다. 아들과 함께 접한 저녁 뉴스에서는 어김없이 원전 관련 비리 이야기가 나오고 있다. 원전 관련 부품 등에 대한 이상으로 한창 전력을 생산해야 할 여름철 원자력 발전기들이 멈춰 있다는 소식이다. 정말 날씨는 점점 무더워지는데 전력 수급에 차질이 있지 않을까, 걱정이다.

“아빠 원자력 발전이 뭐야?”
전기를 만드는 방법 중 하나야. 화력 발전은 석탄을 태워 생긴 열에너지를 통해 수력 발전은 물이 떨어질 때 생기는 위치에너지를 통해 전기를 만드는 거야. 원자력 발전은 원자로의 핵에너지를 이용해 발생된 열에너지를 통해 전기를 만드는 거지.

“핵에너지? 어디서 많이 들어본 말인데?”
핵폭탄 알지? 펑 터지면 서울 전체가 날아가는 아주 무서운 무기 말이야. 가공할 만한 위력만큼 에너지를 많이 갖고 있다는 뜻이지. 순간적으로 핵을 발산시키면 무서운 핵폭탄이 되는 거고, 원자력 발전의 경우 핵을 천천히 분열시키면서 얻은 열에너지로 전기를 만드는 거야.

구체적으로 설명하면 우리나라에서 원자력 발전기는 전체 발전량의 1/3을 담당하고 있어. 원자로의 핵을 천천히 분열시키면서 발생된 열에너지를 통해 증기를 만들어 발전기의 터빈을 돌린단다. 그러면서 전기가 생산되는 거야. 결국 열을 발생해 증기를 얻는 과정은 화력 발전소의 원리와 같은 거지. 그저 연료가 다를 뿐이야. 우리나라 최초의 원자력 발전소는 고리 원자력 1호기로 용량은 약 58만kW야. 이 용량은 약 58만 명이 동시에 쓸 수 있는 양이지. 기술이 발전함에 따라 1호기당 발전기 용량은 점차 커져 현재는 1백40만kW에 이른단다. 원자력 발전소는 다른 발전소에 비해 최소한의 재료를 가지고 가장 많은 전기를 생산해낼 수 있다는 장점이 있단다. 그러나 일본 후쿠시마 원전 사태에서도 볼 수 있듯이 자연재해나 다른 사고에 의해 원자력 시설이 파괴됐을 때 유출되는 방사능이나 방사성 폐기물에 대한 위험성이 아주 높아. 현재 우리나라 고리 1호기는 설계 수명 30년이 다한 상태야. 그런데 지금 10년간 운전이 연장됐어.

“뉴스에서처럼 원자력 발전소가 멈춰버리면 어떻게 되는 거야?”
전기 수급이 어려워져서 우리는 불빛 없는 깜깜한 어둠 속에서 살아야 할지도 몰라. 요즘 일기예보의 누나들이 마지막쯤에 다음 날의 전력 수급 현황에 대해 알려주지? 우리가 전등을 켜거나 TV를 켤 때, 현재 만들어지고 있는 전기를 바로 쓰게 된단다. 즉, 전기는 만들어짐과 동시에 써야 해. 왜냐하면 전기는 저장할 수 없기 때문이야. 저장했다가 쓰면 정전될 일도 없고 참 편할 텐데 말이야. 전기를 저장할 수 있는 방법을 발명한다면 정말 노벨상도 받을 수 있을 텐데. 물론 현재 기술로도 전기를 저장할 수는 있지만 발전소의 용량을 대체할 만한 대규모 용량이 안 되고, 또 된다 하더라도 배터리 가격이 워낙 비싸서 경제성이 없어 실생활에 적용을 못하고 있어. 지금도 배터리를 활용한 전기 저장 관련 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지.

어쨌든 전기가 부족해 정전이 발생하는 상황을 막기 위해서 ‘전력거래소’라는 곳에서는 항상 최고 수요를 예측하고, 최고 수요 대비 일정한 양의 발전기를 준비해 혹시 있을지 모르는 전기 부족 사태에 대비하고 있어. 이를 ‘예비전력’이라고 해. 전기 사용은 그날의 날씨와 기온에 영향을 많이 받아. TV에서 요즘 오후 2시에서 5시에 전기를 아끼라고 하는 이유도 그때가 하루 중 가장 더운 시간이기 때문이야. 사람들이 전기를 많이 쓰기 때문에 전력 수급이 달려서 정전이 될 수도 있기 때문이야.

“정전이 되면 바로 발전기를 돌리면 되잖아?”
만약에 우리나라 전체가 정전이 되면 엄청 큰일이야. 그걸 블랙아웃(Black Out)이라고 해. 일단 정지된 발전기를 가동하는 데는 시간이 많이 걸린단다. 특히 원자력 발전기는 재가동하는 데 시간이 더 많이 걸려. 원자력 안정성 때문에 검사해야 할 부분이 많아서 완전히 자기 용량을 내는 데는 적어도 1주일은 걸린단다. 그리고 전력망은 발전소에서 만들어진 전기를 우리가 사는 집 혹은 아빠가 다니는 회사나 네가 다니는 학교 등으로 전기가 갈 수 있도록 길을 만들어주지. 그런데 우리나라가 완전히 정전이 된 다음 다시 정상으로 돌리려면 복잡한 과정이 필요해. 먼저, 앞에서 말했지만 전기는 저장이 안 돼서 만들어짐과 동시에 소비돼야 한다고 했잖아. 그래서 처음 발전기 한 대를 켜게 되면 그 발전기가 만드는 전기만큼 전기를 소비도 해줘야 해. 그래서 발전기를 켜고 전기를 공급받는 지역을 점차 넓혀가는 것이지. 이런 순차적이고 복잡한 과정 때문에 우리나라가 완전히 정전이 되면 다시 복구하는 데 시간이 얼마나 걸릴지 알 수 없어. 우리는 1시간이라도 전기가 끊기게 되면 불편함을 이루 말할 수 없는데, 그 정전 시간이 1주일에서 한 달이 된다면 그 불편을 상상이나 할 수 있겠니? 공장들도 다 멈춰버려서 우리나라 경제에도 큰 타격을 줄 거야. 그래서 전력거래소라는 곳에서는 우리나라 전체가 정전이 되지 않게 하려고 항상 감시와 대비를 하고 있지.

아빠에게 한마디
전기를 많이 쓰는 여름철에 원자력 발전기가 고장이 나서 정지하게 되면, 예비전력(혹시 있을지 모르는 사고나 전기 수요 증가에 대비하기 위해 확보해두는 발전력)을 만들기 위한 발전기가 정지된 원자력 발전량만큼 줄어들게 됩니다. 이런 상황에서 최대 전기 소비 시간에 다른 2차적인 전기 설비 고장이 발생하면, 예비전력 부족으로 인한 대규모 정전 사태가 발생할 수 있어요. 따라서 여름철에는 오후 2시에서 5시까지 전기를 아끼게 되면 최대치 전기 수요를 감소시킬 수 있어 예비전력을 높일 수 있지요. 편리한 전기에너지의 안정적인 사용을 위해서는 전기를 아끼려는 노력이 필요합니다. 특히 최대 전기 수요 시간에 전기 소비를 줄이게 되면 그 효과가 크므로 아이에게도 전기에너지 절약을 적극적으로 해야 하는 이유에 대해서도 설명해주세요.

■기획 / 이유진 기자 ■글 / 서상수(한국전기연구원 공학박사) ■일러스트 / 박채빈