[이원영] 10장. 핵발전과 열오염, 그리고 생명파괴

[상생21]

10장. 핵발전과 열오염, 그리고 생명파괴

― 사고가 나지 않아도 확실하게 일어나는 일

이원영 (국토미래연구소장)

들어가며

핵발전소를 둘러싼 논쟁은 대개 두 가지 위험을 두고 벌어진다. 하나는 사고이고 다른 하나는 폐기물이다. 둘 다 방사능의 문제다. 그런데 사고가 나지 않고 폐기물을 잘 관리한다 해도, 원전이 하루도 쉬지 않고 바다에 쏟아붓는 것이 하나 더 있다. 열이다.

이것은 위험이 아니라 설계다. 원자로에서 만들어진 열의 3분의 1만 전기가 되고 나머지 3분의 2는 버려진다. 버릴 곳은 바다뿐이다. 그래서 우리나라 원전은 모두 바닷가에 서 있다.

이 장은 그 버려지는 열을 다룬다. 사고를 가정하지 않고, 폐기물을 말하지 않고, 원전이 정상적으로 잘 돌아갈 때 벌어지는 일만 본다. 그리고 그것이 이미 우리 눈앞에 나타나 있다는 것을 보이려 한다.

1절. 바닷물을 데우는 장치 열의 3분의 2는 버려진다

원자력발전은 물을 끓여 증기로 터빈을 돌리는 방식이다. 화력발전과 원리가 같다. 다만 불을 때는 대신 핵분열의 열을 쓴다. 터빈을 돌리고 나온 증기는 다시 물로 되돌려야 하는데, 이때 찬 바닷물을 끌어와 열을 식힌다. 그 바닷물이 데워져 다시 바다로 나간다. 이것이 온배수다.

100만 킬로와트급 원전 한 기의 온배수 유량을 계산해보면 초당 약 70톤이 나온다. 배출구에서의 온도 상승은 설계상 7도 안팎이다. 초당 70톤의 물을 7도 데워 쉬지 않고 내보내는 장치가 우리 바닷가에 스무 기 넘게 서 있다.

숫자로 보면

2020년 국정감사에서 제출된 자료는 이 규모를 처음으로 공식 확인시켜 주었다. 한국수력원자력과 5개 발전사가 제출한 자료에 따르면, 2020년 1월부터 8월까지 전국 발전소가 배출한 온배수는 399억 2,500만 톤이었다. 이 가운데 원자력발전소 몫이 198억 7,100만 톤으로 49.7퍼센트였다. 배출 시점의 수온은 취수 때보다 평균 7.2도 높았다. 27개 발전소 가운데 한울원자력이 56억 2,500만 톤으로 가장 많았다.1

여덟 달 치를 한 해로 환산하면 전국 발전소 전체가 약 600억 톤, 그중 원전이 약 300억 톤이다.

여기서 눈여겨볼 것은 비율이다. 원자력이 우리나라 전체 발전량에서 차지하는 몫은 30퍼센트 안팎이다. 그런데 온배수 배출량에서는 절반을 차지한다. 열효율이 화력보다 낮기 때문이다. 같은 전기를 만들어도 원전이 더 많은 열을 바다에 버린다.

300억 톤이 어느 정도인지 가늠하기 어렵다면 이렇게 견주어 볼 수 있다. 낙동강 유역의 수자원총량이 268억 4천만 세제곱미터다. 낙동강 유역 2만 3천 제곱킬로미터에 한 해 동안 내리는 비를 모두 합한 양이다.2 우리나라 원전이 바다에 내보내는 데워진 물은 그보다 많다.

동남·동해안에 늘어선 원전만 따로 보면 어떨까. 부산·울산의 고리와 새울에 일곱 기, 경주 월성에 다섯 기, 울진 한울에 여덟 기, 모두 스무 기다. 설비용량으로 전국 원전의 4분의 3에 해당하니, 이들이 동해로 내보내는 온배수만 연간 200억 톤을 넘는다.

한상복(82) 박사는 우리 해양 연구의 산증인이다. 그는 지난 4월, 광복 직후 미 군정기인 1946~48년 국립수산과학원 소속 해양 연구자들이 손으로 직접 쓴 보고서 등 연구자료 20점을 수산과학원에 기증했다. 그중에는 ‘해양조사 관측보고’, ‘동해남부 연안의 수온 이변에 대하여’ 등이 포함돼 있다. 그는 30년 전 바닷물 온도 변화를 조사해 ‘핵발전소 연안 수온분포’ 보고서를 작성하기도 했다.

한 박사는 1993년 보고서에서 원전(900㎿급) 2기가 가동 중이던 경북 울진 앞바다 5㎞ 지점 온도가 가동 5년 전 14.3℃에서 15.9℃로 1.6℃ 올랐다고 기록했다. 또 부산 기장군에 있는 고리원전 앞바다도 원전 가동 전인 1970년 15.27℃에서 4기 모두 가동하던 1990년에는 16.52℃로 높아졌다고 기록했다. 그는 “원전 온배수 영향은 반경 30㎞까지 미친다. 특히 미역 등 겨울 양식업에는 큰 피해를 준다”고 강조한 바 있다.

2004년 국정감사 기록에서도, 전남 영광 한빛원전 반경 2~3㎞ 안 바닷물 온도가 주변 지역보다 7℃ 높은 것으로 나타났고 경북 경주 월성원전과 울진 한울원전 부근도 주변 해역보다 각각 5℃가량 높은 것으로 조사됐다. 2006년 국정감사에도 “고리, 울진, 월성원전 인근 10㎞ 이내 해역의 수온이 1996년에 비해 1.2~4℃ 상승”한 사실이 밝혀졌다.

왜 바다의 온도가 중요한가

바다는 대기보다 이산화탄소를 훨씬 많이 머금는다. 그 양이 50배에 이른다. 지구가 지금껏 온난화를 이 정도로 버텨온 것은 바다가 이산화탄소를 흡수해왔기 때문이다.

그런데 물은 따뜻해질수록 기체를 덜 머금는다. 김이 빠진 탄산음료를 생각하면 된다. 차가울 때는 탄산이 녹아 있지만 미지근해지면 기포가 빠져나간다. 바다도 마찬가지다. 수온이 올라가면 이산화탄소 흡수 능력이 떨어지고, 이미 녹아 있던 것도 대기로 되돌아간다.

여기에 또 하나가 겹친다. 흡수된 이산화탄소는 바닷물을 산성화시킨다. 독일 게오마르 해양연구소가 2013년에 내놓은 연구는 해양산성화가 조개류와 산호를 비롯한 석회질 생물의 껍데기 형성을 방해한다는 것을 보여주었다.3 먹이사슬의 아래쪽이 무너지는 일이다.

기후위기를 이유로 원전을 늘려야 한다는 주장이 있다. 이산화탄소를 내뿜지 않는다는 것이다. 그러나 온배수는 바다가 이산화탄소를 흡수하는 능력 자체를 떨어뜨린다. 굴뚝으로 내보내지 않는 대신 바다의 흡수력을 갉아먹는다면, 그것을 두고 탄소를 줄인다고 말할 수 있는가.

2절. 강릉의 가뭄은 왜 반복되는가

데워진 물은 북쪽으로 간다

온배수를 다룰 때 흔한 반론이 있다. 배출구 주변 몇 킬로미터만 영향을 받을 뿐 넓은 바다에서는 희석되어 사라진다는 것이다. 정지된 바다라면 맞는 말일 것이다. 그러나 동해는 정지해 있지 않다.

동한난류가 남에서 북으로 흐른다. 이 흐름은 부산 앞바다에서 시작해 울산을 지나고 경주와 울진 앞을 거쳐 강원 해안을 따라 북상한다. 원전이 늘어선 자리와 정확히 겹친다. 고리와 새울에서 데워진 물이 월성 앞으로 가고, 거기서 다시 데워진 물이 한울 앞으로 간다. 스무 기를 차례로 지나면서 열이 실린다.

그렇게 북상한 물은 강원 해안을 지나 울릉분지 쪽에서 선회한다. 흩어져 사라지는 것이 아니라 동해 안에서 돈다.

〔

위성 관측된 한반도 해역의 수온(2023년 4월) (임채영 외 5인, 한반도 연안 해역에서의 Sentinel-3 A/B SLSTR 피층 해수면온도 검증, 한국지구과학회지, 2024년 10월호에서 재인용)

위 지도의 동해안 해역 확대 부분.

이미 나타난 징후

2025년 여름, 강릉 앞바다 주문진의 표층 수온이 31도를 기록했다는 보도가 있었다. 열대 바다의 수온이다.

수온이 높아진 바다는 비를 만드는 방식을 바꾼다. 수증기는 더 많이 올라가지만 그것이 반드시 그 지역에 비로 내리지는 않는다. 대기의 흐름이 달라지면 물기를 머금은 공기가 다른 곳으로 옮겨간다. 강릉이 겪는 반복되는 가뭄이 이와 무관한지, 아직 아무도 조사하지 않았다.

조사하지 않았다는 것이 핵심이다. 원전이 지역 기후에 영향을 미쳤다는 증거가 없다는 말과, 조사한 적이 없다는 말은 전혀 다르다. 지금 우리에게 있는 것은 후자다.

자기가 데운 물에 발목 잡히다

여기서 이 문제는 뜻밖의 방향으로 되돌아온다. 데워진 바다가 원전 자신을 위협하기 시작한 것이다.

원전에는 설계해수온도라는 것이 있다. 끌어 쓰는 바닷물이 이보다 뜨거워지면 냉각이 보장되지 않으므로 원자로를 세워야 하는 한계선이다. 안전의 마지막 방어선에 해당한다.

2022년 7월, 원자력안전위원회는 신고리 3·4호기의 설계해수온도를 31.6도에서 34.9도로 완화했다. 지금의 새울 1·2호기다.4 바다가 더워져 한계선에 닿을 상황이 되자 원전을 멈추는 대신 선을 옮긴 것이다.

한 번으로 그치지 않았다. 한국수력원자력이 설비 개선 없이 설계해수온도 기준만 높인 전례가 여섯 차례에 이르고, 지금까지 기준이 상향된 원전은 열한 기다.5

새울 1·2호기의 경우 열교환기 성능을 일부 개선하기는 했으나, 기준 상향으로 운전여유도는 43.3퍼센트에서 16.1퍼센트로 줄었다. 안전의 여백이 3분의 1로 줄어든 것이다.

주목할 것은 이 비판이 바깥에서 나온 것이 아니라는 점이다. 당시 원자력안전위원회 회의에서 김호철 위원은 설비를 개선해야 하는 문제를 해석의 문제로 대응하려는 것 아니냐고 지적했다.6 규제기관 안에서 이미 같은 말이 나왔다.

시한은 이미 정해져 있다

한국수력원자력 자료에 따르면, 취수한 바닷물이 설계온도에 도달하는 시점이 2040년 안팎인 원전은 모두 열두 기다. 신월성 1·2호기는 설계온도가 31.5도인데 2036년에 도달할 것으로 예측된다. 한빛 다섯 기와 한울 1~4호기는 2041년부터 2043년 사이다.7

대비는 어떠한가. 열 해 안에 한계에 닿을 것으로 예상되는 한빛 원전의 열교환기 개선 공사는 2027년에야 착수될 예정이다. 대응 태스크포스는 2025년 8월에야 꾸려졌고, 그 운영에 필요한 별도 예산은 편성되지 않았다.8

이것은 우리만의 사정이 아니다. 세계기상기구는 물이 부족한 원전의 비율이 현재 15퍼센트에서 앞으로 20년 사이 25퍼센트까지 늘어날 것으로 전망했다. 프랑스는 폭염으로 론강 수온이 오르자 원전 발전량을 절반으로 줄인 일이 있다.9

여기에 순환의 고리가 있다. 원전은 바다를 데운다. 데워진 바다는 원전의 냉각을 어렵게 한다. 그러면 설비를 고치는 대신 기준을 올린다. 그러는 사이에도 원전은 계속 바다를 데운다.

이 고리 위에 두 기를 더 얹자는 것이 지금의 계획이다.

3절. 황해는 끓는 냄비인가 닫힌 바다

동해의 문제가 흐름이라면 황해의 문제는 갇힘이다.

황해는 평균 수심이 44미터에 지나지 않는다. 한반도와 중국 대륙 사이에 놓인 얕고 닫힌 바다다. 물이 드나드는 통로가 좁아 한번 데워진 물이 빠져나가는 데 오래 걸린다. 냄비에 담긴 물과 다르지 않다.

이 바다의 서쪽에서 중국이 원전을 짓고 있다. 중국은 2030년까지 110기가와트, 2035년까지 200기가와트를 목표로 하고 있고, 국영 원전기업인 중국광핵그룹도 2035년까지 200기가와트 건설이라는 장기 목표를 밝힌 바 있다.10 우리나라 전체 원전 설비의 여덟 배에 해당하는 규모다.

지금도 서른 기 넘게 짓고 있다. 세계에서 새로 지어지는 원전의 절반이 중국 몫이다. 그리고 그 원전들은 대부분 연안에 선다. 광둥, 푸젠, 저장, 장쑤, 산둥, 랴오닝 — 동부 연해의 성들이다. 이 가운데 장쑤, 산둥, 랴오닝이 마주 보는 바다가 황해다.

성층화와 데드존

얕은 바다에서 표층이 데워지면 위와 아래가 갈린다. 따뜻한 물은 가볍고 찬 물은 무거워서 섞이지 않는다. 이것을 성층화라 한다.

섞이지 않으면 표층의 산소가 바닥까지 내려가지 못한다. 바닥에서는 유기물이 분해되며 산소를 소모하는데 공급이 끊기면 산소가 바닥난다. 그렇게 만들어진 것이 데드존, 산소가 없어 생물이 살 수 없는 구역이다.

황해는 우리 어업의 주요 어장이고 중국 어업의 주요 어장이기도 하다. 그 바다에 산소가 없는 구역이 넓어진다면 잃는 것은 물고기만이 아니다.

황해 관련 참고문헌
¹ Frontiers in Marine Science (2024). "Trends of maximum annual sea surface temperature in the Eastern China Seas." 1985~2022년 위성 데이터 기반. 동중국해·황해 Tmax 상승률 0.3°C/10년, 전 지구 평균 대비 약 52% 초과.
² Wikipedia / World Nuclear Association. "Nuclear power in China." 2025년 기준 운영 58기·건설 44기·총 102기. 2035년 목표 200 GW 달성을 위해 대략 150기 추가 필요.
³ China Nuclear Energy Association (2025). 2060년 탄소중립 시나리오상 원전 400 GW, 발전 비중 18% 목표.
⁴ World Nuclear Association. "Is the Cooling of Power Plants a Constraint on the Future of Nuclear Power?" 현재 건설 중인 원전 열효율 34~36%, CCGT 약 60%.
⁵ World Nuclear Association / EPRI (2010). "Cooling Power Plants." 원전-석탄화력 간 냉각수 필요량 차이 통상 15~25%.
⁶ IAEA (2012). "Efficient Water Management in Water-Cooled Reactors." 개방형 냉각계통의 온배수 환경 영향 메커니즘.
⁷ Yale Environment 360 / Springer Nature *Hydrobiologia* (2022). 황해·동중국해 생태 교란의 복합 원인: 남획, 부영양화, 수온 상승, 외래종 등.
⁸ Yale e360. "Massive Outbreak of Jellyfish Could Spell Trouble for Fisheries." 2000년대 이후 황해 해파리 3종 동시 급증, 5년간 멸치 어획량 20분의 1로 감소 보고.

국경이 없는 문제

동해의 온배수는 우리가 만든 것이지만 황해의 온배수는 절반이 남의 것이다. 그런데 바다에는 국경이 없다. 중국 원전이 데운 물이 우리 어장으로 들어오고, 우리 원전이 데운 물이 그쪽으로 간다.

이것은 어느 한 나라가 규제해서 풀 수 있는 문제가 아니다. 그런데 지금 이 문제를 다루는 국제적 틀은 존재하지 않는다. 방사능 문제에는 국제원자력기구가 있고 온실가스에는 파리협정이 있다. 온배수에는 아무것도 없다.

4절. 무엇을 해야 하는가

첫째, 조사부터 하자

지금 우리에게 없는 것은 대책이 아니라 자료다. 원전 온배수가 지역 수온과 강수에 어떤 영향을 미치는지 조사한 연구가 사실상 없다. 원전을 짓기 전에 하는 환경영향평가는 배출구 주변 몇 킬로미터를 볼 뿐이고, 해류를 타고 북상하는 열의 누적을 다루지 않는다.

동해안 스무 기가 40년간 배출한 열의 총량이 얼마인지, 그것이 동해 표층 수온에 얼마나 기여했는지, 아무도 계산해본 적이 없다. 이것은 기술적으로 어려운 일이 아니다. 하지 않았을 뿐이다. 위험을 판정하기 어려운 것과 판정을 시도조차 하지 않는 것은 전혀 다른 일이다. 앞의 것은 과학의 한계이고 뒤의 것은 행정의 태만이다. 이 태만이 어떤 구조에서 나오는지는 이 책 11장에서 다룬다.

둘째, 버리는 열을 쓰자

앞서 인용한 국정감사 자료에는 이런 대목이 있다. 한국수력원자력은 다섯 개 원자력발전소 가운데 두 곳에서만 온배수를 활용하고 있으며, 2020년 1월부터 8월까지의 활용량은 배출량의 0.002퍼센트인 30만 4,000톤에 그쳤다.11 99.998퍼센트를 그냥 버린다는 뜻이다.

온배수는 쓸 데가 있다. 양식장의 겨울철 수온 유지, 시설원예 난방, 지역난방 열원으로 쓸 수 있고 실제로 일부에서 쓰고 있다. 그런데 활용률이 0.002퍼센트라면 쓰고 있다고 말하기 어렵다.

원전 운영자에게 온배수 활용 목표를 부과하고 이행 실적을 공개하게 해야 한다. 버리는 것이 공짜이면 아무도 줄이지 않는다.

셋째, 황해 열수지 총량제로 가자

황해에 들어가는 열의 총량에 상한을 두고 연안국이 나누어 지는 틀이 필요하다. 온실가스 총량 규제와 같은 원리다.

당장 어려운 일임을 안다. 그러나 첫걸음은 어렵지 않다. 각국이 자국 원전의 온배수 배출량과 수온 자료를 실시간으로 공개하고 공유하는 것부터 시작하면 된다. 자료가 쌓여야 총량을 말할 수 있다. 지금은 서로 얼마나 버리는지조차 모른다.

그리고 근본적으로는

세 가지 제안은 모두 미봉책이다. 조사를 하고 열을 재활용하고 국제 틀을 만든다 해도, 원전이 늘어나는 한 바다에 들어가는 열의 총량은 늘어난다. 열효율을 획기적으로 높이는 기술은 열역학의 한계에 걸려 있어 기대하기 어렵다.

결국 남는 물음은 하나다. 데워진 바다를 감당할 수 있는가.

우리는 원전의 위험을 사고 확률로 계산해왔다. 몇 만 년에 한 번이라는 식이다. 그러나 온배수는 확률이 아니다. 사고가 나지 않아도, 관리를 아무리 잘해도, 원전이 돌아가는 모든 날에 벌어지는 일이다. 확실하게 일어나는 일을 우리는 셈에 넣지 않았다.

원전을 더 지을 것인가를 묻기 전에, 이미 짓고 있는 것이 바다에 무슨 일을 하고 있는지부터 알아야 한다. 그것조차 모르는 채로 스무 기 위에 두 기를 더 얹자는 결정이 지금 진행되고 있다.

주

1. 2020년 국정감사 제출자료(한국수력원자력 및 5개 발전사), 김정호 의원실.

2. 「낙동강 대권역 물환경관리계획 수립 연구(안)」(2016~2025).

3. 독일 게오마르 헬름홀츠 해양연구소(GEOMAR) 해양산성화 연구, 2013.

4. 원자력안전위원회, 신고리 3·4호기(현 새울 1·2호기) 설계해수온도 변경 승인, 2022.7.

5. 한겨레, 2025.7.30. / EBN, 2025.10.

6. 원자력안전위원회 회의록. 경향신문 단독보도(2025.7.30)로 확인.

7. 한국수력원자력 정보공개청구 자료(2023.10 기준).

8. EBN, 2025.10.

9. 경향신문, 2022.10.12.

10. 중국 원전 건설 목표 및 중국광핵그룹(CGN) 장기목표에 관한 2025~2026년 보도. 세계 건설 중 원전에서 중국이 차지하는 비중은 이 책 2장(석광훈) 참조.

11. 위 국정감사 제출자료(주 1).

12. 원전이 경직성 전원이어서 봄·가을 경부하기에도 출력을 낮추기 어렵다는 점은 이 책 4장(이정윤)에서 다룬다. 온배수가 전력수요와 무관하게 연중 배출되는 까닭이 여기에 있다.