1. 발전소 온배수란?

[CitizenErased]

발전소, 산업단지 등에서는 장비의 과열을 식히기 위해서 다량의 냉각수가 필요하다. 한국에서는 담수보다는 주로 해수를 냉각수로 사용하며, 이 과정에서 사용된 냉각수는 바다로 다시 배출된다.

취수 전보다 온도가 높으므로 이를 ‘온배수(thermal discharges)’라고 부른다. 온배수에 대한 대략적인 정의는 ‘물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률(물재이용법)’에 나와 있다. 제2조제6의2호에 따르면 발전소 온배수란 취수한 해수를 발전소(원자력발전소는 제외)의 발전 과정에서 발생한 폐열을 흡수하는 냉각수로 사용해 수온이 상승한 상태로 방출되는 배출수를 뜻한다.1)

▲석탄화력발전의 원리(출처: 한국남동발전 홈페이지)  

화력 및 원자력발전소에서는 석탄 등 화석원료를 연소시키거나, 우라늄 핵분열에 의한 열의 일부분만 전력으로 전환되고 나머지는 폐열로 분류돼 외부로 배출된다. 일반적으로 발전소 열효율은 화력발전이 40% 내외, 원자력발전이 35% 정도다. 화력발전의 경우 액화천연가스(LNG)를 연료로 이용한다면 49% 이상의 열효율 달성이 가능하다.2)3) 원자력발전이 화력발전보다 열효율이 낮은 이유는 연료 건전성의 제약으로 인해 터빈으로 보내는 증기 온도를 약 280℃까지밖에 올릴 수 없기 때문으로 알려졌다.4)

원전을 기준으로 본다면 발생에너지의 35% 정도만 발전에 사용하고 나머지는 온배수로 버려진다는 뜻이다. 이러한 폐열 처리방식으로는 관류냉각방식과 냉각탑방식, 자연냉각방식 등이 있다. 이중 가장 간편하고 저렴한 방식은 가까운 수원에서 표층수를 취수해 냉각수로 쓰고 온배수를 다시 배출하는 방식이다. 한국의 화력·원자력발전소는 대부분 관류냉각방식이다.

발전소에서는 터빈을 돌리고 나온 증기를 복수기(condenser)에서 물로 변환시킬 때 바닷물을 냉각수로 사용한다. 취수된 해수는 복수기에서 열 치환 후 바다로 되돌려 보낸다. 관류냉각방식의 복수기 설계에 따라 차이는 있지만, 복수기 양쪽 끝에서의 온도 차이는 저온복수기가 6~11℃, 고온복수기가 14~17℃ 범위다. 양쪽 끝 온도 차는 14℃ 내외다. 한국에서는 통상 저온복수기를 사용하고 있지만 고온복수기를 사용하는 발전소가 늘어나는 추세다.5)

▲출처: 한수원 및 5개 발전사(김정호 의원실 재구성)

전력 사용량이 늘어나면 온배수 배출량도 늘어난다. 화력발전과 원자력발전 온배수를 비교해보면 한국수력원자력과 5개 발전사의 2020년 1월부터 8월까지 온배수 배출량은 총 399.25억t으로 집계됐다. 평균온도는 취수 전보다 7.2℃ 높았다. 총배출량 가운데 198.71억t이 원전에서, 200.54t이 화력발전소에서 배출됐다. 한울원전이 56.25억t으로 27개 발전소 가운데 가장 많은 배출량을 기록했다.6)

<각주>

1) http://물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률 (law.go.kr)

2) http://oak.cni.re.kr/handle/2016.oak/3962 

<충남 화력발전소 온배수 배출의 실태와 활용방안> 충남발전연구원 2012.12

3) https://scienceon.kisti.re.kr/commons/util/originalView.do?cn=TRKO201600013922&dbt=TRKO&rn=

<해양생태계 보전을 위한 온배수 관리방안 연구> 한국해양연구원/충북대학교 2007.3

4) http://mdportal.kaeri.re.kr/posts/d20150027/

증기발생기는 열교환 방법 또는 전열관 형태에 따라 재순환형 (recirculating type)과 직류형 또는 일관 유로형(once through type)으로 구분된다. 재순환형인 경우 급수관으로 공급된 물이 하향 유로 통로를 타고 아래로 내려가 관판(tube sheet)을 가로질러 흘러 상부로 올라가며 열을 흡수한다. 이 과정에서 관 내부로 1차 냉각수가 흐르는데, 이 1차 냉각수 입구(hot leg, 고온관측) 온도는 315~327℃ 부근이며 열을 2차 측에 전달하고 난 뒤의 저온관(cold leg) 온도는 288℃ 부근이다.

5) 각주 3)과 동일

6) https://blog.naver.com/bongha4rang/222134215627

<지구온난화 앞당기는 발전소 온배수 올해만 399억톤 배출> 김정호 더불어민주당 의원 2020 국정감사 보도자료