북한 전력(電力)현황과 협력방안

권창섭 한국수력원자력(주) 한강수력본부 운영실장. 강원대 산업대학원 산업공학과 석사. 북한대학원대학교 북한학(경제·IT) 박사수료.

수력발전을 중심으로

수력발전은 물의 낙차에너지를 이용하여 전력을 생산한다. 즉, 물이 갖는 위치에너지를 수차(Water Turbine)를 이용하여 기계적 에너지로 변환하고 이것을 다시 발전기(Generator)를 통해 전기에너지로 변환하는 방식이다. 또한 댐(DAM)의 위치나 크기에 따라 홍수조절 및 용수공급, 관광·레크리에이션 등의 기능을 수행할 수 있으며 중·소수력발전은 다양한 장소에 적용이 가능한 장점이 있다. 특히, 수력발전은 기동정지나 출력변동이 용이하여 전력계통의 안정적 운영에 크게 기여하고 있으며, kWh당 이산화탄소 배출량이 석탄화력이나 태양광, 풍력, 원자력 등에 비해 월등히 낮은 장점이 있다. 오늘날 수력발전은 전 세계 발전설비의 약 20%를 점유하는 가장 중요한 전력원 중의 하나이다.

북한은 일찍이 풍부한 수력자원을 중심으로 전력산업을 발전시켜왔다. 식민지시대 조선의 전력산업은 1920년대 후반부터 수력발전을 중심으로 한 대규모 전원개발이 시작되어 1930년대 후반에 급격히 확대되었으며, 1940년대에는 군수생산 확대를 위해 대규모 수력발전소가 북한지역에 잇따라 준공되었다. 이미 해방이전 북위 38도 이북의 북한지역에는 전력, 금속, 화학공업 등의 에너지부문과 중화학공업부문이 집중되어 있었으며 1944년에는 한반도 전체 발전량의 96.4%가 북한지역에서 생산되고 있었다. 이후, 한국전쟁으로 대부분의 발전소가 파괴되기도 하였으나 1950년대 후반까지 공산권의 지원으로 전후 복구공사를 완료하였고 1960년대 이후부터는 화력발전소의 건설과 함께 풍부한 입지조건을 바탕으로 한 대규모 수력발전소의 건설을 추진하여 왔다.

[그림-1] 북한의 국장

1948년 제정된 북한의 국장에는 과학과 산업을 상징하는 수풍댐과 식량과 인민을 상징하는 벼이삭이 그려져 있다. 이를 통해 수력발전을 중시하는 전력정책을 알 수 있으며, 역설적으로는 식량과 전력이 절대적으로 부족한 오늘날의 실패한 경제상황을 상징적으로 보여주고 있다.  

그러나 북한은 1990년대 이후 최근까지 심각한 에너지난을 겪고 있다. 그 주된 원인은 ① 에너지 자급 우선정책에 의한 자원배분의 비효율 ② 둘째, 과거 사회주의 국가들과의 관계변화에 따른 경제지원 급감 ③ 자연재해에 따른 발전설비의 파손을 들 수 있다. 특히 자원배분의 비효율과 관련하여서는 자본집중적인 설비산업인 수력발전소 개발에 투자의 우선순위를 둔 것으로 이는 타 산업에 대한 투자를 축소시킴으로써 경제구조의 비효율을 증대시키는 결과를 초래하였다. 결국 북한은 식민지시대의 산업구조의 덫에서 빠져나오지 못했다고 볼 수 있다. 이는〈표1〉의 남북한 전력현황을 비교해 볼 때 확연히 알 수 있다. 산업화의 발달과 경제규모의 확대에 따라 자연스럽게 수력의 의존도를 벗어난 남한과 달리 북한의 경우 그야말로 수주화종(水主火縱), 수력에 크게 의존하고 있음을 알 수 있다.

자료 : 2017 통계청자료를 바탕으로 재정리

〈표2〉는 수력에 의존하고 있는 북한의 에너지수급 현황을 극명하게 보여준다.

자료 : 2018 통계청 북한통계포털

수력은 에너지 변환율이 높고 국내 부존자원을 활용하는 재생에너지원이다. 물론 가뭄이나 홍수 등 강우(降雨)에 따라 전력생산량의 편차가 발생되는 큰 약점이 있으나 북한의 경우 천혜의 수력발전 입지조건을 보유하고 있으며, 특히 전력수요가 많은 공업·광업지구 인근에 대규모 수력발전소들이 다수 위치하고 있다. 따라서 북한 산업의 재건 또는 에너지부족의 해결을 위한 현실적인 방안을 검토할 때 기술성과 경제성 측면에서 기존 수력발전소들에 대한 복구와 성능개선을 우선순위로 놓지 않을 수 없다.

이러한 북한의 입장과 고민은 매년 발표되는 북한의 신년사를 통해 짐작할 수 있다. 2018년도 신년사에서 김정은 위원장은 “도(道)들에서 자기 지방의 특성에 맞는 전력생산 기지들을 일떠세우며 이미 건설된 중소형 수력발전소들에서 전력생산을 정상화하여 지방 공업부문이 전력을 자체적으로 보장하도록 하여야 합니다.” 2019년도 신년사에서도 “나라의 전력문제를 풀기위한 사업을 전 국가적인 사업으로 틀어쥐고 어랑천발전소와 단천발전소를 비롯한 수력발전소 건설을 다그치고..” 등 수력발전소의 건설과 운영정상화를 강조하고 있다. 이를 통해 북한에서 전력부족 문제 타개를 위해 수력발전에 매달리고 있으며 그럼에도 불구하고 발전부문의 정상화에 난항을 겪고 있다는 것을 알 수 있다.

[그림-2] 태평만수력발전소에서 관측된 신의주지역 전력주파수

2015년 3월 압록강 최하류 태평만수력에서 필자가 관측한 북한 신의주 지역 계통주파수는 32.72Hz로서 북한의 정격주파수인 60Hz보다 크게 낮은 수준이었음, 태평만 발전소는 북·중 공동운영 발전소로서 전력을 정상적으로 생산하여 공급하고 있었으며, 신의주가 북한 최대의 무역도시인 점을 감안할 때 북한의 심각한 전력계통 상황을 짐작할 수 있다.

북한의 수력발전은 많은 문제점이 있다. ① 전체 수력설비 용량의 약 40%가 설비관리 기준수명에 도래하였고 그 중 20%는 50년을 초과한 노후설비로서 당장 대대적인 교체를 통한 현대화가 필요하다. ② 비교적 근래에 건설되어 운영 중인 설비의 경우 자체 생산한 저 품질의 기자재 사용으로 잦은 고장과 출력미달이 발생되고 있다. ③ 기술 및 산업의 쇠태로 적기에 정비를 하지 못하고 고장부품의 조달도 어려워 가동이 제대로 되지 못하며 ④ 특히, 산림황폐화와 잇따른 자연재해로 인한 저수지나 하천에 토사가 퇴적되어 저수량이 크게 부족하고 ⑤ 이는 낮은 수위의 운전과 무효방류 증가로 저효율 운전이 반복되는 악순환의 고리에 빠져있다.

따라서 장래 북핵문제 등이 해결되고 그에 따라 남북 및 북미관계의 질적 변화로 남북 경제협력이 확대될 경우 초기단계에서는 전력부문, 특히 수력발전부문의 사업들이 최우선으로 검토될 수 있다. 첫째, 연료비가 들지 않는 국토의 부존자원인 물을 이용한다는 점과 둘째, 전국 주요 산업지역에 인접하여 전력인프라 시설이 이미 구축되어 있는 점 셋째, 발전소에 따라서는 상대적으로 적은 비용과 짧은 기간에 즉각적인 효과가 발생된다는 점에서 사업경제성이 높기 때문이다.

이하 여기서는 수력발전을 매개로 한 분야별 남북간 경제협력방안을 간략히 설명하고자 한다.

□ 노후된 수력발전소를 현대화하는 방안

[그림3] 북한의 수력발전소 현황

[그림3] 북한의 수력발전소 현황
자료 : 국토교통부자료를 재정리

발전소가 정상적으로 운영되기 위해서는 설비특성과 상태에 따른 적절한 정비와 개·보수가 필요하다. 그러나 오랜 세월 장기간 운전·가동되면 경년열화 등으로 출력이나 성능이 급격히 저하되고 고장이 빈발하게 된다. 국내의 경우 선진국 사례와 자체적인 연구·경험을 바탕으로 대체로 40년을 수명관리 기준으로 설정하였다.

수명관리 기준연수가 도래하게 되면 해당발전소의 수차, 발전기 등 주요 기기를 포함한 발전소 설비를 전면 교체·보강하여 현대화함으로써 출력과 성능을 향상시키고 수명을 30~40년 연장시키게 된다. 따라서 북한의 노후 된 수력발전소를 현대화하는 사업은 부족한 전력문제 해소를 위해 가장 시급한 사업 중 하나이다.

북한 당국의 입장에서도 이미 수명기간을 초래한 강계청년(224.6㎿), 부전강(203.7㎿), 장진강(347㎿), 서두수발전소(510㎿) 등은 대규모 발전소로서 주요 도시 및 기업소, 광업소 등에 전력을 공급하는 핵심 발전소이므로 현대화 최우선대상으로 검토될 수밖에 없다. 〈표3〉은 북한의 주요 전기공장 현황이다.

자료 : kDB산업은행

대안중기계연합기업소를 포함 다수의 대형기업소가 있으나, 1990년대 이후 장기간의 경제침체 및 제조기술의 낙후, 국제제재에 따른 부품, 소재 공급이 어려워 생산제품의 품질이 조악한 것으로 알려져 있다. 반면, 국내는 1990년대부터 노후수력 현대화사업을 꾸준히 시행하여 진단 및 시공분야의 필요한 기술과 실적, 경험인력 등을 확보하고 있다. 또한 기자재 분야의 국제경쟁력 제고를 위해 15㎿급 수차발전기 국산화기술을 개발하였고 30㎿급 이상 중대형 수차발전기도 개발 중에 있다.

수력발전소 신규건설 또는 건설 부진사업 지원

북한은 강수량은 많지 않으나 지리적특성상 수력발전에 유리한 천혜의 입지가 많은 것으로 알려져 왔다. 2019년 국내 연구진에 의해 북한의 수력자원잠재량 분석결과 북한의 이론포장수력은 약 2,000만kW에 달한다. 이미 많은 수력발전이 개발되었으며 실제 건설에 필요한 기술성과 경제성을 감안하더라도 추가로 신규개발 가능 여력은 충분하다고 하겠다.

[그림-4] 북한의 수력발전 자원

자료 : 한국수력원자력

한편, 북한 매체를 통해 알려진 단천발전소의 건설추진 경과 및 최근의 상황은 남북협력 측면에서 시사하는 바가 매우 크다. 단천발전소는 압록강으로 유입되는 양강도 삼수군의 물을 8개의 댐과 160㎞의 도수로를 이용해 함경남도 단천시로 끌어와서 낙차를 이용하여 전력을 생산하는 유역변경식 발전소 이다.

당초 김일성에 의해 1990년 2월 200만㎾급 발전소 건설이 최초 구상되었으며, 김정일이 2000년 5월 당중앙위원에서 건설과 관련한 지시를 하달하였고 2007년 5월에 건설을 착공하게 된다. 김정일 사후 많은 어려움을 겪다 김정은 집권이후 2017년 4월 단천발전소 건설을 최단기간에 완공할 데 대한 중앙위원회, 국무위원회, 내각 공동결정서가 채택되었고 2020년까지 1단계 1,5,6호 발전소 총 600㎿를 건설목표로 하고 있다. 그러나 대규모 건설을 인력동원에 의존하는 북한의 현실을 감안할 경우 준공 전망이 밝지 않다.

[그림-5] 단천수력발전소 건설현장

자료 : 포털site 네이버

이는 어랑천발전소 건설 사례에서도 알 수 있다. 본 공사는 함경북도 어랑군 어랑천상류에 설비용량 134㎿의 중규모의 댐식 발전소를 건설하는 것으로서 1988년 착공된 후 1990년대 공사가 중단되었고, 2007년 1호, 2013년 2호 발전소가 완공되었으나 아직까지 3,4,5호 발전소가 건설 중이다. 착공된 지 30년이 지나도록 건설이 진행 중이며 김정은이 현지지도를 통해 공사부진을 질책하는 기사들이 북한매체를 통해 알려지고 있다. 또한 삼수발전소, 백두산영웅청년발전소 등 비교적 최근에 건설된 댐들에서도 누수가 발생되는 문제점도 나타나고 있다.

따라서 수력발전소의 신규건설, 공정이 부진한 발전소건설에 대한 지원 및 기존 댐 보강 등의 사업도 협력이 필요한 대상이다.

친환경·저탄소 수력CDM사업

북한은 자연재해, 경제제재 등에 의한 산업침체로 온실가스 배출량이 급감하고 있으나 에너지분야의 CO₂는 북한 전체 배출량의 92.5%를 차지하며 화석연료 연소에 의한 온실가스 배출량이 91%를 차지하고 있다. 북한은 1994년 기후변화협약 및 2005년 교토의정서를 비준하였고 북한 자체 개발상황의 요구사항에 부합하는 에너지, 환경, 농업, 건물, 임업, 어업, 폐기물분야 등 기후변화관련 총 53개 법률을 제·개정하는 등 그간 기후변화관련 활동에 비교적 적극적으로 참여하여 왔다.

특히, 최근에는 CDM사업을 적극 추진 중인 것으로 알려진다. 〈표4〉와 같이 6개의 수력발전소를 유엔기후변화협약이 인정하는 친환경시설물로 등록하였고 8개의 수력발전소(이천, 세포, 회양, 고성1·2, 평강, 내천, 문천) 총 48.9㎿ CDM사업을 추가개발 중이며 이와 함께 조림사업과 화력/제조공장 등의 CDM개발도 적극 추진 중이다. 한편, 국내 일부자치단체에서 개성공단 명품가로수길 조성, 고성~원산 해안도로 조림 조성사업도 검토한바 있고 독일 한스자이델 재단에서 북한의 강원도 판교지역 조림사업 추진을 검토하기도 하였다.

자료 : 현대경제연구원

CDM사업과 관련 추진 가능한 협력사업 방안은 다음과 같다. ① 계획대비 부진사업에 대한 지원이다. 북한은 기술 및 자금부족으로 인한 수차발전기 제작·설치를 포기한 상태로 최초 계획만큼 CDM사업 등록을 하지 못하고 있다. 따라서 북한의 능력부족으로 인한 수력발전소 미등록 설비에 대한 건설지원이 필요하다. 또한 북한이 개발포기한 수력설비는 단위기 10㎿이하의 민생용 소수력으로 제재완화시 우선추진이 가능하며 투자비는 남북협력기금, 국제금융기구 자금 또는 현물상환 등 다양한 방안 검토가 가능하다. ② 노후수력 현대화사업과 연계가 가능하다. 현대화사업을 통해 얻어지는 기존설비 대비 “용량증대에 따른 출력증가분, 성능향상에 따른 발전생산량 증대분”은 대상발전소의 설비용량에 관계없이 CDM개발이 가능하다.

소수력발전소 건설·운영 지원

소수력발전은 국가별로 기준이 다소 차이가 있으나 대체로 10,000㎾급 이하의 소규모에서부터 5~100㎾의 마이크로급 소형수력발전을 의미한다. 설비구조가 간단하여 건설비용이 적고 인허가절차가 용이하여 사업 소요기간이 짧다. 북한은 1990년대 후반부터 부족한 전력문제 해소를 위해 전 국토에 걸쳐 약 6,800여 개소의 소수력을 건설한 것으로 알려져 있다. 그러나 난개발에 따른 부실시공, 경제침체로 인한 관리부재, 잇따른 자연재해 등으로 가동이 제대로 되고 있지 않았으나, 2000년 중반 이후 중소수력의 신규건설 및 개보수를 다시 적극 추진하고 있다. 따라서 전기가 공급되지 않는 오지마을을 대상으로 민생용소수력에 대한 인도적 차원의 지원이 필요하다.

국내에는 소수력 용량에 따라 생산이 가능한 다수의 업체가 존재하며 관련 기술과 실적을 보유하고 있다. 또한 소수력의 개발, 운전 및 유지관리(A/S)에 대한 체계적인 노하우와 경험인력이 충분하다.

임남댐 물이용 협력사업

북한은 2003년 평화의댐 상류에 저수용량 26.2억톤 규모의 임남댐(일명 금강산댐)을 건설하여 저수된 물을 수로를 이용하여 북한의 강원도 안변남대천으로 유역변경한 후 안변청년발전소(324㎿)에서 발전(發電)을 통해 동해로 방류하고 있다.

[그림-6] 북한의 임남댐과 북한강 수력댐

자료 : 포털site. naver, 재편집

임남댐 건설이후 북한강 최상류에 위치한 남한의 화천댐 유입수량은 연간 16억톤이 감소되었으며 이로 인해 북한강 5개(화천, 춘천, 의암, 청평, 팔당) 수력발전소의 발전량이 연간 234GWh 감소하는 피해를 보고 있다. 또한 수량감소로 화천댐 기준 생물확적 산소요구량(BOD) 13% 증가 등 수질악화 및 홍수시 무단방류 등에 따른 재난위험성 증가 등의 문제가 나타나고 있다. 북한강 수계의 남북한 공동이용은 ① 군사적 긴장완화 및 수자원의 평화적 이용 ② 남북 교류·협력의 활성화 ③ 국토자원의 효율적 이용과 환경보전 등 다양한 효과를 얻을 수 있다. 따라서 임남댐 물을 남한으로 방류시 발생되는 남북간 경제적 편익증감분을 정밀 분석하여 이를 지렛대로 방류협조를 타진하고, 협력에 따라 발생되는 경제적 편익을 공유하는 사업화방안을 검토할 필요가 있다.

그 밖의 검토가 가능한 협력방안

북한은 자원대국은 아니지만 국토의 약 80%에 광물자원이 분포되어 있고 이 중 마그네사이트(매장량 40억톤, 세계2위), 철광, 중석(16만톤, 세게6위) 등은 세계적 규모로 알려져 있다. 지난 2006년 6월 남북 당국간 “경공업 및 지하자원개발 협력에 관한 합의서 채택”이후 함경남도 단천지역 등 자원개발을 위한 여러 가지 방안이 추진, 검토되어 왔으나 현재까지 답보상태에 있다. 향후 단천지역은 물론 무산철광, 갈탄광 등 북한의 지하자원개발 협력을 위해서는 사업기간 중 안정적 전력공급이 반드시 전제되어야 한다. 광업소 인근에 위치한 노후된 수력발전소의 개·보수 또는 현대화를 통해 소요전력을 확보하는 방안은 전체적인 자원개발 협력사업의 경제성을 높일 수 있다.

그 밖에 DMZ 및 접경지역 인근에 소수력건설, 서해안 조력발전소 개발협력도 가능하며 특히, 북한에는 하천의 상·하류에 따라 밀집되어 있는 대규모의 수력발전집단들이 다수 있다. 장진장, 부전강, 허천강, 서두수, 예성강, 성천강, 태천수력 등이 대표적이다. 이러한 계단식 수력발전소가 원활이 운전되도록 유역단위 묶음별로 주기적인 정비지원 사업 등도 검토할 수 있다.

지금까지 북한 수력발전 부문의 현황과 문제점, 수력발전을 매개로 한 몇 가지 남북협력방안에 대하여 간략히 소개하였다. 남북간 수력발전 협력방안들은 역지사지의 관점에서 상호 기술과 자본의 차이를 인정하되 협력의 결과들이 상호 이익으로 돌아가 지속가능한 협력이 될 수 있도록 정교하게 설계되어져야 한다.

1) 2011.1 한국과학기술기획평가원, IHA Activity report 2011
2) 양문수 「북한경제의 구조」(서울대학교 출판부, 2001)
3) 장영식 「북한의 에너지경제」(1994), 정우진 「에너지산업의 대북한 진출방안연구」(KDI,2001)쪽40
4) 북한 전체 발전설비 용량의 65.2%가 생산전력량 235억kWh의 51%(119억kWh)가 수력발전량임
5) 8개 대형 화력발전소(총 3,350㎿) 외에 중소형 공장화력(27개소 약 200㎿)를 더한 값임
6) 남한의 경우 전체공급에너지는 306,123(천TOE)이며 이 중 수력은 1,549(천TOE), 0.5%에 불과
7) 이 외에 생산된 전력을 변환하여 수요처로 공급하는 과정에서 시설노후에 따른 손실, 도전 및 누전 등 송·
변전 및 배전계통의 문제점이 심각하지만 여기서는 검토대상에서 제외 한다.
8) 북한의 수력자원잠재량 분석 (한국수력원자력, 2018)
9) 유엔기후변화협약 (UNFCCC) : UN 산하 국제기관으로 CDM 사업을 공식적으로 총괄
10) 현대경제연구소 등 국내자료 요약, 재정리
11)안종서, 남북공유하천 북한강의 물이용 문제점 및 수리권추정 (2011)

– 권창섭

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