Site C 댐: 캐나다의 가장 대담한 청정 에너지 프로젝트

Site C 댐의 엔지니어링 도전 과제

일부 메가프로젝트는 James Webb Space Telescope와 CERN particle accelerator와 같은 기술의 극한 정밀성으로 눈에 띕니다. 다른 프로젝트는 Artemis Missions처럼 인류를 새로운 최전선으로 이끌고자 합니다.

또 다른 메가프로젝트들은 그 규모 자체만으로도 눈에 띕니다. 예를 들어 최근에 시작된 캐나다 브리티시 컬럼비아 북동부의 “Site C” 수력 댐이 있습니다.

출처: Engineering Source Record

이는 현재까지 캐나다에서 가장 큰 인프라 프로젝트 중 하나로, 13억 달러 규모의 토목 공사가 완료되었습니다. 댐은 바닥에서 폭이 500m에 이르고 상단에서는 10m로 좁아집니다. 전체 프로젝트 비용은 118억 달러가 넘습니다.

출처: Acciona

프로젝트 규모 외에도, 캐나다 산악 지역의 혹독한 겨울 환경과 엄격한 환경 및 안전 규제를 극복해야 했습니다.

궁극적으로 이 댐은 원자력 발전소나 여러 화석 연료 발전소와 동등한 전력을 생산하지만, 탄소 배출이나 방사성 폐기물은 없습니다.

피스 강 수력 발전 프로젝트

피스 강 분지의 수문학

피스 강은 브리티시 컬럼비아 로키 산맥에 위치한 길이 약 2,000km(1,200마일)인 강입니다.

피스 강은 맥케니 강의 지류이며, 핀레이-피스-슬레이-맥케니 강 시스템의 일부로, 세계에서 13번째로 긴 강 시스템입니다.

출처: 지질 페이지

Site C는 피스 강에 세 번째로 건설된 댐으로, 20세기 중반 최초 제안에서 고려된 네 개의 주요 댐 중 하나입니다.

첫 번째와 두 번째 댐은 각각 1968년과 1980년에 건설되었으며, W. A. C. Bennett 댐과 Peace Canyon 댐으로 명명되었습니다.

Bennett 댐은 3.9GW 용량을 가지고 있으며 북미에서 세 번째로 큰 인공 호수입니다. Peace Canyon 댐은 700MW 용량을 가지고 있습니다.

출처: NiCHE

두 댐은 BC Hydro(브리티시 컬럼비아 수력 및 전력청)의 관리 하에 있습니다. 이 전력 회사는 주의 주요 전기 공급업체로, 400만 명 이상의 고객, 인구의 95%에 전력을 공급합니다.

BC Hydro는 1960년부터 1980년 사이에 총 6개의 대형 수력 프로젝트를 완료했습니다. 현재까지도 BC Hydro 전력 생산의 대부분은 청정 또는 재생 가능한 원천에서 나옵니다.

피스 강의 브리티시 컬럼비아 구간에 제안된 네 번째 댐인 Site E는 BC-앨버타 경계 근처에 위치했으며, 1982년 청문회 중 계획 단계에서 취소되었습니다.

Site C 프로젝트 부활 및 계획 타임라인

Site C는 1980년대 초에도 프로젝트의 경제성 및 전력 생산 용량에 대한 의문으로 댐 프로젝트가 거부되었습니다.

이 옵션은 2004년 BC Hydro가 퍼스트 네이션, 알버타 주, 그리고 지역 사회와 논의를 시작하면서 다시 검토되었습니다. 댐의 영향(환경, 경제, 사회, 문화유산, 보건)에 대한 광범위한 분석 후, 2015년에 건설이 시작되었습니다.

Site C 수력 댐

개요

이 수력 댐은 명목 용량 1,100메가와트(1.1GW)를 갖게 되며, 연간 약 5,100기가와트시(GWh)의 전기를 생산할 예정입니다. 이는 브리티시 컬럼비아에서 연간 약 45만 가구 또는 170만 대의 전기차에 전력을 공급할 수 있는 양입니다.

전력 생산은 6개의 발전기 유닛에 의해 이루어지며, 각각 180MW 이상의 전기를 생산하거나 250,000마력의 출력을 가진 터빈입니다.

출처: Construct Connect

흙댐은 길이 약 1,050미터, 높이 60미터(3,450피트 길이, 200피트 높이)이며, 1,600만 입방미터(5억 6,500만 입방피트)의 자재를 사용합니다. 프로젝트는 95만 입방미터(3,350만 입방피트)의 콘크리트를 소비했으며, 이 콘크리트 댐은 최소 100년 이상 지속될 것으로 예상됩니다.

전체적으로 저수지의 표면적은 9,330헥타르(23,000에이커)입니다.

수원은 길이 83km(51마일)이며, 현재 강 폭의 최대 3배에 달합니다.

댐은 두 부분으로 구성됩니다: 강 대부분을 차단하는 흙댐과, 굽은 L자 형태의 발전소 및 방류구이며, 댐 양쪽에 접근 도로가 있습니다.

이 프로젝트는 500킬로볼트 AC 전송선 2개를 통해 캐나다 전력망에 연결될 예정입니다.

출처: Straight

Site C 발전기 및 터빈 사양

터빈은 각각 최대 방출량 1초만에 올림픽 규모 수영장을 채울 수 있습니다. 특히 물 흐름을 기계 에너지로 변환하는 부분인 거대한 ‘러너’가 포함되어 있으며, 높이 4.2미터, 직경 7.4미터(높이 14피트, 직경 24피트)입니다.

“러너는 터빈 조립의 일부입니다. 저수지의 물에서 얻는 위치 에너지를 회전 에너지로 변환하여 발전기를 회전시킵니다.”

Matthew Thompson – Site C 엔지니어링 팀 리드

터빈, 러너, 그리고 펜스톡은 모두 브라질에서 제조되었습니다.

출처: SewerView

이들은 대서양에서 파나마 운하를 거쳐 태평양 연안까지 긴 해상 운송을 거쳐 Site C에 도착했습니다.

Site C 건설을 위한 강 우회 전략

수력 댐을 건설할 때 주요 문제는 강이 흐르는 동안 강 경로에 건설을 할 수 없다는 점입니다. 대부분의 경우, 평행한 강바닥을 파서 강 전체를 우회시켜 댐 건설 기간 동안 흐르게 합니다.

Site C의 경우, 더욱 야심찬 접근법이 선택되었습니다. 두 개의 거대한 터널이 굴착되었습니다. 각각 길이 800미터(2,600피트), 직경 11미터(36피트)이며, 2020년부터 2024년까지 운영되었습니다.

출처: Acciona

현재 터널은 폐쇄 및 충전 중이며, 피스 강 물이 정상 경로로 돌아가 Site C 댐에 도달하도록 하고 있습니다.

저수지 충전

터널 폐쇄 이후, 저수지는 2024년 여름에 11주 동안 충전되었으며, 물 수위는 하루에 30센티미터에서 3미터 사이로 상승했습니다.

전체적으로 저수지의 표면적은 9,330헥타르(23,000에이커)입니다.

새로운 수로와 저수지를 수용하기 위해 많은 도로와 주변 인프라가 재건 및 재설계되어야 했으며, 이는 이전 강바닥보다 훨씬 넓어졌습니다.

출처: Site C 프로젝트

저수지 측면의 안정성은 물 침식으로 인한 붕괴 가능성을 모델링하고 예측했으며, 저수지 충전 초기 단계에서 지속적으로 모니터링되고 있습니다.

문제 많은 건설

혹독한 환경

프로젝트 규모 외에도, 건설 현장의 기후 조건이 추가적인 도전이었습니다. 댐은 북쪽 깊숙이 위치해 있어 연중 모든 작업을 수행하는 것이 불가능했습니다.

대신, 겨울 6개월은 계획, 터널 굴착, 시추 및 그라우팅(터널을 강화하기 위한 콘크리트 주입)으로 제한되었습니다. 온도는 때때로 -31°C(-23.8°F)까지 떨어졌습니다.

출처: Acciona

봄에 온도가 상승함에 따라 콘크리트 댐 건설이 가속화되었습니다. 2023년 건설 절정기에 프로젝트에는 6,000명 이상의 작업자가 있었습니다.

이러한 메가프로젝트는 작업 자체가 매우 위험합니다. 예를 들어, 1930년대 네바다의 후버 댐 건설에서는 거의 백 명이 사망했습니다.

기술이 도움을 주며, 특히 RID 장비가 장착된 헬멧을 사용해 중장비 운전자가 작업자와 가까이 있을 때 경고합니다. 이러한 장비 덕분에 전체 건설 기간 동안 사망자는 발생하지 않았습니다.

논란

지역 영향

전기차와 난방 전기의 전기화 맥락에서 브리티시 컬럼비아에 저탄소 전력을 제공할 가능성이 높지만, Site C 프로젝트는 논란 없이 진행된 것은 아닙니다.

첫 번째 논란은 퍼스트 네이션의 문화와 생활 방식에 미치는 영향이었습니다.

“Site C 댐은 수백 개의 무덤과 의식 장소를 파괴할 것입니다.
건설될 경우, Site C는 조약 8에 따른 퍼스트 네이션의 권리를 침해하여 그들을 조롱할 정도로 무시하게 만들 것입니다.”

David Suzuki Foundation

새로 침수된 저수지에서 부패하는 나무와 유기 물질은 수년간 독성 메틸 수은을 방출할 수 있어, 지역의 사냥 및 어업, 전통 생활 방식을 더욱 해칠 수 있습니다. 미래 저수지에 거주하던 주민들의 강제 이주도 혼란을 가중시켰습니다.

이는 Bennett 댐 건설에서도 이미 발생한 일이며, 이러한 우려는 충분히 이해됩니다. 그러나 이러한 반대에도 불구하고 프로젝트를 중단시키기에 충분하지 않았습니다.

마지막으로, 피스 강 강변의 독특한 미기후에 의존하는 지역 농업에 미치는 영향은 댐의 경제적·생태적 영향을 더욱 가중시킵니다.

“동서 방향의 피스 강 계곡은 깊은 충적 토양, 긴 북부 일조 시간 및 농업을 위한 미기후를 가지고 있어, 연간 백만 명 이상의 사람들에게 필요한 과일과 채소를 생산할 수 있습니다.”

David Suzuki Foundation

브리티시 컬럼비아는 신선한 채소의 57% 이상을 수입하고 있기 때문에, 이러한 토지를 침수시키는 대신 더 생산적으로 활용하는 것이 의문을 제기합니다.

경제성

Site C 프로젝트가 1980년대에 취소된 이유는 BC Hydro의 경제 연구가 지나치게 낙관적인 모델을 제시했기 때문입니다.

논쟁점 중 하나는 전력 소비 성장입니다.

“2007년 Site C가 처음 재검토되었을 때, Hydro는 부하 성장이 연간 2%씩 꾸준히 증가할 것이라고 주장했습니다.
브리티시 컬럼비아는 2016-17년에 연간 70테라와트시를 소비할 것으로 예상되었지만, 실제로는 60테라와트시를 소비하고 있습니다.”

Harry Swain – 전 연방 산업부 및 인디언·북부 사무부 부장관

생산된 전력을 미국이나 인접한 알버타에 수출할 가능성이 있지만, 전반적으로 프로젝트의 경제적 수익성은 향후 10년 동안은 불확실합니다.

하지만 향후 교통 전기화가 가속화되고 댐의 수명이 100년 이상인 점을 고려하면, 장기적으로 이는 저탄소 에너지의 귀중한 공급원이 될 가능성이 높습니다.

또한, 저렴하고 탄소 중립적인 에너지가 지역에 존재함으로써 향후 소비에 영향을 미칠 수 있으며, 일부 산업이 이를 활용하기 위해 이전할 수도 있습니다.

예를 들어, 전 세계에 건설 중인 기가와트 규모의 AI 데이터 센터들은 안정적이고 저탄소 에너지를 절실히 필요로 하며, 향후 브리티시 컬럼비아를 고려할 수 있습니다.

생태 영향 완화

저수지 충전 전에 곰들을 포획하고 진정시킨 뒤 재배치했습니다.

건설 기간 동안 피스 강을 거슬러 올라가는 물고기의 이동을 돕기 위해 임시 어도(피시웨이)를 구축하여 수생 생태계에 대한 영향을 최소화했습니다.

BC Hydro는 또한 다양한 얕은 수역 서식지를 복원하고, 수생 생물을 지원하기 위해 하천 주변 식생을 재조성했습니다.

또 다른 완화 전략은 탄소 배출을 줄이는 것이었습니다. 일반적으로 댐 건설은 대량의 자재를 운반하기 위해 대형 트럭에 크게 의존합니다.

대신, 약 5km 길이의 컨베이어 벨트를 구축하여 빙하 퇴적물(점토, 실트, 모래, 자갈, 바위)을 운반했으며, 이는 흙댐의 핵심 재료입니다.

컨베이어 벨트가 전기로 구동되기 때문에, 이로 인해 CO2 배출량이 1,500톤 이상 감소했습니다.

출처: STM

전반적으로 프로젝트는 생태 영향을 완전히 없애지는 못했지만, 몇 년 후에는 지역 생태계에 장기적인 피해를 주지 않을 것이며, 캐나다의 탄소 배출 감소에 기여할 것입니다.

결론

Site C 댐은 수십 년 동안 캐나다에서 가장 야심찬 에너지 프로젝트 중 하나이며, 원자력 발전소에 해당하는 규모의 청정 전력을 추가합니다.

또한 거대한 터널을 통해 주요 강 전체를 우회하고, 수백만 톤의 자재를 이동시키며, 브라질에서 거대한 터빈 및 관련 장비를 운반하는 등 매우 인상적인 기술적 업적입니다.

아마도 더 인상적인 것은 프로젝트의 높은 안전성으로, 이는 대규모 인프라가 오늘날 과거 노동자들이 상상하기 어려운 조건에서도 건설될 수 있음을 보여줍니다.

이는 지역 동식물과 원주민에게 영향을 미치지 않았다는 의미는 아닙니다.

야심찬 사업이 흔히 그렇듯, 이 프로젝트는 논쟁의 중심에 있었으며, 그 경제성에 대한 논의가 뜨겁게 진행되고 있습니다.

그럼에도 전기차, 히트펌프, 디지털 인프라 등 전력 소비가 증가함에 따라 이 청정 전기는 조만간 활용될 가능성이 높습니다. 전 세계 탄소 배출량이 여전히 목표 수준보다 훨씬 높기 때문에, Site C와 같은 대형 수력 프로젝트는 풍력 및 태양광 에너지의 대규모 도입과 함께 도움이 될 것입니다.

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거대 산업 콘글로머리트인 제너럴 일렉트릭(GE)의 분할에서 탄생한 GE Vernova는 에너지 생산, 특히 터빈 기술에 전념하는 부문입니다.

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출처: GE Vernova

GE는 프랑스 Engie, 미국 Duke Energy(DUK +0.21%), Southern Company(SO -0.44%), 독일 RWE, 스페인 Iberdrola, 대만 전력회사 등 세계 최대 유틸리티 기업들과 긴밀한 파트너이며, 각 국가·지역 전력 시스템의 핵심 역할을 합니다.

출처: GE Vernova

이는 GE Vernova가 신세대 원자력 발전소, 탄소 포집, 수소 등 새로운 에너지 관련 기술 준비에 활발히 참여하지 않는다는 의미는 아닙니다.

출처: GE Vernova

특히 원자력 분야에서 회사는 선도적인 접근을 취하고 있습니다. GE Vernova는 이제 터빈뿐 아니라 발전소 자체 건설에 직접 관여하고 있습니다. BWRX-300은 온타리오 파워와 체결한 북미 최초의 SMR(소형 모듈 원자로) 상업 계약이며, 이후 추가로 세 개의 SMR 유닛에 대한 프레임워크 계약이 체결될 예정입니다.

캐나다 Site C와 중국이 건설한 수많은 메가댐과 같은 대형 수력 프로젝트가 보여주듯, 대형 터빈은 미래 에너지 그리드에서 여전히 매우 중요할 것입니다.

전기차, 난방, 곧 전기 트럭 및 중공업 전기화가 석유·가스를 대체하기 위해 전력 생산 수요를 지속적으로 증가시킬 것이므로, GE Vernova는 이에 큰 혜택을 받을 위치에 있습니다.

GE Vernova의 활동 범위가 넓기 때문에, 투자자는 향후 5~10년 동안 어떤 기술이 에너지 전환을 주도할지 확신할 필요가 없습니다:

• 천연 가스가 여전히 중요하다면, GE Vernova는 이미 해당 분야의 주요 기업입니다.
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(GE Vernova의 역사와 비즈니스 모델에 대한 전용 보고서를 통해 더 자세히 읽을 수 있습니다.)

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