아프리카의 지형은 풍부한 강우량, 거대한 협곡, 거대한 폭포 등 강의 흐름을 사용해 전기를 생산하는 데 필요한 모든 요소를 갖추고 있다. 수십 년간 다수의 아프리카 국가들은 전력 생산을 위해 수력 발전에 의존해 왔다. 세계에서 가장 큰 인공 호수인 가나의 볼타 호수, 수백만 명의 시민들에게 전기를 공급하기 위한 에티오피아의 대표적인 프로젝트인 그랜드 에티오피아 르네상스 댐(Grand Ethiopian Renaissance Dam), '아프리카 전체를 밝힐 수 있다'고 주장하는 콩고공화국의 그랜드 잉가(Grand Inga) 발전소 건설에 대한 꿈을 보면 알 수 있다. 또한 수력 발전을 지지하는 목소리도 큰데, 일각에서는 아프리카가 현재 수력 발전의 10%만 활용하고 있다고 주장하기도 한다.

오스트리아, 벨기에, 에티오피아, 이탈리아의 국제 공동 연구팀의 새로운 연구에 따르면 아프리카에 수력 발전소를 건설하는 것이 효과적이지만은 않다고 주장한다. 이 연구는 아프리카 국가들이 증가하는 전력 수요를 충족시키기 위해 2050년까지 가장 비용 효율적인 전력원의 조합에 대해 조사했다. 상세 에너지 모델을 사용해 태양열, 풍력, 석탄, 천연 가스 및 원자력 발전 등과 수력 발전을 비교했다. 이 연구는 아프리카에서 건설 가능하는 모든 미래의 수력 발전소를 개별적으로 고려했다. 여기에는 자체 저장 크기, 강 흐름 프로필 및 다른 수력 발전 댐과의 상호 작용도 포함된다.

안젤로 칼리노(Angelo Carlino) 본 연구의 주저자이자 국제응용시스템분석연구소(International Institute for Applied Systems Analysis, IIASA)  및 이탈리아 밀라노 폴리테크니코 공과 대학교(Politecnico di Milano)의 연구원은 "우리 연구의 특징은 아프리카의 모든 현재 및 미래의 수력 발전소를 개별적으로 모델링한다는 것"이라면서 "이런 방식으로, 우리 모델은 어떤 발전소가 현명한 투자가 될 수 있는지, 어떤 발전소는 건설하지 말아야 하는지를 정확히 찾아낼 수 있다"라고 설명했다.

모든 수치를 합산하면 아프리카 수력 발전의 미래에 대한 냉철한 그림을 볼 수 있다. 이 연구는 아프리카에서 가능한 미래 수력 발전소의 최대 67%가 투자 가치가 없을 수 있다는 것을 발견했다. 이는 수력 발전이 지난 10년 동안 전례 없는 속도로 비용이 하락한 태양광 발전 및 풍력 발전과 경제적으로 경쟁할 수 없기 때문이다.

또한, 기후변화로 인해 악화될 가능성이 있는 장기간의 가뭄이 수력 발전에 미치는 영향도 추가 투자를 통해 완화돼야 할 것이다.

마티아스 와일드메쉬(Matthias Wildemeersch) 본 연구의 공동 저자이자 IIASA 첨단 시스템 분석 프로그램(Advancing Systems Analysis Program)의 연구원은 “미래 수력 발전의 불확실성은 태양광 발전이 장기적으로 더 매력적인 기술로 부상할 또 다른 이유다”라고 말했다.

하지만 단기적으로 일부 새로운 수력 발전소는 여전히 도움이 필요한 국가에 저렴한 전력을 제공할 수 있으며, 생산량이 지속적으로 변동하는 태양광 및 풍력 발전의 통합을 돕기 위해 유연하게 사용될 수 있기 때문에 여전히 필요하다.

안드레아 카스텔레티(Andrea Castelletti) 본 연구의 수석 저자이자 폴리테크니코 공과 대학교의 천연 자원 관리과 교수는 "우리 모델은 어떤 특정 수력 발전소가 단기적으로 여전히 비용 효율적일 것인지 보여준다"면서 “특히 콩고, 니제르, 나일강 유역에서는 잘 계획되고 유해한 환경 영향을 최소화한다면 노력할 가치가 있는 특정 프로젝트가 있다”라고 말했다.

그러나 장기적으로 태양광 발전은 대부분의 아프리카 국가들이 선호하는 기술로 부상할 것이며, 이는 태양광 발전이 곧 전세계 전력 시장의 새로운 '1인자'로 등극하게 될 것이라는 국제 에너지 기구(International Energy Agency)의 2020년 주장을 반영한다.

세바스티안 스털(Sebastian Sterl) 벨기에 브뤼셀 자유 대학교(Vrije Universiteit Brussel)의 에너지 기상학 교수이자 에티오피아 아바바에 있는 세계자원연구소(WRI)의 수석 연구원는 "아프리카에서 수력 발전이 실현 가능한 투자가 될 수 있는 기회가 매우 빠르게 닫히고 있다"라고 말했다.

『사이언스(Science)』 저널에 게재된 이 연구는 2030년 이후에 아프리카 전역에서 매우 제한된 수의 수력 발전소만이 매력적인 투자로 남을 것이라고 시사한다.

[원문보기]

The attractiveness of new hydropower is decreasing fast, both due to the increasing economic competitiveness of solar panels and to the increasingly uncertain effects of climate change on river flows. The majority of new dams proposed across Africa should, therefore, probably never be built, suggests a new study published in Science.

Abundant rainfall, massive gorges, enormous waterfalls: the geography of Africa has all the elements for producing electricity from river flow. For decades, many African countries have relied on hydropower for electricity generation, including projects that inspire as much awe as controversy. One only needs to think of Ghana’s Lake Volta, the largest artificial lake in the world; the Grand Ethiopian Renaissance Dam, Ethiopia’s flagship project to provide millions of its citizens with electricity access; or the Democratic Republic of Congo’s dream of building the Grand Inga plant, which some claim could “light up all of Africa”. And the voices which advocate for more of the same are strong: it is estimated that Africa has barely exploited 10% of its hydropower potential.

But is it a smart idea to plan for hundreds of new hydro dams across Africa? A new study from scientists in Austria, Belgium, Ethiopia, and Italy shows that this may not be the case. The study used a detailed energy model to investigate which combination of power sources would be most cost-effective for African countries to meet their rising demand until 2050 – comparing hydropower to solar, wind, coal, natural gas, nuclear, and others. With unprecedented detail, the study individually considered every possible future hydropower plant in Africa – with its own storage size, river flow profile, and interplay with other hydropower dams.

“What is unique about our study is that we model every single hydropower plant in Africa individually – both existing ones and future candidates,” explains Angelo Carlino, lead author of the study and a researcher jointly associated with IIASA and Politecnico di Milano in Italy. “This way, our model can pinpoint which plants could be a smart investment and which ones should probably not be built.”

Adding up all the numbers provides a sobering picture of the future of hydropower in Africa. The study found that up to 67% of possible future hydropower plants in Africa may not be worth the investment. This is mainly because hydropower will soon largely become unable to compete economically with solar and (to a lesser extent) wind power, whose costs have dropped at unprecedented rates in the last decade.

In addition, the effects of prolonged droughts on hydropower, likely to worsen due to climate change, would have to be mitigated through additional investments.

“The uncertainty of future hydropower generation is another reason why solar power will emerge as the more attractive technology in the long term,” says Matthias Wildemeersch, a researcher in the IIASA Advancing Systems Analysis Program and coauthor of the study.

Does this mean that it is “game over” for hydropower? Not entirely, as the study explains: in the short-term, some new hydropower plants could still provide cheap power for countries in need, and they could also be used flexibly to help the integration of solar and wind, whose output constantly fluctuates.

“Our model shows which specific hydropower plants would still be cost-effective in the short-term,” comments Andrea Castelletti, professor in Natural Resources Management at Politecnico di Milano and senior author of the study. “Especially in the Congo, Niger, and Nile basins, there are certain projects that would be worth the effort, as long as they are well-planned and harmful environmental effects are kept to a minimum.”

But in the long-term, solar power would emerge as the favored technology by most African countries, echoing the International Energy Agency’s 2020 claim that solar power would soon become the new “king” of electricity markets worldwide.

“The window for hydropower in Africa to be a feasible investment is very rapidly closing,” adds Sebastian Sterl, professor in Energy Meteorology at the Vrije Universiteit Brussel (VUB), Belgium, and senior scientist at the World Resources Institute (WRI) in Addis Ababa, Ethiopia.

The study suggests that beyond 2030, only a very limited number of hydropower plants would remain attractive investments across Africa.

“Aside from cost-effectiveness, this is generally good news for the environment: it means that many rivers won’t have to be dammed and can keep their natural course,” concludes Sterl.

[출처 = 국제응용시스템분석연구소(International Institute for Applied Systems Analysis)(https://iiasa.ac.at/news/aug-2023/swan-song-of-african-hydropower) / 2023년 8월 24일]

[번역 = 배민지 차장]