지열발전

지열발전

지열발전(Geothermal power, 地熱發電)은 지구 내부의 지열을 이용하여 전기를 생산하는 방법이다. 지열발전은 주로 화산활동이 많거나 온천이 발달한 지역에 주로 설치되며 태양광발전이나 풍력발전과 달리 전력을 안정적으로 공급할 수 있다.

개요

지열발전은 지하에 있는 고온층으로부터 증기 또는 열수의 형태로 열을 받아들여 발전하는 방식이다. 지열은 지표면의 얕은 곳에서부터 수 km 깊이의 고온의 물(온천)이나 암석(마그마) 등이 가지고 있는 에너지이다. 일반적으로 자연상태에서 지열의 온도는 지하 100m 깊어질수록 평균 3°C~4°C 가 높아지며 지구의 중심부인 내핵은 6,000℃에 이른다. 지대와 발전 방식에 따라 수백m에서 수 km 깊이의 우물을 파기도 한다. 우물로부터 고온의 증기를 얻으면 이것을 증기터빈에 유도하고 고속으로 터빈을 회전시켜서 이와 직결된 발전기에 의해 전력을 생산한다. 우물로부터 분출하는 증기가 습기가 적으면 그대로 터빈에 보내는 형식으로 할 수 있으나 열수로서 분출하는 경우는 그 열을 열교환기에 보내어 물을 증발시켜 터빈으로 보낸다. 또는 물의 온도가 낮은 경우 끓는점이 더 낮은 액체를 증발시켜 터빈으로 보내기도 한다. 지열발전은 말 그대로 지구 내부에 축적된 열에너지를 이용하는 발전 기술이다. 현재 실용화된 지열발전 방식은 천연 지열저류(저축)층을 파서 나온 고온·고압의 수증기, 열수(熱水, 마그마가 식은 후 여러 광물 성분을 분리한 뒤 남은 수용액)를 이용해 발전한다. 수증기와 열수를 전기로 전환하는 기술은 수증기를 그대로 이용하는 증기발전, 물보다 끓는점이 낮은 매개체로 열 교환함으로써 저온역의 열원을 이용하는 바이너리 발전(binary plants)으로 나뉜다. 지열발전은 천연 저열저류층을 채굴하여 에너지를 얻는 종래형 지열발전과 지열저류층의 구조를 개조 혹은 조성하여 생산량을 확보하거나 더 깊은 중심부의 지열자원을 이용하는 비 종래형 지열발전으로 구분한다. 종래형 지열발전은 지열자원을 그대로 이용하는 방식이지만 비 종래형 지열발전은 훨씬 복잡하고 다양한 방법이 존재한다. 이를 총칭하여 증진형 지열시스템(EGS, Engineered/Enhanced Geothermal System)이라고 부르기도 한다.

지열발전은 에너지 생산 과정에서 발생하는 탄소를 '0'에 가깝게 줄이는 핵심적인 에너지원으로 주목받고 있다. 바람의 세기나 일조량과 같은 기후 환경적 조건에 의존해야 하는 다른 신재생에너지와 달리 지열발전은 지구가 그 탄생의 순간부터 품기 시작한 열에너지를 활용하기 때문에 안정적인 전력 생산이 가능하다는 장점이 있고 원자력발전이나 화력발전에서 발생하는 유해한 부산물이 발생하지 않는다는 점에서 더욱 매력적인 대안 기술로 부상하고 있다. 지열발전은 1913년 세계 최초로 이탈리아에서 상용 운전을 개시한 후 도입이 진전되기 시작했다. 오일쇼크가 발생했던 1970년대 이후부터는 적용 사례가 증가하면서 수력, 풍력, 태양열과 함께 재생 가능 에너지의 하나로써 적용이 확대되었다. 일본에서는 1966년 처음으로 이와테현 소재 지열발전소가 운전을 개시한 이후 1996년까지 설비 용량이 증가했다. 1998년 이후 잠시 정체기를 거쳤으나 2011년 동일본대지진 이후 안정적인 전원 공급을 위한 수단으로 지열발전을 주목하기 시작했다. 동일본대지진이 지열발전 도입 확대의 계기가 된 것은 지열발전을 안정적인 전원 공급을 위한 수단이라고 판단했기 때문이다. 게다가 국가적으로도 고정가격매입제도(FIT)를 통해 지열발전에 높은 매전 가격을 보증했고 국립공원 내의 지열자원 개발에 걸친 규제를 완화하는 등 지열발전 도입을 촉진하는 제도적 배경이 조성되었다.

특징

지열발전은 원리적으로 연료를 필요로 하지 않으므로 연료 연소에 따르는 환경오염이 없는 클린에너지이다. 그러나 지열정에서 분출하는 비응축성 가스 중에는 소량의 황화수소가 함유되어 있다. 현재로서는 농도가 낮아 환경기준 이하이므로 문제가 없지만 장차 대량으로 분출하게 된다면 탈황장치가 필요할 것이다. 또 열수 중에는 미량의 비소가 함유되어 있어서 발전 후 모두 지하로 다시 환원하고 있다. 하지만 경제적인 탈비소기술이 확립된다면 이 열수 또한 귀중한 저온열에너지 자원으로 이용할 수 있다.

지열발전의 비용은 대부분을 지열발전소의 건설비와 지열정의 굴착비가 차지하며 지열자원의 질과 발전형식에 따라서도 달라진다. 하지만 화력이나 원자력에 비해 발전소의 규모는 작지만 경제성을 지니고 있는 점이 강점이며 소규모 분산형의 로컬에너지 자원으로서의 특색도 갖추고 있다. 땅속으로부터 끌어올린 뜨거운 증기나 물은 엄밀한 의미에서 재생 가능한 에너지는 아니다. 발전을 위해 빠져나가는 지열의 양이 저장소의 재충전 능력보다 크기 때문에 현재 열저장량은 점차 줄어들고 있다. 오랜 시간이 걸리겠지만 땅 속에서 뜨거운 물이나 증기가 고갈되고 뜨거운 암석층이 식으면 더 이상 열을 끌어올릴 수 없다. 하지만 지구 자체가 가지고 있는 에너지이므로 굴착하는 깊이에 따라 잠재력은 거의 무한이라고 할 수 있다.

참고자료

• 〈지열 발전〉, 《위키백과》
• 〈지열 발전〉, 《나무위키》
• 〈지열발전〉, 《네이버 지식백과》
• "Geothermal power", Wikipedia

같이 보기

• 발전
• 지열
• 지열발전소
• 원자력발전
• 화력발전

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