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지구의 무한 에너지, 지열발전

  • 2015.02.06.
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지열에너지

 

그동안 화력, 수력, 풍력, 태양광 에너지 등은 많이 들어봤어도 지열 에너지는 생소한 느낌이 있습니다.
하지만 지구의 중심부에는 내핵과 외핵이 있고 때때로 화산 폭발로 용암이 흘러내리고 현무함에서 증기가 빠져나간 흔적들은 우리가 익히 확인했던 지열의 흔적입니다.

지열에너지는 말 그대로 땅(地)에서 얻을 수 있는 열(熱)을 의미합니다.
하지만 화산이나 온천처럼 뜨겁다 싶은 열만이 지열로서 가치 있는 것이 아니라 10도 이상만 되어도 우리 생활에 유용한 에너지로 사용될 수 있다고 합니다.

풍력이나 태양열처럼 외부의 조건에 상관없이 언제 어디서든 사용할 수 있고 국내 자원을 활용할 수 있다는 점에서 유비쿼터스 에너지라 볼 수 있습니다.

생소하지만 우리가 힘써 개발해야 할 지열에너지에 대해 알아보겠습니다.

 

◆ 지열을 활용하는 방법

지열을 에너지로 활용하는 가장 쉬운 방법은 을 매개로 하는 것입니다.
쉽게 생각하면 온천과 같은데요. 지열은 활용방식에 따라 직접이용, 간접이용, 지열 열펌프로 나눌 수 있습니다.
지열수의 온도에 따라 활용할 수 있는 분야를 표로 정리한 것을 린달도표(Lindal, 1973)라고 합니다.

 

지열에너지_02

 

◆ 직접이용

열을 다른 형태의 에너지로 변환하지 않고 열 자체를 이용하는 경우를 직접 이용으로 분류합니다.
린달도표를 보면 30~50℃ 물의 활용 범위가 무척 넓어서 곧바로 실생활에 사용됩니다.
온천, 수영장, 가정용 급탕, 지역난방, 양어장, 야채나 의류의 건조 가공, 금 침출, 석유 회수, 화학 추출 등 산업분야에서도 활용됩니다.

 

◆ 간접 이용

지열 에너지의 간접 이용은 열을 다른 에너지로 변환해서 이용하는 경우인데, 열의 경우 외부와 접촉할 경우 금방 식어버리기 때문에 멀리 보낼 경우 전기로 변환해서 송전하게 됩니다. 이를 일컬어 지열발전, 간접 이용이라 합니다.

지열발전 방식 중 역사가 가장 오래된 전통 방식인데요.
화산지대에서는 150℃ 이상의 고온의 증기가 풍부하기 때문에 포화상태의 증기를 추출해서 바로 증기압으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 지열발전이 가능합니다.

최근에는 비교적 70~120도의 낮은 지열수를 사용하여 열교환기에서 끓는점이 낮아 저온에서도 기체 압력을 높일 수 있는 ‘2차 유체(binary fluid)’를 이용해 전기를 생산하는 바이너리 발전 기술도 활용되고 있습니다.

 

◆ 지열 펌프

우리나라의 경우, 일 년 내내 온도가 일정한 편인데요.
이렇게 연중 일정한 온도를 건물의 냉난방에 이용하는 지열 열펌프는 지열의 또 다른 형태라고 볼 수 있습니다.
지열 열펌프의 원리는 에어컨과 대비해서 생각해보면 쉽게 이해할 수 있습니다.

에어컨의 경우 여름철 실내의 열을 추출해서 실외기를 통해 기온이 30℃가 넘는 건물 밖에 버릴 때 에너지를 많이 소비하게 됩니다.

하지만 추출한 열을 16℃ 정도인 땅속에 버린다면 30℃가 넘는 대기 중에 버리는 것보다 훨씬 수월하겠지요.

이것이 지열 열펌프의 기본 원리입니다.
실제로 실험해보니 에어컨에 드는 전기의 1/3만으로도 냉방이 가능하다고 합니다.

 

지열에너지_03

 

◆ 지열발전의 장단점

지열은 지하로부터 안정적인 에너지를 공급받기 때문에 일 년 365일, 하루 24시간 동안 에너지를 생산할 수 있습니다.
또한 에너지를 땅속에서 생산하기 때문에 설비의 규모가 동일 용량의 다른 신재생 에너지원에 비해 작습니다.
땅속에서 열만 추출하기 때문에 환경오염 물질의 배출도 적고 일단 건설되면 유지 보수비가 상대적으로 저렴한 편입니다.

하지만 지열에너지를 지상으로 추출하기 위해서는 땅속 깊은 곳까지 시추해야 해서 초기 투자비용이 높습니다.
더구나 우리나라는 비화산지대이기 때문에 지열 개발로 인한 경제적 이득은 크지 않다는 의견도 있습니다.

 

◆ 지열 히트 펌프를 이용한 제로에너지 주택단지 착공

석유 석탄 등 화석연료를 사용하지 않으면서도 냉난방과 조명 등이 가능한 국내 첫 제로 에너지 주택이 서울 노원구 하계동에 처음 등장할 예정입니다. 당초 계획보다는 늦어졌지만 첫 삽을 뜬 만큼 기대가 큰데요.

필수 에너지 사용량 제로(0)를 목표로 조성되는 제로 에너지 주택 실증 단지는 국민임대주택으로 태양광 전지판과 지열(히트 펌프) 등 신재생 에너지를 활용해 냉난방과 온수, 조명 등을 무료로 공급한다고 합니다.

취사 가전제품 등 가구 내 전기와 엘리베이터 등과 공용전기 비용은 부과됩니다.
또한 실증 단지 입주자 관리비는 기존 국민임대주택의 30%에 그칠 전망입니다.

하지만 특수 설계와 고성능 자재 등을 사용하는 만큼 공사비는 일반 주택보다 24.5% 비싸지만 24년이 지나면 에너지 절감 비용으로 공사 증가분을 회수할 수 있다고 합니다.

 

대부분의 신재생 에너지가 그렇듯이 초기 설비 비용이 걸림돌이 되는 경우가 많습니다.
또한 우리나라의 경우 신재생에너지 개발이 초기 단계이기 때문에 기술면에서나 여러 가지 조건에 어려움이 있습니다.
수많은 시행착오를 거치면서 우리에게 이로움을 주는 에너지로 거듭나기를 응원합니다.

 

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