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땅 속 뜨거운 보물 ‘지열에너지’

  • 2014.02.03.
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더우면 시원해지고, 추우면 따뜻해지는 요물, 지열에너지를 아시나요?
지열에너지란 지표면이 지니고 있는 열에너지로, 세계 어디서나 사용할 수 있는 매우 경제적인 에너지입니다.

우리가 밟고 있는 땅의 표면은 기온과 계절에 따라 더우면 뜨거워지고, 추우면 차가워집니다.
하지만, 땅 속 3m 아래로만 내려가도 흙과 암석이 지닌 보온력 때문에 일 년 내내 15℃가 유지된다고 합니다. 일반적으로 지열은 지상에서 100m씩 내려갈 때마다 평균 3~4℃씩 온도가 높아진다고 합니다.

따라서 만일 호스를 땅속 깊이 묻어두고 상온의 물을 흘려주기만 하면 계절에 관계없이 15℃ 이상의 온수를 얻을 수 있다고 합니다.
여름에는 냉방비를, 겨울에는 난방비를 절약할 수 있게 해주는 ‘땅 속의 보물’ 지열에너지에 대해 알아보겠습니다.

 

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지열에너지란 쉽게 말해 지구 내부에서 외부로 빠져나오는 열을 말합니다.
이는 지구 자체가 지니고 있는 에너지이기 때문에 굴착 깊이에 따라 무한한 활용성을 가지고 있습니다.

지열에너지는 온도에 따라 중-저온 지열에너지(10~90℃)와 고온 지열에너지(120℃ 이상)로 구분되는데, 지금은 주로 온천이나 난방 등에 이용되고 있습니다. 또 지열에너지는 이용하는 기술에 따라 150℃ 이하의 지열수를 이용하는 직접이용기술과 150℃ 이상의 지열 유체를 이용하는 간접이용기술로 나뉘어집니다.

 

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직접이용기술은 화산활동 지대에서 자연스럽게 얻을 수 있는 지열수를 이용하는 방법으로 지역난방, 온실난방, 농산물 건조, 산업이용, 온천 및 지열수를 이용한 바이너리 발전 등에 주로 이용됩니다.

지열수를 쉽게 얻을 수 없는 지역에서는 대개 150℃ 이상의 지열유체를 이용하는 간접기술을 사용합니다.
간접이용기술은 땅속에 두 개의 구멍을 깊이 뚫고 한쪽 구멍에 물을 주입하면 지하 깊은 곳에서 지열에 의해 가열된 물을 수증기로 분출하는 방식입니다. 이런 과정을 통해 뜨겁게 데워진 수증기는 한쪽 구멍을 통해 올라와 터빈을 돌려 발전기를 작동시킵니다.

 

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지열에너지를 이용한 최초의 지열발전은 1904년 이탈리아 토스카나 지방의 라르데렐로(Larderello)에서 이뤄졌습니다.
당시 이곳에서는 140~260℃의 증기를 이용해 터빈을 돌렸다고 합니다. 1913년에는 이 마을에서 상업적인 차원의 지열발전이 시작되었는데, 지금도 543MW급 지열발전기가 가동되고 있다고 합니다.

지열발전소 중 가장 큰 규모를 자랑하는 것은 미국 샌프란시스코에 있는 게이저스발전소로, 725MW의 발전용량을 자랑합니다. 이는 무려 72만5,000가구가 동시에 쓸 수 있는 양으로 샌프란시스코의 도시 전력을 모두 충당할 수 있는 규모라고 합니다. 2005년 기준 지하 지열설비용량이 큰 나라는 미국, 스웨덴, 중국, 아이슬란드, 터키 순입니다. 이중 아이슬란드는 대서양 중앙 해령이 지나는 곳에 위치하기 때문에 지진과 화산활동이 활발해 지열에너지가 매우 풍부하다고 합니다.

 

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지열에너지를 사용하려면 낮은 곳에 있는 열을 높은 곳으로 옮겨야 합니다. 이렇게 낮은 곳에 있는 고온의 열을 높은 곳으로 끌어올리려면 ‘히트펌프’를 사용해야 합니다. 히트펌프는 폐쇄회로 내에서 냉매를 압축, 응축, 증발시킨다는 점에서 일반 냉동기나 에어컨, 냉장고와 똑같은 메커니즘을 갖고 있습니다. 하지만 히트펌프는 일반 냉방설비와는 달리 냉매의 증발과정에서 발생하는 냉열은 물론 응축과정에서 나오는 온열도 이용합니다. 따라서 외기온도(옥외의 대기온도)에 의한 영향을 받지 않는 지중의 열을 이용하는 지열히트펌프는 공기열원식 히트펌프보다 2배 이상의 높은 열효율을 자랑한다고 합니다.

현재 지열에너지를 이용하는 나라는 78개국에 달하고 있습니다. 2009년 말을 기준으로 5년 동안 지열히트펌프 시스템의 보급용량은 연평균 18%, 에너지 이용량은 연평균 19.7% 늘어났으며, 전체 보급용량 중 지열히트펌프 시스템 보급용량은 점유율 69.7%인 35GWth라고 합니다. 지열에너지는 24시간 연속으로 가동할 수 있다는 장점이 있어서 실제 가동률도 수력을 비롯한 재생에너지보다 뛰어납니다. 뿐만 아니라 지열발전은 날씨의 영향을 받거나 환경오염의 우려도 없는 안전한 에너지원입니다.

변덕스러운 지표면과 달리 뚝심 있게 항상 제 온도를 유지하는 땅속 지열에너지의 비밀을 알고 나니 ‘에너지 고갈’에 대한 걱정이 조금은 사라지는듯 한데요, 앞으로 더욱 다양한 지열에너지 활용기술이 개발돼 연료 걱정 없이 살 수 있는 날이 하루빨리 왔으면 좋겠습니다.

 

 

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코멘트(1)

  • 헐렁이 4 년 전에

    샌프란시스코 도시 전체가 쓸 수 있는 전기를 지열로 만든다니 대단합니다. 우리나라도 지열 발전에 대해서 더 많은 연구가 이뤄져서 에너지 수입 비용을 줄일 수 있으면 좋겠네요. 좋은 정보 감사^^

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