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[빛 운반자]

지열발전

[특징]
지열은 지구 내부에서 표면을 거쳐 외부로 나오게 되는 열을 말한다. 지구는 중심부로 갈수록 온도가 높아져 지구 중심부의 온도는 4000℃에 달한다. 이러한 지열은 열전도에 의해서나 가스, 온수 및 화산분출 등에 의해 유출되는데, 그 양은 지역적으로 크게 다르지만 지구의 전표면에서 방출된다.

엄밀히 말해 지열 에너지는 재생이 불가능한 에너지원이지만 지구 자체가 가지고 있는 에너지이므로 굴착하는 깊이에 따라 잠재력은 거의 무한이라고 할 수 있다.

지열 에너지는 저온 열수를 직접 이용하는 온천 등의 관광 자원 또는 프랑스나 헝가리에서 전형적인 예를 찾을 수 있는 것처럼 난방 열원 등으로서는 많이 개발되었다고 할 수 있으나 에너지원으로서는 그다지 개발된 자원은 아니라고 할 수 있다. 현재 지열 에너지 이용에 가장 많이 채택되고 있는 것은 지열을 직접 이용하는 방식이나 앞으로는 지열 발전의 비중이 직접 이용 방식보다 커질 전망이다. 지열발전은 지하에 있는 고온층으로부터 증기 또는 열수(熱水)의 형태로 열을 받아들여 발전하는 방식이다.

지구는 하나의 거대한 보일러이며 이것을 이용한 에너지 전환 장치는 여러 가지를 생각할 수 있지만, 현재 발전에 이용되는 것은 지열로 발생한 증기를 이용하는 것이다. 빗물이 단층 등을 통해서 지하로 흘러 들어갈 ?, 그 근처에 마그마가 모여 있으면 고온의 물이 되는데 이 때 우물을 파면 물의 압력이 낮아지면서 고온의 수증기가 되어 뿜어 나오게 된다. 이 증기로 터빈을 돌리는 것이 지열 발전이다.

지열발전은 운전기술이 비교적 간단하고 가동률이 높으며 잉여열을 지역에너지로 이용할 수 있다는 이점이 있다. 전 세계 지열에너지의 양은 그리 크다고 할 수 없지만 하와이와 일본에서 개발 가능한 지열지대가 60군데 이상 발견되었다. 그러나 환경과의 조화, 지진에너지와의 관련 때문에 이용가능량은 전세계적으로 6,000kW정도로 여겨지고 있다.

어떤 지역은 증기와 뜨거운 물이 충분하여 전기를 생성하는데 지열발전은 그것을 이용한다. 땅속에 구멍을 뚫고서 소다수 속에 빨대를 꽂는 것처럼 파이프를 뜨거운 물 속에 꽂으면 뜨거운 증기나 물은 이 파이프들을 통해서 땅 아래에서 위로 나온다.

그림에서 발전소로부터 솟아나는 하얀 "연기"는 냉각 과정에서 생성된 증기이다. 냉각된 물은 땅으로 되돌려지고 지구에 의해서 다시 가열되어 진다. 이러한 과정으로 만들어진 전기는 발전소와 가정, 학교, 그리고 직장을 잇는 거대한 회송 전선으로 보내진다.

[장단점]

장점

? 친환경적인 청정 클린에너지 

 * CO2, Nox, SOx 등 배출가스가 없어 온실효과 및 열섬현상

  억제 효과가 있고,또한 지중열교환기로 지구온난화 현상억제

 * 최근 각국의 관심이 높아진 세계기후협약에 대응

? 높은 경제성 

  * 일반냉,난방 시스템에 비해,지열(Groundsource)을 이용함으로서 고효율의 냉,난방 시스템이다.(EER=15, COP=4.5이상)

    난방시 : 가스,기름 대비 약 40 ~70 % 절감효과

    냉방시 : 전기요금  대비 약 40 % 절감효과

  * 설치 공간의 축소로 공간 활용. 히트펌프의 MULTY 화로 천정, 바닥, 적은면적의 기계실 활용. 또한 실외기 및 냉각탑이 필요치 않아 건물 미관 보존이 가능

  * 각각의 히트펌프는 개별운전방식으로, 별도의 운전기사가 필요없으며 사용자 개인의 독립적인 운전이 가능하다

? 반영구적  / 안정적인 시스템  

  * Ground Loop Exchange(지중열교환기)의 주재료인 고밀도 PE배관(HDPESDR11)을 사용 반영구적으로 사용

  * 석유, 가스 등 화석연료를 사용하지 않으므로, 폭발의 위험성이나, 부주위로 인한  화재사고가 없어 안전하고, 소량의 전기로 운전되기 때문에 매우 안정적인 시스템

  * Ground Loop Exchange(지중열교환기)의 주재료인 고밀도

   PE배관(HDPESDR11)을 사용 반영구적으로 사용

  * 석유, 가스 등 화석연료를 사용하지 않으므로, 폭발의 위험성이나, 주위로 인한  화재사고가 없어 안전하고, 소량의 전기로 운전되기 때문에 매우 안정적인 시스템

장점

 * 발전 비용이 비교적 저렴하고 운전 기술이 비교적 간단하다.
 * 공해물질 배출이 없다.
 * 가동률이 높으며 잉여열을 지역에너지로 이용할 수 있다.

 단점    

* 초기 투자비가 타 냉난방시스템보다 크다

* 냉난방 면적이 작은 곳에는 시공비의 부담이 크므로 가정용 설비로는  경제적 효율성을 검토하도록 한다.

* 지형지물상 시공이 어려운 장소가 있다.

* 지열 발전이 가능한 지역이 한정되어 우리나라는 적격지가 드물다.
* 다시 보충할 수 없어 재생불가능한 에너지이다
* 땅의 침전이 있을 수 있으며 지중상황 파악이 곤란하다.

 활용방안

주택, 빌딩, 양식장, 비닐하우스등의 냉난방 시스템으로 활용

[가능성]

세계 현황

지열 자원은 뜨거운 용융 마그마가 지표 가까이 나온 서미와 하와이 등지에서 쉽게 볼수 있다. 미국에 있는 고온의 물 저장소는 전 세계 전기 수요에 약 30-45%에 해당하는90,000-150,000MW의 전력을 공급 할 수 있다. 현재는 지열 전기 용량의 약 3,000MW만이 작동 중이고 대부분이 캘리포니아의 지저스 필드에서 나온다. 캘리포니아는 지열 자원으로부터 약 6%의 전기를 얻는다.

남부 캘리포니아의 San Bernardino 같은 지역에서는, 겨울 동안 건물의 난방용으로 땅밑에서 생성된 뜨거운 물을 이용한다. 뜨거운 물은 수십마일의 단열 파이프를 통해서 십여군데의 공공건물에 보내진다. 시청, 연금 생활자 센터, 그리고 그 밖의 건물들이 이런 방식으로 난방이 된다.

지열 에너지 자원 개발 기술에는 지하에 존재하는 고온의 암반까지 굴착하고 물을 주입하여 수증기를 발생시켜 전기를 얻는 방식인 고온 암체 발전 기술의 가능성이 가장 높은 것으로 평가되고 있다. 미국은 '70년대초부터 고온 암체 발전 기술의 개발에 착수하여 상당한 기술을 축적한 것으로 알려져 있고, 전형적인 화산 국가인 일본도 NEDO를 중심으로 고온 암체 발전 기술을 개발하고 있다.

고온 암체 발전과 비슷한 개념인 화산 발전 기술은 마그마의 열을 이용하는 것으로서 미국은 '70년대 중반부터 Sandia Lab.이 중심이 되어 기초 연구를 수행하고 있으며, 일본도 'Sun-Shine 계획'의 일부로 개발 연구를 추진하고 있다. 이 외에도 지열 에너지 이용 기술과 해양 온도차 발전 기술을 복합적으로 이용하는 GEOTEC(Geothermal & Ocean Thermal Energy Convesion) 기술도 개발이 시도되고 있다.

지열 발전 기술로는 선진 각국이 저온 비등 매체를 이용하는 방식이나 터빈 사이클과 냉동 사이클을 결합시킨 복합 사이클 방식의 개발을 경쟁적으로 추진하여 많은 기술이 축적되어 있다. 세계에서 이용 가능한 대부분의 전기 저장소는 개척되어지고 있다. 따라서, 뜨거운 물저장소와 인공저장소들은 미래 지열 계획에 중점이 될 것이다.

우리나라 현황

국내에서는 아직까지 온천으로 이용하는 것 외에는 지열 에너지를 본격적으로 이용하려는 시도가 그다지 없었으며, 지열 자원도 저온 염수가 주류를 이루고 있는 것으로 알려지고 있어 앞으로도 이런 추세는 지속될 것으로 보인다. 그러나 우리 나라의 백두산과 한라산 지역은 분화 기록이 존재하는 휴화산으로 상당한 지열 에너지 자원 부존 가능성이 있기 때문에 최소한 자원 탐사 활동은 필요하다고 할 수 있다. '90년대초 한국자원연구소에서 마산·창원 지역에 대한 지열 자원 조사를 실시한 바 있다.