신재생 에너지 지열 발전(Geothermal Power Generation)

 

탄소 저감 활동 에너지 원으로 신재생 에너지의 관심은 여전히 뜨겁다. 산업 활동의 에너지원이 큰 변화의 지점에 서있다고 무방할 듯하다. 신재생 에너지의 주력은 주로 태양광과 풍력이 비중이 높은 편이지만 신재생 에너지는 다양한 대체물들이 존재한다.

그중 지열 발전도 한 부분을 차지하고 있지만 그 비중이 크지는 않기에 조금 소외되는 경향이 있다. 특히 대한민국은 화산 지대가 아니기 때문에 심층 지열 발전보다는 지열 히트 펌프를 이용한 냉난방 위주로 보급이 되어 있어 신재생 에너지에서 차지하는 비중이 미미한 수준이라 볼 수 있다.

하지만 신재생 에너지 부분에서는 충분히 고려할 만한 에너지 원으로 평가되고 있다.

 

지열발전을 활용한 가상도

 

지열 발전(Geothermal Power Generation) 이란? 지구 내부의 열에너지를 이용하여 전기를 생산하는 방식으로 정의할 수 있다. 화석 연료를 태우지 않기 때문에 탄소 배출이 거의 없는 청정에너지원으로 평가된다.

 

[지열 발전의 원리]

지구 내부로 들어갈수록 온도가 높아지는데 이 뜨거운 열이 지하수나 토지를 데우게 된다. 이 에너지를 지상으로 올려 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것이 기본 원리가 되겠다.

• 증기 추출 - 지하의 뜨거운 물이나 증기를 생산정을 통해 끌어올린다.
• 터빈 회전 - 고압의 증기가 터빈을 빠른 속도로 회전 시킨다.
• 발전 - 터빈에 연결된 발전기에서 전기를 생산한다.
• 재주입 - 사용된 물은 냉각시설을 이용해 식힌 후 다시 지하로 주입시켜 자원을 순환한다.

 

[지열 발전의 장점과 단점]

1. 장점

• 24시간 가동 - 태양광이나 풍력과 달리 기후 조건에 영향을 받지 않고 일정한 전력을 공급할 수 있는 장점을 가지고 있다.
• 친환경 청정에너지 - 연료를 연소시키지 않으므로 온실가스 배출이 매우 적고 발전소에 필요한 부지 면적도 태양광이나 풍력에 비해 적게 차지한다.
• 에너지 안보 - 외부에서 연료를 수입할 필요가 없는 국가 자체 에너지원이다.

 

2. 단점

• 장소의 제약 - 화산 지대나 지열이 풍부한 특정 지역에서의 효율이 높다.
• 초기 비용 - 지하 깊은 곳까지 시추해야 하기 때문에 초기 건설 비용 리스크가 있다.
• 지반 침하 및 지진 위험 리스크 - 지하수 추울 및 주입 과정에서 지반이 약해지거나 미세 지진을 유발할 수 있는 가능성이 있어 정밀한 관리 체계가 필요하다.

 

[지열 발전의 비중이 높은 국가들]

지열 발전의 비중은 낮지만 특정 국가 들에서는 핵심 역할을 하는 경우도 있다.

• 아이슬란드 - 전체 전력의 25~30%를 지열로 생산하고 있으면 난방의 많은 비중을 지열발전으로 해결하고 있다.
• 케냐 - 국가 전력 생산량의 약 40% 이상을 지열이 담당하고 있는 지열 활용이 가장 높은 국가이다.
• 미국 - 세계 최대의 지열 발전 설비량을 보유하고 있으며 최근에는 AI 데이터 센터 전력 공급원으로 주목받고 있다.
• 인도네시아, 필리핀 - 환태평양 조산 지대에 위치하고 있으며 국가 재생 에너지의 많은 비중을 차지하고 있다.

 

[지열 발전의 활용 분야]

1. 냉난방

• 지열 히트 펌프 - 건물 지하에 설치된 열교환기를 통해 여름에는 실내 열을 땅속으로 방출하고 겨울에는 땅속 열을 실내로 흡수하는 방식
• 지역난방 - 아이슬란드같이 지열이 풍부한 곳은 뜨거운 지하수를 직접 파이프 연결하여 도시 전체의 난방과 온수를 해결하는 방식

 

2. 농업 및 어업 활용

일정한 온도를 유지해야 하는 시설이나 양식장 등에서 지열은 안정적인 공급원이 될 수 있다.

• 온실 난방 - 겨울철 비닐하우스나 온실에 지열을 공급해 식물 등을 재배한다. 연료비가 화석 연료 사용 대배 50% 이상 절감의 효과를 볼 수도 있다.
• 양식장 - 양식 물고기 성장에 필요한 적정 수온 유지를 위해 지열을 활용한다.
• 도로 제설 - 겨울철 도로 아래에 지열 파이프 매설로 눈을 자연적으로 녹이는 스노우 멜팅시스템에 활용

 

3. 공정열 및 다목적인 활용

• 식품 가공 - 유제품 저온 살균, 과일 및 목재 건조 과정에 필요한 에너지원으로 활용 가능
• 관광 및 휴양 - 온천과 스파가 등으로 가장 대표적인 실생활 지열 활용 방식이다.
• 리튬 추출 - 최근에는 지열 발전 고정에서 뽑아낸 열수에서 리툼 등 배터리 핵심 광물을 추출하는 기술이 주목받고 있다.

 

* 지열 발전은 신재생 에너지 부분에서 차지하는 그 비중이 크지 못하기에 소외받는 경향이 많다. 효율성의 문제일 것이다. 하지만 탄소 중립 목표와 AI 산업의 확대로 지열 발전의 중요성과 필요성은 더욱 커지고 있다. 특히 AI 데이터 센터의 사용 에너지원 대안으로 간헐적 일 수 있는 태양광, 풍력을 대체할 수 있는 지속성의 지열발전에 대해 빅 테크 기업들이 적극 투자를 지원하고 있는 상황이다.

물론 지하 깊은 곳까지 파고들어 열을 끌오올리는 기술에대한 상용화와 제약의 완화 및 기술 혁신이 필요한 부분이기도 하다.