지열 에너지 (Geothermal Energy) 란?

지열 에너지(Geothermal Energy)란?ㅊ

지열 에너지는 지구 내부의 열을 이용하는 재생 가능한 에너지원입니다. 이 에너지는 지구의 형성과 지속적인 방사성 붕괴에서 비롯되며, 인류는 수천 년 동안 이를 활용해 왔습니다. 고대의 목욕부터 현대의 전기 생산에 이르기까지, 지열 에너지는 일정하고 날씨에 영향을 받지 않는 전력 공급을 제공합니다. 풍력이나 태양광과 달리 지열 발전소는 24시간 내내 에너지를 생산할 수 있어, 우리의 청정에너지 미래에 있어 신뢰할 수 있고 중요성이 커지고 있습니다.

 

지열 에너지

 

지열 에너지의 정의와 원리

지열 에너지는 지구 지각에서 추출되는 열에너지입니다. 이 열은 두 가지 주요 원천에서 비롯됩니다. 지구 형성 시 남은 에너지와 지구 내부의 방사성 물질 붕괴입니다. 우리 행성의 핵심은 믿을 수 없을 정도로 뜨거워서, 핵-맨틀 경계에서는 온도가 4,000℃ 이상에 달합니다. 지열 에너지 추출의 원리는 비교적 간단합니다. 지구 깊숙이 들어갈수록 온도가 올라가는데, 이를 지열구배라고 합니다. 평균적으로 세계 대부분의 지역에서 깊이 1km마다 온도가 25~30℃씩 증가합니다. 일부 지역, 특히 판 경계 근처에서는 이 구배가 훨씬 높아 지열 에너지 추출에 이상적인 위치가 됩니다. 지열 에너지는 여러 가지 방법으로 활용될 수 있습니다. 직접 사용의 경우, 지하 저수지의 뜨거운 물을 건물 난방, 온실 또는 다양한 산업 공정에 사용할 수 있습니다. 전기 생산을 위해서는 이러한 저수지의 증기나 뜨거운 물을 이용해 발전기에 연결된 터빈을 구동합니다. 지열 에너지의 장점은 그 일관성에 있습니다. 날씨 조건에 따라 달라지는 태양광이나 풍력과 달리, 지열 발전소는 24시간 쉬지 않고 작동하여 안정적인 기저 부하 전기를 제공할 수 있습니다. 이러한 신뢰성은 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고 재생 에너지 포트폴리오를 늘리고자 하는 국가들에 지열 에너지를 매력적으로 보이게 합니다.

 

지열 발전 시스템의 종류와 특징

지열 발전 시스템은 여러 가지 종류가 있으며, 각각 다른 지질 조건과 에너지 요구에 적합합니다. 주요 유형으로는 건증기, 플래시 증기, 바이너리 사이클 발전소가 있습니다. 건증기 발전소는 가장 오래된 유형의 지열 발전소입니다. 이들은 지열 증기를 직접 사용하여 터빈을 구동합니다. 세계 최대의 지열 지대인 캘리포니아의 가이저스가 이 기술을 사용합니다. 이 발전소들은 단순하지만 매우 높은 온도의 자원이 필요하며, 이는 드물게 존재합니다. 플래시 증기 발전소는 가장 일반적인 유형의 지열 발전소입니다. 이들은 지하 저수지의 고압 온수를 사용합니다. 이 물이 지표면으로 올라오면 압력 감소로 인해 "플래시" 되어 증기로 변합니다. 이 증기가 터빈을 구동합니다. 터빈을 통과한 후, 증기는 다시 물로 응축되어 저수지로 재주입될 수 있어 지속 가능한 시스템을 형성합니다. 바이너리 사이클 발전소는 더 새로운 기술로, 더 낮은 온도의 자원으로도 운영될 수 있습니다. 이 시스템에서는 지열 유체가 더 낮은 비등점을 가진 다른 액체(일반적으로 유기 화합물)를 가열합니다. 이 2차 유체가 증발하여 터빈을 구동합니다. 바이너리 발전소는 폐쇄 루프 시스템으로, 사실상 배출물이 없습니다. 이러한 기존 시스템 외에도 향상된 지열 시스템(EGS)이 있습니다. 이는 물이나 투과성이 부족해 경제성이 없는 지열 자원에서 에너지를 생산하기 위해 만들어진 공학적 저수지입니다. ESG 기술은 지열 에너지 생산을 획기적으로 확대할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

 

지열 에너지의 환경적 영향과 지속가능성

지열 에너지는 종종 청정하고 재생 가능한 에너지원으로 칭송받지만, 모든 에너지 기술과 마찬가지로 긍정적인 면과 부정적인 환경 영향 모두를 가지고 있습니다. 긍정적인 면에서, 지열 발전소는 모든 에너지원 중 가장 낮은 탄소 발자국을 가지고 있습니다. 평균적으로 전기 킬로와트시당 약 45그램의 이산화탄소를 배출하는데, 이는 일반적인 석탄 화력 발전소 배출량의 5% 미만입니다. 이러한 낮은 탄소 강도는 온실가스 배출을 줄이고자 하는 국가들에게 지열 에너지를 매력적인 옵션으로 만듭니다. 지열 에너지는 또한 재생 가능한 것으로 간주됩니다. 지구에서 추출되는 열은 지구의 총 열 함량에 비해 무시할 만한 수준이기 때문입니다. 지구는 지속적으로 열을 생성하며 이간의 시간 척도에서 이 자원은 본질적으로 무한합니다. 더욱이 많은 지열 발전소들이 사용된 물을 다시 저수지로 재주입하여 지속 가능한 순환을 만들어냅니다. 그러나 지열 에너지도 환경적 과제가 없는 것은 아닙니다. 한 가지 우려사항은 지하에 갇힌 가스의 방출로, 이산화탄소, 황화수소, 메탄, 암모니아 등이 포함됩니다. 이러한 배출물은 화석 연료 발전소보다 훨씬 적지만, 여전히 대기 오염과 지구 온난화에 기여합니다. 현대의 지열 발전소들은 이 문제를 완화하기 위해 배출 제어 시스템을 갖추고 있습니다. 또 다른 환경적 고려 사항은 유도 지진의 가능성입니다. 지하에 물을 주입하는 과정이 때때로 작은 지진을 유발할 수 있습니다. 이는 대개 지표면에서 느껴지기에는 매우 작지만, 일부 지역에서는 우려의 대상이 될 수 있습니다. 물 사용과 잠재적 오염도 중요한 요소입니다. 지열 유체는 수은, 비소, 붕소와 같은 독성 원소의 미량을 포함할 수 있습니다. 이러한 유체의 적절한 관리와 재주입이 환경오염을 방지하는 데 중요합니다. 이러한 과제에도 불구하고, 지열 에너지의 전반적인 환경 영향은 특히 화석 연료와 비교할 때 일반적으로 매우 긍정적입니다.

 

지열 에너지 기술의 미래와 혁신

지열 에너지의 가장 흥미로운 발전 중 하나는 향상된 지열 시스템(EGS)입니다. 이 기술은 자연적인 물이나 투과성이 부족한 뜨거운 건조한 암석 형성에 지열 저수지를 만들 수 있게 합니다. 암석을 파쇄하고 물을 주입함으로써, EGS는 더 많은 위치에서 지열 발전이 가능하게 할 수 있습니다. 프랑스와 독일의 프로젝트들이 이미 이 접근 방식의 실현 가능성을 입증했습니다. 폐쇄 루프 지열 시스템은 지열 기술의 또 다른 프런티어를 대표합니다. 이 시스템들은 작동 유체를 지하 깊은 곳의 밀봉된 파이프를 통해 순환시켜, 투과성 있는 암석 형성이나 자연 지열 저수지의 필요성을 없앱니다. 이 접근 방식은 지열 에너지가 실행 가능한 지리적 범위를 확장할 수 있습니다.