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아이슬란드의 네스야벨리르(Nesjavellir) 지열발전소. 아이슬란드에서 두번째로 규모가 큰 지열발전소이다.
1. 개요
地熱發電 / Geothermal Power지열(地熱)의 힘을 이용하여 전기를 생산해 내는 발전 방법이다. 그래서 주로 화산활동이 많거나 온천이 발달한 지역에 주로 설치된다.
대부분의 지열 발전소는 미국, 인도네시아, 필리핀, 아이슬란드, 뉴질랜드 같이 화산폭발과 활발한 판의 활동이 있는 지역이 선정되어 건설된다. 세계 지열 발전량은 2019년 기준 미국, 인도네시아, 필리핀이 각각 1, 2, 3위를 차지하며, 필리핀, 뉴질랜드, 아이슬란드 등은 지열 발전량이 국가 전력 소비량 중 두 자릿수 이상의 높은 비율을 차지하는 국가다.
동아시아에서는 일본 열도나 백두산 같은 화산 지대에 발전소를 건설하는 것이 효율적이라는 연구가 있다. 특히 일본은 1970년대 석유파동을 거치면서, 국가적인 산업으로 육성을 시도하기도 했다. 그러나 초기 사업비가 높고 발전량이 적다는 문제가 있어서 1990년대까지 사장되었다. 2010년대에 들어서는 친환경 발전으로 주목을 받고 신기술로 초기 사업비 문제도 개선되었다. 다만 환경 평가 등에서 10년 이상이 소요되는 등의 문제가 있어서 현재 전체 발전 비중은 낮은 편이다. 또한 온천 업계에서 지열 발전 개발에 심하게 반발하는 중이라 상당히 지지부진한 편이다. 백두산을 점유한 북한은 낮은 기술 수준과 자본 미비로 쓰이지 않는다.
아이슬란드는 지열 활용이 용이하여 전근대에도 빵을 찌는 등 온열기로 유용되었다. 지금도 격오지 거주민을 제외한 90%의 아이슬란드인이 지열발전소에서 오는 뜨거운 물을 통한 지역난방으로 방을 덥히고 있다.
핀란드는 해저 지열을 이용한 대규모 지역 난방을 도입했다. 이후 발전소 건립 계획도 있다.
독일, 프랑스 등은 입지가 적정치 않은데도 지열발전 개발에 적극적이다. 지열발전은 운영비가 극히 적으며 안정적인 발전이 가능하기 때문이다.
화력, 태양열, 풍력 등은 근본적으로 변형된 태양 에너지를 활용하는 형태다. 반면 지열은 지구의 자체적인 핵분열 에너지를 이용하는 수단이다.
지열을 이용하는 방식에 따라 직접이용과 간접이용으로 분류된다. 직접이용방식은 지열을 이용해 열을 생산하여 건물에 냉난방이나 급탕에 활용하는 것이고, 간접이용방식은 지열을 활용해 전기를 생산하는 것을 말한다.#
지열에너지 직접이용방식은 가장 오래된 기술이며 지열 히트펌프, 온천, 시설원예 난방, 지역난방 등 지면에서 중온수를 추출해 직접 공급하거나 히트펌프와 같은 에너지 변환기의 열원으로 활용해서 냉열,온열을 공급하는 방식이다. 현대에는 히트펌프를 이용하는 방식이 가장 활성화되어있다. 일부는 냉각탑과 병행하여 하이브리드로 사용하기도 한다.
2. 원리
거의 모든[1] 발전 방식과 마찬가지로, 지열 발전도 고압 증기로 터빈을 돌려 발전한다. 다만 화력 발전(연료를 태워 열 발생), 원자력 발전(방사성 동위원소의 핵분열에서 생겨나는 열을 이용) 등과 달리 지열을 열원으로 이용한다는 점이 다를 뿐이다.[2]지하에 있는 고열원(마그마)에 물이 접촉하면 고온 고압의 수증기 또는 고온의 물이 지면으로 분출되는데 이것을 이용해 터빈을 돌린다. 고압 증기가 직접 분출되면 그냥 그것으로 터빈을 돌리지만, 고온의 물이 분출될 경우 그것으로 직접 터빈을 돌릴 수는 없어 열교환기를 이용해야 한다. 이소부탄(isobutane)처럼 비교적 낮은 온도에서도 증발하는 유체를 열교환기에 넣고 고온의 물과 열을 교환시키면 고압 증기가 생성되는데 그것으로 터빈을 돌리는 것이다.
3. 장점
기존의 다른 발전 방식과 달리 무언가를 태우거나 특수한 소재가 필요하지 않다. 그냥 땅 속에 넘쳐나는 마그마로 물을 끓여서 터빈만 돌리면 끝이니까. 때문에 시설 운영비는 매우 저렴하다. 예외적으로 일정한 출력을 유지하려 추가적인 연료를 투입하는 형태도 있지만, 일단 확고한 입지에 설치하는데 성공한다면 어떤 형태로든 종류를 막론하고 여타 발전 방식보다 발전비용이 극히 적고 유지보수도 간단한 편이다.이런 지열 발전을 활용하기 좋은 최적의 화산 지대가 있어 일찍이 지열 발전이 상용화된 아이슬란드는 확고한 에너지 자립국으로 자리잡았다. 막대한 전기가 남아돌고 있기에 알루미늄 제련[3], 데이터 센터[4], 데이터 마이닝 등등의 에너지를 많이 잡아먹는 산업들을 활발히 유치했다. 이러한 산업 이면에는 지열발전과 수력발전 등의 활발한 개발이 있었다.
그리고 통념과는 달리 지표로 분출되는 용암을 이용하는게 아니기 때문에 딱히 화산지대가 아니여도 전세계 어디서든 사용할수 있다. 단지 땅파는 비용이 많이 들어갈뿐 어디서든 땅만파면 온도가 올라가기 때문이다
4. 단점
하지만 발전소를 건설할만한 장소를 찾기가 매우 힘들다는 것이 앞서 설명한 여러 장점들이 무색할 정도로 가장 큰 단점으로 손꼽힌다.발전량을 충족시킬만큼 화산운동이 활발하면서도 동시에 건설에 지장이 없을 만큼 안전한 화산 활동이 일어나는 지형이 흔치 않아 개발이 유의미한 입지는 전 지구를 통틀어도 극히 일부 지역에 불과하다. 때문에 적절한 입지 선정에 많은 비용이 들며, 탐지해도 정확한 발전량을 추정하기 어렵다고 한다. 이러한 불안정함은 발전소 건설의 재정 계획과 자본 투입을 어렵게 한다.
또한 2017년 포항 지진에서의 결론에서도 보이듯, 아무리 지각운동이 안정적인 지형이라 해도 지진 발생 가능성이 절대 0이 아니라는 치명적인 위험도 안고 있다. 특히 최근 연구 결과에 따르면 심부 지열 발전은 지진의 원인이 되기도 한다. 이 가설은 현재 학계에서 거의 정설로 받아지고 있다.
5. 심부지열발전
심부지열발전(Enhanced Geothermal System)은 화산 지형에 대한 의존성을 줄이는 발전 방식이다.# 하지만 이 발전은 지반이 투과성이 없는 암반으로 구성되어야 하며 시추 깊이도 3km 이상이어야 한다. 이에 따라 엄청난 수준의 투자비가 요구되는데다 원자력만큼의 운전 비용 효율이 발생하지 않아 경제성이 매우 낮다. 국내에서는 포항과 광주에서 지열발전소 건설이 논의되었다. 하지만 광주는 그나마 하던 사업조차 업체와 시의 의견차로 인해 사실상 중단되었다. # 포항지열발전소만 건설 중이었으나, 2017년 포항 지진의 원인으로 지목되면서 건설 중단 및 운영사 파산이라는 결과로 이어져, 한국에는 더이상 진행중인 지열발전 프로젝트가 존재하지 않게 되었다.지진을 유발한다는 설이 있는데, 실제 지열발전을 실험하다가 지진이 발생하는 사례도 있다.
2017년 11월 포항 지역에서 발생한 지진이 이 지열발전 때문에 촉발되었다는 주장이 있어 관심을 끌고 있다. #
2019년 3월 20일 정부와 해외조사위원회가 발표한 바에 따르면 포항 지진은 촉발 지진일 가능성이 크다는 보도가 있다. #
6. 관련 문서
[1] 태양광 발전 제외[2] 엄밀하게 말하면 지구의 지열도 방사성 동위원소의 핵분열로 발생하는 열이니 사실상 원자력과 같은 에너지원이라고 볼 수 있다. 지구크기의 초대형 무료 원자력 발전소[3] 미국의 알코아 등이 사업장을 가지고 있다.[4] 아이슬란드는 기후 자체가 원래 추우나 위도를 감안하면 난류의 영향으로 온난한 편이다. 공조시설 가동에 따른 비용을 절감할 수 있다.