[에너지] 차세대 발전 - 지열발전

지열발전이란 지하 깊숙한 곳에 보유되어 있는 지열에너지(증기)로 직접 터빈을 회전시켜서 발전하는 것입니다. 화력발전소에서는 석탄이나 석유, LNG 등의 연료를 연소해서 얻어지는 열로 증기를 발생시키지만
지열발전에서는 깊숙한 땅 속의 지열에너지를 이용하기 떄문에 말하자면
지구가 보일러의 역할을 하는 것이라고 할 수 있습니다. 

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1. 지열발전이란?

지열발전

지열발전에 사용되는 지열에너지는 태양 에너지라든가 풍력에너지와 마찬가지로 꺠끗한 청정에너지입니다. 또한 태양광발전이나 풍려발전에서는 날씨에 영향을 받아 출력의 변동이 불가피하지만 지열발전에서는 안정된 공급이 가능하다는 장점이 있으며, 그 밖에도 지구내에서는 막대한 에너지를 축적하고 있어서 반영구적으로 사용 가능하다는 장점이 있습니다.

 

2. 지열발전의 종류는?

 

지열발전 방법은 매체 , 항정으로부터의 분출 상태, 터빈 배기 등에 의해 여러 방식으로 이루어집니다.

 

• 천연증기 이용 배압식: 생산정에서 분출하는 천연증기를 그대로 터빈에 끌어와서 발전하고 배기는 대기로 배출시키는 방식으로서 설비는 간단하고 건설비도 싸지지만 발전효율은 낮습니다.
• 열수분리 증기이용 복수식: 생산정에서 분출하는 유체가 고온도의 증기와 열수의 혼합체일 경우네는 먼저 기수 분리기로 포화증기를 발생시키고 이 증기만을 터빈에 보내서 발전에 이용하고 열수와 복수는 다시 지하로 되돌려 주는 방식으로서 현재 이 방식이 세계 각지에서 널리 채용되고 있습니다.
• 열수증기 병용식: 기수 분리기로 증기와 열수를 분리하고 증기를 터빈에 유도하는 것은 열수분리 증기이용식 복수식과 마찬가지이지만 분리된 열수도 고온이기 때문에 이 열량을 이용하는 것이 유리할 것입니다. 이 떄문에 분리한 이 열수를 다시 플렛슈 탱크로 유도해서 저압 포화증기로 변환시켜 터빈의 혼압단에 보내 가지고 발전하고 있습니다.
• 열교환 방식: 열수 또는 고온천연증기의 열량을 열교환기로 다른 작동유체의 증기를 만들어서 이것으로 발전하는 밀폐 사이클 방식입니다. 이 방식은 열교환기에 의한 효율의 저하가 있지만 저온도의 증기, 열수를 이용할 수 있다는 이점이 있습니다. 단 단위 출력당 건설비는 비싼 편입니다. 

 

3. 지열에너지의 장점과 단점

다른 많은 형태의 에너지와 마찬가지로 지열 에너지는 재생 가능하고 지속 가능한 에너지원입니다. 모든 이점에도 불구하고 지열 에너지는 풍력 및 태양열과 같은 다른 재생 가능 에너지원에 비해 활용도가 훨씬 낮습니다. 환경친화적인 에너지원이 될 수 있는 잠재력이 크지만 가격이 엄청나게 비싸고 몇 가지 문제가 있습니다.  

지열에너지의 장점

환경친화적입니다.

 

지열 에너지는 일반적으로 환경 친화적인 것으로 간주됩니다. 지열 발전소의 탄소 배출량은 최소화됩니다. EIA에 따르면  평균 지열 발전소는 발전하는 전력 1메가와트시(MWh)당 이산화탄소를 99% 적게 배출합니다.지열 에너지 활용에는 몇 가지 오염 측면이 있지만 석탄 및 천연 가스와 같은 기존 화석 연료 자원과 관련된 오염과 비교할 때 이는 사소한 것입니다. 지열 자원의 추가 개발은 지구 온난화에 맞서 싸우는 데 도움이 될 것입니다.

재생 가능하고 지속 가능합니다.

지열 저장소는 천연 자원에서 나오며 자연적으로 보충됩니다. 따라서 지열에너지는 재생에너지원입니다. 즉, 지열에너지는 석탄, 화석연료 등 기존 에너지원과 달리 소비를 계속 유지할 수 있는 자원입니다. 과학자들에 따르면 지열 저장소의 에너지는 말 그대로 수십억 년 동안 지속될 것이라고 합니다.

엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.

현재 전 세계 에너지 소비량은 화석 에너지와 재생 에너지를 모두 포함하여 약 17TWh 입니다. 많은 양처럼 들릴 수도 있지만 이는 지구 내부에 저장된 열 에너지의 극히 일부에 불과합니다. 대부분의 지열 에너지는 접근하기 어렵거나 수익성이 없습니다. 전 세계 지열 발전소는 현재 12.7GW의 전력을 공급하고 있으며, 설치된 지열 난방 용량은 28GW로 조금 더 높습니다. 이는 추가적인 지열 에너지 생산의 여지가 많다는 것을 의미합니다.

안정적인 에너지 입니다.

지열에너지는 믿을 수 있는 에너지원입니다. 우리는 지열 발전소의 전력 출력을 놀랄 만큼 정확하게 예측할 수 있습니다. 날씨가 전력 생산에 큰 역할을 하는 태양광과 풍력의 경우에는 그렇지 않습니다. 따라서 지열 발전소는 기저부하 에너지 수요를 충족하는 데 탁월합니다. 지열 발전소는 이용률이 높습니다. 이는 전체 설치 용량에 비해 매우 높은 수준의 출력을 제공한다는 의미입니다. 전 세계적으로 지열 발전소는 80% 이상의 이용률로 운영되지만, 미국에서는 96% 에 달하는 높은 이용률을 달성했습니다.

가열 및 냉각에 적합합니다.

지열 에너지로 전기를 생산하려면 발전 터빈을 효과적으로 회전시키기 위해 150°C(약 300°F) 이상의 높은 수온이 필요합니다. 지열 에너지를 활용하는 또 다른 쉬운 방법은 이를 난방과 냉방에 사용하는 것입니다. 이 접근 방식은 표면과 접지 소스 사이의 (비교적 작은) 온도 차이를 활용합니다. 

지구는 일반적으로 공기보다 계절적 온도 변화에 더 강합니다. 결과적으로, 표면에서 불과 몇 피트 아래에 있는 땅은 지열 히트펌프의 방열판, 공급원 역할을 할 수 있습니다 . 이는 전기 히트펌프가 공기 중에 존재하는 열을 사용하는 것과 거의 같은 방식입니다. 지난 몇 년 동안 지열 난방/냉방을 활용하는 주택 소유자의 수가 엄청나게 증가 했습니다 .

지열에너지의 단점

환경 문제

 

지구 표면 아래에는 온실가스가 풍부하게 존재합니다. 지열 에너지를 사용하면 이러한 가스 중 일부가 표면과 대기 중으로 빠져나갑니다. 이러한 배출량은 지열 발전소 근처에서 더 높은 경향이 있습니다.

지열 발전소에서는 소량의 이산화황과 실리카가 배출됩니다. 저수지에는 수은, 비소, 붕소를 포함한 미량의 독성 중금속이 포함될 수도 있습니다. 즉, 지열 발전과 관련된 오염은 매우 낮으며 석탄 발전 및 화석 연료에서 볼 수 있는 오염의 극히 일부에 불과합니다.  

표면 불안정(지진)

지열발전소 건설은 토지의 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다. 실제로 지열 발전소는 독일과 뉴질랜드 모두에서 침강(지구 표면의 가라앉음)을 초래했습니다. 지진은 강화된 지열 시스템(EGS) 발전소 개발의 본질적인 부분인 수압파쇄로 인해 발생할 수 있습니다. 2006년 스위스 지열발전소 건설로 인해 리히터 규모 3.4 규모의 지진이 발생했다.

비싼 비용

상업용 지열 발전 프로젝트는 비용이 많이 듭니다. 1메가와트(MW) 용량의 지열 발전소의 경우  총 설치 비용은 일반적으로 250만~500만 달러사이입니다. 새로운 저수지의 탐사 및 시추는 비용 상승에 큰 역할을 하며 일반적으로 전체 비용의 절반을 차지합니다. 대부분의 지열 자원은 적어도 현재 기술, 보조금 수준 및 에너지 가격으로는 비용 효과적인 방식으로 활용될 수 없습니다. 주택과 상업용 건물을 위한 지열 냉난방 시스템의 초기 비용도 엄청납니다. 즉, 이러한 시스템은 향후 몇 년 동안 비용을 절약할 수 있으므로 장기적인 투자로 간주되어야 합니다. 지열 열 펌프 설치 비용은 일반적으로 $15,000~$40,000이며 일반적으로 투자 회수 기간은 10~20년입니다.

지역의 제한

좋은 지열 저수지는 구하기 어렵습니다. 일부 국가는 풍부한 자원을 보유하고 있습니다. 예를 들어 아이슬란드와 필리핀은 전력 수요의 거의 1/3을 지열 에너지로 충족합니다. 지열 에너지가 전기가 아닌 온수를 통해 장거리로 운송되는 경우 상당한 에너지 손실을 고려해야 합니다.

지속가능성 문제

빗물은 수천 년에 걸쳐 지구 표면을 통해 지열 저장소로 스며듭니다. 연구에 따르면 유체를 교체하는 것보다 더 빠르게 제거하면 저장소가 고갈될 수 있습니다. 열에너지가 활용된 후(터빈이 전기를 생성한 후) 지열 저장소에 유체를 다시 주입하려는 노력이 이루어질 수 있습니다. 저수지가 적절하게 관리된다면 지열 발전은 지속 가능합니다. 이는 지열 에너지가 지열 발전소와 다르게 사용되는 주거용 지열 냉난방에는 문제가 되지 않습니다.

 

지열은 거의 완전히 무공해이며 지속적으로 신뢰할 수 있는 재생 가능한 에너지원입니다.