지열에너지; 땅으로 부터 오는 에너지

지열에너지

지열은 지구의 내부에서 외부로 나오는 열을 말합니다. 이러한 지열은 수증기, 온수 및 화산 분출 등에 의해서 지표로 유출됩니다. 태양의 핵융합 에너지를 유래로 하지 않는 발전 방법의 하나기도 합니다. 고갈되는 에너지인 석유나 석탄, 우라늄 같은 것들에 의존하지 않지만, 지열의 원인인 화산에 의한 열이나 화학적 발열 같은 것에는 의존한다는 특징이 있습니다.

 

지열은 지구의 모든 표면에서 방출되지만, 그 양은 지역에 따라 크게 다릅니다. 이 에너지는 지구 자체가 가지고 있는 에너지이므로 굴착하는 깊이에 따라 잠재력이 무한하다고 할 수 있습니다. 현재 지열 에너지는 온천 등의 관광 자원이나 난방의 열원 등으로 직접 이용되는 경우가 많습니다.

 

지열에너지는 잠재력이 무한하고, 깨끗하고, 발전비용이 저렴하다는 둥 다양한 이점을 지니고 있습니다. 또한 날씨의 영향을 받지 않는 점과 폐기물이 없다는 점도 큰 장점입니다. 하지만 고열을 끌어 모으기에 적합한 지역이 많지 않아 여러 곳에서 에너지를 얻을 수 없다는 단점이 있는데 때문에 화산이 없는 우리나라의 경우 지열 에너지를 얻는데 어려움이 따르기도 합니다.

 

세계적으로 지열에너지 발전 용량이 많은 나라는 미국, 필리핀, 인도네시아, 멕시코, 이탈리아가 있으며, 나라 전체 에너지 생산 율 중에 지열에너지가 차지하는 비율이 가장 높은 나라는 아이슬란드입니다.

 

지열 발전은 지열에 의해 생성된 수증기에 의해 발전기에 연결된 증기 터빈을 돌려 전력을 발생시키는 원리로 이루어집니다. 지열에너지는 재생이 가능한 에너지를 활용한 발전 중 하나로 꼽습니다. 지열 발전의 기술로는 대표적으로 드라이 스팀, 플래시 사이클, 바이너리 사이클 세 가지 방식이 있습니다.

 

드라이 스팀

증기 발전을 행하는 경우, 증기정에서 얻어진 증기가 거의 열수를 포함하지 않으면, 간단한 습분제거를 행하는 것만으로 증기터빈에 보내서 발전을 행합니다. 이러한 발전 방식을 드라이 스팀(dry steam) 방식이라고 부릅니다.

 

플래시 사이클

플래시 사이클에는 단일, 더블, 트리플 플래시 사이클이 있습니다. 생성된 증기에 많은 열수가 포함된 경우, 증기 터빈으로 보내기 전에 기수 분리기로 증기를 분리할 필요가 있는데, 이것을 단일 플래시 사이클이라고 합니다.

 

증기를 분리한 후 열수를 감압하면 증기가 추가로 얻어지게 되는데, 이 증기를 터빈에 투입하면, 설비는 복잡해지지만, 15~25% 전후의 출력 향상 및 지열 에너지의 유효 이용이 가능해집니다. 이것을 더블 플래시 사이클이라고 합니다.

 

또한, 이중 플래시 사이클에서 증기를 제거한 후 열수를 추가로 감압하여 증기를 제거하는 트리플 플래시 사이클이 있습니다. 이중 플래시 사이클보다 장비가 더 복잡해지지만 출력 향상과 관련된 이점은 작다는 특징을 가지고 있습니다.

 

바이너리 사이클

지하의 온도나 압력이 낮기 때문에 지열 발전을 실시하는 것이 불가능하고, 열수밖에 얻을 수 없는 경우에서도, 암모니아, 펜탄, 프론 등 물보다 저 비점의 열매체를, 열 온수로 끓여 터빈을 돌려 발전시키는 것이 가능한 경우가 있습니다. 이것을 바이너리 발전 (binary cycle)이라고 합니다.