지열에너지는 어떻게 구현되는가?

새로운 공부법으로 우리 같이 공부하고 배워가요!

오늘 내용은 제가 수업시간에 배운 내용과 각종 논문들을 읽고 쓰는 내용입니다. 물론 제 개인적인 의견도 들어가 있으니 참고해주시길 바랍니다. 

 

지열에너지

영어로 GEOTHERMAL이라고 하는데 GEO가 지구, THERMAL은 열로 지구열이라고 생각을 하시면 됩니다. (지구 내부에서 나오는 힘 이런 느낌?) 당연히 세계에서 가장 큰 규모로 돼있습니다. 

 

지열에너지가 일어나는 이유!

지각판의 변동(사진에 보면 지구안에 여러 개의 층이 있는데 지각이 변동하면서 열이 발생한다), 화산, 지진 등에 의해 지열 에너지가 발생된다. (자세한 내용을 알고 싶으면 이 부분은 지구과학을 들으면 될 거 같습니다)

지구 표면에서 나오는 열량은 태양에서 나오는 열량에 비해 5000분의 1정도 밖에 되지 않는다. 하지만 태양과 달리 지구 열은 집중되어 있는 곳이 있다. 

지열발전을 하는 나라: 미국, 필리핀, 일본, 인도네시아, 이탈리아 등등의 화산지대가 있는 나라들이 이러한 발전을 한다. 

제가 그린 그림입니다. 여기서 47%가 땅에 흡수가 됩니다. 지구에게는 태양은 약간 배터리처럼 생각이 됩니다. 태양에너지의 절반 가까이 흡수 하기 때문입니다. 

 

지열에너지의 역사

난방, 온수, 요리, 온천수로 수백년 전부터 단순하게 사용했습니다. 하지만 전기로 직접 사용한 거는 1904년 Lardarello라는 사람이 지열발전을 만들어 250kW를 수용하는 지열 스팀을 만들었다. 

직접 사용- 과일 말리는데 사용

열수 유체(Hydrothermal fluid): 상업적인 발전을 위해 만들어진 발전소로 지구 내부에서 용해된 마그마의 지각에 침입이나 결함을 통한 깊은 물의 순환의 결과물이다. (뜨거운 물이나 증기 형체이다)

증기를 얻을 수 있는 삼대 요소

1. 대수층(aquifer)

2. 불침투성 덮게 돌(imperable cap rock)

3. 열원 (heat source)

열원에서 열이 발생하는데 이 위에 불침투성 덮게 돌이 열을 전달시켜준다. 이 열들이 대수층에 만나 온천도 되고 증기도 된다. (더 간단하게 이해하자면) 제가 그림 하나 그릴게요

증기를 뽑기 위해 막대기를 꼽은 모양입니다.

 

지열 발전소 종류는 크게 세 가지로 건식 증기발전, 습식 증기 발전, 이항 사이클 발전소가 있다. 

건식 증기발전소: 물 없이 증기만 가지고 터빈을 가동한다. 180~350도의 열을 가지고 이용한다. 건식 증기발전소라고 물이 아예 없는 게 아니고 응축기를 통해 물로 전환된다. 쓰고 남은 물은 다시 저수지로 버려진다. 응축기에 순수 증기만 있는 게 아니어서 CO2 같은 불순물이 있으면 효율이 떨어진다.

이항 사이클 발전소(Binary cycle power plant): 증기를 효율적으로 사용하기 위해 뜨거운 물을 지열 자원이 많지 않거나 불순물이 많은 화학물질이 있는 곳에서 해야 한다.  (낮은 열에도 증발이 잘되는 발전소이다) 효율이 높다!

 

 

 

낮은 온도의 지열에너지(실생활 예시)

20~150도 사용처: 집, 오피스, 비닐하우스, 물고기 농장, 금광에서 사용된다.

 

열펌프 (geothermal heat pump)

매우 고효율(효율이 1 이상이다) 재생에너지로 땅 속의 열을 뽑아서 얼지 않은 물의 열을 뽑아서 난방을 할 수 있다. 

주거용이나 상업용 건물 난방에 주로 쓸 수 있다.  그렇다고 난방에만 쓰이는 건 아니다. 

여름철 냉방으로 이러한 그림처럼 진행도 가능하다.

열펌프의 장점은 에어컨을 사용하는 것보다 20~50% 전기 소모를 줄인다(배기가스 와 에너지 소모 줄임)

50% 습도를 유지시켜준다->습도 컨트롤에 유리하다

유연한 디자인이 가능해져 자연 그대로를 유지하면서 설치할 수 있다. (내구성도 좋다)

 

지열에너지 발전 장점

1. 면적이 많이 필요하지 않는다

2. 경제적으로 유리하다(석유 수입을 줄일 수 있다)

3. 신뢰성이 높다.

4. 24시간 가동이 가능하고 날씨 영향을 안 받는다. 

 

지열에너지의 단점

1. 지층의 붕괴가 올 수도 있다(포항 지진의 원인)

2. 에너지 정책이 바뀌면 힘들어질 수도 있다.(세금이나 어떠한 제재를 받을 수 있다)

3. 열수가 나오는 곳을 잘 찾아야 하는데 한 번에 찾기가 힘들기 때문에 초기 투자비용이 많이 들 수도 있다.

4. 지열 수량을 잘 조사하고 시작해야 한다(몇 년 동안 에너지로 변환이 가능한지 잘 계산해야 한다)

 

미래의 지열에너지는 거대한 에너지 원이 될 수 있다. 장기적으로 염수 같은 거와 하이브리드 하는 방식으로 개발할 수도 있다. (특히 하이브리드 방식으로 다른 재생에너지와의 컬래버레이션이 개인적으로 기대가 된다)