지열발전과 포항지진

이번에는 땅속을 들여다보려고 하는데요. 바로 지열 발전에 대한 소개입니다.

지구 내부

우선 땅의 속을 한 번 자세히 알아보죠. 지구 내부는 우리가 살고 있는 지표면으로부터 5~35km안까지가 지각 그 밑으로 2900km 안까지가 맨틀, 5100km까지가 외핵 그리고 지구의 반지름인 6400km까지가 내핵입니다. 여기서 중요하게 생각해야 할 점이 이렇게 층을 이루는 이유입니다. 태초에 지구가 탄생한 시점으로 돌아가서 보죠. 이 당시에는 지구는 매우 뜨거웠습니다. 이때 지구는 액체와도 같았습니다. 시간이 지나면 지날수록 무거운 물질들은 지구의 중심으로 이동하였고 비교적 가벼운 물질이 위에 떠 있게 됩니다. 그리고 시간이 흐르게 됩니다. 지표면부터 식어 굳기 시작합니다. 맨틀도 식어서 암석이 되었지만 온도는 높은 편이고 아래로 내려갈수록 맨틀의 점성은 증가합니다. 그래서 유체처럼 행동하기 때문에 지각을 움직이게 하고 지진이 발생하는 것이지요.
오늘의 주제는 에너지입니다. 그래서 내부는 여기까지만 들여다보겠습니다.

지구의 에너지는?

지구의 에너지는 태초에 생성되었을 때부터 있던 열에너지와 내부 구성물에 포함되어 있는 방사성 동위원소의 붕괴 열 등으로 열 에너지가 있게 됩니다. 지열 발전의 설비용량이 2015년도 기준 12.6GW에 해당하네요. 결코 작은 양은 아닙니다. 잠재 에너지는 훨씬 어마어마하게 크죠.
맨틀에서의 열 에너지가 얼마나 될까요? 최상부에서는 1000도씨정도이고 외핵과의 경계면에서는 4000도정도에 육박한다고 합니다. 그럼 지열발전은 어디에서 열을 가져올까요? 맨틀에서 가지고 올까요? 그러고 싶지만… 현실적으로 불가능 합니다. 왜냐하면 인간은 여기까지 뚫은 적이 없기 때문이죠!! 인간이 이때까지 뚫은 최대 깊이에 대한 기록은 소련이 가지고 있는데 약 12km정도를 뚫었다고 합니다. 이 길이는 지각도 다 못 뚫은 깊이지요. 사실 1000도까지는 바라지도 않습니다. 물이 끓을 수 있는 100도가 좀 넘는 온도가 필요합니다. 이 온도는 지각에서 좀 깊게 파고 들어가야 합니다. 설비의 한계도 있겠죠. 지각에서도 온도가 높은 곳을 찾아야지요. 그런 곳은 어디일까요? 바로 화산지대입니다.
화산 지대는 지열이 보통 150도 정도 되기 때문에 발전에 사용이 가능합니다.

원리

원리는 간단합니다. 물을 땅속으로 파이프를 이용해 보냅니다. 땅속에서 열을 충분히 받아 물이 증기로 바뀌면서 지상으로 분출됩니다. 이 증기를 이용해 터빈을 돌리고 발전을 합니다.

우리나라는 화산지대가 백두산, 한라산, 울릉도 등이 있지만 모두 휴화산입니다. 지열을 이용하기에는 적절한 상황이 아니지요. 하지만 화산지대가 아니더라도 지열을 이용하는 방법이 있다고 합니다

첫 번째, 바이너리 방식

우선 고온수를 지상으로 끌어올립니다. 이 고온수는 화산지대의 물에 비교하면 저온입니다. 그래서 이 고온수로는 발전을 하기에는 힘듭니다. 하지만 물이 아닌 다른 용매를 2차 계통으로 사용합니다. 고온수는 그저 열만 전달하는 것이지요. 여기서 사용하는 용매는 이 온도에서 충분히 기화하는 용매를 사용합니다. 이 방식은 제가 포스팅 하였던 해수 온도 차 발전(https://steemit.com/kr-science/@chosungyun/2tmafb-5)을 기억해보시면 이해하실 겁니다.

두 번째, EGS 방식

Enhanced Geothermal System이라 합니다. 땅속 깊은 곳의 고온암석에 시추를 한 후 인공 파쇄대를 구성해 고압의 물을 분사해 암석을 파쇄하여 인공 저류층을 형성합니다. 그럼 화산지대가 아니더라도 고온의 수증기를 얻을 수 있다고 합니다. 그런데 이방식은 뭔가 셰일 가스 추출방법과 또 유사하군요.( https://steemit.com/kr-science/@chosungyun/4rvocv) 역시 기술은 돌고 돕니다.

우리나라의 경우도 최초로 EGS방식을 사용하여 포항에 지하 4km를 파서 지열을 가져오는 발전을 준공 중이고 올해 완공할 예정이라고 합니다. 아시아에서는 EGS방식을 사용한 지열발전소는 최초라고 합니다. 포항에서 만든 이유는 포항지역의 깊이에 따른 지온 증가량과 지열류량이 다른 지역보다 훨씬 크기 때문에 선정이 되었다고 합니다.

하지만 최근에 이 지열발전 때문에 지진이 난 거 아니냐는 말이 나오고 있습니다.
왜냐하면 이번에 발생한 지진이 발생한 진앙 지역이 이 지역과 매우 가깝고 작년부터 올해까지 약 12,000,000L의 물을 EGS로 인공 저류층을 만들기 위해 물로 암석을 파쇄했는데요. 이 때문에 지진이 발생했다는 주장이 나왔습니다. 그래서 정밀조사 결과가 나올때까지 건설중단을 선언한 상태이고 울릉도 지역 지열발전소는 건립도 전면 재검토에 들어갔다고 합니다.
마지막으로 장점과 단점을 살펴보면
장점
-친환경적입니다.
-지속적인 열원으로 지속발전이 가능합니다.
단점
-땅을 판다는 점에서 지대 침전 논란의 여지 존재
-EGS의 경우 지진을 유발한다는 논란 존재
-입지조건이 까다롭다.
-초기 투자비용이 높다.

이번 정부에 들어서 발전사업에 많은 제동이 있는 것 같네요. 정밀조사 결과가 빨리 나와서 중단이든 다시 건설이든 빠른 결정이 나길 바랍니다.

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-이미지 출처-

1. https://www.vox.com/energy-and-environment/2017/1/15/14270240/geothermal-energy
2. https://phys.org/news/2015-10-earth-core-older-previously-thought.html
3. https://archive.epa.gov/climatechange/kids/solutions/technologies/geothermal.html
4. http://www.alternative-energy-news.info/technology/heating/
5. http://blog.geoplat.org/en/2013/11/19/sistemas-egs-el-futuro-de-la-energia-geotermica/
6. http://www.energytimes.kr/news/articleView.html?idxno=16983
7. http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2017/11/16/2017111600276.html