지열발전 원리, 땅속 열로 전기를 만드는 방법과 EGS

01이 말이 무슨 뜻인가

지열발전은 땅속 깊은 곳의 열로 물을 데워 증기를 만들고, 그 증기로 터빈을 돌려 전기를 얻는 발전이에요. 석탄이나 가스를 태우는 대신 땅이 이미 품고 있는 열을 쓰는 것이어서 재생에너지로 분류돼요.

발전에는 세 가지가 맞아야 해요. 뜨거운 열원이 땅속에 있어야 하고, 그 열을 지상으로 옮겨 줄 물 같은 지열유체가 있어야 하며, 그 유체가 갇혀 머무는 저류구조가 있어야 해요.

화산지대에서는 이 조건이 땅이 만들어 준 그대로 갖춰져 있어서 얕은 곳의 증기를 뽑아 쓰면 돼요. 화산이 없는 곳에서는 열원은 깊이 내려가면 있어도 물이 흐를 길이 없는 경우가 많아서, 그 길을 사람이 만드는 방식이 따로 필요해요.

02왜 이런 게 생겼나

화산대 밖에서도 지열을 쓰고 싶다는 바람에서 나온 것이 EGS, 곧 인공 저류층 생성 기술이에요. 땅을 깊이 뚫은 뒤 높은 압력으로 물을 밀어 넣어 단단한 암석에 균열을 만들고, 그 틈을 지나며 데워진 물을 다시 끌어 올려 터빈을 돌려요.

이 기술 덕분에 2000년대 들어 화산지대가 아닌 곳에서도 지열발전을 시도할 수 있게 됐어요. 한국도 화산지대가 아니어서 지열발전을 하려면 EGS 같은 방식이 필요하다는 설명이 한국지질자원연구원의 조사와 함께 소개돼 왔어요.

지열은 날씨나 시간대와 상관없이 한결같이 열이 나오는 편이어서 해가 지거나 바람이 멎으면 멈추는 태양광, 풍력과 성격이 달라요. 이것이 화산이 없는 나라에서도 개발하려는 까닭으로 자주 꼽혀요.

함께 운영하는 곳

03숫자로 보면 어떤가

땅속 온도는 깊이 내려갈수록 올라가서, 전기를 만들 만큼 뜨거운 구간까지 얼마나 깊이 뚫어야 하는지가 비용을 좌우해요. 예를 들어 수 킬로미터를 뚫어야 한다면 시추 비용이 사업비의 큰 몫이 되고, 필요한 깊이와 온도는 지역의 지하 구조마다 달라요.

발전 방식도 나오는 열의 온도에 따라 나뉘어요. 증기가 바로 나오는 곳은 건식 증기, 뜨거운 물을 압력을 낮춰 증기로 바꾸는 방식은 플래시, 끓는점이 낮은 다른 액체를 거쳐 상대적으로 낮은 온도의 열을 쓰는 방식은 바이너리라고 불러요.

설치 용량이나 발전 단가 같은 숫자는 기술과 시기에 따라 크게 바뀌므로, 필요하면 한국에너지공단과 산업통상자원부가 그때 공개한 자료에서 확인해야 해요.

04자주 헷갈리는 것

지열발전은 건물 냉난방에 쓰는 지열 히트펌프와 달라요. 히트펌프는 땅속 얕은 곳의 일정한 온도를 냉난방에 쓰는 것이고, 지열발전은 전기를 만들 만큼 뜨거운 깊은 곳의 열을 써요.

EGS가 곧 위험한 방식이라는 뜻은 아니에요. 다만 암반을 고압으로 가르는 과정에서 작은 지진, 곧 미소진동이 생길 수 있다는 점은 이 방식이 시작될 때부터 알려져 있었고, 위험을 얼마나 관리하느냐가 핵심 쟁점이에요.

포항 지열발전소는 EGS 방식이었고 포항지진 정부조사연구단은 포항지진이 지열발전을 위한 수리자극에 의해 촉발된 지진이라고 결론 냈어요. 스위스 바젤에서도 EGS 시험 중 지진이 일어난 사례가 있어서 두 곳이 자주 함께 거론돼요.

05언제 내 일이 되나

사는 곳 근처에서 지열발전 사업이 추진된다면, 어떤 방식인지가 먼저예요. 화산대의 자연 증기를 쓰는 것인지, 물을 주입해 암반을 가르는 EGS인지에 따라 주민이 확인해야 할 안전 자료가 달라져요.

에너지 정책 뉴스에서 지열이 재생에너지로 이야기될 때에도 같은 질문이 따라붙어요. 한결같이 전기를 만든다는 장점과 지진 위험 관리라는 과제를 함께 놓고 읽어야 내용이 맞게 읽혀요.