이원영 기자
지구 온난화와 환경 오염 방지에 신재생에너지를 활용해 온실가스 등 배출을 억제하는 게 중요시되어 태양광 발전이나 풍력 발전이 활발해지고 있다. 반면 지열 발전은 부진하다. 연료가 불필요하고 반영구적으로 사용할 수 있는 재생 에너지 중 하나인 지열 발전이 부진한 이유는 뭘까.
지열 발전을 어렵게 만드는 요인으로는 3가지를 들 수 있다. 첫째는 바위 열전도 지연. 지열 발전을 하는 경우 차가운 액체 등을 지하 뜨거운 바위에 보내고 열을 제거하고 차가운 바위가 주위에서 다시 열을 공급하는 사이클을 반복하는 게 보통이다. 하지만 암석 열전도율은 구리 100분의 1 정도로 느리다. 따라서 발전을 하는데 충분한 열을 얻으려면 대량으로 뜨거운 암석이 필요하게 되어 버린다.
둘째는 효율이 낮다는 것. 지열 발전소는 보통 열에너지 12%를 전기로 변환하고 이 변환 효율이 20%를 넘는 게 거의 없다. 반면 최근 천연가스 복합 사이클 발전소 열효율은 65%에 달한다.
열기관 효율은 열원 온도와 외부 온도차에 의해 결정된다. 따라서 지열에서 발생시킨 수백 도 정도 뜨거운 물보다 수천 도에 달하는 천연가스 화력이 훨씬 높은 효율로 에너지를 추출할 수 있다. 열 변환 효율이 낮은 발전소는 동일 3전력을 얻으려면 큰 시설이 필요하기 때문에 건조 비용과 운전 비용이 많이 든다. 이는 지열 발전 발목을 잡는 요소라는 지적이다.
셋째는 시추 비용이다. 기본적으로 지하 깊숙이 시추할수록 고온 암석이 있기 때문에 깊은 위치 암석을 이용하는 게 지열 발전 효율이 좋아진다. 하지만 지하 깊숙이 드릴링을 할 때 문제가 되는 시추비용은 깊이에 비례해 증가하는 게 아니라 깊이 팔수록 기하급수적으로 증가하고 있다.
예를 들어 일반 시추 기술은 시추공을 안정시키고 주위 암반에서 갱에 물이 들어가지 않도록 높은 압력을 가진 시추액을 주입하면서 파는 방법을 취한다. 드릴이 지하 깊이에 도달하면서 시추액 압력도 높아지지만 너무 많은 압력을 너무 높게 설정하면 얕은 부분 암반이 파괴된 유정이 붕괴하는 등 문제가 발생한다. 이를 방지하기 위해 깊숙하게 시추할 경우 쇠파이프로 갱을 보호하지만 쇠파이프를 이용하면 유정이 거대화되고 비용도 늘어난다. 이런 기술적인 문제가 지열 발전을 시작하는데 필요한 시추 비용을 증가시키고 있다는 것이다.
현재 실용화되는 지열 발전 기술은 지열 저류층 온수를 사용한 기존 방식과 주입한 물에서 열을 추출, 고온 암체 지열 발전을 하는 오픈루프 시스템, 지하에 봉인한 배관을 매설해 냉매를 순환시키는 폐쇄형 루프 시스템이 있다. 하지만 모두 지진 발생 위험과 효율성, 비용 등 과제를 안고 있다. 시추나 비용 관점에서 플라즈마와 레이저 등을 이용한 복잡한 기술보다 공기나 물을 이용하는 비교적 간단하고 오랫동안 사용되는 기술을 이용하는 편이 실용적인 경우가 많다고 한다.
이런 점에서 지열 발전이 틈새 가치 이상을 창출하기에는 저렴한 발전을 할 필요가 있으며 이렇게 하려면 지열갱을 깊이 파야 하고 시추도 저비용화되어야 한다. 한편 태양광 발전이나 풍력 발전, 에너지를 축적하는 배터리가 저렴하기 때문에 지열 발전이 정부 등 도움 없이 확장할 여지가 거의 없는 실정이라는 지적이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
이석원 기자
