[기고] 세계 지열발전 동향 및 국내 활성화 방안
[기고] 세계 지열발전 동향 및 국내 활성화 방안
  • 윤운상 넥스지오 대표
  • 승인 2013.01.21
  • 댓글 0
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지열발전, 기저부하 담당 유일 신재생 자원

▲ 윤운상 넥스지오 대표
[투데이에너지] 지열발전은 계절과 날씨 등에 영향을 받지 않고 365일 24시간 가동할 수 있어 기저부하를 담당할 수 있는 유일한 신재생에너지 자원이며 지상 면적을 최소화할 수 있는 친환경에너지로 국내 신재생에너지 육성 정책에 부합함은 물론 전 세계적으로도 관심이 증대되고 있는 청정에너지원이다.


□세계 지열발전시장 동향

2010년 1월 현재 세계 지열 발전용량은 10.7GWe의 발전시설을 갖추고 있으며 전력생산량은 6만7,246GWh에 달하고 있다.(Bertani, 2010) 또한 Wissing(2009)은 IEA GIA 기준으로 총 1,700만배럴의 석유대체효과와 1억4,800만톤의 이산화탄소 배출 절감효과로 분석한 바 있다.

지열발전의 최대 이용 국가는 미국(3,093MWe)이며 필리핀(1,904MWe), 인도네시아(1,197MWe), 멕시코(958MWe), 이탈리아(843MWe), 뉴질랜드(628MWe), 아이슬란드(575MWe), 일본(536MWe) 등이 그 뒤를 잇고 있다.

2010년 현재 전세계적으로 지열발전 플랜트는 526기가 건설됐으며 설치용량면에서 1단 습증기(single flash-steam)방식(4,421MWe, 41%)과 2단 습증기(double flash-steam)방식(2,092 MWe, 20%)의 뒤를 이어 건증기(Dry Steam)방식(2,878MWe,  27%), 바이너리(Binary)방식 (1,178MWe, 11%)의 점유율을 보이고 있다.

특히 용량에서는 바이너리방식의 비율이 낮았지만 플랜트수에서는 전체 526기의 플랜트 중 236기(45%)가 바이너리방식으로 타 방식보다 설치 수량이 월등한 상태로서 중저온의 지열수를 이용하는 바이너리 방식의 설치 개소가 많은 것은 지열발전이 더 이상 화산성의 고온 지열자원을 가지고 있는 국가에서만 보급될 수 있는 분야가 아니라는 사실을 뒷받침하고 있다.

세계의 지열발전 용량은 최근 35년 동안 연평균 약 7.9%의 증가율을 보이고 있다.


□국내 지열발전사업 현황

‘한국형 지열발전 시스템의 기술개발 타당성 연구’(장기창 외, 2009)에 따르면 우리나라 지열발전 기술개발은 단기(2011 ~2015)에는 200kWe급 차세대 지열발전 플랜트 기술개발 및 1 MWe급 지열발전 플랜트(소형플랜트) Test Bed 구축을 목표로 하고 중기(2016~2020)에는 핵심기술 개발 및 상용화 플랜트를 구축해 5MWe급 상용화 플랜트(중형플랜트)를 완성하며 장기(2021~2030)에는 한국형 중대형 지열발전시스템을 개발해 10MWe급 지열발전 플랜트(대형플랜트)를 보급하는 것을 목표로 하고 있다.

특히 2011년 지식경제부의 ‘온실가스감축 기술 로드맵’에서는 20MWe급의 지열발전소를 전략품목으로 설정하고 2020년까지 20MWe 지열발전설비용량, 2030년까지 200MWe 지열발전설비용량을 갖출 것을 제시하고 있다.

이러한 국가적 정책 방향에 힘입어 최근 국내 지열 자원에 대한 탐사 및 개발 계획이 각 지역 단위로 제출되고 있다. 특히 포항(약 40℃/km), 울릉도(약 100℃/km) 등지에서 25℃/km의 국내 평균 지온증가율을 훨씬 상회하는 지온 증가율이 확인돼 국내 지열 발전의 가능성과 성장가능성이 그 어느 때 보다 높은 상황이다.

 2010년 12월 착수된 ‘MW급 지열발전 상용화 기술 개발’ 사업은 5개년 계획으로 정부출연금 약 200억원, 민간출연금 약 250억원 규모의 예산으로 착수됐다. 사업 주체는 (주)넥스지오를 주관기관으로 개별 요소 기술의 국내 전문 기관인 한국지질자원연구원, 한국건설기술연구원, 서울대학교, 포스코, 이노지오테크놀로지 등이 연구 개발에 참여하고 있다.

이 사업에서는 국내 4~5km 심도 수준에서 발전이 가능한 심부지열자원을 탐사, 평가하고 인공적으로 지열저류층을 형성해 지열수 순환시스템을 완성하는 원천기술을 확보함으로써 MWe급 상용화 지열발전소를 건설 운영하는 것을 목표로 하고 있으며 2012년 9월 포항에서 국내 최초 지열발전 기공식을 개최한 바 있다.

국내 최초 MW급 상용화 지열발전 사업으로 이 사업의 성공 여부는 연구 과정에서 또한 연구 종료 후에 국내 지열발전산업에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다. 이후의 성공적인 수행을 전제로 할 때 2015년까지 1.0MW(doublet) 이상, 2017년까지 3MW(triplet) 이상, 2020년까지 20MW(well network) 이상, 2030년까지 200MW 이상의 지열발전이 국내에서 가능할 것으로 기대하고 있다.

지열발전소의 사업화 계획에는 전력 생산뿐만 아니라 지열수로부터 발생하는 열에너지의 공급 역시 중요한 자원으로 고려돼야 한다. 개발된 지열수는 전기에너지로 변환돼 공급되고 필요한 경우 열교환을 통해 열에너지로서 지역난방이나 농업, 어업 등의 산업단지에 공급할 수 있을 것으로 보인다.

또한 관련 지질 자원 탐사와 암석역학 및 플랜트 기술의 획기적인 진일보를 이뤄낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 3~5km 심부 시추기술의 개발을 통해 상대적으로 낙후된 국내 심부시추 기술을 선진화함으로써 심부 시추기술 자립화에 기여하고 석유 가스전 개발 및 세일가스 개발, 이산화탄소 지중저장, 방사성폐기물 지하저장 등 심부 공간 이용분야에 활용토록 하는 것도 하나의 예가 될 수 있을 것이다.


□국내 지열발전산업 활성화 방안

지열발전은 유지관리가 쉽고 운영비용이 저렴한 장점이 있는 신재생에너지로서 다른 신재생에너지분야의 FIT를 축소하고 있는 해외 각국에서도 지열발전에 대한 FIT는 별도로 새롭게 신설 또는 지원액을 증액하고 있거나 RPS제도와 함께 혼합운영하는 국가가 늘어나고 있다.

심부지열발전 기술 개발에 적극적인 프랑스, 독일 및 스위스를 비롯한 유럽 국가들은 지열발전을 통한 전력생산 이전에 높은 가격의 FIT를 확정함으로써 정부투자기관은 물론 민간투자의 참여를 유도하고 있다.

EU 에너지위원회는 프랑스의 Soultz지역에 HDR지열발전소를 직접 건설하는 프로젝트를 수행하고 있다. 독일의 경우 지열발전에 대해 기본 보조 25Euro-Cents/kWh, EGS 추가 보조를 5Euro-Cents/kWh로 해 총 30Euro-Cents/kWh의 보조금을 지급하고 있으며 프랑스는 20Euro-Cents/kWh를 지급하고 있다. 특히 화산지역인 일본에서도 최근 신재생에너지 활성대책을 제출하며 42¥/kWh의 발전차액을 지원하고 있다.

우리나라는 현재 신재생에너지의 보급 및 확산을 위해 신재생에너지의무할당제(RPS)제도를 운영하고 있으나 아직까지 지열발전이 RPS 제도상에 인입되고 있지 않다. 우리나라도 청정에너지 개발의 한 축을 지열자원이 담당하게 하고 첨단 지열발전기술을 조기 확보해 해외로 진출하기 위한 산업화가 이뤄지기 위해서는 지열발전으로 생산한 전력에 대한 판매가격 예측이 가능하도록 RPS제도에 지열발전부문이 편입돼 지열발전의 경제성을 확보하는 지원책 마련이 필요하다.

지난해 지식경제부 사업으로 지열발전 및 태양열발전을 대상으로 ‘신규 RPS 대상 에너지원에 대한 공급인증서 가중치에 관한 연구’가 진행되고 있는 것은 매우 고무적인 일이다. 이미 포항지열발전소가 착공된 시점에서 지열발전이 하루속히 현행 RPS제도에 편입되고 태양광발전 수준의 REC가격을 책정해 지열발전산업화가 가능하도록 정책방향을 결정하는 것이 중요하다.

지열발전에 사용되는 심부지열자원의 경우에는 지하의 열수(Hydrothermal)와 열석(Hot Rock)의 분포가 토지소유권자 또는 이용권자(이하 토지소유자)의 시추지점 토지를 벗어나 심부지하에 광범위하게 분포하고 있는 경우가 대부분으로 시추지점의 토지소유자와 그 주변 지열분포지역의 토지소유자간 권리분쟁이 발생할 가능성이 크다.

이와 같은 사유로 인해 지열에너지를 개발·이용하는 대부분의 국가에서는 지열에너지법, 광업법, 석유법 등 관련법규를 제·개정해 이러한 권리분쟁의 가능성을 줄이고 있다.

우리나라의 경우에는 그 동안 지열에너지자원에 대한 관심이 높지 못해 온천법과 신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법에서 일부 내용을 규정하고 있으나 심부지열발전을 비롯한 지열에너지 개발사업이 진행되기에는 지열에너지에 대한 권리관계 등의 법률체계가 미흡한 실정이다.

최근 지식경제부 정책 사업으로 광업법 개정 등을 고려해 ‘심부 지열자원의 탐사 및 개발을 위한 광종 추가방안 연구’를 착수하게 된 것은 국내 지열발전산업 기반을 구축하는 데 중요한 진전이라고 할 수 있다.

심부지열자원을 이용한 지열발전 기술은 전세계에서도 몇 나라에서만 기술개발이 이뤄지고 있는 선진기술로 우리나라에서는 아직 관련기술 및 산업인프라가 갖춰져 있지 않은 첨단기술이다.

지열발전기술은 심부지열자원에 대한 탐사 및 평가 기술, 방향제어시추를 포함한 대심도 시추기술, 수리자극을 통한 인공저류층 생성 및 지중 순환시스템 구축 기술, 지상 플랜트 기술로 구성된다.

현재 지식경제부 지원으로 한국에너지기술평가원이 전담해 진행되고 ‘MW급 지열발전 상용화 기술 개발’은 국내에서 지열발전의 가능성을 확인하는 첫 연구개발사업이다.

앞으로 우리나라가 지열발전 선진국으로 성장하기 위해서는 통합형 연구개발 사업과 함께 각 요소기술에 대한 심도 깊은 연구 개발이 동반돼야 한다.

이를 위해 정부 지원의 다양한 R&D사업의 추진과 함께 기술인력 및 기술도입 라이센스에 대한 지원제도를 도입해 해외 최고의 석학과 기술자들이 국내 기술 발전에 참여할 수 있는 동기를 부여하는 진흥책이 필요하다.

또한 지열발전사업의 리스크를 낮추고 국내 기술 수준을 획기적으로 높이기 위해서는 국내 산학연 공동협력 시스템을 구축하고 해외 유수의 연구기관 및 심부지열발전 전문 기업과 공동연구 및 사업을 추진하는 것이 바람직하다.


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