지열 에너지 : 지구 열을 활용한 친환경 에너지

목차

지열 에너지란?
지열 시스템의 작동 방식
지열 시스템의 종류
지열 에너지의 장점과 단점 

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지열 에너지란?

지열 에너지는 지구 내부의 열 에너지를 이용하는 재생 가능 에너지입니다. 태양열의 약 47%가 지표면을 통해 지하에 저장되며, 이렇게 태양열을 흡수한 땅속의 온도는 지형에 따라 다르지만 지표면 가까운 땅속의 온도는 개략 10℃∼20℃정도 유지할 수 있습니다. 또한 지구 내부는 지구 형성 과정에서 발생한 열과 방사성 물질의 붕괴로 인해 매우 높은 온도를 유지하고 있습니다.

이러한 열 에너지는 지표면으로 올라오면서 온천, 지열 증기, 뜨거운 지하수 등의 형태로 나타납니다. 쉽게 말해서 지열 시스템은 이러한 지표면 아래의 지열 에너지를 이용하여 난방과 냉방 또는 발전을 하는 시스템입니다. 특히 우리나라 일부지역의 심부(지중 1 ~ 2 km) 지중온도는 80 ℃ 정도로서 직접 냉난방에 이용 가능합니다.

 

여름에 냉방으로 지열 이용(출처: 한국에너지 공단)

 

겨울에 난방으로 지열 이용 (출처: 한국에너지 공단)

지열 시스템의 작동 방식

• 지열 에너지 흡수:지열 시스템은 지중에 매설된 파이프나 지열 탐침을 통해 지열 에너지를 흡수합니다. 파이프나 지열 탐침 안에는 순환수가 흐르고 있으며, 이 순환수가 지열 에너지를 흡수하여 따뜻해집니다.
• 열 교환:따뜻해진 순환수는 실내에 설치된 열 교환기를 통해 열을 방출합니다. 열 교환기는 순환수의 열을 실내 공기에 전달하여 실내를 따뜻하게 합니다.
• 냉각 및 재순환:실내 공기를 가열한 순환수는 다시 지중으로 보내져 냉각됩니다. 냉각된 순환수는 다시 지열 에너지를 흡수하여 1번 과정을 반복하게 됩니다.

 

지열 시스템의 종류

폐쇄형 지열 시스템

지중에 매설된 파이프나 지열 탐침 안에 순환하는 물은 지하수와 직접 접촉하지 않고 밀폐된 시스템을 유지합니다. 폐쇄형 시스템은 지하수 오염 우려가 적지만, 설치 비용이 다소 높습니다. 폐회로시스템(폐쇄형)은 루프의 형태에 따라 수직, 수평루프시스템으로 구분되는데 수직으로 100~150m, 수평으로는 1.2~1.8m 정도 깊이로 묻히게 되며 상대적으로 냉난방부하가 적은 곳에 쓰입니다.

 

폐쇄형 지열 에너지

개방형 지열 시스템

지중에 매설된 파이프나 지열 탐침 안에 순환하는 물은 지하수와 직접 접촉합니다. 개방형 시스템은 설치 비용이 저렴하지만, 지하수 오염 우려가 존재합니다. 개방회로는 온천수, 지하수에서 공급받은 물을 운반하는 파이프가 개방되어 있는 것으로 풍부한 수원지가 있는 곳에서 적용 될 수 있습니다. 

 

 

지열 에너지의 장점과 단점 

지열 에너지의 장점

• 재생 가능 에너지: 지열 에너지는 지구 내부의 열 에너지라는 지속 가능한 에너지원으로, 고갈될 염려가 없습니다. 또한, 태양광이나 풍력과 달리 기상 조건에 영향을 받지 않고 안정적으로 에너지를 공급할 수 있습니다.
• 친환경적인 에너지: 지열 발전은 화석 연료를 사용하지 않아 온실 가스를 배출하지 않고 환경오염을 일으키지 않습니다.
• 에너지 효율성: 지열 시스템은 전기 에너지를 사용하는 난방/냉방 시스템에 비해 에너지 효율성이 매우 높습니다. 즉, 같은 양의 에너지를 생산하는데 지열 에너지가 훨씬 적은 비용이 듭니다. 
• 운영비 절감: 지열 시스템은 설치 후 운영비가 저렴한 편입니다. 초기 투자 비용은 다소 높지만, 장기적으로 보면 에너지 비용을 절감할 수 있습니다.
• 기타: 지열 에너지는 온천의 열원으로도 활용되고 있으며, 농업, 축산, 수산업 등 다양한 산업 분야에서도 활용될 수 있습니다.

 

지열 에너지의 단점

• 초기 투자 비용이 높음: 지열 발전소나 지열 시스템을 설치하는 초기 투자 비용이 많이 소요됩니다.
• 지열 자원의 분포 제한: 지열 자원이 풍부한 지역이 제한적입니다. 한국의 경우 지열 자원이 풍부한 지역은 제주도와 일부 내륙 지역에 국한되어 있습니다.
• 환경 오염 가능성: 지열 발전 과정에서 미량의 유황이나 온실 가스가 배출될 수 있습니다. 또한, 지열 시스템의 경우 지하수 오염 가능성이 존재합니다.
• 기타: 지열 발전은 지진 발생 가능성을 조금 높일 수 있다는 지적도 있습니다.

구분	장점	단점
에너지원	재생가능에너지, 지속가능, 고갈 우려 없음	제한된 지역에서만 활용 가능
환경 영향	친환경적	미량의 유황 배출
에너지 공급	안정적, 기상조건에 영향 받지 않음	지열 자원의 변동 가능성
운영비	저렴함	초기 투자 비용 높음
기타	에너지 효율성 높음	설치 공간 필요

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[Learn/과학공학기술] - 친환경 에너지의 종류와 특징

친환경 에너지의 종류와 특징