지열에너지는 여러 신재생에너지원 중에서도 기저부하를 담당할 수 있는 중요한 자원으로 인식되고 있다. 국내에서도 천부지열을 이용한 지열냉난방은 효율 높은 신재생에너지 활용 사업으로 그 보급이 활성화 되어 있다. 반면, 전세계적으로 지열 발전 기술이 진일보하고, 그 시장이 크게 확대되고 있는 상황에서 아직까지 국내의 심부 지열을 이용한 지열 발전 기술은 낮은 단계에 머무르고 있다. 이러한 조건에서 2010년 12월에 국내 최초의 EGS(Enhanced Geothermal System) 지열 발전 상용화 기술 개발 과제가 착수되었다. 총 5개년의 기간으로 수행되는 이 과제는 2단계로 구분되어 진행될 계획이다. 처음 2년의 1단계에서는 3 km 심도에서 최소 $100^{\circ}C$의 지열저류층 온도를 확인하는 것을 주요 과제 내용으로 하여 지중 지열수 순환시스템의 설계가 이루어질 예정이다. 이후 3년을 통해 수행될 2단계에서는 5 km 심도의 생산정과 주입정 등 두 개의 지열발전정을 설치하고, 수리자극을 통하여 온도 $180^{\circ}C$의 지열저류층에서 유량 40 kg/s 이상의 지열수를 활용하는 MW급 지열발전소를 건립 운영하게 된다. 이 사업을 성공적으로 추진하기 위하여 현재 지질, 수리지질, 지구물리, 암석역학, 플랜트 엔지니어링 등 다양한 분야의 산학연 연구 기관 등이 망라되어 연구진을 구성한 상태이며, 이후 관심있는 여러 기관과 연구자들의 지원과 참여를 기대하고 있다.
지열에너지는 여러 신재생에너지원 중에서도 기저부하를 담당할 수 있는 중요한 자원으로 인식되고 있다. 국내에서도 천부지열을 이용한 지열냉난방은 효율 높은 신재생에너지 활용 사업으로 그 보급이 활성화 되어 있다. 반면, 전세계적으로 지열 발전 기술이 진일보하고, 그 시장이 크게 확대되고 있는 상황에서 아직까지 국내의 심부 지열을 이용한 지열 발전 기술은 낮은 단계에 머무르고 있다. 이러한 조건에서 2010년 12월에 국내 최초의 EGS(Enhanced Geothermal System) 지열 발전 상용화 기술 개발 과제가 착수되었다. 총 5개년의 기간으로 수행되는 이 과제는 2단계로 구분되어 진행될 계획이다. 처음 2년의 1단계에서는 3 km 심도에서 최소 $100^{\circ}C$의 지열저류층 온도를 확인하는 것을 주요 과제 내용으로 하여 지중 지열수 순환시스템의 설계가 이루어질 예정이다. 이후 3년을 통해 수행될 2단계에서는 5 km 심도의 생산정과 주입정 등 두 개의 지열발전정을 설치하고, 수리자극을 통하여 온도 $180^{\circ}C$의 지열저류층에서 유량 40 kg/s 이상의 지열수를 활용하는 MW급 지열발전소를 건립 운영하게 된다. 이 사업을 성공적으로 추진하기 위하여 현재 지질, 수리지질, 지구물리, 암석역학, 플랜트 엔지니어링 등 다양한 분야의 산학연 연구 기관 등이 망라되어 연구진을 구성한 상태이며, 이후 관심있는 여러 기관과 연구자들의 지원과 참여를 기대하고 있다.
Geothermal energy is believed to be an important source among the renewable energy sources to provide the base load electricity. Although there has been a drastic increase in the use of geothermal heat pump in Korea, there is no geothermal power plant in operation in Korea. Fortunately, the first EG...
Geothermal energy is believed to be an important source among the renewable energy sources to provide the base load electricity. Although there has been a drastic increase in the use of geothermal heat pump in Korea, there is no geothermal power plant in operation in Korea. Fortunately, the first EGS (Enhanced Geothermal System) Project in Korea has started in Dec 2010. This five year project is divided into two stages; two years for exploration and drilling of 3 km depth to confirm the minimum target temperature of 100 degrees, and another three years composed drilling 5 km doublet, hydraulic stimulation of geothermal reservoir with expected temperature of 180 degrees (40 kg/s) and construction of MW geothermal power plant in the surface. This EGS project would be a landmark effort that invited a consortium of industry, research institutes and university with expertises in the fields of geology, hydrogeology, geophysics, geomechanics and plant engineering.
Geothermal energy is believed to be an important source among the renewable energy sources to provide the base load electricity. Although there has been a drastic increase in the use of geothermal heat pump in Korea, there is no geothermal power plant in operation in Korea. Fortunately, the first EGS (Enhanced Geothermal System) Project in Korea has started in Dec 2010. This five year project is divided into two stages; two years for exploration and drilling of 3 km depth to confirm the minimum target temperature of 100 degrees, and another three years composed drilling 5 km doublet, hydraulic stimulation of geothermal reservoir with expected temperature of 180 degrees (40 kg/s) and construction of MW geothermal power plant in the surface. This EGS project would be a landmark effort that invited a consortium of industry, research institutes and university with expertises in the fields of geology, hydrogeology, geophysics, geomechanics and plant engineering.
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문제 정의
2010년 12월 지식경제부의 지원에 의해 착수된 ‘MW급 지열발전 상용화 기술개발’ 과제는 EGS 지열발전 기술의 국내 적용성과 상용화 가능성을 확인하는 첫 번째 시도로서, 이 글에서는 그 배경과 연구 계획에 대해 기술하도록 하겠다.
2010년 12월로부터 5개년 계획으로 에너지기술평가원의 지원으로 착수된 ‘MW급 지열발전 상용화 기술 개발’ 과제는 정부 출연금 약 200억원, 민간출연금 약 250억원 규모의 예산으로 추진된다. 이 과제에서는 국내 5 km 심도에서 발전이 가능한 심부지열자원을 탐사, 평가하고 인공적으로 지열저류층을 형성하여 지열수 순환시스템을 완성하는 원천기술을 확보함으로써 MWe 급 상용화 지열발전소(CDP : Commercial Demonstration Plant)를 건설 운영하는 것을 목표로 하고 있다.
성능/효과
이상의 연구 결과에 따르면 우리나라는 비화산지대의 특성 상 화산 지대에 비해 지온경사도가 크지 않으나, Fig. 4와 같이 5 km 심도에서 지역에 따라 180℃ 이상의 지열저류층이 발달하고 있을 가능성이 높은 것으로 평가되었다(Lee et al., 2010). 따라서 국내 심부 지열에너지 자원은 비화산지대의 대표적인 지열발전기술로 대두되고 있는 EGS 기술과 중저온 지열수를 이용한 바이너리 방식의 발전 기술을 이용한다면 전력 생산이 가능한 조건에 해당한다.
후속연구
1단계가 성공적으로 수행된 이후, 2단계 3년간은 5 km 심도에서 지열저류층 온도 180℃, 지열수 온도 160℃, 유량 40 kg/s의 심부 지열수자원 확보하고, 5 km 심도의 지열발전용 생산정과 주입정의 설치와 수리자극을 통하여 인공저류층을 생성한 후(2-1～2), MW급 지열발전소를 설계, 구축 운영할 계획이다(2-2～3). 2단계에서는 5 km 급 심부 시추기술 및 시추공벽 안정화 기술과 심부 지열 저류층 활성화 기술, 저류층 활성화에 따른 미소진동 계측 및 해석기술, 지열 저류층 평가 및 모니터링 기술, 지열수 순환 시스템 구축, MW급 지열발전 플랜트 설계, 구축 및 운영기술 등이 개발될 계획이다.
이 과제가 성공적으로 수행된다면, 1년 365일 기후와 주야에 관계없이 기저부하를 담당할 수 있으며 이산화탄소 배출이 거의 없는 청정 신재생에너지원을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 관련 지질 자원 탐사와 암석역학 및 플랜트 기술의 획기적인 진일보를 이루어 낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 3～5 km 심부 시추기술의 개발을 통하여 상대적으로 낙후된 국내 심부시추 기술을 선진화함으로써 향후 5 km 이상의 심부 시추기술 자립화에 기여하고 석유 가스전 개발, 이산화탄소 지중저장, 방사성 폐기물의 지하 저장 등 심부 공간 이용분야에 활용토록 하는 것도 하나의 예가 될 수 있을 것이다.
또한 국내 최초의 상용화 지열발전소 건설을 통한 지열발전 시장 진출의 교두보를 확보함으로써 심부 지열 자원의 개발 및 활용을 위한 핵심기술의 개발을 통한 국가 저탄소/녹색성장의 신성장동력 창출에 크게 기여할 수 있을 것이다. 특히 기후변화 협약(UNFCCC)과 이에 따른 교토의정서가 국제질서에 영향을 주는 시대 상황에서 국내에서 개발될 지열발전기술은 급격한 성장이 예고된 국제 지열발전시장에서 국가경쟁력을 강화하는 효과가 있을 것으로 기대된다.
앞으로 5년동안 이 연구에서는 심부 지열저류층의 특성을 파악하고 5 km 급의 심부 시추기술과 저류층 활성화 기술을 통하여 생산정으로부터 지열에너지를 개발하게 된다. 개발된 지열수는 지열 발전 플랜트 기술에 의해 1.
현재 국내의 기술 수준으로 5 km 급 심도의 인공저류층 생성과 MW급 지열 발전소 구축 운영이라는 목표는 큰 도전이 아닐 수 없다. 이 과제가 성공적으로 수행된다면, 1년 365일 기후와 주야에 관계없이 기저부하를 담당할 수 있으며 이산화탄소 배출이 거의 없는 청정 신재생에너지원을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 관련 지질 자원 탐사와 암석역학 및 플랜트 기술의 획기적인 진일보를 이루어 낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 3～5 km 심부 시추기술의 개발을 통하여 상대적으로 낙후된 국내 심부시추 기술을 선진화함으로써 향후 5 km 이상의 심부 시추기술 자립화에 기여하고 석유 가스전 개발, 이산화탄소 지중저장, 방사성 폐기물의 지하 저장 등 심부 공간 이용분야에 활용토록 하는 것도 하나의 예가 될 수 있을 것이다.
이 과제는 국내 최초 MW급 상용화 지열발전 사업으로서, 과제의 성공 여부는 연구 과정에서 또한 연구 종료 후에 국내 지열 발전 산업에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다. 이후의 성공적인 수행을 전제로 할 때, 2015년까지 1.5 MW(doublet) 이상, 2017년까지 3 MW(triplet)이상, 2020년까지 20 MW(well network) 이상, 2030년까지 200 MW 이상의 지열 발전이 국내에서 가능할 것으로 기대하고 있다(Fig. 8).
또한 국내 최초의 상용화 지열발전소 건설을 통한 지열발전 시장 진출의 교두보를 확보함으로써 심부 지열 자원의 개발 및 활용을 위한 핵심기술의 개발을 통한 국가 저탄소/녹색성장의 신성장동력 창출에 크게 기여할 수 있을 것이다. 특히 기후변화 협약(UNFCCC)과 이에 따른 교토의정서가 국제질서에 영향을 주는 시대 상황에서 국내에서 개발될 지열발전기술은 급격한 성장이 예고된 국제 지열발전시장에서 국가경쟁력을 강화하는 효과가 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지열발전은 무엇인가?
지열발전은 계절과 날씨 등에 영향을 받지 않고 365일 24시간 가동할 수 있어 기저부하를 담당할 수 있는 유일한 신재생에너지 자원으로서 국내 신재생에너지 육성 정책에 부합함은 물론 전 세계적으로도 지열 발전에 대한 관심이 증대되고 있는 것이 사실이다. 화산성 고온 지열지역이 아닌 우리나라에서는 그동안 주로 연중 일정한 온도를 유지하는 천부 지중열을 이용한 지열냉난방을 중심으로 지열에너지에 대한 관심과 보급이 집중되었다.
지열에너지는 어떻게 인식되고 있는가?
지열에너지는 여러 신재생에너지원 중에서도 기저부하를 담당할 수 있는 중요한 자원으로 인식되고 있다. 국내에서도 천부지열을 이용한 지열냉난방은 효율 높은 신재생에너지 활용 사업으로 그 보급이 활성화 되어 있다.
MW급 지열발전 상용화 기술 개발의 목표는?
2010년 12월로부터 5개년 계획으로 에너지기술평가원의 지원으로 착수된 ‘MW급 지열발전 상용화 기술 개발’ 과제는 정부 출연금 약 200억원, 민간출연금 약 250억원 규모의 예산으로 추진된다. 이 과제에서는 국내 5 km 심도에서 발전이 가능한 심부지열자원을 탐사, 평가하고 인공적으로 지열저류층을 형성하여 지열수 순환시스템을 완성하는 원천기술을 확보함으로써 MWe 급 상용화 지열발전소(CDP : Commercial Demonstration Plant)를 건설 운영하는 것을 목표로 하고 있다.
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