초록 ▼

본 연구는 지열에너지 개발 및 이용에 따른 환경적 영향을 분석하고, 사업계획, 설치, 운영 및 폐쇄 과정에서 나타나는 환경적 문제점 및 제도적 문제점들을 분석하여 개선방안을 모색함으로써 지열에너지의 환경친화적인 개발과 이용 확대를 위한 정책적 추진 방향을 제시하고자 수행되었다. 지열에너지는 저온의 열수를 난방·급탕 등에 직접 이용하거나 지하의 연중 일정하게 유지되는 온도를 냉난방 등에 활용하는 천부지열 이용과 고온열수를 이용하여 전력을 생산하는 심부지열 이용으로 나뉘는데, 각각에 따라 적용되는 기술·환경적 문제점 등이 상이하게 다르

본 연구는 지열에너지 개발 및 이용에 따른 환경적 영향을 분석하고, 사업계획, 설치, 운영 및 폐쇄 과정에서 나타나는 환경적 문제점 및 제도적 문제점들을 분석하여 개선방안을 모색함으로써 지열에너지의 환경친화적인 개발과 이용 확대를 위한 정책적 추진 방향을 제시하고자 수행되었다. 지열에너지는 저온의 열수를 난방·급탕 등에 직접 이용하거나 지하의 연중 일정하게 유지되는 온도를 냉난방 등에 활용하는 천부지열 이용과 고온열수를 이용하여 전력을 생산하는 심부지열 이용으로 나뉘는데, 각각에 따라 적용되는 기술·환경적 문제점 등이 상이하게 다르므로 이를 구분하여 연구를 수행하였다. 연구의 결과로서 천부지열 이용 부문에서는 환경관리지침 개선, 전문인력 참여방안, 이력관리 도입, 지열공 시공비 현실화를 제시하였으며, 심부지열이용 부문에서는 관련 법규의 제정방향과 신재생에너지 의무할당제도의 적용 및 개발 리스크 지원제도 운영을 제시하였다.

지열에너지 잠재량은 향후 우리나라의 지열에너지 보급 목표 및 정책추진 방향을 설정하는 데 중요한 기초자료이다. 심부지열에너지 잠재량에 대한 연구결과는 기존 선행연구를 통하여 많이 나타나며, 2011년 EGS(Enhanced Geothermal System) 발전기술을 기반으로 산정한 바에 따르면 기술적 잠재량은 약 19.6GW이다. 한편 천부지열 잠재량의 경우 아직까지 우리나라에서 조사연구가 수행된 바 없으므로 본 연구에서 문헌조사를 바탕으로 산정하였고, 그 결과 지열히트펌프의 이용가능 잠재량은 약 9.2Mtoe인 것으로 나타났다. EGS 발전기술에 의한 심부지열 잠재량(연간 설비이용률 80% 적용)과 지열히트펌프에 의한 천부지열 잠재량의 총합은 20,988ktoe로, 이는 2030년 지열에너지 보급 목표 1,261ktoe의 약 17배 수준이다. 실제 지열에너지를 이용하기 위해서는 경제적 타당성, 지속 가능성 등이 추가적으로 고려되어야 하는 만큼, 지열에너지 자원을 효율적이고 환경친화적이며 지속가능하게 사용하는 것이 무엇보다 중요할 것으로 판단된다.

지열히트펌프 이용에 따라 나타나는 환경적 영향으로는 천공과정 및 지열공의 부실관리에 따른 오염물질 유입, 히트펌프 냉매 누출, 지중열교환 루프에서의 열교환 유체 누출, 그라우팅 물질에 의한 영향, 지하수온 변화에 따른 지하수 화학 및 미생물 변화, 재주입 지하수에 의한 수질오염, 지하수 사용에 따른 지반침하 및 수량변화, 사후 열교환 유체의 부적절한 방치, 소음·진동의 발생 등이 있다. 한편 활용한 지하수를 배출하는 완전개방형 시스템의 경우 배출수에 의해 주변 지표수의 온도변화를 야기할 가능성도 있다. 이와같은 문제는 기술적으로 해결 가능하거나 관리를 통하여 제어가 가능하나, 문제 발생시에는 토양 및 지하수 등에 직접적으로 영향을 미쳐 오염이 누적되고 일단 오염이 되면 장기간 지속될 수 있으며 복원이 어려운 만큼 설치에서부터 폐쇄 이후까지의 환경관리가 매우 중요할 것으로 판단된다.

심부지열 개발 및 이용에 따라 나타나는 환경적 영향으로는 온배수의 배출에 따른 주변 지표수 또는 해수온도의 상승에 따른 영향, 굴착, 진입도로, 플랜트 건설과정에서 주변 지형, 경관 및 생태계 훼손, 열수나 증기에 함유된 유해성분 배출 및 대기오염, 열수내 포함된 유해물질에 의한 주변 수역 오염, 열수 배출 및 재주입 과정에서의 미소진동 발생(EGS의 경우 인공 저류층 생성으로 인한 미소진동 발생), 다량의 지하수(열수) 사용에 따른 지반침하 발생 등이 있다. 그러나 환경적 영향의 정도나 발생 가능성은 화석연료를 사용하는 발전소뿐만 아니라 다른 신재생에너지 설비에 비해서도 매우 낮은 수준으로 나타난다. 또한 우리나라에서 적용 가능한 Binary 방식 또는 EGS 방식은 폐쇄형 시스템이므로 오염물질의 외부 배출에 의한 환경적 문제가 나타날 가능성은 매우 낮으며, EGS 적용에 의한 미소진동 발생도 사전의 철저한 지질학적 검토를 통하여 제어 및 관리가 가능한 것으로 평가되고 있다.

천부지열의 개발과 이용 과정에서 나타나는 문제점으로는, 우선 지나치게 낮게 책정된 지열공 시공비용 문제가 있다. 민간기업의 견적 사례를 분석한 바에 따르면, 개방형 지열공의 굴착에 소요되는 비용은 공정이 유사한 지하수를 개발하는 비용의 약 47.5% 수준이며, 이는 국가 등 공공기관의 지하수 개발사업에서 책정되는 비용의 약 25.2%에 불과하다. 밀폐형 지열공의 경우 이보다 더욱 낮은 가격으로 시공되고 있는데, 민간사업의 경우 공정이 유사한 일반 시추 비용의 7.8%, 국가 등 공공기관의 경우에도 12.8%에 불과한 것으로 나타난다. 이와 같은 지나치게 낮은 시공 단가는 지반굴착 분야에서 경제활동을 하는 업체의 도산과 어려움을 야기하게 되며, 궁극적으로는 지열 시설의 부실시공과 불량자재의 사용 등에 따른 토양 및 지하수의 오염을 초래할 수 있다.

또한 환경친화적 이용을 위하여 현행 지침의 개선과 보완이 요구된다. 현재 지열히트펌프 시스템과 관련하여 운영되고 있는 지침은 에너지관리공단의 「신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 기준 및 지침」과 환경부의 「지열 설비의 설치·운영 등에 관한 환경관리 요령」이 있으나, 두 지침의 성격상 민간사업을 대상으로 환경적 영향을 고려하여 이에 적합한 조치를 취하도록 규제할 수 없으며, 정부사업을 대상으로도 폐쇄 및 사후관리 단계에서 적합한 환경관리조치를 취하도록 규제할 수 없다. 또한 두 지침간에도 언급하고 있는 세부내용에 차이가 나타나고 있어 지침간 통일성이 요구된다.

심부지열을 개발하고 이용함에 있어 가장 큰 문제는 심부지열자원에 대한 정의, 자원의 성격, 자원의 소유, 탐사 및 개발 권한, 절차, 사업자의 의무와 권리 등에 대한 법적 근거가 마련되어 있지 않다는 점이다. 심부지열자원은 지하에 매장되어 있는 광물자원의 특성과 유사한 점이 많으므로 해당 지열자원에 대한 권리가 명확하지 않을 경우 국가와 사업자, 사업자와 토지소유주, 국가와 토지소유주 간의 권리분쟁이 발생하게 되며, 무분별한 난개발로 이어질 가능성이 높다.

또한 심부지열의 이용과 개발을 위한 지원제도의 마련도 요구된다. 지열발전은 지하심부 깊숙이 위치한 에너지원을 활용하므로 초기 투자비용이 높다. 특히 열수발전용 지열자원의 부존이 확인되지 않는 우리나라에서 적용가능한 발전시스템인 EGS의 경우 초기 투자비용뿐만 아니라 시설 운영비용도 다른 설비들에 비해 높아 독립적인 설비로는 경제성을 갖추기는 어려운 실정이다. 한편 심부지하의 상태와 변화를 완벽히 조사·예측하는 것이 불가능하므로 그만큼 시추공 붕괴나 공내 사고 등으로 인한 시추 실패위험 확률이 높다. 또한 시추에 성공하더라도 충분한 유량을 확보하기 어려운 상태일 경우 생산성이 떨어지게 되어 손실이 불가피하다. 이에 따라 심부지열발전을 활용하고 있는 국가들에서는 발전차액지원제도나 초기 리스크 관리를 위한 지원제도를 운영하고 있으나, 아직까지 우리나라에는 이러한 지원 대책이 마련되고 있지 않다.

천부지열의 환경친화적 이용과 보급 활성화를 위하여 먼저 지열공 굴착 및 지하부 설비 시공비용을 현실화할 필요성이 있다. 최소한 개방형 지열시스템은 정부 설계기준에 의한 지하수 개발비용과, 밀폐형의 경우 시추비용에 준하는 설계기준이 적용되어야 하며, 품셈 역시 이에 준하도록 설정되어야 한다. 나아가 설계기준에 국내 지침에서 제시하고 있는 환경관리를 위한 항목들을 검토하여 추가하고 이에 상응하는 품셈을 추가적으로 적용함으로써 환경친화적인 시공이 이루어지도록 하며, 지열시스템 설치와 지열공 굴착부문을 분리 발주하여 하도급에 재하도급으로 인해 시공비용이 감액되는 것을 차단하는 방안도 검토되어야 한다.

한편 국내에 적용되고 있는 모든 사업과 기술을 대상으로 하고, 각 기술적 특성에 따라 환경적 영향을 세부적으로 검토하여 사업자로 하여금 개발·이용 시 고려토록 하는 환경관리지침이 반드시 필요하다. 현재 운영되고 있는 에너지관리공단의 「신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 기준 및 지침」과 환경부의 「지열 설비의 설치·운영 등에 관한 환경관리요령」을 상호 보완하고 개선함으로써 종합적이고 실행력을 갖춘 지침이 마련될 수 있을 것으로 판단된다.

또한 향후 천부지열설비의 환경관리를 위하여 이력관리제의 도입을 검토할 필요가 있다. 현재의 보급 현황에 미루어 볼 때, 2030년 보급목표 달성 시점을 기준으로 설치에서부터 폐쇄에 이르기까지 환경관리가 요구되는 지열공 약 66만 개와, 설치된 지열시스템이 폐쇄된 후 토지이용에 일정 부분 제약이 발생하는 부지 약 28km2가 전국적으로 분산되어 존재하게 된다. 그러나 현재의 신고·허가 체계에 의한 정보관리로는 향후 천부지열설비의 환경관리가 어려우므로, 사업자로 하여금 지열시스템의 기본정보 및 환경관리에 필요한 정보들을 공통의 양식에 따라 기록·유지하고, 신고 또는 허가 시 설계도와 함께 승인기관에 제출토록 하며 전업 및 폐업 시에도 승인기관에서 관리할 수 있도록 모든 기록을 인계하도록 하며, 이러한 정보들을 통합적으로 일괄 관리 할 수 있도록 해야 한다. 이력관리는 사업 허가심의와는 별개로 운영되어야 하며, 모든 천부지열 설비사업을 대상으로 신고의무를 부여해야 한다.

국내 심부지열자원의 개발과 이용을 위하여 가장 우선적으로 지열자원의 소유권한에 대한 법적 명시와 심부지열에너지를 탐사하고 개발하는데 필요한 절차와 사업자의 의무, 권리 등에 대한 법 체계가 확립되어야 한다. 심부지열자원은 지하자원의 개념으로 해석하는 것이 타당하며, 공공자산인 법정 광물로 포함하여야 한다. 이러한 관점을 기초하여 기존의 광업법을 개정함으로써 해당 법률 안에서 지열자원에 대한 소유권을 국가가 갖도록 규정하고, 탐사권과 개발권 허가 체제를 마련함으로써 토지소유권과의 권리 관계를 명확히 해야 한다. 이와 함께 개발권 부여에 앞서 환경영향평가 절차가 이행되어야 하며, 이를 위하여 심부지열 개발에 적합한 환경영향평가 기법의 개발이 필요하다.

또한 심부지열자원의 보급 활성화를 위하여 제도적 지원방안의 마련이 필요하다. 먼저 현재 우리나라에서 시행 중인 RPS 제도 내에 지열발전을 포함시키도록 해야 하며, 기술수준과 경제성, 환경성 등을 종합적으로 고려하여 타당한 수준의 공급인증서 가중치가 설정되도록 하는 논의가 시작되어야 한다. 또한 이와 별개로 시추비용의 일부를 지원하고, 경제성 있는 지열원을 발견하지 못했을 경우에는 투자금 상환의무를 완화시켜 줄 수 있는 지원 정책을 운영함으로써 사업자의 초기 개발 리스크를 줄여주는 방안도 필요하다.

(출처 : 국문 요약 5p)

Abstract ▼

Geothermal energy utilization includes direct uses of hot water, and indirect uses of shallow geothermal energy for air-conditioning (heating/cooling) and deep geothermal energy for electric power generation. This study is to present various policies for environment-friendly development and utilizat

Geothermal energy utilization includes direct uses of hot water, and indirect uses of shallow geothermal energy for air-conditioning (heating/cooling) and deep geothermal energy for electric power generation. This study is to present various policies for environment-friendly development and utilization of geothermal energy, and its dissemination. For this purpose, the available potential of geothermal energy (including both shallow and deep geothermal energy) is estimated, and compared with the spreading target value of the government. Estimated available potential of geothermal energy in Korea is 20,988ktoe/year, which is seventeen times as much as the government spread target value for 2030. Yet, economic feasibility and sustainability in utilization of geothermal energy should additionally be taken into account for effective and sustainable uses of geothermal energy resources.

Geothermal energy utilizations can make environmental influences such as contaminants leakages in processes of well drilling or/and managements, groundwater quality and quantity changes, land subsidence, and so on for shallow geothermal energy utitlizations. For deep geothermal energy utilizations, some environmental impacts include aquifer contamination due to hazardous materials in hot groundwater, atmospheric pollution, microearthquakes, landscape changes, land subsidence, and so on. Among aforementioned environmental problems, some can be resolved with aid of technology developments, but regulatory supports should be improved for effective and eco-friendly developments and utilizations of geothermal energy, and its dissemination.

This study proposes several policy suggestions to enhance geothermal energy utilizations in an effective, eco-friendly, sustainable manner. For environment-friendly development and effective dissemination of shallow geothermal energy utilization, three improved policies are suggested. First, geothermal environmental management guidance should be unified so that it can be applied to all geothermal air-conditoning facilities. Second, construction costs of geothermal air-conditioning systems should reasonably be set in consideration of real costs in well developments. Moreover, history management systems should be implemented for effective management. In history management systems information on geothermal energy facilities from installation to closure should be recorded and preserved.

For deep geothermal energy, most fundamental obstacle to effective developments and utilizations is lack of legislative bases related to deep geothermal energy. Thus, geothermal law should be enacted for specifying definition, resource classification and ownership of deep geothermal energy. Second, renewable energy certificate weight should be applied to geothermal power generation as geothermal energy is used for power generation. Lastly, the financial supporting system should be established so that it can reduce of the investment risk in the early stages of the geothermal power plant developments.

(출처 : Abstract 185p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 서 언 ... 3
• 국문요약 ... 5
• 목차 ... 11
• 표목차 ... 15
• 그림목차 ... 19
• 제1장 서 론 ... 21
• 1. 연구의 목적과 필요성 ... 22
• 2. 연구의 내용 및 범위 ... 24
• 제2장 지열에너지의 정의와 종류 ... 27
• 1. 지열에너지의 정의 ... 28
• 2. 지열에너지의 구분 ... 28
• 3. 지열에너지 이용기술 ... 30
• 가. 천부지열에너지 이용기술 ... 30
• 나. 심부지열에너지 이용기술 ... 34
• 제3장 지열에너지 주요 현황 ... 37
• 1. 1차 에너지 현황 ... 38
• 2. 재생에너지 현황 ... 39
• 3. 지열에너지 주요 현황 ... 42
• 가. 천부지열 이용 현황 ... 42
• 나. 심부지열 이용 현황 ... 53
• 제4장 지열에너지 잠재량 및 보급계획과의 연계 분석 ... 69
• 1. 지열에너지 잠재량의 개념과 분류 ... 70
• 2. 우리나라의 지열에너지 잠재량 ... 72
• 가. 심부지열 잠재량 ... 73
• 나. 천부지열 잠재량 ... 76
• 3. 지열에너지 보급 목표 ... 83
• 4. 보급 목표와 잠재량과의 연계 분석 및 시사점 ... 85
• 제5장 환경적 영향 및 문제점 분석 ... 87
• 1. 지열에너지 이용에 따른 환경적 영향 ... 88
• 가. 천부지열 이용에 따른 환경적 영향 ... 89
• 나. 심부지열 이용에 따른 환경적 영향 ... 100
• 2. 제도적 문제점 분석 ... 106
• 가. 천부지열에너지 ... 106
• 나. 심부지열에너지 ... 139
• 제6장 환경친화적 개발 및 보급 활성화를 위한 개선방안 ... 145
• 1. 천부지열에너지 ... 146
• 가. 지침 개선 ... 146
• 나. 전문인력의 참여 및 지원 ... 153
• 다. 환경관리를 위한 이력관리제 도입 ... 155
• 라. 굴착 시공비 현실화를 위한 비용설계 제안 ... 158
• 2. 심부지열에너지 ... 167
• 가. 지열발전 관련 법적 체계 마련 방향 ... 167
• 나. 개발 리스크 지원제도 ... 172
• 제7장 결 론 ... 175
• 참고 문헌 ... 181
• Abstract ... 185
• 끝페이지 ... 198