<1부> 지열에너지에 대해서 얼마나 알고 있나요?

  지열에너지를 비롯해서 많은 신재생에너지 사업이 많이 활성화가 되고 있다. 지구온난화를 늦추기 위해서 우리 인류가 화석에너지를 대신하여 무한히 사용할 수 있는 대체 에너지를 연구하기 시작했고, 많은 연구와 상용화가 진행 중이다. 오늘 다룰 내용은 많은 신재생에너지 사업 중 많이 이슈가 되고 있는 지열에너지를 소개해볼까 한다. 이번 기사를 통해서 평소에 지열에너지에 관해서 궁금한 점이 많이 해소됐으면 하는 생각으로 기사를 작성하였다. 이번 1부는 한국신재생에너지(주)와의 이일우 사장님과의 인터뷰를 기반으로 기사를 작성하였다.

[사진 1 한국신재생에너지(주)와의 인터뷰] 

Q1. 에너지에 대해서 설명 부탁드립니다.

A1. 지열에너지는 크게 심부 지열(고온 지열)과 천부 지열(저온 지열)로 나뉩니다. 심부 지열은 일반적으로 우리가 지열하면 생각할 수 있는 개념으로, 지하 300 m 부터 수 km내에 존재하는 에너지로 40~150 ℃ 이상의 온도를 유지합니다. 고급 지열이라고 하며 발전과 온천 등에 직접 이용되고 있습니다.

천부 지열은 지표로부터 300 m내에 저장되어 평균 15 ℃를 유지하는 지열입니다. 어느 지역에나 무한정 분포되어 있고 채열 또한 용이하여 저온이지만 냉난방 온수공급 등에 응용되어 대체 에너지원으로 사용이 되고 있습니다.

한국의 대부분의 지열산업은 천부 지열이며, 이는 보통 ‘저온 지열 냉난방 시스템’이라고 불립니다. 지열시스템의 종류는 대표적으로 지열을 회수하는 파이프(열교환기) 회로구성에 따라 밀폐회로(Closed Loop)와 개방회로(Open Loop)로 구분이 됩니다. 밀폐회로시스템(폐쇄형)은 루프의 형태에 따라 수직, 수평루프시스템으로 구분되는데 수직으로 150~200 m, 수평으로는 1.2~1.8 m 정도 깊이로 묻히게 되며 상대적으로 냉난방부하가 적은 곳에 쓰입니다. 열전도율은 화강암과 열전도체가 비슷해서 이것이 냉매체(순수 물)이 계속 히트펌프와 열 교환을 반복하게 됩니다.

[그림 1 밀폐형 지열의 구조]

출처: 에너지관리공단

a. 수직형: 회수한 지열을 운반하는 파이프가 폐회로로 구성되어 있으며, 본 형태는 열부하나 냉방 부하가 큰 건물에 이상적이다. 수직형 시스템은 설치하기에 비용이 많이 들지만 수평형시스템보다 루프길이가 짧고 냉/난방에 효율적이다.

b. 수평형: 폐회로 중 적절한 공간만 있다면 설치하기에 가장 경제적인 시스템으로서 상대적으로 냉/난방부하가 적은 곳에서 가능하다.

c. 수평형(폐열 회수, 우물용): 폐회로 중 가장 저렴한 시스템이며, 에너지 절약에 있어 많은 이점을 가지고 있다. 공기를 열원으로 하는 시스템이 연중 기온의 변화에 영향을 받는 것에 반해, 극심한 외기 온도의 변화를 받지 않는다는 장점이 있다.

[그림 2 개방형 지열원 열 교환장치]

출처: 에너지관리공단

d. 개방형: 개방 회로는 수원지, 호수, 강, 우물 등에서 공급받은 물을 운반하는 파이프가 개방되어 있는 것으로, 풍부한 수원지가 있는 곳에서 적용될 수 있습니다. 개방형은 수직밀폐형이 물을 사용하지 않는 것에 비해서 물을 직접 펌핑해서 물을 직접 주고 내림을 반복하는 것으로, 이 용량 실내측 구하기 위해서 지중해 부하 열부하를 두면 수직 측에 8개에서 10개 홀을 판 것과 개방형이 1개 판 것이 같습니다. 지하수의 이용이 가능할 때, 설치비가 가장 저렴한 시스템입니다.

Q2. 지열 냉난방 시스템과 기존의 에어컨, 보일러의 에너지 사용원리의 차이점은 어떤 것이 있습니까?

A2. 지열 냉난방 시스템과 기존의 냉난방 시스템은 구조는 같습니다. 하지만 기존의 냉난방기의 외기열이 -10 ℃이고 땅속의 온도는 15 ℃일 때 실내측에 예를 들어 30도 공간 난방을 해줘야겠다면 지중은 +15 ℃라는 전기에너지가 들어가면 30 ℃가 만들어지지만 외기열-10 ℃에서 15 ℃가 되기 위해서는 40℃만큼의 전기에너지를 보태주어야 합니다. 그러므로 25 ℃만큼의 절감 에너지가 생기는 형태가 됩니다. 그리고 우리나라 현 히트펌프 장비들이 예전 일본의 기술을 가져와서 LG, 삼성 등이 보완하여 만들었는데 압축기의 한계로 너무 추운 온도에서는 따뜻한 온도를 맞추지 못하고 미지근한 바람이 나오게 됩니다. 워낙 차가운 바람이다 보니 만들고자하는 온도를 만들어내지 못하게 됩니다. 

[그림 3 지열시스템의 냉방 원리]

출처: 구글

예를 들어 지열은 여름에 냉방을 할 때도 만약 22 ℃를 만들어내려 할 때, 땅에서는 15 ℃가 있으니까 원래는 7 ℃ 정도를 만들어 쏘면 열손실이 생기고 대기열 순환이 되면서 섞여 22 ℃가 됩니다. 외기열이 30 ℃의 찌는 더위에 냉방을 할 때도 22 ℃를 만들어내기 위해서는 많은 에너지가 필요한데 땅에 15 ℃가 있으니까 원래는 7 ℃ 정도를 만들어 쏘면 열손실이 생기고 대기열이 순환되면서 섞여 22 ℃가 됩니다.  

[그림4 지열시스템의 난방 원리]

출처: 구글

 

Q3. 지열 에너지를 이용하는 것으로 어떤 경제적인 이익이 생기나요?

A3. 통상적으로 유가가 내리긴 했지만 유류, 가스 대비 한 70% 절감되는 효과를 볼 수 있습니다. 지열은 간단하게는 이렇지만 시공을 아주 잘해야 이런 효과를 볼 수 있고, 영구적으로 쓸 수 있습니다. 

Q4. 그러면 이제 냉난방을 할 때 안정적으로 온도 유지하는 것이 가장 중요한데, 24시간 필요한 병원이나, 기숙사도 된다는 걸 보면 지열만으로도 안정적인 냉난방 공급이 된다는 건가요?

A4. 초기에도 그랬고 지금도 그렇고, 지열만 가지고도 충분히 안정적인 냉난방 공급이 가능합니다. 제가 시공을 한 포천에 있는 골프 직원 기숙사를 예를 들어보면 약11년전 2006년도에 시공을 하였는데 그 당시에 모두다 반대를 했습니다. 그래서 ‘지열을 설치하고 안되면 전액을 물어드리겠습니다.’ 하고 기존 큰 유류보일러 6대가 있었는데, 보일러를 교체한지도 5년밖에 되지 않은 깨끗하고 쓸만한 장비였지만 과감히 철거를 하고 지열을 설치 한바 있습니다.

대다수가 의심을 하고,염려를 하였지만, 결과는 기록적으로 1년 8개월 만에 손익분기점을 넘어섰습니다. 그리고 위의 곳은 하이신유(폐유와 믹스한 기름)라고 하는, 타 유류에 비해 값이싼 부생연료를 사용하고 있었기 때문에,일반등유릴 비교 하면 더큰 절감 효과가 나타났습니다. 아래 표는 시설 관리자가 자체적으로 매월, 매달, 매년 기록을 하였습니다. 2007년부터 2014년까지 합계 절감액이 11억원을 달성 하였다고 자료를 전달 받은것입니다.

[표 1 지열에너지 절감효과 실제 사례 표]

출처: 클럽하우스

기존의 부생유(하이씬유) 와도 대비를 하였고, 등유와 대비를 해보았을 땐 약 20억 정도의 절감효과를 보일 것으로 보입니다. 그대로 에너지 진단을 하고 설계를 해서 시공을 하면 엄청난 효과를 많이 보지만, 부실시공의 사례가 많아서 이러한 지열의 경제적인 면이 많이 가려지는 것 같습니다.

Q5. 지열은 주로 어떤 건물에 설치가 되나요?

A5. 지열뿐만 아니라 신재생에너지는 다 대동소이하지만 특히 냉난방 에너지가 아주 많이 필요한데, 24시간 에너지가 필요한곳 (학교의 기숙사나 도서관)이 절감 효과가 크고 권장을 하고 있습니다. 예를 들어서 기숙사나 병원이나 호텔이나 숙박업소나 상시로 에너지가 갖춰줘야 하는 곳은 지열설치로 경영효율을 달성 하는데 큰 기여를 할 수 있습니다.

Q6. 지열의 경우, 투자비용 회수기간은 어느 정도 되나요?

A6. 지열냉난방 시스템의 단점이 초기 투자비가 타에너지에 비해 비쌉니다. 그래서 한국에너지공단에서 무상보조금지원사업과 저리융자 사업도 하고 있어 이를 활용하는 것을 권장 합니다.고객들에게 경제분석 제공으로 손익분기점이 최소한 5~6년 이상인 곳은 가급적 지양하고 있지만, 대부분 경제성이 다 나옵니다.

Q7. 이미 지어진 건물에도 할 수 있나요?

A7. 신축은 물론 기존 건물에도 다 설치가 가능 하고,기존 설비의 에너지 절감을 위해서 많이 설치 하는 것입니다.

다만,타에너지 시스템보다 지중열을 채열 하기위한 천공 부지가 필요 하기 때문에 기존이든 신축이든 이러한 공간이 있어야 가능 합니다.

Q8. 설치가 불가능한곳이 있을까요?

A8. 우리나라는 거의 없습니다. 안되는 곳은 매립지, 이런 곳은 땅의 열전도가 잘 안됩니다. 흙이다 보니, 그래서 비효율적입니다 .우리나라는 대부분 화강암으로 구성이 되어있어서, 저온 지열에 유리합니다. 같은 온도의 흙과 돌을 손에 쥐었을 때 흙보다 돌이 더 차갑다고 느끼는데, 그만큼 화강암이 품고 있는 열이 많아서 열전도성이 우수하기 때문입니다. 그래서 흙이 많으면 지열시공에 있어서 좋은 조건은 아닙니다.

Q9. 지열을 설치하게 될 때 장애요인으로는 무엇이 있나요?

A9. 초기 투자금액이 비싼 점이 있습니다. 그리고 규제 완화 측면에서 전문기업이 등록제에서 신고제로 완화 되면서 우후죽순 지열업체가 생겼고,이들에 의한 부실시공으로 지열에 대한 신뢰가 주춤하고 있는면도 무시 할 수가 없습니다.

지열시공시 중요한 부분은 옥외 지중열교환기 매설부분이며,열을 최대한 확보 할 수 있도록 하여야 하기 때문에 이에 대한 연구는 계속 하고 있습니다.

또한 이러한 부분은 시공은 향후 하자보수가 불가능 하기 때문에 완벽, 또 한번 완벽하게 시공이 이뤄져야 합니다. 

[그림 5 지열 천공 단명도] [사진 2 그라우팅에 사용되는 재료들]

출처: 워터저널 , 출처: 대학생신재생에너지기자단

 

 

Q10. 사장님은 어떻게 지열산업에 뛰어드시게 된 계기가 무엇입니까?

A10. 저는 에너지 관련한 회사에서 근무를 하면서 우리나라 에너지에 대한 관심을 갖게 되었지요.

간단하게 열거 해보면, 나무떌감으로 살아온 것이 지금의 기성세대인 것처럼 얼마 되지 않았습니다. 그 후 석탄이라는 에너지가 대체 되었지만 불과 몇 년을 가지 못하고, 유류와 천연가스가 지금은 주를 이루지만 오래 가지 않을 거라는 생각을 가졌습니다. 지구촌이 품고 있는 화석에너지 고갈을 이야기 하는 과학자들이 있는 것처럼, 에너지원의 수명은 그리 길지 않고 대체 된다는점과, 대기오염을 막아야 하는 이시대를 살고 있는 우리들의 숙명 이라는 판단하에, 환경과 에너지에 기여할수 있는 사업으로 지열냉난방을 공부 하게 되고 당시는 주변에서 무리한 사업이라고 많이들 염려를 했지만, 돈 보다는 자긍심에 의존하면서 사업을 이어 가고 있습니다.

Q11. 한국신재생에너지(주)에서 정부 정책을 바꾼 사례가 있다는데 어떤 정책을 바꾸셨나요?

A11. 저희는 크게 3가지의 정부 정책을 바꾸는데 일조를 했습니다.

첫째는 유리온실을 이용한 지열냉난방 정부지원 사업입니다. 유리온실에 지열냉난방 시스템을 첫 도입하였습니다. 정부에서 건축물에 신재생에너지 지원 정책이 있었지만, 유리온실이 건축물이 아니라고 판단들을 하고 있어, 고정건축물로 유권해석을 받아 지원받을 수 있도록 바꾸는데 일조를 하였고,2006~7년 당시 미국과의 농산물개방에 따른 한미FTA로 농민들의 불만과 치솟는 유가와 비료 등에 대한 염려로 농사로는 생화를 못한다는 분위기였습니다.

물론 정부에서는 농사용 면세유를 지원해 주고 있었지만,우리가 파프리카 유리온실에 지열설치로 기대이상의 연료비 절감과,지열 냉방으로 충분한 수면을 취한 덕에 작물수확량이 많아지는 알거양득의 효과를 실현 시켰고,지금도 농어촌 지열 지원 사업의 초석을 놓았습니다.

두 번째로는 우리나라 최초 지열 주택을 시공한것입니다.

2008년 고 노무현 대통령 사저에 우리나라 최초로 주택에 지열을 도입하였습니다.

주택에는 지열이 힘들다는 편견이 있었던 시기였고, 설치된 사례가 없어 많은 분들이 신뢰 하지 않았지만, 사전에 지열설치를 하였고, 이 때 대두된 문제가 있는데 우리나라 의 주택용 전기는 누진제를 적용 하고 있어 지열로 절감효과를 크게 볼 수 없는 상황이었습니다.

청와대 관저로 부른 대통령 에게 지열주택에 한하여 전기누진제가 없는 일반용전기를 해결 하여 줄 것을 건의 하였고, 건의 사항이 수용이 되어서, 지금은 정부에서 주지열주택 지원사업이 이어지고 있습니다.

세 번째는 지열확보를 위해서는 천공을 하여야 하는데, 개발 제한지역(그린벨트 지역)에는 지중굴착행위가 불법이라 성남에 소재한 선사교회에 지열공사를 하면서 많은 애로를 겪었습니다.

교회 목사님과 함께 관계부처 및 지자체를 뛰어 다니면서 신재생에너지 설비를 위한 굴착은 할 수 있도록 관련법을 개정하게 되었습니다. 이렇게 지열에너지 분야를 발전시키는데 나름 노력을 했다고 볼 수 있습니다.

이일우 사장님과의 인터뷰를 통해 한국의 지열사업에 대해서 알 수 있게 되었고, 사장님이 걸어오신 길에 대해서 들어볼 수 있었다. 앞으로 한국이 신재생에너지사업을 발전시키기 위해서는 다른 분야도 중요하지만, 지열이 특히 중요하다는 것을 알 수 있었다. 또한 우리나라에 적용되는 지열은 아직까지 완전한 신재생에너지라고는 볼 수 없다. 외부 전기 에너지를 사용하기 때문이다. 하지만 태양광이나, 풍력 등의 다른 신재생에너지와의 연계를 통하여 사용을 하게 된다면, 지열은 완벽한 신재생에너지가 될 것으로 기대된다. 앞으로 지열에너지에 많은 관심을 가질 필요가 있고, 다른 신재생에너지와의 연계사업인 ‘제로에너지빌딩사업’에도 많은 관심을 가질 필요가 있다.

11기 백승일 11기 허한솔