신기술이 지열 에너지 시장 높은 성장 궤도로 올려놔

바이오매스 시장 2021년 누적 투자금액 1,040억달러 전망

풍력, 태양, 조력과 같은 간헐적 신재생 에너지와는 달리, 지열 발전소는 전기 에너지 시스템에 기저 부하를 공급할 수 있으며, 석탄이나 원자력 발전소를 지열 발전소로 대체시킬 수 있다. 지열 에너지는 온실가스 배출이 거의 또는 전혀 없이 전기를 생성할 수 있다는장점을 가지고 있어, 현재 사용할 수 있는 에너지 기술들 중에서 가장 청정한 기술 중 하나로 꼽히고 있다.

지열 발전은 주로 1.2마일에서 1.9마일의 깊이에 이르는 수열합성 저수지에서 생성된다. 하지만 이런 저수지들은 어느 곳에나 있는게 아니라, 대부분 활화산 지역으로 제한되어 있다.

프로스트 앤 설리번 ‘지열 에너지 발생: 기술 보급 및 로드맵 보고서’에 따르면, 가장 촉망받는 새로운 시추 기술로 고압 고열 유체를이용하여 암석에 거대한 균열을 발생시키고 우물 시추작업에서 이를 헹구어 내는 고열온수 파쇄법(Hydrothermal Spallation)이 꼽히고 있다. 프로스트 앤 설리번 Technical Insight 사업부의 토마츠 카민스키(Tomasz Kaminski) 연구원은 “지열 시장은 가까운 시일 내에 크게 확장할 태세를 갖추고 있다. 이 분야의 연구원들은 Hot Dry Rock(HDR) 이라고도 불리우고, 세계 대부분의 지열 에너지로부터 전기를 발생시킬 수 있는 엔지니어링 지열 시스템(EGS)과 같은 지열 저수지에서 사용이 가능한 새로운 기술을 개발하고 있다”고말했다.

하지만 이러한 움직임에도 불구하고 지열 산업은 높은 초기 비용과 지열 프로젝트 개발의 위험성이라는 문제에 직면하고 있다.

전체 지열 프로젝트 비용의 대부분이 지열 시추 작업에 투입되며 시간 소모가 가장 많은 작업이다. 최초의 우물 시추 작업 이전 단계인 승인 절차에서 전체 지열 프로젝트 개발 비용의 약 11%가 투입된다. 그 다음 단계가 시추 작업이며, 이는 전체 비용의 30%를 차지한다. 하나의 지열 우물을 시추하는 데는 약 680만 달러에 달하는 비용이 투입되며, 적어도 두 개의 우물이 항상 필요하다. 이러한 작업뿐만 아니라 최종 발전소 건설에서도 많은 비용이 요구된다.

시추 작업을 착수하기 앞서, 지열 저수지 및 저수지 성질에 대한 정보 수집을 하기 위해서는 정밀한 탐사가 필수적으로 행해져야 한다. 지열 저수지를 평가하는 가장 좋은 방법은 지열 자원에 달할 수 있게 우물을 판 후, 이의 성질을 확인하는 것이다. 깊은 지열 우물의 시추 작업은 높은 비용이 요구 되기 때문에, 대부분의 개발자들은 특정 깊이에서 구체적인 유량과 지열 자원이 발견된다는 확신없이는 시추 작업을 하지 않는다. 따라서 지열 자원 탐사는 프로젝트 개발 과정에서 매우 중요한 단계이다.

지열 시장 성장을 억제하는 또 다른 요인들로 굴착 시추에 대한 접근이 제한되어 있다는 점과 인공지열발전기술(EGS)과 같이 지열에너지의 활용도를 높힐 수 있는 새로운 기술을 개발해야 하는 전문가들의 경험 부족을 꼽을 수 있다.

비용 절감뿐만 아니라 시추 작업에 소요 시간 단축 역시 향후 EGS시스템 개발에 중점을 둬야 할 필수 요인이다. 고열온수 파쇄법(Hydrothermal Spallation)는 위에 언급된 요구 조건들을 충족시킬 수 있어 촉망받는 시추 기술로 떠오르고 있다. 이는 비접촉식 시추방식을 택함으로써, 기존의 시추 작업에서 일어나는 비트 마모 현상을 없애고, 장비의 신뢰성을 높힐 수 있게 된다.

이 시장 회복세에 탄력을 가하기 위해서는 기존 시범 사업 확장뿐만 아니라 더 많은 연구와 현장 시험 활동들이 필요하다. 지열 분야의 투자가들과 개발자들은 더 깊은 시추 작업과 지열 저수지 탐사를 위해 기존의 기술들을 개선하고 새로운 기술을 개발하는데 초점을 맞춰야 한다.

“앞으로 이 새로운 솔루션들이 지열 에너지 시장의 확대에 중요한 역할을 하게 될 것이다. 경암(Hard rock) 환경에서의 깊은 시추작업에 대한 새로운 기술들이 석유 및 가스 산업에서도 역시 적용이 가능할 것이다. 비 재래식 쉘가스 추출 관점에서 방향 시추 작업은 특히 중요하다”고 카민스키 연구원은 말했다. 

세계 바이오매스 발전… 2008-2021년 누적 투자금액 1,040억달러 전망

(주)글로벌인포메이션은 Pike Research가 최근 “세계의 바이오파워 시장 및 기술” 보고서에서2012년 1월 세계 최대 바이오매스 발전시설이 영국에서 가동을 개시한다고 밝혔다.  기저부하 전원으로 재생에너지를 이용하며, 발전 용량은 750MW로 추정된다. 영국 틸버리에 있는 이 발전소는 향후 10년간 급속도로 확대될 바이오매스 발전 부문의 급진적 진보를 상징한다.

바이오매스 자원을 이용해 전기와 열을 생산하는 바이오파워(Biopower)는 연료 자원을 폭넓게 사용할 수 있는 소수의 기저부하용 신재생에너지원 중 하나이다. 이론적으로 상당량이 존재하며 전 세계의 다양한 바이오매스 원료는 현재 세계 1차 에너지의 14%를 공급하고 있는 것으로 추정된다. 장작, 숯, 비료, 농작물 쓰레기와 같은 기존의 바이오매스 제품은 전 세계 약 20억에서 30억 명이 소비하는 주요 에너지원이 되고 있다.

세계적으로 에너지 수요가 증가하고 온실가스 배출 감축을 위한 노력이 강화되면서, 많은 국가가 상용 규모의 발전 연료로서 바이오매스 자원에 주목하고 있다. Pike Research의 보고서에 따르면 세계 바이오매스 발전 용량은 2011년 58GW를 기록했지만, 2021년에는 적어도 86GW로 확대될 전망이다. 그리고 2008-2021년의 누적 투자금액은 1,040억달러를 기록할 것으로 예상된다. 정부가 재생에너지 자원에 대한 장려책을 취할 것을 고려해서 더 적극적인 성장 예측을 하면 2021년 발전 용량은 115GW를 기록하면서 누적 투자액 1,380억달러에 달할 것이라는 전망도 나오고 있다. 재생에너지 자원 장려책을 통해 에너지 안전 보장에 관한 우려 완화, 이산화탄소 배출 감축, 경제 발전을 이룰 것으로 보인다.

지원제도 및 정책 미흡… 기술 및 기술자 부족 등 과제 

전 세계적으로 지열에너지 산업 전망은 밝다. 하지만 성장의 속도를 높일 수 있음에도 불구하고 태양광 등 다른 신재새에너지 시장에 비해 더딘 이유는 관련 산업에 대한 정부지원이나 제도 마련이 미흡하기 때문으로 지적됐다.  

업계 전문가들은 국내의 경우, 잠실 제2롯데월드, 서울시 신청사, 행복도시 정부청사 등에서 대형 지열 설비 설치공사가 이뤄지고 있지만 정작 시장을 확대할 수 있는 일반 주택이나 상업용 시설은 상대적으로 적다고 주장한다. 

현재 국내 지열산업은 ▶ 공공의무화사업 ▶ 시설원예 지열난방 보급사업 ▶ 그린홈 100만 호 사업 등 국책사업 위주로 진행되고 있는데, 이같은 속도로는 지열에너지 산업의 급격한 성장이나 발전은 기대하기 어렵다는 것이다. 

한국지열협회 한 관계자는 “우리나라에서는 1년에 1,000세대에 지열이 보급되고 있다”면서 “선진국의 추세와는 너무 차이가 커 과연 2020년에 신재생에너지 강국으로의 진입이 가능할지 의문”이라고 말했다.

특히 시설원예나 축사에 지열히트 펌프 냉난방 시스템을 설치할 때 정부가 지원하고 있어 겨울철 난방비를 75%까지 줄이는 등 관심을 받고 있는데, 그러나 보조비율이 80%여도 설치비가 워낙 고가여서 포기하는 농가가 속출해 저리융자 제도 등 보완책이 필요하다는 목소리가 높다. 

또 이 분야 제도 정비가 아직은 미비하고 신뢰할 수 있는 기업을 선택할 기준도 없는 터여서, 정부지원에 힘입은 인기를 이용해 시공만 하고 사라지는 기업도 생겨남에 따라 적잖은 피해가 발생하고 있다. 

한 기관 관계자는 “시공업체가 없어져서 A/S 받을 길이 막막하다는 전화를 가끔 받는다”며 “한 번 설치하면 최하 20년, 길게는 50년까지 사용해야 하기 때문에 기술력이 입증된 곳에 맡겨야 한다”고 강조했다. 

하지만 딱히 기술력이 입증됐다고 할 수 있는 기업이 아직 없다는 게 문제다. 경쟁입찰 방식으로 사업이 추진되는 것도 부실시공의 원인이 되고 있다. 저가 입찰방식에 하도급으로 공사를 진행하는 체계여서 능력이 검증되지 않는 업체가 선정될 수 있기 때문이다. 또한 설계와 시공 수주를 따로 추진하다보니 중간 비용이 많이 소요된다. 이에 따라 입찰방식으로 무능력한 업체를 선정해 에너지효율성이 떨어지면 예산낭비만 하는 꼴이 된다는 지적이 제기되고 있다. 

고유가로 인해 지열 설치가 활발한 농가의 경우 경쟁입찰 방식에선 어떤의견도 낼 수 없고 잘못될 경우엔 모든 부담을 떠안아야 한다. 이에 기존 설치농가에선 기술제한 입찰방식으로 전환할 것을 주장하고 있다. 수주를 희망하는 업체가 지열히트 방식, 비용, 효율성 등을 제안하는 방식이다. 설계와 시공이 가능한 업체를 대상으로 동시 수주를 하면 비용절감 효과도 얻을 수 있다.

저가 입찰 방식에선 업체가 부실하지 않아도 부실시공이 될 가능성이 많다. 정해진 단가를 맞추려면 아무래도 넣어야 할 것보다 빠지는 게 많기 때문이다. 따라서 사업 방식의 변경은 불가피할 것으로 보인다. 

중소기업 중심의 지열업체 지원 넓혀야

중소기업을 중심으로 형성되고 있는 영세한 지열업체 지원도 과제다. 서울과학기술대 정광섭 교수는 한 언론 인터뷰에서 “영세한 지열 업체들의 실태조사를 통해 업체 현황을 파악하고 지원할 수 있는 방안을 마련해야 한다”고 말했다. 

정 교수는 “국내 지열에너지부문은 시장 확대가 가시화되고 있는 만큼 해결해야 할 문제가 산적해 있다”며  “고유가 행진과 언젠가는 고갈될 석유를 대체할 지열에너지 등 대체에너지에 관해 관심과 지원이 필요하다”고 강조했다.

이같은 상황은 지열에너지 선진국인 미국도 예외는 아니다. 미국의 오맷테크놀로지(주)의 디터 브로니키 CEO는 지열을 확대하는 가장 큰 장벽은 정부의 허가 과정이라고 지적했다. 그는 원유와 가스 기업이 사업 승인을 받는 것이 지열보다 더 쉽다고 주장했다. 

브로니키 CEO는 “사업을 승인 받는데 2~4년까지 소요된다”면서 대부분 지열 사업 기획에서 생산단계까지 진행하는데 7년이 걸린다고 밝혔다. 

또 다른 지열에너지 회사 관계자는 지열발전의 장애물로 기술자 부족을 꼽았다. 그는 “미국과 아이슬란드 기업들이 세계 곳곳에서 사업을 추진하는데 그들의 능력(인력)을 넘어서는 수요에 대한 불안감도 있다”고 말했다. 

한편 자본 집약적인 사업 성격도 지열을 확대하는데 풀어야할 과제다. 현재까지 지열 산업에 투입된 자금 중 상당 부분이 정부의 세금 인센티브와 정부 행정부의 경제 부흥책에서 할당된 자금이었다. 

지열에 대한 세금 공제가 2013년 만료되는 만큼, 향후 투자금은 개인 투자자로부터 확보해야 하는 실정이다. 업계 관계자들은 사업 완수에 7년이 걸리는 만큼 위험을 감수할 수 있는 투자자를 확보하는 것도 중요하다고 지적했다. 

태양열 47% 지열로 보유 경제성과 효율성 갖춘 청정 에너지

지열에너지는 물, 지하수 및 지하의 열 등의 온도차를 이용하여 냉ㆍ난방에 활용하는 기술이다. 

태양열의 약 47%가 지표면을 통해 지하에 저장되며, 이렇게 태양열을 흡수한 땅속의 온도는 지형에 따라 다르지만 지표면 가까운 땅속의 온도는 개략 10℃〜20℃정도 유지해 열펌프를 이용하는 냉난방시스템에 이용할 수 있다. 우리나라 일부지역의 심부(지중 1~2 km) 지중온도는 80℃ 정도로서 직접 냉난방에 이용 가능하다. 지열을 회수하는 파이프(열교환기) 회로 구성에 따라 폐회로(Closed Loop)와 개방회로(Open Loop)로 구분된다. 일반적으로 적용되는 폐회로는 파이프가 밀폐형으로 구성되어 있는데, 파이프 내에는 지열을 회수(열교환)하기위한 열매가 순환되며, 파이프의 재질은 고밀도 폴리에틸렌이 사용된다. 폐회로시스템(폐쇄형)은 루프의 형태에 따라 수직, 수평루프시스템으로 구분되는데 수직으로 100〜150m, 수평으로는 1.2〜1.8m정도 깊이로 묻히게 되며 상대적으로 냉난방부하가 적은 곳에 쓰인다. 

개방회로는 수원지, 호수, 강, 우물 등에서 공급받은 물을 운반하는 파이프가 개방되어 있는것으로 풍부한 수원지가 있는 곳에서 적용이 가능하다. 

폐회로가 파이프내의 열매(물 또는 부동액)와 지열이 열교환 되는데 반해 개방회로는 파이프 내에서 직접 지열이 회수되므로 열전달 효과가 높고 설치비용이 저렴한 장점이 있으나 폐회로에 비해 운전 유지보수 주의가 필요하다. 

최초 지열시스템 스위스에서 개발

1912년 스위스의 Heinrich Zoelly가 처음 특허를 출원하면서 ‘지열원 열펌프시스템’으로 소개됐다. 1976년 미국 오클라호마주립대학에서 파이프를 지중에 매설하는 지중열교환기를 개발하여 실용화 기반을 마련했다. 1996년 오클라호마 주립대학에서 슬린키(Slinky) 방식의 지중 열교환기를 개발하여 건물 냉난방에 적용됐다. 

1997년 스위스에서는 말뚝형 지중 열교환기를 개발하여 스위스공항에 시범 적용됐다. 일본은 지열 열펌프 시스템의 초지 투자비를 절감시킬 수 있는 분야와 도로 제설(Snow Melting) 분야에 많은 투자를 하고 있다. 

미국 IGSHPA나 ASHRAE는 지열 열펌프 시스템에 대한 실제 적용성 검증 후, 매년 고성능, 다기능의 지열 열펌프 및 지중 열교환기 설치 방법 개발하고 있다.   

현재, 세계적으로 자국의 지중 및 기후조건에 적합한 지열이용시스템을 개발하여 보급하는데많은 투자를 하고 있으며, 특히 냉각탑이나 태양열 집열기 등을 지열 시스템과 혼용하여 중대규모 건물에 적용하는 복합(hybrid) 시스템 개발에 주력하고 있다.  

전 세계적으로 다양한 분야에서 지열 에너지를 활용하고 있다. 2005년도를 기준으로 지열에너지 이용 시설의 용량은 28,269 MWt이며, 연간 273,372 TJ(75,943 GWh)을 이용하고 있다.  2000년 대비 용량은 두 배 증가, 이용량은 43%(연간 7.5%) 증가하고 있다.  

가장 큰 부분을 차지하고 있는 분야가 지열원열펌프시스템을 이용한 건물 냉난방시스템이다. 지열원열펌프시스템이 전세계 지열 에너지 이용량(시설용량 및 이용량) 증가에 주도적 역할을 하고 있다. 

2005년 기준, 지열 에너지 이용 시설용량 중 54.4%(15,384 MWt), 지열 에너지 이용량 중 32% (87,503 TJ/year)가 지열 열펌프 시스템이 차지했다. 설치 건수는 2000년 대비 약 3배 증가했다.  일부 지역에 대한 지중온도 측정 결과 연중 13~15℃의 일정온도를 유지하고 있어, 지열 열펌프 시스템의 열원으로 우수하다.   

일본, 싱가폴, 프랑스, 독일 등은 폐기물 소각율이 높아 고도의 소각기술을 보유하고 있다.  미국 등에서도 폐기물 종류에 따라 기술이 상용화되고 있다.  

우리나라, 기후조건상 지열에너지 보급에 양호 

우리나라의 기후조건에서는 최소 0.3 이상의 가동률(연간 2,000~ 3,000시간 운용가능)을 보이기 때문에 매우 양호한 보급 환경을 갖추고 있다.   

해마다 연구개발에 대한 투자가 증가하고 있으며, 주로 기초 연구와 실증 연구에 집중하고 있다. 중대형 소각시스템이 상용화 된 상태다.  

국내의 지열 열펌프 시스템 보급은 10여개 업체가 주로 외국과 기술을 제휴를 맺고 열펌프를 수입하여 시공·보급하고 있는 단계이다. 

2005년까지 에너지관리공단에 신재생에너지 전문기업으로 등록된 전체 60여개 업체 중, 지열 관련 업체는 약 24개 업체로 40% 점유하고 있다. 2003년 이후 지열 열펌프시스템 보급 증가와 함께 관련 업체도 양적으로 증가하고 있다. 24개의 업체 중, 지열 시스템만 시공하는 업체는 12개이다. 지열관련 24개 업체 중 2004년도 매출실적을 신고한 업체는 10여개로 이들 업체의 종사인원은 총 130여명이다. (업체당 평균 11명), 매출은 약 175억원(업체당 평균 15억원) 정도이다.   

대규모 실용화 단계에 진입하기 위해, 초기 투자비 절감기술 개발과 지열 자원에 대한 체계적 정보망 구축 필요하다. 외국의 장비와 설계공법 등을 적용하는 경우가 많고, 국내의 지질 및 기후조건, 시공조건등을 고려한 신뢰성 및 공사비 검토 필요하다.   

열펌프 유닛인 경우 외국제품(미국)을 수입하여 시공하고 있는 수준이다. 대표적인 유닉제품 제조업체들은 ClimateMaster, Econar, Florida Heat Pump, Trane,  WaterFurnace 등이다. 

현재 일부 국내업체에서 열펌프 유닛을 제작하고 있으나, 신뢰성을 확보하지 못하고 있으며, 국산 장비 및 재료에 대한 성능 검증이 필요하다. 2005년도에 수직형 지열 열펌프 시스템 시공기준(안) 마련했다.  

열펌프 유닛, 지중 열교환기, 전체 시스템에 대한 인증제도 구축 중이다. 일부 업체에서 시공하고 있는 지하수 이용 시스템에 대하여 지하 환경영향 평가 필요하다.  

국내 신재생에너지 공공부문 의무사용 제도로 본격화

‘잠실 제2롯데월드, 서울시 신청사, 행복도시 정부청사, 경북 신청사’

이들의 공통점은 모두 대형 지열 설비 설치공사가 진행되고 있다는 것이다. 제2롯데월드의 설치규모는 3,000RT(냉동톤). 민간공사임에도 불구하고 100억원 이상을 투자해 아시아 최대 규모로 진행 중이다. 서울시 신청사는 1,100RT, 행복도시 정부청사 2단계 1·2구역은 2,500RT, 경북도청 신청사는 2,000RT 등 모두 대형 지열 냉·난방설비가 도입되고 있다.

이처럼 대형 지열프로젝트가 하나둘 모습을 드러내면서 지열에너지 산업에 대한 시장이 본격화하고 있는 모습니다. 하지만 일각에선 지열에너지가 더 성장하기 위해선 일반 주택이나 상업용 시설로 확대돼야 한다고 지적한다. 현재 국내 지열산업은 공공의무화사업, 시설원예 지열난방 보급사업, 그린홈 100만호 사업 등 국책사업 위주로 진행되고 있다. 한국지열협회 관계자는 “우리나라에서는 1년에 1,000세대에 지열이 보급되고 있다”면서 “선진국과 함께 가기 위해선 보다 많은 투자와 사업이 진행돼야 한다”고 말했다. 

신재생에너지 공고의무화제도 이후 급성장세 

우리나라는 2004년 ‘공공의무화제도’가 도입된 후 지열 시장이 급속한 성장세를 보이고 있다. 최근에는 지열전문기업만 2,200개를 넘어서고 관련 공무원들의 지열에 대한 관심도 확대되고 있다.  

하지만 여전히 답보상태다. 다른 재생에너지의 경우 설비의 규모가 커 큰 부지의 땅이 필요하다. 지열도 많은 부지가 필요하지만 땅속에 묻히기 때문에 눈에 띄지 않는다. 정부도 설치 후 눈으로 확인하고 홍보 

효과도 누릴 수 있는 다른 재생에너지를 선호하는 게 아니냐는 지적이다. 

또 다른 이유로는 중소기업 위주의 시스템을 들 수 있다. 지열은 태양광, 풍력 등과 달리 제품위주가 아닌 공사위주의 시스템이다. 

특히 태양광의 경우 반도체와 연관된 사업이므로 대기업이 아니고선 손을 댈 수조차 없다. 반면 지열의 경우 토공사, 배관공사, 기계설치공사 등이 연계돼 하나의 큰 틀을 이룬다. 중소기업이 하기에 적합한 특성을 갖고 있는 것이다.

업계 관계자는 “토공사, 배관공사, 기계설치공사 등은 우리나라가 세계적인 수준에 있는 기술들이므로 오히려 유리한 위치”라면서 “공사위주의 시스템이므로 고용창출의 효과도 매우 높을 것”이라고 말했다.

그는 “미국이나 유럽에서는 지열을 주로 난방에 이용해 왔지만 우리나라는 난방은 물론 냉방도 사용하는 기후적 특성을 갖고 있으므로 난방만 하는 나라보다 효율을 월등히 높일 수 있다”면서 “에너지의 97%를 수입에 의존하는 우리나라에서 수입대체, 환경개선, 고용창출을 동시에 이룰 수 있는 지열산업의 육성이 절실하다”고 강조했다. 

현대건설, 지열 이용한 에너지 절감 기술 개발  

현대건설이 국내 건설사 가운데 앞서 지열에너지 시장에 본격 참여했다. 특히 친환경 그린도시를 신성장사업으로 육성한다는 목표를 세워 앞서 가고 있다. 

현대건설은 단순한 건축물을 넘어 지구라는 삶의 터전에 보다 안전하고 친화적인 ‘환경친화적인 생활공간’을 만들어 환경과의 조화를 이루겠다는 뜻에서 이를 실현하는 핵심 기술 중 하나는 ‘하이브리드 지열 냉난방시스템’을 내세우고 있다. 

건축물의 냉·난방을 위해 건물 저수조의 열(熱)과 지열을 이용해 에너지를 절감하는 기술이다. 이밖에 조류·파력 복합발전 시스템과 차세대 석탄가스화, 건물의 에너지소비량 분석 기술 등의 개발에도 한창이다.

경기도 김포시에 들어선 ‘김포고촌 힐스테이트’ 아파트의 자연 채광 주차장 진입로의 지붕을 반투명 아크릴로 제작해 전기값을 아끼는 동시에 지하 주차장에도 햇빛이 환하게 들어오도록 했다. 

지열에너지 보급 1위국, 스웨덴 

지열에너지 관련 사업은 해외 여러나라서 적극 추진되고 있다. 지열에너지 관련 전 세계 지열보급 1위인 스웨덴(인구 700만명)이다. 이 나라는 매년 4만가구에 가정용 지열설비가 설치되고 있다. 800만명 인구의 스위스는 매년 1만가구에 보급되고 있다. 이들 국가는 장기적으로 신축건물에 모두 신재생에너지를 적용할 계획이다.

미국에서는 매년 15만대의 가정용 지열히트펌프가 설치되고 있다. 용량을평균 3RT(10.5kw)로 가정할 경우 매년 157만5,000kW의 열원을 지열이 공급하고 있다. 지열의 평균 COP(성능계수)를 3.0으로 가정할 경우 시간당 100만kW의 에너지를 지열에서 얻는 셈이다. 또 1년에 3,000개 정도의 학교를 신축 또는 개보수하고 있는데 이들 학교의 90%정도에 지열이 도입되고 있다. 

평균적인 열원설비 용량은 200RT다. 이는 189만kW의 지열설비가 매년 보급되는 것으로 여기서도 시간당 120만kW의 에너지를 지열에서 얻게 된다. 가정용, 학교와 더불어 공공·상업용 시설에 지열설비를 도입할 경우 매년 시간당 300kW의 에너지를 지열에서 얻고 있다. 이는 100만kW급 발전소 3기의 출력에 해당하는 양이다.

2015년까지 지열에너지 시장이 2~3배 성장할 것으로 전망되는 가운데 세계 최대 지열 생산국인 미국이 기술개발과 전문가 양성에 힘을 쏟아야 한다는 지적이 나왔다. 

지열 기업 최고경영자들이 지열에너지협회 투자 포럼에서 “미국이 국제 지열 시장에서 리더십을 펼칠 기회를 갖고 있음에도 세계적인 기술 이용 확대보다 자국내 사업에 집중함으로써 호기를 놓칠 수 있다”고 경고했다. 

칼 가웰 지열협회 이사는 미국내에서 현재 20억~30억달러가 188개 지열 사업에 투자되고 있고 2013년까지 70억달러가 추가로 투입될 것이라고도 밝혔다. 투자확대는 미국 지열기술 발전을 의미한다고 덧붙였다. 

전력 100%를 청정에너지를 이용해 생산하는 아일랜드와 지열 생산량 부문 세계 최고인 미국은 지열 산업 발전에서 큰 이득을 취할 수 있는 입장에 서 있다고 전문가들은 보고 있다. 

양국은 수십억달러의 가치를 지닌 기술과 장비, 상담 서비스를 다른 국가에제공해 세계 지열 생산량을 높일 수 있다고 판단하고 있다. 

올라푸르 라그나 그림손 아이슬란드 대통령은 “기술적 노하우를 지닌 지열 전문가들과 엔지니어링 기업들 사이에서 경주가 시작됐다”며 “세계 청정 에너지를 확대하기 위해서는 미국이 리더십을 유지하고 경주에 앞장 서는 것이 중요하다”고 말했다.

세계 선진국, 2015년 지열 발전 2배 증가 예상    

미국은 5년 내에 자국내 지열 이용이 2~3배 증가할 것으로 전망하고 있다. 그러나 이번 포럼에 모인 경영인들은 진짜 기회는 세계 지열 시장을 선점하는데 있다고 주장했다. 

이를 위해 미국은 다른 국가와의 협력과 전문가 양성에 관심을 기울여야 한다고 강조했다. 

아이슬란드 은행의 아니 매그너슨 지속가능 에너지 팀장은 “미국에서 청정에너지 기회에 대한 많은 논의가 이뤄지고 있으나 세계적으로 보면 청정 에너지 기회는 충분하지 않다”며 “미국의 지열 경쟁력을 세계로 퍼뜨릴 필요가 있다”고 말했다. 

지열발전 사업은 일반적으로 우물을 깊게 파고 뜨거운 물을 지면으로 퍼 올려 전기를 생산하는 것으로 이뤄져 있다. 가정 난방과 비닐 하우스에서도 많이 이용되고 있다. 

미국은 지열로 3,100MW를 생산해 지열 발전 부문에서 세계 1위다. 뒤이어 필리핀이 1,970MW, 인도네시아가 1,198MW, 멕시코 958MW 순이다. 

세계 지열 의회(The World Geothermal Congress)는 전 세계적으로 지열 용량이 1만700MW에 달할 것으로 추산했다. 현재 24개국이 지열을 이용하고 있으며 11개국은 개발 중이다. 

지열 전문가들은 현재 진행 중인 사업을 통해 세계 지열 용량이 2015년까지 두 배 이상 늘어날 것으로 추산했으며, 큰 사업 기회가 열릴 것으로 내다봤다.

일본 기업이 지열(地熱) 발전에 본격적으로 참여한다. 종합상사인 마루베니(丸紅)는 2013년도를 목표로 도호쿠(東北)와 홋카이도(北海道)에 지열 발전소를 건설하기로 했다.

마루베니는 지열 발전 전담 조직을 두고 도호쿠와 홋카이도에 1〜2개소의 발전소를 건설하기로 했으며, 후보지 선정작업에 착수했다. 사업비는 1개소당 100억엔(약 1천500억원) 규모이며, 엔지니어링회사와 국내외의 금융기관에 출자를 요청하고 있다.

마루베니 외에 국제석유개발과 JFE엔지니어링 등도 지열 발전 참여를 검토하고 있다. 이들 업체는 재생가능에너지로 발전한 전력을 전량 발전회사가 매입하는 제도가 내년에 시작되는데다, 지열 개발과 관련한 규제 완화도 이뤄지고 있어 채산성이 있다고 보고 지열 발전을 서두르고 있다. 

지열 발전은 기상 조건에 좌우되는 태양광이나 풍력 발전에 비해 출력이 안정적인 것으로 알려지고 있다.지열의 발전 비용은 1kW당 20엔 전후로 태양광 발전(40엔 전후)에 비해 저렴하고 화력발전(10엔)과의 차이가 크지않다.

일본 국내에서 상용 지열 발전소는 1999년 도쿄전력이 출력 3천300kW의 소규모로 처음 건설한 이후 채산성 때문에 추가로 건설되지않고 있다. 화산이 많은 일본은 원자력발전소 20기분에 해당하는 2천만kW 이상의 지열 발전 잠재력이 있지만 현재 활용되고 있는 것은 약 50만kW에 불과하다

이에 비해 우리나라는 100만 호 보급사업을 통해 1년에 10만 호, 그 가운데 지열은 1,000가구에 보급되는 정도에 그치고 있다. 우리나라 인구의 7분의 1에 불과한 나라에서 40배 이상의 지열 설비가 설치되고 있는 것. 인구와 가구를 따져보면 스웨덴의 지열시장은 우리나라의 280배다.

업계 한 관계자는 “우리나라 전체 가구수인 1,500만 가구를 모두 지열설비로 바꿀 경우 매년 1,000가구씩 설치하게 되면 1만5,000년이 걸린다는 공식이 성립된다”고 말했다.

‘땅속’ 열기가  에너지로 전환돼 지열로 재탄생

히트펌프 2014년 20조규모 예상 원예·축사농가 냉난방비 70% 절약

하늘에 ‘태양’이 있다면 지상엔 ‘지열’이 있다.

땅속의 열을 에너지로 전환하여 활용하는 지열에너지 시장이 본격화하고 있다. 특히 자연환경 조건으로 태양광고 함께 효율성이 높은 신재생에너지원으로 각광받고 있다.

지열에너지는 태양 복사열이나 지구 내부의 마그마열이 토양, 지표수, 공기 및 지하수에 저장된 무한 재생에너지를 말한다. 지열의 활용은 열에너지를 직접이용(Direct Use)하는 건물 냉난방용 ‘히트펌프’와 증기를 간접이용(Indirect Use)하여 전력을 생산하는 ‘지열발전’으로 구분한다. 

‘히트펌프’는 2014년 20조원 규모의 시장을 형성하여 보일러 대체기술로 급부상할 것으로 예상됐다. ‘히트펌프’는 1970년대 오일쇼크 이후 본격적인 적용이 시작돼 유럽과 일본에서는 1990년대 후반부터 상용화됐다. 

2001년 미국 환경보호국은 현존하는 냉난방 기술 중에서 지열히트펌프의 효율이 가장 높은 것으로 공인하였으며, 소모되는 에너지보다 3~4배 많은 에너지를 자연(지열)에서 추출하는 고효율 시스템으로 평가받고 있다.

지열발전, 비화산지대로 개발 가능해져  

‘지열발전’은 중저온 지열수로도 발전할 수 있는 최신기술과 비화산지대에서도 발전 가능한 열수를 생산하는 신공법이 등장함에 따라 향후 잠재적인 개발 경제성이 크게 향상된 것으로 분석되었다.

1905년 이탈리아에서 개발이 시작되었으며 화산지대의 지열발전은 석탄화력발전의 발전단가에 근접한 경제성을 확보하여 자생적 성장이 가능한 것으로 평가된다. 지열에너지 관련 산업은 일본과 유럽(프랑스, 독일, 덴마크 등)이 기술적 우위를 점하여 주도하고 있는 것으로 나타났다. 

히트펌프 시장에서 국내 LG전자와 삼성전자가 고도의 기술수준을 확보하고있으나 해외시장에서의 인지도와 제품군이 부족한 상태이다. 지열발전 시장은 북미와 유럽 업체들이 탐사와 시추분야를 주도하고 있으며, 발전설비는 일본업체들의 시장점유율이 68%에 달한다. 지열발전은 국내에서는 미개척 분야로 일부 중소벤처기업이 지질탐사에 대한 기초 기술을 확보하고 있는 상태다. 

산은기술평가원 관계자는 “지열에너지를 우리나라의 차세대 녹색성장 동력사업으로 육성하기 위한 지원이 필요하고, 지열발전의 경우 동남아 화산지역 사업에 프로젝트파이낸스 진출을 검토할 필요가 있다.”고 밝혔다.

한국지열협회 관계자는 “단독주택 및 시설원예 위주로 이뤄지는 현재 지열시장의 범위를 넓혀 공동주택 전체에서 지열 냉·난방을 지원할 수 있는 시스템을 개발해야 한다”면서 “주택 시장은 200조원을 형성하는 거대한 시장이 될 것”이라고 말했다. 그는 “지열의 경우 수출할 것이 없어 100% 내수 가능한 에너지원”이라며 “국내 연간 17조원의 시장을 형성하고 고용창출 및 취업유발에 큰 역할을 할 것”이라고 주장했다. 

지하수 지열협회 관계자는 “세계적으로 식생활용수를 절대적으로 지하수에 의존하는 국가가 전체 국가의 40%에 육박한다”면서 “지열에너지시스템의 경우도 우리나라에서는 이미 열효율성과 경제성이 입증됨에 따라 지하수·지열분야의 관계자들이 할 일이 많다는 것을 의미한다”고 강조했다.

한국지열협회 관계자는 “현재 국내에서 각광받고 있는 태양광과 풍력은 대부분 난방 사용이 불가능하다”며 “지열 냉·난방을 위해서는 히트펌프가 필수적으로 필요하고 히트펌프는 경제성이 뛰어나 지열 냉·난방의 전망이 밝다”고 말했다. 

지열 냉·난방 설비를 기존 시스템과 비교했을 경우 냉방은 50%, 난방은 77% 절감할 수 있다는 것. 히트펌프는 여름철 땅속 일정한 온도를 끌어와 실내를 시원하게 유지하고 겨울철에는 땅속 온도를 히트펌프로 높여 실내를 데운다. 특히 지열은 태양광과 풍력이 가동시간에 제한을 받는 것과는 달리 하루 24시간 사용 가능하다. 한편, 지열에너지 관련, 해외 각국이 정부 차원의 정책 및 지원이 전반적으로 진행되는데 반해 국내는 태양광, 풍력이 반도체, 발전시스템 등 산업연계가 가능한 반면, 지열은 연관성이 적다는 이유로 산업정책이 미흡하다는 점이 지적되고 있다. 

현재 국내 지열산업은 ▶ 공공의무화사업 ▶ 시설원예 지열난방 보급사업 ▶ 그린홈 100만 호 사업 등 국책사업 위주로 진행되고 있는데, 이같은 속도로는 지열에너지 산업의 급격한 성장이나 발전은 기대하기 어렵다는 것이다. 

한국지열협회 한 관계자는 “우리나라에서는 1년에 1,000세대에 지열이 보급되고 있다”면서 “선진국의 추세와는 너무 차이가 커 과연 2020년에 신재생에너지 강국으로의 진입이 가능할지 의문”이라고 말했다.