[ 김해 창 교수 의 에너지 전환 이야기 ] < 55 > 지열 발전 의 문제점 과 과제 를 말 한다 : 국제 신문 
 | 입력 : 2018 - 08 - 06 13 : 59 : 52 
 2017 년 11 월 15 일 경북 포항 에서 규모 5 . 4 지진 이 발생 했 다 . 이 와 관련 해 지난 4 월 국제 학술지 ‘ 사이언스 ( Science ) ’ 지 발표 논문 에 이어 포항 지역 전문가 들 이 중심 이 된 ‘ 11 · 15 지진 지열 발전 공동 연구 단 ’ 과 포항 지역 발전 협의회 가 또 다시 지열 발전소 를 지진 원인 으로 지목 하 고 나 서 포항 지진 과 지열 발전 의 연관 성 에 대한 논란 이 가열 되 고 있 다 . 포항 지진 논란 의 중심 에 지열 발전 이 있 다 . 지열 발전 의 원리 나 실태 에 대해 알아보 자 . 
 인류 는 지열 을 오랜 기간 에 걸쳐 난방 과 온수 이용 , 요리 등 에 이용 해 왔 다 . 
 지열 을 발전 에 처음 이용 한 것 은 19 세기 초 이탈리아 의 토스카나 주 라르 데 레 로 에 있 는 붕 산소 공장 이 었 다 . 당시 공장 총지배인 이 던 지 놀 콘티 씨 가 1904 년 천연 증기 열 을 이용 해 붕산 용액 을 농축 하 는 과정 에서 천연 증기 로 전기 를 만들 면 어떨까 하 는 생각 을 한 것 이 최초 의 시도 였 고 , 그 뒤 1904 년 250 ㎾ 의 지역 발전소 가 세워졌 다 . 이탈리아 는 현재 82 만 2000 ㎾ 의 발 전용량 을 생산 해 미국 , 필리핀 에 이어 지열 발전량 에서 세계 3 위 를 차지 하 고 있 다 . 1960 년 미국 에서 11 ㎿, 세계 최대 규모 의 지열 발전소 인 캘리포니아 게 이 서 ( California Geyser ) 가 세워졌 다 . 
 지열 발전 ( geothermal power ) 은 지중 의 열 에 의해 고온 이 된 수증기 를 이용 하 고 발전 하 는 것 이 다 . 지중 에서 뽑아낸 고온 의 증기 에 는 열수 도 포함 돼 있 기 때문 에 먼저 열수 와 증기 를 분리 한다 . 증기 는 압축기 로 압력 을 안정 시킨 뒤 터빈 에 보내 지 고 , 발전기 와 직결 한 터빈 을 돌려 발전 한다 . 다 사용 한 증기 는 냉각탑 에 보내 물 로 되돌린다 . 주요 설비 로 는 지열 을 회수 하 기 위한 열 교환기 와 회수 한 저온 의 지열 을 유효 에너지 로 변환 시키 기 위한 히트 펌프 ( heat pump ) 가 있 다 . 히트 펌프 란 지열 과 같 은 저온 의 열원 으로부터 열 을 흡수 해 고온 의 열 원 에 열 을 주 는 장치 로 열 을 빼앗긴 저온 측 은 여름철 냉방 에 , 열 을 얻 은 고온 측 은 겨울철 난방 에 이용 할 수 있 는 설비 이 다 . 
 2015 년 기준 으로 지열 발전 은 전 세계 적 으로 24 개국 에 13 . 3 GW 가 설치 돼 있 으며 , 2021 년 까지 지열 발전 설치 규모 는 연평균 6 % 증가 할 전망 이 다 . 10 년 전 인 2005 년 세계 지열 발전 설비 용량 의 합계 는 8 . 9 ㎿ 로 지열 이 세계 전력 생산 에서 차지 하 는 비율 은 약 0 . 3 % 였 다 . 
 세계 적 으로 지열 발전 을 실시 하 는 국가 는 화산 이 많 은 이탈리아 , 뉴질랜드 , 미국 , 일본 으로 오래 전 부터 지열 에 관한 연구 개발 이 추진 돼 왔 다 . 지열 발전 의 에너지원 으로서 의 평가 는 해양 보다 약 1000 배 의 열용량 을 가진다고 평가 되 고 있 다 . 지열 의 이용 은 1 ㎞ 당 약 30 ℃ 식 증가 열 이 증가 돼 깊이 에 따라 다양 한 온도 의 열 을 이용 할 수 있 다 . 지열 은 약 3 ㎞ 지점 에서 지열 의 온도 가 약 90 ℃ 생성 됨 으로써 건물 의 난방 및 급탕 열 로 사용 되 고 , 지하 5 ㎞ 지점 에서 약 240 ℃ 의 열 이 생성 돼 대용량 터빈 을 이용 해 전기 에너지 를 생산 하 는 데 이용 되 고 있 다 . 
 국가 별 선두 는 미국 으로 이 중 약 90 % 가 캘리포니아 에 집중 돼 있 다 . 미국 에 이어 발 전용량 이 많 은 곳 은 화산 의 나라 필리핀 으로 필리핀 의 경우 국내 에 건설 을 추진 했 던 2 기 의 원자력 발전소 를 운전 개시 직전 에 폐기 하 고 대신 에 같 은 발 전설 비용량 의 지열 발전소 를 건설 했 다 . 필리핀 은 국내 총 발전량 의 약 4 분 의 1 을 지열 로 충당 하 는 ‘ 지열 발전 대국 ’ 이 다 . 산유국 이 자 500 ~ 600 개 의 화산 이 존재 하 고 , 세계 의 지열 매장량 의 40 % 를 갖 고 있 는 인도네시아 는 화석 연료 의 고갈 을 대비 해 2015 년 까지 국내 전력 중 4 . 5 GW 를 지열 발전 으로 조달 하 고 , 2025 년 까지 9 . 5 GW 생산 을 목표 로 삼 고 있 다 . 인도네시아 수마트라섬 에서 는 출력 330 ㎿ 의 지열 발전소 가 건설 중 이 다 . 
 화산 등 지열 자원 이 빈약 한 독일 도 2011 년 바이너리 지열 발전 이 실용 화 돼 있 다 . 지하 깊이 4 ㎞ 의 우물 을 파 면 약 100 ℃ 의 지열 에너지 를 얻 을 수 있 는데 독일 에 는 3 곳 의 지열 발전소 가 가동 되 고 있 다 . 우리 나라 의 ‘ 이 더블유 케이 ’ 는 바이너리 사이클 지열 발전 사업 분야 에서 세계 시장 점유 율 1 위 를 차지 하 고 있 는 기업인 오 맛 과 엑 서지 등 의 글로벌 우량 고객 을 확보 하 며 독점 적 공급 업체 의 지위 를 구축 하 는 데 성공 했으며 , 그 결과 2016 년 지열 발전 설비 핵심 부품 분야 에서 글로벌 2 위 의 시장 점유 율 을 확보 했 다고 한다 . 이 회사 는 독보 적 인 설계 능력 과 업계 최초 100 ℃ 이하 저온 지열 발전 장치 특허 권 을 획득 했 다고 한다 ( 아이 뉴스 24 , 2017 . 8 . 4 ) . 
 한편 한국 서부 발전 이 아프리카 케냐 에서 지열 280 ㎿· 태양광 40 ㎿ 발전 사업 을 추진 하 고 있 다 . 서부 발전 은 지난 7 월 20 일 ( 현지 시간 ) 나이로비 에서 현지 개발 사 소시 안 에 너지 ( Sosian Energy ) 사 와 320 ㎿ 규모 재생 에너지 사업 을 공동 개발 하 는 내용 의 양해 각서 를 체결 했 다고 밝혔 다 . 양사 는 이번 계약 을 통해 메낭 가이 140 ㎿ 지열 발전 , 나쿠루 140 ㎿ 지열 발전 , 그 외 지역 40 ㎿ 태양광 발전 을 각각 추진 키로 했 다 . 소시 안 에 너지 가 부지 및 사업 권 확보 에 나 서 연내 사업 타당 성 조사 를 벌인 뒤 순차 적 으로 사업 착수 에 나선다는 계획 이 다 ( 이투 뉴스 , 2018 . 7 . 24 ) . 
 지열 발전 은 자연 에너지 로 반영구 적 으로 안 전하 게 이용 할 수 있 고 , 가동 률 이 높 고 발전 원가 가 저렴 하 다는 장점 이 있 는 반면 다음 과 같 은 단점 이 있 다 . 
 첫째 , 지진 을 유발 할 수 가 있 다는 것 이 다 . 지하 의 열 추출 로 인해 미세 한 지진 이 발생 할 수 있 다 . 소규모 지진 유발 사례 로 스위스 바젤 의 지열 발전 의 경우 2006 년 부터 개발 이 진행 돼왔 는데 규모 3 . 0 의 지진 이 자주 발생 하 고 주택 과 건물 에 약 700 만 스위스 프랑 의 피해 를 가져와 조사 결과 , 개발 을 계속 하 면 최대 규모 4 . 5 정도 의 의 지진 을 유발 할 수 있 다는 것 이 지적 돼 2009 년 에 개발 중지 된 바 가 있 다 . 
 부산대 손문 교수 연구 팀 이 지난해 11 월 15 일 발생 한 포항 지진 진원지 를 찾 아 조사 하 고 있 다 . 최근 포항 지진 과 지열 발전 의 연관 성 을 두 고 논란 이 가열 되 고 있 다 . 국제 신문 DB 
 우리 나라 에서 는 지난해 11 월 규모 5 . 4 의 포항 지진 과 지열 발전 의 연관 성 을 두 고 논란 이 가열 되 고 있 다 . 포항 에 지열 발전소 를 건설 한 산업 통상 자원 부도 지난 3 월 대한 지질 학회 의 전문가 들 로 구성 된 ‘ 포항 지진 과 지열 발전 의 연관 성 분석 연구 단 ’ 을 꾸려 조사 중 이 다 . 포항 의 지열 발전 은 산업 통상 자원 부가 민간 기업 넥스 지오 에 의뢰 해 진행 한 ‘㎿( 메가와트 ) 급 지열 발전 상용 화 기술 개발 ’ 국가 연구 개발 ( R & D ) 프로젝트 로 섭씨 최고 170 도 에 이르 는 포항 흥해읍 지하 4 ㎞ 아래 의 열 을 이용 해 전기 를 생산 하 자는 것 으로 , 화산지대 가 아닌 곳 에서 의 지열 발전 이용 은 포항 이 아시아 최초 라 할 수 있 다 . 
 문제 는 지열 발전 을 위해서 는 땅 속 에 물 을 주입 해야 하 는 데 높 아 진 수압 으로 지층 이 흔들리 면서 지진 이 유발 됐 다는 게 ‘ 11 · 15 지진 지열 발전 공동 연구 단 ’ 의 주장 이 다 . 연 구단 은 “ 물주 입 단계 에서 규모 3 . 1 의 지진 을 포함 해 2016 년 1 월 부터 2017 년 9 월 까지 63 회 의 유발 지진 이 발생 했 는데 도 시민 에게 알리 지 않 았 다 ” 며 “ 개발 단계 에 도 이 를 단순히 미소 진동 이 라고 표현 했 다 ” 고 설명 했 다 . 
 지난 4 월 ‘ 사이언스 ’ 지에 발표 한 이진한 고려대 지구 환경 과학 과 교수 팀 의 연구 논문 ‘ 2017 년 포항 지진 의 유발 지진 여부 조사 ’ 에서 는 ▷ 발전소 의 물 주입 시점 과 지진 발생 시점 이 일치 했 고 ▷ 지진 의 진앙 이 물 주입 지점 근처 로 몰려 있 으며 ▷ 진원 의 깊이 가 일반 적 자연 지진 보다 얕 고 , 물 주입 깊이 와 일치 했 다는 점 을 지열 발전 으로 인한 유발 지진 이 라는 주장 의 근거 로 들 었 다 . 
 연 구단 은 그간 포항 지진 이 지열 발전 과 관계 가 없 다고 제기 한 주장 도 반박 했 다 . ▷ 지열 발전 으로 큰 규모 의 지진 이 발생 할 수 없 다지만 , 예상 보다 큰 유발 지진 이 발생 할 수 있 다는 해외 논문 과 ▷ 포항 지진 은 지열 발전 의 물 주입 을 2 개월 이상 중단 한 이후 에 발생 해 연관 이 없 다는 주장 이 있 으나 , 주입 된 물 의 거동 에 따라 몇 개월 이후 지진 이 발생 하 기 도 한다는 국내 · 외 연구 결과 와 ▷ 주입 된 물 의 양 이 적 어 유발 지진 이 아니 라는 주장 도 있 으나 , 주 입량 이 적어도 큰 지진 이 날 수 도 있 다는 해외 논문 등 이 근거 다 ( 중앙일보 , 2018 . 7 . 23 ) . 
 반면 한국 지질 자원 연구원 은 지난 6 월 ‘ 일반인 을 위한 한반도 동남 권 지진 보고서 ’ 를 발간 해 포항 지진 은 단층 운동 으로 발생 했 다고 설명 했 다 . 응력 의 영향 으로 기존 단층대 가 재 활성 화 되 면서 발생 할 수 있 는 지진 성 단층 운동 의 중요 한 사례 라는 것 이 다 . 앞 으로 규모 6 . 0 이상 의 지진 도 올 수 있 다고 덧붙였 다 . 
 둘째 , 지열 발전 은 계획 에서 건설 까지 10 년 이상 의 기간 을 필요 로 하 고 지하 시굴 에 많 은 비용 이 들 며 , 가동 후 다른 자연 에너지 와 비교 해도 높 은 비용 이 드 는 편 이 다 . 일본 의 경우 2005 년 조사 에서 는 지열 발전 의 발전 단가 가 8 . 3 엔 / ㎾ h 이 었 는데 2013 년 도 의 고정 가격 매입 제도 ( FIT ) 에서 의 매입 가격 이 15 ㎿ 미만 ( 40 엔 + 세금 ) , 15 ㎿ 이상 ( 26 엔 + 세금 ) 으로 이용자 입장 에서 비용 부담 이 큰 편 이 다 . 
 셋째 , 발전량 이 줄어들 고 있 고 , 에너지 효율 이 낮 은 편 이 다 . 대부분 의 발전소 가 소정 의 출력 을 유지 하 지 못하 고 있 다는 것 이 다 . 또한 에너지 효율 이 낮 은 것 으로 평가 된다 . 일본 지열 발전소 의 평균 발전 열효율 은 15 ~ 20 % 의 범위 이 다 . 이 때문 에 발전량 의 4 배 이상 의 열 이 지상 에 방출 된다 . 대부분 의 발전소 가 산 에 있 기 때문 에 냉각 수단 은 냉각탑 을 이용 하 는 수 밖에 없 다 . 
 앞 으로 지열 발전 에 대해서 는 좀 더 과학 적 인 연구 결과 에 따라 정책 방향 을 새로 세워야 할 것 같 다 . 김해 창 경성 대 환경 공학 과 교수