지열 에너지의 일반적인 개념은 알고 계시겠지만, 그 기초적인 내용까지 모두 알고 계신가요? 간단히 말해, 지열 에너지는 지구 내부의 열에너지입니다. 다시 말해, 지열 에너지는 태양에서 나오는 에너지를 제외하고 유일하게 재생 가능한 에너지 자원입니다. 엄밀히 말하면 완전히 재생 가능한 에너지는 아니지만 , 인간의 시간 척도에서는 고갈되지 않기 때문에 실질적인 목적에서는 재생 가능한 에너지로 간주됩니다.
지구 내부의 열의 기원
지구 내부의 열은 주로 우라늄-238, 토륨-232, 칼륨-40과 같은 방사성 원소의 붕괴 에서 비롯됩니다. 이러한 원소들은 끊임없이 붕괴하면서 열에너지를 방출합니다. 또 다른 중요한 요인은 지각판의 충돌 인데, 이 과정에서 발생하는 운동과 마찰로 인해 열이 방출됩니다. 특정 지역에서는 지열이 더욱 집중되어 있는데, 화산, 마그마 흐름, 간헐천, 온천 근처가 그러한 예입니다 . 이러한 지역에서는 지열을 에너지 생산에 활용하기가 더 용이합니다.
지열 에너지 사용
지열 에너지는 2.000년 이상 사용되어 왔으며, 로마인들은 온천을 이용한 목욕 과 난방을 개척했습니다. 최근에는 건물과 온실 난방, 그리고 전력 생산에도 사용되고 있습니다 . 지열 에너지를 얻을 수 있는 저장소는 크게 세 가지 유형이 있습니다.
- 고온 저장소
- 저온 저장소
- 건조한 뜨거운 암석 저수지
고온 저장소
지열 저류층은 활성 열원에 인접하여 지하수 온도가 100°C를 초과할 때 고온 지열층 으로 간주됩니다. 지하에서 열을 추출하려면 석유나 천연가스 저류층과 유사한 기능을 하는 지열 저류층 이 존재할 수 있는 지질학적 조건이 충족되어야 합니다. 이러한 암석에 의해 가열된 물은 지표면으로 상승하여 불투수층에 갇힌 지열 저류층에 도달할 때까지 상승합니다. 그러나 이 불투수층에 균열이 있는 경우 증기나 뜨거운 물이 상승하여 온천이나 간헐천 형태로 지표면에 나타날 수 있습니다 . 이러한 열원은 고대부터 이용되어 왔으며 현재 난방 및 산업 공정에 활용되고 있습니다.
저온 저장소
저온 저장소는 다음과 같습니다. 물의 온도가 60~100°C에 이릅니다.. 이러한 경우 열 흐름은 정상이므로 활성 열원이나 불투수층이 필요하지 않습니다.
여기서 핵심은 경제적으로 활용이 가능하도록 충분히 높은 온도에 도달할 수 있는 깊이에 물 저장고를 갖는 것입니다.
건조한 뜨거운 암석 저수지
예금 건조하고 뜨거운 암석 그들은 다음 중 하나이기 때문에 훨씬 더 많은 잠재력을 가지고 있습니다. 250-300ºC 수심 2.000~3.000m 사이입니다. 이 암석에서 열을 추출하려면 다음이 필요합니다. 다공성으로 만들기 위해 파쇄한다.
이 시스템에서는 차가운 물이 표면에서 주입되어 뜨거운 다공성 암석을 통과하고 그 과정에서 가열된 다음 증기로 추출되어 전기를 생산합니다. 그러나 이러한 광상은 채굴에 필요한 파쇄 및 드릴링 기술로 인해 어려움을 겪고 있습니다.
매우 낮은 온도의 지열 에너지
우리는 또한 하층토를 다음과 같이 생각할 수 있습니다. 15ºC에서 열원, 완전히 재생 가능하고 무궁무진합니다. 적절한 수집 시스템과 열 펌프를 사용하면 이 열을 최대 50°C까지 도달할 수 있는 난방 시스템으로 전달하여 난방과 가정용 온수를 제공할 수 있습니다.
이 시스템은 여름철에도 사용할 수 있으며, 열을 지하에 40°C로 저장합니다. 주요 단점은 외부 회로를 매설하는 데 넓은 면적이 필요하다는 점이지만, 에너지 절약 효과와 난방 및 냉방 모두에 사용할 수 있는 다용도성이 가장 큰 장점입니다.
지열 히트펌프
이러한 유형의 시스템에서 필수적인 요소는 열 펌프. 이 열역학적 기계는 다음을 기반으로 작동합니다. 카르노 사이클, 두 소스, 즉 저온 소스와 고온 소스 사이에서 열 운반체 역할을 하는 가스에서 채취됩니다.
이 펌프는 15°C의 지면에서 열을 추출하고 온도를 높여 내부 회로의 공기를 가열할 수 있어 기존 공조 시스템보다 훨씬 높은 성능을 발휘합니다.
지구와 회로 교환
우리는 경제적이지만 지리적으로 제한적인 지표수를 이용한 교환 시스템 과 직접 또는 보조 회로를 통해 이루어질 수 있는 토양을 이용한 교환 시스템을 구분할 수 있습니다 .
- 직접 교환: 간편하고 저렴하지만 누수 및 동결 위험이 있습니다.
- 보조 회로: 더 비싸지만 큰 온도 변동을 피합니다.
하층토와 같은 안정적인 온도 소스로부터 열을 흡수함으로써 이러한 시스템은 대기 조건에 관계없이 일년 내내 일정하고 효율적인 성능을 제공한다는 점에 유의해야 합니다.
에어컨 시스템의 성능
La 에너지 효율 지열 공조 시스템은 탁월합니다. 냉각 성능은 최대 500%, 난방 성능은 400%에 달합니다. 이는 사용된 각 에너지 단위에 대해 냉동의 경우 최대 5단위의 열에너지가 생성될 수 있음을 의미합니다.
높은 효율성 외에도 이 시스템은 지구가 지속적인 열원을 제공하기 때문에 태양 에너지나 풍력 에너지의 변동에 의존하지 않는다는 장점이 있습니다.
지열 에너지 분포
지열 에너지는 지구 전체에 분포되어 있지만 화산 지역과 지각 단층에 더 집중되어 있습니다. 미국과 인도네시아의 태평양 연안과 같은 지역은 잠재력이 높습니다. 그러나 현대 드릴링 기술을 사용하면 그 활용을 다른 영역으로 확장할 수 있습니다.
지열 에너지의 장단점
장점 :
- 전 세계에서 가용성.
- 인간 규모에서는 무궁무진합니다.
- 알려진 가장 저렴한 에너지.
단점 :
- 유황 가스 방출 가능성.
- 장거리에 대한 열 전달은 불가능합니다.
- 초기 설치 비용이 높습니다.
지열 에너지의 미래
지구의 지열 잠재력은 엄청나며, 수백만 년 동안 세계의 에너지 수요를 공급하기에 충분한 에너지가 지하에 저장되어 있습니다. 시추 기술이 발전함에 따라 지열 에너지의 사용은 산업 공정, 건물 난방 및 전기 발전에 점점 더 널리 퍼질 것으로 예상됩니다.
더 낮은 온도에서 전기를 생산할 수 있는 블레이드 없는 터빈과 같은 신기술의 개발로 인해 지열 에너지는 전 세계 에너지 공급의 필수적인 부분이 될 전망이 있습니다.
따라서 지열 에너지는 깨끗하고 풍부한 대안을 제공할 뿐만 아니라 탄소 배출량을 줄이면서 더 큰 에너지 자립을 향해 나아가는 데 도움이 될 수 있습니다.