땅 속의 무한 에너지, 지열에너지와 지열 주택

햇빛 쨍쨍했던 화창한 날, 친구들과 운동장에서 뛰놀다 흙 바닥에 앉아 쉬던 추억을 갖고 계신가요? 어두컴컴한 여름밤 저녁, 친구들과 시원한 흙 바닥에 앉아 옹기종기 모여 이야기했던 추억도 있고요. 당연한 이야기인 듯하지만, 이런 추억 모두는 지구의 땅이 있었기에 가능했답니다. 

오늘은 여러분께 ‘땅’에 관한 에너지 이야기를 들려드리고자 합니다. 위에서 언급했던 추억을 주는 것 외에도, 땅은 우리에게 ‘지열에너지’라는 큰 선물을 주고 있는데요. 우리의 일상과 항상 붙어있는 땅에서 나오는 이 지열에너지란 무엇일까요? 지열에너지로 주택과 아파트의 관리비를 절감할 수 있다는데 어떤 원리로 가능한 것일까요? 땅과 관련된 에너지 이야기, 이제부터 시작합니다~

지열에너지란 무엇일까요?

지열에너지란 쉽게 말해 땅에서 얻는 열에너지를 뜻합니다. 화산 폭발로 용암이 흘러내리고 현무암에서 증기가 빠져나간 흔적들은 지열의 흔적이기도 하지요. 그런데 화산에서 나오는 열에너지, 온천을 뜨겁게 데울 정도의 열에너지만 지열에너지일까요? 아닙니다. 10도 이상만 되어도 우리의 일상에서 유용하게 사용할 수 있지요.

그렇다면 지열에너지를 활용하는 방법으로는 어떤 것들이 있을까요? 지열에너지는 생성되는 지열에너지 온도에 따라 직접이용, 간접이용, 지열펌프 등 3가지 방식으로 나눠 활용한답니다.

직접이용	간접이용	지열펌프
30~50℃의 지하수를 다른 형태의 에너지로 변환하지 않고 열 자체를 바로 활용하는 방법. 온천수, 수영장, 지역난방, 양어장, 금 침출, 석유 회수, 화학 추출 등으로 쓰임.	다른 에너지로 변환해서 이용하는방법. 보통 전기로 변환해서 송전하는 방식으로 활용하며, 화산지대에서 150℃ 이상 되는 고온의 증기로 터빈을 돌려 전기를 생산함.	연중 일정한 땅속의 온도(우리나라의 경우, 지하 25m에서는 16℃로 연중 일정)를 활용하는 방법. 지열펌프를  통해 주택 및 아파트의 냉난방으로  활용함.

<지열에너지의 장단점>

장점	단점
연중 내내 24시간 동안 에너지 생산이 가능하다. 이산화탄소를 배출하지 않는 청정에너지원이다. 유지 보수비가 상대적으로 저렴한 편이다. 구동비용 또한 저렴하다.	땅속 깊은 곳까지 시추해야 하므로 초기 투자비용이 높다. 비화산지대의 경우 투자 대비 경제적 이득이 크지 않다. 땅의 침전을 유발할 가능성이 있고, 지중상황 파악이 쉽지 않다.

지열에너지를 활용한 주택, 지열 주택

우리나라 정부는 2020년까지 신재생에너지 주택(Green Home) 100만 호 보급을 목표로 하고 있는데요. 이를 위해 태양광, 태양열, 지열, 소형풍력, 연료전지 등의 신재생에너지 설비를 주택에 설치할 경우 설치비의 일부를 정부가 보조ㆍ지원하는 ‘주택지원사업’을 시행하고 있답니다. 

이처럼 신재생에너지 설비를 설치한 주택들을 신재생에너지 주택 또는, 그린홈이라고 하는데요. 태양광, 태양열, 지열 등 신재생에너지를 도입하고 고효율 조명 및 보일러, 친환경 단열재를 사용하여 화석연료 사용을 최대한 억제하고, 온실가스 및 공기오염물질의 배출을 최소화하는 저에너지 친환경 주택을 뜻하지요.

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1. 지열 주택의 원리와 정의

신재생에너지 주택 중 지열 주택이란 연중 약 15℃로 일정한 지하의 온도를 히트 펌프를 통해 가정의 난방과 냉방에 이용하는 주택입니다. 여기서 히트 펌프란 저온의 열원에서 열을 흡수하여 고온의 열원으로 열을 운송하는 기계장치인데요. 물을 낮은 위치에서 높은 위치로 올리는 기계인 히트 펌프를 통해 지하수 및 지표수를 냉방 시에는 히트 싱크(열을 흡수하는 장치)로, 난방 시에는 히트 소스(열 공급원)로 삼아 건축물의 냉난방을 동시에 가능하도록 하는 것이죠!

2. 지열 주택의 장단점

장점	단점
기름보일러 대비 70~80%의 난방비 절감 효과가 있다. 안정적으로 운영한다면 장비 수명은 약 25년, 지하 열교환기 수명은 50년 이상이다 폭발이나 화재의 위험성이 없다. 이산화탄소를 배출하지 않는 청정에너지원이다.	초기 투자비가 많이 든다. 냉난방 면적이 작은 곳일 경우 시공비 부담이 크다. 땅의 침전 가능성이 있다. 장비 수명은 길지만, 유지보수 문제가 자주 발생할 가능성이 있다. 장비교체 비용이 발생한다.

3. 지열 주택의 혜택

일반적인 주택용 전기요금은 에너지 소비절약을 유도하기 위해 사용량이 늘어날수록 비용이 높아지는 누진구조입니다. 누진구간은 6단계로 나뉘며, 1단계와 6단계의 차이는 무려 11.7배에 달합니다. 하지만 지열 주택을 비롯한 여러 신재생에너지 주택은 이러한 누진제가 예외로 적용됩니다. 단가뿐만 아니라 세금 측면에서도 유리한 것이죠.

아래 표를 보면 지열은 기름과 LPG, 심야 전력과 난방 열량당 단가를 따져보았을 때 경제적 효율이 뛰어나다는 사실을 알 수 있습니다.

구분	기름	LPG	심야 전력	지열
난방 열량 단가(원/kcal)	191.7	229.3	72.5	39.6

자, 이렇게 지열에너지와 지열 주택에 대해 알아봤습니다. 화산 근처의 지열이나 물을 뜨겁게 데울만한 지열만이 지열에너지원으로 쓰이는 게 아니라는 사실! 우리가 일상에서 항상 접하고 있는 땅에서도 충분히 에너지원을 만들어낼 수 있는 지열에너지, 그리고 이를 활용한 주택이 신기하지 않으신가요? 앞으로 좀 더 많은 연구와 개발이 이루어져 청정한 에너지원인 지열에너지가 좀 더 널리 쓰이는 날이 온다면 좋겠습니다!