지열발전의 원리는 무엇일까요?

Question

발전의 종류에 대표적인건 원자력과 화력인데요.

이외에 지열발전 이란걸들었습니다. 지열발전의 원리는 무엇일까요? 그리고 대표적 지열발전는 어디있을까요?

Answer 1

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.

지열이란 지표면의 얕은 곳에서 부터 수 Km깊이에 뜨거운 물과 돌을 포함하고 있는 땅의 에너지를 말하며 이 이너지를 이용해 전기를 만드는 것입니다

Answer 2

안녕하세요. 설재훈 과학전문가입니다. 지표면의 얕은 곳에서 부터 수 Km깊이에 뜨거운 물과 돌을 포함하고 있는 땅의 에너지 냉·난방시스템으로 이용하여 여름철에는 실내의 높은 온도를 지중으로 겨울철에는 지중으로부터 열을 흡수하여 난방을 수행할 수 있다.

Answer 3

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

지열 온천이나 지열 탄화물로부터 지열 수련 시스템을 통해 열을 추출합니다. 지열 수련은 수많은 구멍을 뚫어 지열 영역으로 흐르는 열기체(일반적으로 물 또는 액체)를 채취하는 것을 포함합니다. 추출한 열기체는 증발기에 통과하여 열을 전달하고 증발합니다. 이로써 생긴 고온 증기는 터빈으로 이동하여 회전시키고 전기를 생산하는 발전기에 연결됩니다. 회전하는 터빈은 발전기를 구동하여 전기를 생산합니다. 터빈에서 사용된 고온 증기는 다시 액체로 변환되기 위해 냉각되고, 이후 지열 수련 시스템을 통해 다시 지열 영역으로 순환됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

지열발전은 지구 내부의 열을 이용하여 전기를 생산하는 방식입니다 지구 내부는 맨틀 지각 핵으로 이루어져 있으며 맨틀과 지각은 매우 뜨겁습니다 이 열은 지하수를 가열하면 증기가 만들어지고이 증기를 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산합니다지열발전은 화산 활동이 활발한 지역에서 주로 이루어지며 대표적인 지열발전소는 미국의 옐로스톤 국립공원 아이슬란드의 게이시르 지열지대 필리핀의 탈로스 지열발전소 등이 있습니다

Answer 5

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 지하 깊은 곳에는 지구 내부에서 생성되는 열이 존재합니다. 이 열을 수집하기 위해 깊은 구멍을 파고 지열 에너지를 추출하는 용매 (일반적으로 물)를 통과시킵니다. 수집된 지열 에너지는 표면으로 이동하기 위해 펌프를 통해 지상으로 올려집니다. 이 과정에서 열을 전달하는 열교환기를 통과하면서 열 에너지를 온수로 전달합니다. 온수는 지열 발전소에서 보일러로 향하게 됩니다. 보일러 내에서 온수는 고압 증기로 변환됩니다. 이 고압 증기는 발전기로 전달됩니다. 발전기는 고압 증기의 힘을 이용하여 회전하는 터빈을 구동합니다. 회전하는 터빈은 발전기로 연결되어 전기를 생산합니다.

Answer 6

안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.

지열은 지구 내부에서 표면을 거쳐 외부로 나오게 되는 열을 말합니다. 지구는 중심부로 갈수록 온도가 높아져 지구 중심부의 온도는 4000℃에 달합니다. 이러한 지열은 열전도에 의해서나 가스, 온수, 화산분출 등에 의해 유출되는데 그 양은 지역적으로 크게 다르지만 지구의 전표면에서 방출됩니다.

엄밀히 말해 지열에너지는 재생이 불가능한 에너지원이지만 지구 자체가 가지고 있는 에너지이므로 굴착하는 깊이에 따라 잠재력은 무한이라 할 수 있습니다.

지열에너지는 저온 열수를 직접 이용하는 온천 등의 관광자원 또는 프랑스나 헝가리에서 전형적인 예를 찾을 수 있는 것처럼 난방 열원 등으로서는 많이 개발되었다고 할 수 있으나 에너지원으로서는 그다지 개발된 자원은 아니라 할 수 있습니다.

현재 지열에너지 이용에 가장 많이 채택되고 있는 것은 지열을 직접 이용하는 방식이나 앞으로는 지열 발전의 비중이 직업 이용 방식보다 커질 전망이며 지열 발전은 지하에 있는 고온층으로부터 증기 또는 열수의 형태로 열을 받아들여 발전하는 방식입니다

지구는 하나의 거대한 보일러이며 이것을 이용한 에너지 전환 장치는 여러 가지를 생각할 수 있지만 현재 발전에 이용되는 것은 지열로 발생한 증기를 이용하는 것입니다.

빗물이 단층 등을 통해서 지하로 흘러 들어갈 때 그 근처에 마그마가 모여있으면 고온의 물이 되는데 이 때 우물을 파면 물의 압력이 낮아지면서 고온의 수증기가 되어 뿜어 나오게 됩니다. 이 증기로 터빈을 돌리는 것이 지열 발전입니다.

지열발전은 운전기술이 비교적 간단하고 가동률이 높으며 잉여열을 지역에너지로 사용할 수 있다는 이점이 있습니다.

전 세계 지열에너지의 양은 그리 크다고 할 수 없지만 하와이와 일본에서 개발 가능한 지열 지대가 많이 발견되었으며 환경과의 조화, 지진에너지와의 관련 때문에 이용 가능은 전 세계적으로 6000kW 정도로 여겨지고 있습니다

Answer 7

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.

◈ 지열발전의 원리

◆ 발전방식

일반적으로 지열유체 중 증기만을 이용하여 발전하는 천연증기 발전방식이 채택된다. 이탈리아의 랄데라로, 미국의 가이저와 같이 건조한 증기가 분출하는 곳은 드물고, 대개의 경우 물이 섞인 증기가 분출하므로, 기수분리기(氣水分離器 : 세퍼레이터)로 증기를 분리하여 사용한다.

터빈의 형식으로는 증기 속에 비응축성의 가스가 많을 때라든가, 소규모로 일시적인 발전을 위해서는 배기를 대기중에 방출하는 배압식 터빈이 사용되는데, 보통은 배기를 복수기로 응축시키는 복수터빈이 사용된다. 기수분리기로 분리된 열수가 고온ㆍ다량일 때에는 이것을 저압증발(플러쉬)시켜서 발생한 증기를 혼압터빈의 저압단에 넣어서 출력증가를 꾀한다. 이것을 플러쉬발전이라 하는데, 새로운 지열발전소에는 이형식이 채택되고 있는 곳이 많다.

복수기에는 직접 접촉식의 제트콘덴서가 채택되며 거기에 사용하는 대량의 물을 냉각해서 재사용하기 위한 냉각탑이 설치된다.

증기발전과는 달리 열수의 열에너지를 이용하여 발전하는 열수발전방식이 있는데, 이 방식의 발전소는 아직 예가 드물다. 지열발전용의 터빈 입구압력이 고작 7kg정도의 저압터빈이기 때문에 화력발전용의 터빈에 비하여 대형이 된다. 또 증기 속에 함유되어 있는 비응축성 가스를 제거하는 가스추출기도 독특한 설비이다.

▲ 발전의 현황

지열증기의 분출은 비교적 안정되어 있어서, 발전소의 유지ㆍ운전도 비교적 쉽고, 가동률은 90%내외로 매우 높다. 또 새로운 발전소에서는 무인화도 진전되고 있다. 지열발전은 1904년 이탈리아의 랄데렐로에서 시작되어 제2차 세계대전 후 세계 각지로 보급되었다. 특히 최근에는 석유대체 에너지의 하나로서 그 개발이 촉진되어 1985년 세계의 지열발전소의 총설비용량은 약 475만 4,000kW에 달한다. 외국의 지열발전소로는 가이저(미국)ㆍ이라케이(뉴질랜드)ㆍ랄데렐로(이탈리아)등이 유명하다.

지열발전은 원리적으로 연료를 필요로 하지 않으므로 연료연소에 따르는 환경오염이 없는 클린에너지의 하나이다. 그러나 열정에서 분출하는 비응축성 가스 중에는 소량의 황화수소가 함유되어 있는데, 현재로서는 농도가 낮아 환경기준 이하이므로 문제가 없지만, 장차 대량으로 분출하게 된다면 탈황장치가 필요해질 것이다. 또 열수 중에는 미량의 비소가 함유되어 있기 때문에 열수는 전량 지하환원되고 있는데, 경제적인 탈비소기술이 확립된다면 열수는 귀중한 저온열에너지 자원으로서 다목적으로 이용할 수 있다.

지열발전의 비용은 대부분을 지열발전소의 건설비와 지열정의 굴착비가 차지하는데 지열자원의 질과 발전형식에 따라서도 달라지지만 계산된 값은 수력ㆍ화력ㆍ원자력 등 다른 발전방법과 충분히 대항할 수 있는 경제성을 갖는다. 또 화력이나 원자력에 비하면 발전소의 규모는 작지만 그 나름의 경제성을 지니고 있는 점이 강점이며, 소규모 분산형의 로컬에너지 자원으로서의 특색도 갖추고 있다.

지열은 지구중심부에 있는 섭씨 1,000도에 가까운 열을 이용하는 것이다. 땅속으로 1km씩 들어 갈 때마다 온도는 섭씨 30도씩 높아진다. 따라서 지하 3km에 이르면 이곳의 온도는 섭씨 90도가 되고 9km에 이르 면 섭씨 270도에 도달하게 된다.

지열에너지는 지구의 용융 중심부가 지표면 가까이 나와 있는 곳(특히 태평양 연안의 화산대)에서 끊임 없이 밖으로 방출되는 열을 에너지원으로 이용하는 것이다. 지열은 일부 다른 재생 에너지원들과는 달리 그 크기가 일정하며 바위가 식어질 최악의 경우에도 그 변화가 아주 느리기 때문에 기저 부하용으로 적합 하다.

1900년대 이탈리아에서 처음으로 지열발전이 성공을 거둔 이래 일본, 미국 등에서 시도하여 여러 곳에서 지열발전을 하고 있다. 우리나라는 지열발전을 이용할 만한 자원이 없는 것으로 알려지고 있다. 1989년 현재 세계 총 지열발전용량은 5.1GW이고 2GW가 건설 중에 있다. 세계적으로 지열발전의 선두주자는 2.2GW를 가진 미국이며 샌프란시스코의 공급전력의 많은 부분은 지역발전에 의한 것이다. 그 다음이 0.9GW의 필리핀과 0.7GW를 가진 멕시코이다.

지열 이용을 위한 고전적 필수 요건은 고온을 발생하기에 충분한 깊이(보통 5~6km)에 있는 삼투성 암반 또는 대수층(Aquifer)과 고온수가 지표위로 누출되는 것을 방지해 주는 불침투성 암반층이 존재해야 한다. 그리고 넓은 구역에 열을 집적시켜 열저장 매체인 뜨거운 지하수(어떤 경우에는 증기)를 이용하여 이를 추출 할 수 있어야 한다. 지열발전소에는 전형적으로 5~6개의 열생산 우물과 한 개의 재주입 우물 (Reinjection Well)이 있다.

재주입 우물은 대수층을 유지시켜 줄 뿐만 아니라 지열이 다른 곳으로 빠져나가지 않도록 가능한 한 많은 지열을 재주입 한다. 이것은 발전소 수명기간 동안 (보통 20~30년) 암반이 발전에 부적합할 정도로 식는 것을 방지하여 준다.

지열의 온도가 발전에 사용되기에 너무 낮을 경우 (섭씨 170도 이하)에는 농업용 또는 지역난방과 같은 다른 에너지원을 보완하는데 사용될 수 있다. 아이슬랜드의 경우 80%의 가정이 이러한 방식으로 난방하고 있으며, 프랑스 파리에도 소규모 지열 난방시설이 있다. 일본은 지열을 직접 이용하는 주된 나라이며, 열출력으로 4GW 이상의 지열을 목욕물이나 온천수를 데우는데 이용하고 있다. 1989년 현재 이러한 용도로 사용되는 전세계의 지열 총량은 15GW(열출력기준)이다.

현재 미국, 프랑스, 영국, 독일, 일본 등에서는 인공 대수층에 필요한 조건을 만드는 방법을 연구하고 있으며 이러한 방법이 가능하게 되면 지표면에서 섭씨 200도의 뜨거운 암반에 일정기간 물을 주입시켰다가 다시 회수할 수 있다.

21세기 초에 가면 지열발전은 약 15GW가 될 것으로 예측되며 이는 연간 2천 5백만 톤의 석유에 해당하는 에너지로 연간 총 에너지 소비량의 0.3%에 해당한다. 비록 지열발전이 여전히 큰 비중을 차지하지 못하고 있으나 20년만에 3배 증가하였으며 21세기에는 상당한 규모로 확대될 전망이다.

◆ 일본 지열발전 구조

(1)지열발전 (地熱發電 , geothermal power generation)

지각 내에 축적된 열량을 이용해 발전 등의 에너지원으로 이용하는 것.

(2)다른 나라의 지열 이용 현황

1998년 설치된 세계의 지열 전기 발전 용량은 8240MW로 지열 전기발전의 최대 생산국은 미국이며 그 다음이 필리핀이다. 필리핀, 인도네시아, 태국은 지열에너지를 주로 전기생산에 사용하며, 중국과 대만은 직접 지열적용을 주로하며, 나머지는 전기생산에 사용한다. 설치된 발전소의 용량이 1848MW 인 필리핀은 태평양판과 유라시아판의 경계에 위치하기 때문에 풍부한 지열자원을 갖고 있다. 필리핀 최초의 지열발전소는 1979년에 가동을 시작하였고, 426MW 용량의 Mak Ban 과 330 MW 용량의 Tiwi 에 가장 큰 발전소들이 존재한다. 이렇게 지열로 발전된 전기는 필리핀의 대부분 인구가 살고 있는 Luzon 섬의 16 % 에 해당하는 전기수요를 담당한다. 필리핀에서는 새로운 지역에 대한 지열을 적극적으로 개발하기 때문에 곧 세계에서 가장 큰 지열전기 생산국이 될 것이다.

(3)지열 이용 방법

지열발전은 원리적으로 연료를 필요로 하지 않으므로 연료연소에 따르는 환경오명이 없는 클린에너지의 하나이다. 그러나 지열정에서 분출하는 비응축성 가스 중에는 소량의 황화수소가 함유되어 있는데, 현재로서는 농도가 낮아 환경기준 이하이므로 문제가 없지만 장차 대량으로 분출하게 된다면 탈황장치가 필요해질 것이다. 또 열수 중에는 미량의 비소가 함유되어 있기 때문에 열수는 전량 지하환원되고 있는데, 경제적인 탈비소기술이 확립된다면 열수는 귀중한 저온열에너지 자원으로서 다목적으로 이용할 수 있다. 지역발전의 비용은 대부분을 지열발전소의 건설비와 지열정의 굴착비가 차지하는데 지열자원의 질과 발전형식에 따라서도 달라지지만 계산된 값은 수력ㆍ화력ㆍ원자력등 다른 발전방법과 충분히 대항할 수 있는 경제성을 갖는다. 또 화력이나 원자력에 비하면 발전소의 규모는 작지만 그 나름의 경제성을 지니고 있는 점이 강점이며, 소규모 분산형의 로컬에너지 자원으로서의 특색도 갖추고 있다.

Answer 8

안녕하세요. 이성희 과학전문가입니다.

화산활동이 발생하고 있는 지역의 지하 열에너지를 이용하여 물을 끓여서 나오는 증기로 터빈을 돌려서 전기를 얻는 방식입니다. 지열을 그대로 이용하기 때문에 오몀물질이 발생하지 않는 친환경 발전 방식입니다. 하지만 지하를 뚫어야 하기 때문에 발전설비를 건설하는 초기 비용이 많이 들어가는 단점이 있습니다.

Answer 9

안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.

지열 발전은 지구 내부의 열을 이용하여 전기를 생산하는 방법입니다. 이는 지열 에너지, 즉 지하에서 나오는 열을 활용하여 발전기를 구동하여 전기를 생산하는 과정을 말합니다.

지열 발전은 주로 지열 영역이 발달한 지역에서 이루어집니다. 이러한 지역은 지열 열기원으로 알려진 지하에 있는 열로 인해 지열 에너지가 충분히 이용될 수 있는 곳입니다. 이 지역들은 지열 활동이 활발한 화산 활동 지역이나 대륙성 열대지방 등이 포함됩니다.

지열 발전의 원리는 다음과 같습니다:

1. 지열 수집: 지하로 파입된 흡입 구조물을 통해 지열 영역에서 열을 수집합니다. 일반적으로 수집된 지열 온도는 지하수나 열전도 매체를 통해 상승됩니다.

2. 증발: 지열 수집된 열은 수집 매체를 통해 열교환기로 전달되고, 이때 수집 매체는 증발합니다. 이 과정에서 수집 매체의 온도가 상승하고 압력이 낮아집니다.

3. 증기 생산: 증발 과정을 거친 수집 매체는 태양열에서 생성된 증기와 유사한 상태가 됩니다. 이 증기는 태양열과는 달리 지하의 열을 이용하여 생산됩니다.

4. 터빈 작동: 생성된 고온, 고압 증기는 터빈을 구동시킵니다. 터빈의 회전은 발전기를 작동시켜 전기를 생산하는데 사용됩니다.

5. 발전: 회전하는 발전기는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력망에 공급됩니다.

대표적인 지열 발전소는 아이슬란드, 미국(캘리포니아), 이탈리아, 일본, 중국 등에서 운영되고 있습니다. 이러한 지역은 지열 활동이 활발하고 지열 자원이 풍부하여 지열 발전이 경제적으로 유리한 지역입니다.

Answer 10

지열 발전은 지열 자원이 풍부한 지역에서 주로 이루어지며, 대표적인 지열 발전소로는 아이슬란드, 미국(캘리포니아), 필리핀, 이탈리아, 중국 등이 있습니다. 이러한 지역은 지열 활동이 높고 지열 발전에 적합한 지질 조건을 갖추고 있어 지열 발전소를 운영하기에 적합합니다.

Answer 11

안녕하세요. 박형진 과학전문가입니다.

지하에 있는 고온층으로부터 증기 또는 열수의 형태로 열을 받아들여 발전하는 방식을 지열발전이라 합니다.

지구는 깊이 내려갈수록 뜨거운데요

이 열기와 수증기 에너지로 발전을 합니다.

Answer 12

안녕하세요. 이만우 과학전문가입니다.

지열 발전(地熱發電, 영어: geothermal power)은 지구 내부의 지열을 이용하여 전력을 생산하는 방법인데요..

지열 발전은 비용이 적게 들며, 오랜 기간동안 꾸준한 전력을 얻을 수 있으며, 환경 친화적이죠

그러나, 지열 발전은 시설 투자 비용이 많이 들어 채산성(수입과 지출이 맞아서 이익이 있는 성질)이 떨어지며 화산 지대가 있어야 하는

단점이 있었습니다.

최근엔 기술 발전의 도움으로... 더 넓은 지역에서도 지열을 이용한 가정 난방등이 가능하게 되면서 지열 발전의 발전

가능성을 보여주었고...지열 발전도 지구 내부에 존재하는 온실 가스를 일부 방출시키긴 하지만, 화석 연료를 사용했을때의

온실 가스 방출량보다는 훨씬 적습니다.. 따라서 지열 발전이 화석 연료를 대체한다면 지구 온난화 문제를 해결하는데 조금이라도

도움을 줄 수 있을 것이다.

이론적으로 지구의 지열 에너지는 인류의 에너지 수요량을 모두 충족시키기에 충분하지만, 실제로 채산성이 충분한 양은 일부분에

불과하죠.. 실제로 현재의 시추기술로 개발 가능한, 대륙 지각 깊이 3 km 까지의 에너지 저장량은 인류가 10만 년 동안 사용할 수

있는 양이지만, 지열 자원의 지역적 편재성 및 기술적인 문제로 현재 사용되고 있는 지열 에너지 자원의 양은 전 세계적으로 적은

양입니다.

또한 깊은 곳에 위치한 지열 에너지를 이용하는 것은 비용이 너무 많이 듭니다. 투자비가 많다는 거죠.

지열 발전의 미래는 기술의 발전, 에너지의 생산가, 국가 보조금의 지원, 이율 등에 달려있다라고 말씀드릴 수 있습니다.

대표적인 지열 발전 나라는..미국, 필리핀,인도네시아 멕시코 등이 있고..동아시아에서는 역시 일본이 가장 많은 지열 발전을 하네요..

도움 되셨기를...^^