지열 에너지
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1. 개요
지열 에너지는 지구 내부의 열을 활용하는 에너지원으로, 온천에서부터 산업 발전까지 다양한 분야에서 사용되어 왔다. 역사를 살펴보면, 고대 로마 시대부터 온천을 이용했고, 19세기에는 이탈리아에서 붕산 추출에 증기를 활용하면서 산업적으로 이용되기 시작했다. 20세기 초에는 미국에서 지역 난방과 발전에 사용되었으며, 이후 바이너리 사이클 발전소 개발로 저온 지열 자원 활용도 가능해졌다.
지구는 1031 줄 (3·1015 TWh)의 내부 열을 가지고 있으며, 이 중 약 20%는 행성 성장의 잔열이고, 나머지는 과거와 현재의 방사성 붕괴 천연 동위원소에 기인한다.[16] 예를 들어, 잉글랜드 콘월의 United Downs Deep 지열 발전 프로젝트의 5275m 깊이의 시추공에서 매우 높은 토륨 함량을 가진 화강암이 발견되었으며, 이 화강암의 방사성 붕괴가 암석의 높은 온도를 유지하는 것으로 여겨진다.[17]
지구 내부의 열에너지는 전도에 의해 표면으로 흐르며 그 속도는 44.2 테라와트(TW)이고,[19] 광물의 방사성 붕괴에 의해 30 TW의 속도로 보충된다.[20] 지열은 항상 지구 내부의 발생원에서 지표를 향해 흐르고 있다. 이 열은 맨틀을 통과하여 지표에 도달하는데, 열의 전달에는 '맨틀의 대류'가 크게 기여하고 있다.
온천은 구석기 시대부터 목욕에 사용되었다.[6] 화청지는 기원전 3세기에 진나라가 건설한 가장 오래된 온천 유적이다. 서기 1세기, 로마인들은 현재 영국 서머싯주 배스인 ''아쿠아 슐리스''(Aquae Sulis)를 정복하여 온천을 대중 목욕탕과 바닥 난방에 사용했는데, 이는 지열 에너지의 최초 상업적 이용으로 볼 수 있다. 세계에서 가장 오래된 지열 지역 난방 시스템은 프랑스 쇼드-에그에 있으며, 15세기부터 가동되었다.[7] 1827년 이탈리아 라르데렐로에서 간헐천 증기를 이용해 화산 진흙에서 붕산을 추출하면서 지열 에너지의 산업적 이용이 시작되었다.
20세기 초, 피에로 지노리 콘티 공작은 이탈리아 라르데렐로 증기 발전소에서 최초의 지열 발전기를 시험했고, 1911년에는 세계 최초의 상업용 지열 발전소가 건설되었다.[11] 뉴질랜드는 1958년에 발전소를 건설하기 전까지 이 발전소가 유일한 지열 발전의 산업 생산자였다.[12]
지열 발전은 운영 비용이 최소화되고 자본 비용이 많이 드는 특징이 있으며, 이는 풍력 및 태양광 에너지와 유사하다. 시추는 전체 비용의 절반 이상을 차지하며, 모든 유정이 활용 가능한 자원을 생산하는 것은 아니다. 예를 들어, 네바다주의 전형적인 유정 쌍(추출용 1개와 주입용 1개)은 4.5 메가와트(MW)의 전력을 생산할 수 있지만, 시추 비용은 약 1000만달러이며 실패율은 20%에 달한다. 따라서 성공적인 유정의 평균 비용은 5000만달러이다.[38]
지열은 지구 내부의 열에너지로, 방사성 붕괴와 행성 성장 잔열에 의해 발생하며, 지각의 얇은 판 경계에서 높은 지열 경사가 나타난다. 지열 에너지는 지열 발전, 지열 난방, 수열 시스템, 인공 지열 시스템 등 다양한 형태로 활용되며, 특히 지열 발전은 재생 에너지로서 이산화탄소 배출량이 적어 주목받고 있다.
지열 발전은 건증기, 증기 분출, 바이너리 사이클 발전소 등을 통해 이루어지며, 미국, 인도네시아, 필리핀 등에서 활발히 사용되고 있다. 지열 에너지는 지속 가능하고 환경 친화적이지만, 지역적 열 고갈, 유해 가스 배출, 토지 침하 등의 환경적 영향을 고려해야 한다.
2. 역사
온천은 최소한 구석기 시대부터 목욕에 사용되었다.[6] 가장 오래된 온천 유적은 화청지이다. 서기 1세기, 로마인들은 현재 영국 서머싯주 배스인 ''아쿠아 슐리스''(Aquae Sulis)를 정복하여, 그곳의 온천을 대중 목욕탕과 바닥 난방에 사용했다. 이러한 목욕탕의 입장료는 아마도 지열 에너지의 최초의 상업적 이용을 나타낸다. 세계에서 가장 오래된 지열 지역 난방 시스템은 프랑스 쇼드-에그에 있으며, 15세기부터 가동되었다.[7] 최초의 산업적 이용은 1827년 이탈리아 라르데렐로에서 간헐천의 증기를 사용하여 화산 진흙에서 붕산을 추출하면서 시작되었다.
1892년, 미국 최초의 지역 난방 시스템은 아이다호주 보이시에서 지열 에너지로 가동되었다. 1900년에 오리건주 클래머스폴스에서 이를 모방하였다. 지열 에너지를 주요 열원으로 사용한 세계 최초의 건물은 1907년에 시작된 오리건주 유니언 카운티의 핫 레이크 호텔이었다.[8] 1926년에는 보이시에서 온실을 난방하는 데 지열 우물이 사용되었고, 아이슬란드와 토스카나에서도 비슷한 시기에 온실을 난방하는 데 간헐천이 사용되었다.[9] 1930년 찰스 리브는 자신의 집을 난방하기 위해 최초의 심정 열교환기를 개발했다. 1943년에 아이슬란드에서 간헐천 증기와 물을 가정 난방에 사용하기 시작했다.
20세기에 지열 에너지는 발전원으로 사용되기 시작했다. 1904년 7월 4일, 피에로 지노리 콘티 공작은 라르데렐로 증기 발전소에서 최초의 지열 발전기를 시험했다. 이 발전기는 4개의 전구를 성공적으로 밝혔다.[11] 1911년에는 세계 최초의 상업용 지열 발전소가 그곳에 건설되었다. 이 발전소는 뉴질랜드가 1958년에 발전소를 건설할 때까지 지열 발전의 유일한 산업 생산자였다. 2012년에는 약 594MW를 생산했다.[12]
1960년, 퍼시픽 가스 & 일렉트릭(Pacific Gas and Electric)은 캘리포니아주 더 가이저스에서 미국 최초의 지열 발전소 운영을 시작했다.[13] 원래의 터빈은 30년 이상 지속되었으며 11MW의 순 전력을 생산했다.[14]
유기 유체를 기반으로 한 바이너리 사이클 발전소는 1967년 소련에서 처음 시연되었고,[13] 이후 1981년 미국에 도입되었다. 이 기술은 81°C와 같이 낮은 온도 자원의 사용을 가능하게 한다. 2006년, 알래스카주 체나 핫 스프링스에 있는 바이너리 사이클 발전소가 가동되어 57°C의 기록적인 저온에서 전기를 생산했다.[15]
3. 지열의 발생 원리
지구 내부의 온도와 압력은 일부 암석을 녹이고 고체 맨틀이 가소성을 띠게 할 만큼 높다. 맨틀 대류의 일부는 주변 암석보다 가볍기 때문에 위로 대류한다. 핵-맨틀 경계에서의 온도는 4000°C 이상에 도달할 수 있다.[18]
지구의 내부 열 에너지는 전도에 의해 표면으로 흐르며 그 속도는 44.2 테라와트 (TW)이며,[19] 광물의 방사성 붕괴에 의해 30 TW의 속도로 보충된다.[20]
지열의 발생원은 지구의 중심부이다. 지구 내부는 외부에서부터 차례대로 고체 암석의 지각, 맨틀, 철과 니켈을 주성분으로 하는 용융 금속으로 이루어진 외핵, 철과 니켈을 주성분으로 하는 고체 금속의 내핵으로 나뉜다.
지구 내부에서 발생하는 열의 원인은 다음과 같다.원인 설명 천연 방사성 원소 붕괴열 지열의 45~85%는 지각에 포함된 원소의 방사성 붕괴에서 발생한다. 운석 충돌 및 압축열 낙하한 운석이 원래 지구의 구성에 포함될 때의 충격 및 압축열. 중금속 침강 마찰열 과도한 중금속(철, 니켈, 구리)이 핵(중심핵)으로 침강해 갈 때 방출. 지자기 전자기 효과 줄열 지자기가 만드는 전자기적 효과에 의해 생겨나는 줄열.
발생하고 있는 총 지열량은 약 35 테라와트로 추정되며, 지구가 태양으로부터 방사로 받는 에너지의 약 1/2500로 추정된다.[66]
4. 지열의 전달
맨틀의 최심부에서 핵의 바깥쪽과 접하는 부분은 핵의 열로 데워져 4000°C 이상으로 온도가 상승하고 열팽창에 의해 비중이 낮아진다.[18] 가벼워진 맨틀은 상승하기 시작하여 지표 근처에 도달하고, 그곳에서 지각에 열을 전달하고 식어 (그래도 1500°C 이상) 무거워져 가라앉는다.
위에서 맨틀을 일단 고체 암석으로 설명했지만, 수만 년 단위로 보면 명백히 유체로 행동하고 있다. 온도가 높은 맨틀이 상승하는 곳은 일정하며, 지표에서는 해령에 해당하는 부분이다. 또한 맨틀이 침강하는 곳은 해구 또는 트로프에 해당한다. 이 맨틀의 흐름 위에 놓인 '''지각과 지각에 접하여 차갑게 굳어진 맨틀의 최상부''', 즉, 두 부분을 합쳐 ''''판''''이라고 부르는데, 이 판이 그 아래에 있는 맨틀의 흐름을 따라 움직이거나 부딪히는 것을 설명한 것이 판 구조론이다. 즉, 판이 움직이는 원동력도 지열이다.
지구는 1031 줄 (3·1015 TWh)의 내부 열을 가지고 있으며, 이 중 약 20%는 행성 성장의 잔열이고, 나머지는 과거와 현재의 방사성 붕괴 천연 동위원소에 기인한다.[16] 예를 들어, 잉글랜드 콘월의 United Downs Deep 지열 발전 프로젝트의 5275m 깊이의 시추공에서 매우 높은 토륨 함량을 가진 화강암이 발견되었으며, 이 화강암의 방사성 붕괴가 암석의 높은 온도를 유지하는 것으로 여겨진다.[17]
계절적 변화 외에도, 지각을 통과하는 온도의 지열 경사는 세계 대부분 지역에서 깊이 1km당 25°C 에서 30°C이다. 전도 열 플럭스는 평균 0.1 MW/km2이다. 이러한 값은 지각이 얇은 판 경계 근처에서 훨씬 높다. 그들은 마그마 도관, 온천, 열수 순환을 통한 유체 순환의 조합에 의해 더욱 증가될 수 있다.
5. 지열 에너지의 종류 및 활용
1892년 미국 최초의 지역 난방 시스템은 아이다호주 보이시에서, 1900년에는 오리건주 클래머스폴스에서 지열 에너지로 가동되었다. 1926년 보이시에서는 온실 난방에 지열 우물이 사용되었고, 아이슬란드와 토스카나에서도 비슷한 시기에 온실 난방에 간헐천이 사용되었다.[9] 1930년 찰스 리브는 자신의 집 난방을 위해 최초의 심정 열교환기를 개발했고, 1943년 아이슬란드에서는 간헐천 증기와 물이 가정 난방에 사용되기 시작했다.
20세기에는 지열 에너지가 발전원으로 사용되기 시작했다. 1904년 7월 4일, 피에로 지노리 콘티 공작은 라르데렐로 증기 발전소에서 최초의 지열 발전기를 시험하여 4개의 전구를 밝혔다.[11] 1911년에는 세계 최초의 상업용 지열 발전소가 그곳에 건설되었다. 1960년, 퍼시픽 가스 & 일렉트릭(Pacific Gas and Electric)은 캘리포니아주 더 가이저스에서 미국 최초의 지열 발전소 운영을 시작했다.[13]
지구는 1031 줄 (3·1015 TWh)의 내부 열을 가지고 있으며, 이 중 약 20%는 행성 성장의 잔열이고 나머지는 방사성 붕괴 천연 동위원소에 기인한다.[16] 지구 내부의 온도와 압력은 일부 암석을 녹이고 고체 맨틀을 가소성 있게 만들 만큼 높으며, 핵-맨틀 경계에서의 온도는 그 이상에 도달할 수 있다.[18]
지구 내부 열 에너지는 전도에 의해 표면으로 흐르며 그 속도는 44.2 테라와트 (TW)이고,[19] 광물의 방사성 붕괴에 의해 30 TW의 속도로 보충된다.[20] 지각을 통과하는 지열 경사는 세계 대부분 지역에서 깊이 1km당 이다.
지열 발전은 지열 에너지로 생산된 전기를 의미한다. 2019년 기준 전 세계 지열 발전 용량은 15.4 기가와트 (GW)였으며, 이 중 23.86%인 3.68GW가 미국에 있었다.[26] 지열 에너지는 아이슬란드, 엘살바도르, 케냐, 필리핀, 뉴질랜드에서 상당한 비율의 전력을 공급한다.[27]국가 용량 (MW) 2015[29] 미국 17,415 필리핀 3 인도네시아 2 멕시코 155 이탈리아 1,014 뉴질랜드 487 아이슬란드 2,040 일본 2,186 이란 81 엘살바도르 3 케냐 22 코스타리카 1 러시아 308 터키 2,886 파푸아뉴기니 0.10 과테말라 2 포르투갈 35 중국 17,870 프랑스 2,346 에티오피아 2 독일 2,848 오스트리아 903 호주 16 태국 128
지열 발전소는 전통적으로 고온 지열 자원이 표면에 가까운 지각판 가장자리에 건설되었으나, 바이너리 사이클 발전소 개발과 시추 및 추출 기술 개선으로 더 넓은 지리적 범위에서 향상된 지열 시스템이 가능해졌다.[21]
지열 난방은 건물을 난방하고 물을 데우는 데 지열 에너지를 사용하는 것이다. 2007년 기준 28 GW의 지열 난방이 전 세계 1차 에너지 소비량의 0.07%를 충족했다.[4] 차가운 땅도 열을 포함하고 있어, 아래에서는 방해받지 않은 지면 온도가 평균 연간 기온[33]과 일치하며, 이는 지열원 열펌프를 사용하여 추출할 수 있다.
맨틀 상승 부분은 지열이 풍부하지만, 대부분 심해저 해령을 이루고 있어 이용이 어렵다. 아이슬란드는 맨틀 상승 부분이 지상에 있어 전 국토가 지열 지대이며 난방, 온실 등에 이용되고 있다. 일본은 화산이 많아 지열 자원이 풍부하며, 이산화 탄소를 배출하지 않고 안정적인 공급을 얻을 수 있는 차세대 청정에너지로 주목받고 있다.
지상의 온도와 지하 온도의 차이를 이용하는 방법 (지중열)은 지하 온도가 높지 않아도 되므로 어디에서든 이용할 수 있다.
5. 1. 수열 시스템
지열 시스템은 자연적으로 발생하는 수열 저수지에 접근하여 지열 에너지를 생산한다. 지열 시스템은 '증기 지배형' 또는 '액체 지배형' 형태로 나타난다.
라데렐로(Larderello)와 더 게이저스(The Geysers)는 증기 지배형이다. 증기 지배형 부지는 240°C~300°C의 온도를 제공하며 과열 증기를 생산한다.
액체 지배형 저류층(Liquid-dominated reservoirs, LDR)은 200°C 이상의 온도에서 더 흔하게 발견되며, 태평양 주변의 화산 지역, 열곡대, 열점에서 발견된다. 플래시 발전소는 이러한 에너지원에서 전기를 생산하는 일반적인 방법이다. 우물에서 나오는 증기는 발전소에 전력을 공급하기에 충분하다. 대부분의 우물은 2~10MW의 전기를 생산한다. 증기는 사이클론 분리기를 통해 액체에서 분리되어 전기 발전기를 구동한다. 응축된 액체는 재가열/재사용을 위해 우물 아래로 반환된다. 2013년 기준으로 가장 큰 액체 시스템은 멕시코의 세로 프리토이며, 350°C에 달하는 온도에서 750MW의 전기를 생산한다.
저온 LDR (120°C–200°C)은 펌핑이 필요하다. 이는 미국 서부와 터키와 같이 단층을 따라 깊은 순환을 통해 가열이 일어나는 신장 지형에서 흔하다. 물은 열교환기를 거쳐 랭킨 사이클 바이너리 발전소로 통과한다. 물은 터빈을 구동하는 유기 작동 유체를 증발시킨다. 이러한 바이너리 발전소는 1960년대 후반 소련에서 시작되었으며, 새로운 발전소에서 우위를 점하고 있다. 바이너리 발전소는 배출 가스가 없다.[12][34]
5. 2. 인공 지열 시스템
인공 지열 시스템은 엔지니어가 인위적으로 생성하거나 개선한 지열 시스템이다. 이러한 시스템은 뜨거운 암석은 있지만 자연적인 저수지 품질이 불충분한 다양한 지열 저수지에 사용된다. 예를 들어, 자연적인 열수 시스템으로 작동하기에 충분하지 않은 지열 유체량, 암석 투과성, 다공성이 부족한 경우가 이에 해당한다. 인공 지열 시스템의 유형에는 ''향상된 지열 시스템'', ''폐쇄 루프 또는 고급 지열 시스템'', ''초고온 암석 지열 시스템''이 있다.[35]
향상된 지열 시스템 (EGS)향상된 지열 시스템(EGS)은 물을 우물에 능동적으로 주입하여 가열한 후 다시 펌핑해내는 방식이다. 물은 높은 압력 하에 주입되어 기존 암석 균열을 확장시켜 물이 자유롭게 흐르도록 한다. 이 기술은 석유 및 가스 프래킹 기술에서 응용되었다. 지질 구조는 더 깊고 독성 화학 물질을 사용하지 않아 환경 피해 가능성을 줄인다. 대신 모래 또는 세라믹 입자와 같은 프로판트가 균열을 열어두고 최적의 유량을 생산하는 데 사용된다.[36] 시추공은 저장소 크기를 확장하기 위해 방향 시추를 사용할 수 있다.[12]
소규모 EGS는 프랑스 술츠-수-포레의 라인 그라벤과 독일 란다우 및 인샤임에 설치되었다.[12]
폐쇄 루프 지열 시스템폐쇄 루프 지열 시스템(고급 지열 시스템(AGS)이라고도 함)은 암석의 공극 및 균열과 직접 접촉하지 않고 뜨거운 암석 저장소에서 가열되는 지하 작동 유체를 포함하는 엔지니어링 지열 시스템이다. 지하 작동 유체는 지구의 열을 전달하는 깊이 묻힌 파이프의 폐쇄 루프 내에 있다. 깊은 폐쇄 루프 지열 회로의 장점은 다음과 같다.[35]
# 지열 유체가 필요 없다.
# 뜨거운 암석이 투과성 또는 다공성일 필요가 없다.
# 도입된 모든 작동 유체를 손실 없이 재순환할 수 있다.
캐나다 기반의 지열 신생 기업인 Eavortm는 캐나다 앨버타주의 얕은 연암 지층에서 폐쇄 루프 시스템을 시범 운영했다. 퇴적 분지 내에 위치한 지열 구배는 전력 생산에 충분하지 않은 것으로 나타났다. 그러나 이 시스템은 초기 2년 동안 약 11000MWh의 열 에너지를 성공적으로 생산했다."[51][37]
5. 3. 기타 활용
6. 지열 발전 현황
1960년, 퍼시픽 가스 & 일렉트릭은 캘리포니아주 더 가이저스에서 미국 최초의 지열 발전소 운영을 시작했다.[13] 이 터빈은 30년 이상 지속되었으며 11 MW의 순 전력을 생산했다.[14]
바이너리 사이클 발전소는 1967년 소련에서 처음 시연되었고,[13] 1981년 미국에 도입되었다. 2006년, 알래스카주 체나 핫 스프링스에 있는 바이너리 사이클 발전소가 가동되어 57°C의 저온에서 전기를 생산했다.[15]
지열 발전은 지열 에너지로부터 생산된 전기를 의미한다. 2010년 기준으로 26개국에서 지열 전기를 생산했다.[24][25] 2019년 전 세계 지열 발전 용량은 15.4 기가와트(GW)였으며, 이 중 23.86%인 3.68GW가 미국에 있었다.[26] 아이슬란드, 엘살바도르, 케냐, 필리핀, 뉴질랜드는 지열 에너지로 상당한 비율의 전력을 공급한다.[27]
지열 발전은 재생 에너지로 간주되는데, 이는 열 추출 속도가 지구의 열 함량에 비해 미미하기 때문이다.[20] 지열 발전소의 온실 기체 배출량은 전력 킬로와트시당 평균 45그램의 이산화 탄소로, 석탄 화력 발전소의 5% 미만이다.[28]
지열 발전소는 전통적으로 고온 지열 자원이 표면에 가까운 지각판 경계에 건설되었다. 바이너리 사이클 발전소 개발과 시추 및 추출 기술 개선으로 향상된 지열 시스템이 더 넓은 지리적 범위에서 가능해졌다.[21] 독일 란다우-팔츠, 프랑스 술츠-수-포레에서 실증 프로젝트가 운영 중이며, 스위스 바젤에서 이전 시도는 지진을 유발한 후 중단되었다. 다른 실증 프로젝트는 호주, 영국, 미국에서 건설 중이다.[31]
필리핀은 1962년 필리핀 화산 지진 연구소가 알바이주 티위 지역에 대한 지열 조사를 시작으로 지열 연구를 시작했다.[57] 필리핀 최초의 지열 발전소는 1977년 레이테주 통고난에 건설되었다.[57] 뉴질랜드 정부는 1972년 필리핀과 발전소 건설 계약을 체결했다.[58] 통고난 지열 발전소(TGF)는 어퍼 마히아오, 매트리보그 및 사우스 삼발로란 발전소를 추가하여 508MV 용량을 확보했다.[59]
티위 지역의 첫 번째 지열 발전소는 1979년에 개장했으며, 1980년과 1982년에 각각 두 개의 발전소가 추가로 건설되었다.[57] 마닐라에서 약 450 km 떨어진 티위 지역의 세 지열 발전소는 330MWe를 생산하며, 이는 필리핀을 지열 발전 성장 측면에서 미국과 멕시코에 이어 세 번째로 위치하게 한다.[60][61] 필리핀은 7개의 지열 발전소를 보유하고 있으며, 2030년까지 국가 에너지의 70%를 생산하는 것을 목표로 하는 필리핀 에너지 계획 2012–2030을 수립하여 지열 에너지 개발을 지속하고 있다.[62][63]
지열에너지협회(GEA)에 따르면 2013년 미국 내 설치된 지열 발전 용량은 5%, 즉 147.05MW 증가했다. 이러한 증가는 2012년에 생산을 시작한 7개의 지열 발전 프로젝트에서 비롯되었다. GEA는 2011년 설치 용량 추정치를 128MW 상향 조정하여 미국 지열 발전 설치 용량을 3,386MW로 증가시켰다.[64]
7. 경제성
지열 유정 시추는 다음과 같은 여러 이유로 인해 유사한 깊이의 석유 및 가스 유정 시추보다 비용이 더 많이 든다.
2007년 기준으로 발전소 건설 및 유정 시추 비용은 전기 용량 1MW당 약 200만유로에서 500만유로 사이였으며, 손익분기점 가격은 0.04EUR/kW·h에서 0.1EUR/kW·h 사이였다.[10] 향상된 지열 시스템은 이보다 더 높은 비용이 드는 경향이 있으며, 자본 비용은 1MW당 400만달러 이상, 손익분기점은 0.054USD/kW·h 이상이다.[40]
2013년에서 2020년 사이에 민간 투자가 재생 에너지 자금 조달의 주요 원천이었으며, 총 자금 조달의 약 75%를 차지했다. 그러나 2020년에는 지열 에너지가 민간 부문 투자의 32%만 받았다.[41][42]
8. 사회경제적 효과
2024년 1월 에너지 부문 관리 지원 프로그램(ESMAP)은 "지열 에너지 개발의 사회 경제적 영향" 보고서를 발표했다. 이 보고서는 지열 에너지 개발이 다양한 부문에서 메가와트 당 약 34개의 일자리를 창출하여 풍력 및 태양광 발전을 능가하는 등 상당한 사회 경제적 이점을 가져온다고 강조한다. 지열 프로젝트는 실무 현장 훈련과 정규 교육을 통해 기술 개발에 기여하여 지역 인력을 강화하고 고용 기회를 확대한다.[43]
또한 지열 에너지 개발은 지역 사회와의 협력을 통해 인프라 개선, 기술 개발 프로그램, 수익 공유 모델을 이끌어내 안정적인 전기와 열에 대한 접근성을 향상시킨다. 이는 농업 생산성과 식량 안보를 향상시킬 수 있다. 더불어 소외된 집단에 고용 기회, 교육 및 훈련을 제공하여 지열 개발 혜택에 대한 공정한 접근을 보장함으로써 양성 평등과 사회적 포용을 증진한다. 이러한 노력은 국내 경제 성장, 재정 수입 증대, 보다 안정적이고 다양한 국가 경제에 기여하는 동시에 더 나은 건강, 교육 및 지역 사회 결속과 같은 상당한 사회적 이점을 제공한다.[43]
9. 지속 가능성 및 환경
지열 에너지는 추출되는 열이 지구 내부 열 함량에 비해 매우 적기 때문에 지속 가능한 에너지원으로 평가받는다. 지구의 열 함량은 2010년 전 세계 연간 에너지 소비량의 약 1000억 배에 달한다.[4] 지구의 열 흐름은 평형 상태가 아니며, 지질학적 시간 척도로 냉각되고 있지만, 인위적인 열 추출은 일반적으로 냉각 과정을 가속화하지 않는다.
지열 에너지 개발 과정에서, 재료 사용을 에너지로 대체하면 인간의 환경 발자국이 줄어들게 되는데, 지열에너지는 이러한 환경 발자국을 더욱 줄여줄 잠재력을 가지고 있다. 예를 들어, 아이슬란드는 전력 생산을 위한 화석 연료를 제거하고 레이캬비크 보도를 가열하여 모래 살포의 필요성을 없앨 수 있을 만큼 충분한 지열 에너지를 보유하고 있다.[46]
하지만 열 추출로 인한 지역적 영향도 고려해야 한다.[20] 수십 년에 걸쳐 개별 지열정(井)은 지역 온도와 수위가 감소할 수 있다. Larderello, 와이라케이, 그리고 The Geysers의 세 곳의 가장 오래된 부지에서는 지역 고갈로 인해 생산량이 감소했다. 이는 열과 물이 보충되는 속도보다 빠르게 추출되었기 때문이다. 생산량을 줄이고 추가적인 물을 주입하면 이러한 우물이 원래 용량을 회복할 수 있으며, 이러한 전략은 일부 부지에서 이미 구현되었다. 이러한 부지는 여전히 상당한 에너지를 제공한다.[47][48]
와이라케이 발전소는 1958년 11월에 가동되었으며, 1965년에 173 MW의 최대 발전을 달성했지만, 고압 증기 공급이 불안정해졌다. 1982년에는 중간 압력으로 감압되었고 출력은 157 MW로 감소했다. 2005년에는 8 MW 아이소펜테인 시스템 2개가 추가되어 출력이 약 14 MW 증가했다. 상세한 데이터는 재조직으로 인해 손실되었다.
지하에서 끌어올린 유체에는 이산화 탄소(CO₂), 황화 수소(H₂S), 메탄(CH₄) 및 암모니아(NH₃)와 같은 다양한 가스가 혼합되어 있다. 이러한 오염 물질은 지구 온난화, 산성비 및 유해한 냄새를 유발한다. 기존 지열 발전소는 전력 1메가와트시(MW·h)당 평균 122kg의 CO₂를 배출하는데, 이는 화석 연료 발전소의 배출 강도에 비해 매우 적은 양이다.[49] 일부 발전소는, 적어도 초기 몇 년 동안은, 터키의 지열 발전과 같이 가스 발전보다 더 많은 오염 물질을 배출하기도 한다.[50] 산과 휘발성 화학 물질의 농도가 높은 발전소는 일반적으로 배출 가스를 줄이기 위해 배출 제어 시스템을 갖추고 있다. Eavor에서 개발한 새로운 폐쇄 루프 기술은 이러한 배출량을 0으로 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있다.[51]
지열원의 물에는 수은, 비소, 붕소 및 안티몬과 같은 유해 원소가 미량 함유될 수 있다.[52] 이러한 화학 물질은 물이 식으면서 침전되며, 방출될 경우 주변 환경에 피해를 줄 수 있다. 지열 유체를 생산 촉진을 위해 지구로 되돌려 보내는 현대적 방식은 이러한 환경 영향을 줄이는 부수적인 이점이 있다.
지열 발전소 건설은 토지 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 침하는 와이라케이 지역에서 발생했다.[7] 독일의 Staufen im Breisgau에서는 반대로 지각 융기가 발생했는데, 이는 이전에 격리되었던 무수석고층이 물과 접촉하여 석고로 변하여 부피가 두 배로 증가했기 때문이다.[53][54][55] 향상된 지열 시스템은 수압 파쇄의 일환으로 지진을 유발할 수 있다. 스위스 바젤의 한 프로젝트는 물 주입 첫 6일 동안 리히터 규모 3.4에 달하는 10,000건 이상의 지진이 발생하여 중단되었다.[56]
지열 발전은 토지 및 담수 요구 사항이 최소화된다. 지열 발전소는 전기 생산 1기가와트당 3.5km2를 사용하는데, 이는 석탄 시설의 32km2 및 풍력 발전소의 12km2에 비해 적다.[7] 지열 발전소는 MW·h당 20L의 담수를 사용하는데, 이는 원자력, 석탄 또는 석유 발전소의 MW·h당 1000L 이상에 비해 매우 적다.[7]
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