지열기술 전문벤처기업인 지앤지테크놀러지(대표 조희남)가 ‘2030 탄소제로섬’의 비전을 가지고 있는 제주도에 적합한 지열냉난방시스템 개발에 성공해 주목받고 있다. 지앤지테크는 제주도 내 최대 규모 160RT 규모의 지열냉난방 시설을 서귀포에 위치한 헬쓰케어타운에 적용해 주목받기도 했던 기업이다.
제주도, 지열 적용 난관 많아
제주도는 화산섬 특유의 지하수 흐름층이 형성돼 있으며 일단 개발된 지하수 우물에서는 육지와는 다르게 다량의 지하수를 양수할 수 있는 특성을 가지고 있다. 또한 지하수 우물로 지하수를 재주입하게 될 경우 겹겹이 형성된 지질층으로 인해 주입되는 물량이 아무리 많아도 육지부와는 다르게 모두 재주입되는 특성을 갖고 있다. 지하 암반에 형성돼 있는 지하수 흐름층에서는 지하수가 흐르는 유속이 육지 암반층보다는 1만배 이상 빠른 것으로 알려져 있다.
제주도는 온실가스 감축을 위해 전체 에너지 사용량의 25~30%에 이르는 건축물의 냉난방 과정에서 사용되는 온실가스를 감축시키기 위해 필수적으로 적용돼야 할 지열 확대가 그동안 시설 및 운전비용에 대한 경제성을 맞추지 못해 어려운 측면이 많았다.
이로 인해 일부 대형 건축물에서는 아직도 경유보다 대기오염도가 높아 환경성이 크게 떨어지고 온실가스 발생량이 큰 난방용 기름이 사용되고 있는 실정이다. 특히 제주도가 지열 적용 확대를 위해서는 여러 난관을 극복해야 하지만 가장 중요한 것이 제도적인 부문에서의 개선이다.
지하수 수질보전을 위해 지열공의 굴착심도는 연평균 자연수위에서 30m를 초과할 수 없도록 해 지열공 굴착 깊이에 제한을 두고 있으며 재주입공의 굴착 깊이도 제한하고 있다. 또한 육지에서는 지열냉난방에 사용되는 지하수의 경우 지하수 이용요금을 대통령령으로 부과를 면제하고 있는 반면 제주도에서는 열로 사용한 모든 지하수를 지하수층에 재주입하더라도 50%만을 감면을 하고 있어 지열 운영과정에서의 경제성이 낮다.
저수탱크·공기열원 HP로 난관 해결
지앤지테크놀러지가 개발한 지열냉난방기술은 이러한 제주도의 지하수 흐름층과 지하수 양수특성을 십분 활용한 것이 특징이다. 짧은 시간에 다량의 지하수를 양수해 저수탱크에 저수한 상태에서 열교환되는 지하수를 2스텝 이상의 다단으로 히트펌프에 공급해 열교환이 되도록 했다. 이후 히트펌프를 통과하면서 열교환된 지하수는 재주입공으로 전량 재주입하도록 구성했다.
저수탱크는 1단에서 열교환된 지하수를 재차 저수해 2단 히트펌프로 공급 할 수도 있도록 해 히트펌프가 운전 중 온도차가 낮게 운전될 경우에도 대응이 가능토록 했다. 다량의 지하수를 대형 수중펌프로 양수해 저수탱크에 저장하고 각 히트펌프에 분배, 공급함으로써 깊은 깊이에서의 지하수 양수에 따른 동력비를 절감시킬 수 있다.
이 기술은 제주도 내 제도적 한계인 지하수세 절감을 위해 별도의 공기열원 히트펌프를 병행해 설치, 운용토록 한 것도 특징이다. 제주도 기온 특성상 동절기에도 상온인 경우가 많아 이런 날씨에는 공기열원 히트펌프가 운전되도록 하고 기온이 영하로 떨어져 공기열원 히트펌프가 기능을 다하지 못하는 상황에서 지열이 교대로 운전이 되도록 한 것이다. 공기열원 히트펌프의 장점과 지열의 장점을 취하면서도 지하수 이용부담을 크게 낮출 수 있어 경제성을 확보하는데 어려움이 없을 것으로 평가되고 있다.
조희남 지앤지테크 대표는 “육지에서는 200RT 규모의 냉난방 열량을 확보하기 위해서는 개방형 지열공을 8개 내외 개발하고 그 내부에 모두 수중모터펌프를 설치, 운용해야 한다”라며 “하지만 이번에 개발된 기술을 적용하는 제주도에서는 지열공 1개와 그 내부에 설치되는 대형 수중펌프, 그리고 재주입공 1개만으로도 충분히 열용량을 확보할 수 있다”고 밝혔다.
조 대표는 이어 “그동안 지열공 굴착비용이 육지보다 과대하게 소요됐던 상황을 지열공 수량을 최소로 제한할 수 있어 육지와 비교해도 지열공 굴착비에서 경제성을 확보할 수 있게 됐다”라며 “또한 공기열원 하이브리드 형태의 운용이 가능해 지하수 사용을 최소화할 수 있어 지열공 개발 축소와 함께 제주도 내 지하수 환경보전을 확보하면서도 지열을 확대 적용할 수 있는 기술이 완성돼 제주도내 지열확대 적용을 통해 2030 탄소제로섬 비전을 조기에 달성할 수 있을 것”이라고 기대감을 표시했다.
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