스위스의 지열발전 및 지진위험 방지법제에 관한 검토

임현 ( Im Hyun ) 한국환경법학회 2021 環境法 硏究 Vol.43 No.2

이 논문은 스위스 지열발전 및 지진위험 방지법제의 주요 내용을 검토하고, 그로부터 우리 법제의 시사점을 도출하는 것을 내용으로 하였다. 스위스는 에너지전략 2050의 채택으로 인해 에너지 정책의 전환이 필요한 상황에 직면해 있다. 원전을 폐지하고 재생에너지로의 전환을 촉진하는 내용의 새로운 에너지법이 2016년 의회 의결과 2017년 국민투표를 거쳐 2018년부터 시행되고 있으며, 지열도 미래에너지의 하나로 포함되어 있다. 그러나 그동안 추진되어 온 스위스의 중요한 심부 지열발전 프로젝트 중 다수가 중단되거나 취소된 상황이며, 최근에는 오트-소른 지열발전 프로젝트가 포항지진의 발생 이후 취소 결정된 상황이다. 스위스의 지열발전에 대한 법적 근거는 연방 차원과 주 차원으로 나누어 살펴 볼 수 있는데, 연방의 경우 지열의 개발ㆍ이용에 대한 직접적인 권한은 갖지 않으며, 지열발전에 관한 원칙을 규율할 권한만을 갖는다. 연방에너지법은 주로 지열발전에 대한 지원과 촉진에 관한 내용을 두고 있으며, 각 주는 지하의 이용에 관한 법률을 제정하거나 기존의 광업법을 개정하여 지열발전 등 지하의 이용에 관한 내용을 규율하고 있다. 주법은 특허절차를 통한 지열 프로젝트의 승인을 일반적으로 규정하고 있는데, 특허의 요건 중 안전기준에 대해서는 ‘환경친화적이고 안전할 것’이어야 한다는 추상적인 내용만을 두고 있는 상황이다. 지열발전에 관한 환경영향평가는 연방과 각 주의 환경보호법과 환경영향평가규정을 통해 규율되며, 환경영향평가의 내용으로 유발지진 위험에 관한 조사가 관행적으로 행해지고 있다. 연방환경보호법은 진동의 한계치가 ‘과학과 경험의 수준에 따를 때 주민의 안녕을 현저히 해하지 않는 정도’로 설정되어야 한다는 추상적 기준을 규정하고 있다. 또한 스위스 연방내각과 스위스지진청이 함께 개발한 모범사례 지침은 ‘유발지진 위험 거버넌스’라는 개념을 중심에 두고, 운영자, 정부, 규제기관, 전문가, 이해관계인, 언론 및 공공을 대상으로 심부 지열발전 프로젝트의 전 단계에 있어 적용되는 내용을 제시하고 있다. 이러한 스위스 사례로부터 지열발전을 포함한 에너지 정책에 관한 국민적 합의, 지열발전에 관한 인허가절차 및 안전기준의 법적 근거, 환경영향평가의 실시 및 관련 당사자와 이해관계인의 참여를 통한 민주적 정당성의 확보 등에 관한 입법적 시사점을 얻을 수 있다. The purpose of this paper is to review of the main contents of the Swiss geothermal power generation and seismicity risk prevention procedure and derived the implications of our legislation from it. Switzerland faces a need for a shift in its energy policy due to the adoption of Energy Strategy 2050. The new Energy Act, which aims to abolish nuclear power plants and promote the transition to renewable energy, has been in effect since 2018 after a 2016 parliamentary resolution and a referendum in 2017, and geothermal is also included as one of the future energy. However, many of Switzerland's important deep geothermal power projects have been suspended or canceled, and recently, the Haute-Sorne geothermal power project has been canceled after the Pohang earthquake. The legal basis for geothermal power generation in Switzerland can be divided into federal and state levels, where the federal government does not have direct authority over the development and use of geothermal power, but only has the power to discipline the principles of geothermal power generation. The Federal Energy Act mainly deals with support and promotion for geothermal power generation, and each state legislate Act on Use of Underground or revise existing Mining Act to regulate underground use, such as geothermal power generation. Such Act generally stipulates the approval of geothermal projects through permission procedures, with only abstract contents that they should be “environmentally friendly and safe” as safety standards. Environmental impact assessments on geothermal power generation are regulated through the Federal and State Environmental Protection Act and Environmental Impact Assessment Regulations, and investigations into the risk of induced seismicity are routinely conducted as part of the environmental impact assessment. The Federal Environmental Protection Act stipulates an abstract standard that the limits of vibration should be set to “the extent to which the level of science and experience does not significantly harm the well-being of residents.” In addition, the Good Practice Guide, jointly developed by the Swiss Federal Council and the Swiss Seismological Service, focus on the concept of “induced seismicity risk governance” and present applications to operators, governments, regulators, experts, stakeholders, the media and the public in all phases of deep geothermal development projects. From these Swiss cases, legislative implications can be obtained for national consensus on energy policies, licensing procedures and safety standards, conducting environmental impact assessments and securing democratic legitimacy through the participation of various parties involved in the geothermal power generation project process.

한국의 지열자료 GIS 공간 D/B 구축과 지열류량 분포

김형찬(Kim, Hyoung-Chan),이영민(Lee, Young-Min),박정민(Park, Jeong-Min) 한국신재생에너지학회 2006 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2006 No.06

현재 남한의 지열류량 측정값으로는 총 363개 지점의 자료가 측정 및 수집되어 있다. 이것은 Mizutani et at. (1970), 장정진 외(1970), 그리고 서정희(1976) 등의 자료, 총 35개의 자료도 추가된 것이다. 1989년 이후부터 측정된 지열류량 자료는 217개 자료이며(임정웅 외, 1989; 임정웅 외, 1996; Lim and Kim, 1997; 염병우 외, 1997), 모두 직접 측정한 것이나, 1989년 이후 보고된 지열류량 자료에 약간의 오류가 있어 이번 연구에서 수정 보완하였다. 또한 과거의 자료 35개 자료는 이미 지열류량 측정치가 논문화 되어 있는 것으로 암석시료는 없다 1989년 이후 2004년까지 자료 217개 2005년도 추가 자료 111개의 지열류량 자료는 암석시료도 있으며, 측정기기가 서로 달라 오차가 있을 수 있어 서로 보정을 해야 할 필요가 있어 시추공 주변 암석을 새로 수집해서 신장비로 다시 측정 보정하였다. 지열류량 D/B 구축은 각 자료의 일련번호, 고유번호 (Sn.), 위경도 좌표 (longitude, lattitude), 암석의 열전도도(thermal conductivity), 지온경사 (thermal gradient), 지열류량 (heat flow)등으로 구성되어 있다. 지열류량 자료 공간 데이터베이스는 점 속성을 가지며 자료형태는 각종 소프트웨어와 호환성이 좋은 shape 파일 형태로 작성하였다. 또만 최근 천부 토양 및 암석 열물성을 이용한 냉난방시스템 즉, Heat Pump System 설계를 위하여 반드시 들어가야 하는 요소인 열확산율, 공극율, 밀도, 비열 등 열물성 특성을 추가하여 GIS 공간 D/B구축하였다. 대륙붕 자료 4개 자료를 제외하고 359개의 지열류량 자료를 이용하여 한반도 남부, 즉 남한의 지열류량 분포도를 작성 분석해 본 결과(그림 1), 우리나라의 지열류량 이상대는 아산만 주변, 보령, 유성, 진안, 울진, 포항, 부산 지역과 포천, 속초, 충주, 수안보 등 지역에서 나타난다 이러한 이상대 주변에는 대개 온천이 발달되어 있었거나 새로 개발되어 있는 곳이다. 온천에 이용하고 있는 시추공의 자료는 배제하였으나 온천이응으로 직접적으로 영향을 받지 않은 시추공의 자료는 사용하였다 이러한 온천 주변 지역이라 하더라도 실제는 온천의 pumping 으로 인한 대류현상으로 주변 일대의 온도를 올려놓았기 때문에 비교적 높은 지열류량 값을 보인다. 한편 한반도 남동부 일대는 이번 추가된 자료에 의해 새로운 지열류량 분포 변화가 나타났다 강원 북부 오색온천지역 부근에서 높은 지열류량 분포를 보이며 또한 우리나라 대단층 중의 하나인 양산단층과 같은 방향으로 발달한 밀양단층, 모량단층, 동래단층 등 주변부로 NNE-SSW 방향의 지열류량 이상대가 발달한다. 이것으로 볼 때 지열류량은 지질구조와 무관하지 않음을 파악할 수 있다. 특히 이러한 단층대 주변은 지열수의 순환이 깊은 심도까지 가능하므로 이러한 대류현상으로 지표부근까지 높은 지온 전달이 되어 나타나는 것으로 판단된다.

한국의 지열에너지 부존량 산출

박성호(Park, Sung-Ho),이영민(Lee, Young-Min),김종찬(Kim, Jong-Chan),김형찬(Kim, Hyoung-Chan),구민호(Koo, Min-Ho) 한국신재생에너지학회 2008 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.05

지열에너지는 지구 내부의 깊은 곳에서부터 발생하는 열과 상부 지각에서 방사성 동위원소의 붕괴에 의한 열에 의해 발생한다. 지열에너지는 다른 신재생에너지(수력, 풍력, 태양력, 조력, 바이오 매스등)에 비하여 가동효율이 높고, 지속가능한 재활용 자원으로 경제적 효율성이 높아 전 세계적으로 활용도와 잠재성이 높은 신재생에너지의 하나로 각광 받고 있다. 따라서, 지열에너지의 사용은 화석 연료 사용의 상당부분을 대체할 수 있고, 온실가스의 배출도 줄일 수 있다. 현재 우리나라의 지열에너지 이용은 저온성 지열에너지를 이용한 냉난방에 국한되어 있지만, 앞으로의 지열에너지 이용은 Enhanced Geothermal System(EGS) 을 이용한 지열에너지 개발에 초점이 맞추어질 것이다. 현재의 지열에너지 개발을 용이하게 하고, 또한 미래의 지열에너지 개발에 대비하여 우리나라의 이용가능한 지열에너지 부존량을 파악하기 위해 본 연구를 수행하였다. 연구 수행에는1560개 열물성 자료(밀도, 비열, 열전도도), 353개 지표 지열류량 자료, 180개 열생산율 자료와 54개의 지표온도 자료가 사용되었다. 우리나라의 지표에서부터 1 km 깊이 간격별로 5 km 깊이까지 지열에너지 부존량을 산출한 결과 지표에서 부터 5 km 깊이까지의 추출 가능한 지열에너지의 총 부존량은 1.01{times}10^{23} J로 산출되었다. 지열에너지 부존량을 Toe(석유환산톤) 로 환산하면 2.40{times}10^{12} Toe 가 된다. 추출한 지열에너지 자원의 2%를 사용한다고 가정 했을때 약 480억 Toe 이다. 이는 2006년 우리나라 전체 1차 에너지 총 소비량(2.33억 Toe)을 고려 했을때 약 200년 동안 사용할 수 있는 양이다.

수주지열정(SCW)을 이용한 천부지열 냉난방시스템 설계지침

한정상,한혁상,한찬,김형수,전재수,Hahn, Jeong-Sang,Han, Hyuk-Sang,Hahn, Chan,Kim, Hyong-Soo,Jeon, Jae-Soo 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.5

For the reasonable use of low grade-shallow geothermal energy by Standing Column Well(SCW) system, the basic requirements are depth-wise increase of earth temperature like $2^{\circ}C$ per every 100m depth, sufficient amount of groundwater production being about 10 to 30% of the design flow rate of GSHP with good water quality and moderate temperature, and non-collapsing of borehole wall during reinjection of circulating water into the SCW. A closed loop type-vertical ground heat exchanger(GHEX) with $100{\sim}150m$ deep can supply geothermal energy of 2 to 3 RT but a SCW with $400{\sim}500m$ deep can provide $30{\sim}40RT$ being equivalent to 10 to 15 numbers of GHEX as well requires smaller space. Being considered as an alternative of vertical GHEX, many numbers of SCW have been widely constructed in whole country without any account for site specific hydrogeologic and geothermal characteristics. When those are designed and constructed under the base of insufficient knowledges of hydrgeothermal properties of the relevant specific site as our current situations, a bad reputation will be created and it will hamper a rational utilization of geothermal energy using SCW in the near future. This paper is prepared for providing a guideline of SCW design comportable to our hydrogeothermal system. 내 수문지열계 가운데 수주지열정(SCW)시스템을 합리적으로 설치이용할 수 있는 조건들은 심도별 지온증가율이 명확하고($2^{\circ}C/100m$심도), 기존의 지하수 열펌프가 필요로 하는 순환수의 유량에 비해 최소 $10{\sim}30%$의 중온의 심부지하수가 산출될 수 있어야 하며, 순환수를 공내로 재주입시 공내붕괴가 일어나지 않는 견고한 암석들이 존재 하여야 한다. 수주지열정의 1개공당 굴착심도는 평균 $400{\sim}500m$이며, 이로 부터 개발가능한 지열에너지는 공당 약 $30{\sim}40RT$ 규모인데 비해 1개 수직지중열교환기가 공급가능한 지열에너지는 $2{\sim}3RT$ 정도이다. 즉 수주지열정 1개공은 $10{\sim}15$개의 수직지중열교환기 역할을 한다. 따라서 이 방식은 수직루프 설치장소의 공간 문제를 해소할 수 있는 유일한 대안으로 인식되어, 현재 전국 각지에서 많은 수의 SCW들이 무분별 하게 비과학적으로 설치되고 있다. 이와 같이 해당지역 수문지열계의 수리 지질학적인 특성과 열적인 특성을 명확히 파악하지 않은 상태에서 수주지열정을 설계 시공하는 경우에 나타날 문제점들은 추후 합리적인 천부지열 개발 이용에 지대한 장애요인이 될 것이다. 따라서 본고는 국내 수문지열계에 적합한 수주지열정을 설계 하는데 있어 필요한 일종의 지침서를 제시하기 위해 작성되었다.

EGS 지열발전시스템을 적용한 제주 지열발전소

이상돈(Lee, Sang-Don) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06

지열에너지는 지구가 생성될 당시부터 지구 내부에 존재하는 무한한 열에너지로 온실가스 배출이 적으며 태양광이나 풍력 등 다른 신재생 에너지와는 달리 일정한 에너지를 공급할 수 있는 항상성 에너지로 기저부하를 담당할 수 있다. 지열을 이용한 전력 생산은 1904년에 이탈리아 라데렐로에서 처음으로 시작되었으며, 현재까지 화산지대를 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 2001년에서 2005년 사이에 전세계 지열발전용량은 약 13% 증가하였으며, 2005년을 기준으로 약 8,933MWe의 지열발전설비가 가동 중이다. 최근 들어 지하 심부까지 시추하여 지열저장소(geothermal reservoir)를 형성하고 이를 통해 지열에너지를 생산하는 새로운 시스템인 EGS(Enhanced Geothermal Systems)가 개발됨에 따라 비화산지대에서도 지열발전소를 건설하려는 움직임이 가속화되고 있다. EGS는 지하 심부의 불투수성 결정질 암반에 존재하는 지열에너지의 경제적인 생산뿐만 아니라 물을 주입하여 생산시키는 순환 방식을 이용하여 지열에너지 획득의 매개 역할을 하는 지열수의 고갈 문제를 해결하였다. 결정질 암반에서의 지열저장소의 형성은 암반 내에 분포하는 불연속면에서 주로 발생하며, 이를 위한 압력 조건은 현지 암반의 응력 분포 특성과 암반 및 불연속면의 물성에 좌우된다. 시추공을 통해 지하 심부의 암반에 수압이 가해지면 물의 주입으로 불연속면의 마찰력이 감소하며, 이로 인해 불연속면에 전단변형이 발생하게 된다. 전단변형은 불연속면을 열린 상태로 유지시켜 지열저장소를 형성하게 된다. 불연속면의 전단 변형시 발생하는 미소 탄성파는 시추공 주변에 설치한 모니터링 장비에서 측정되며, 모니터링 장비에 의해 측정된 미소 탄성파 발생 지점의 클러스터는 지열저장소의 공간적 분포 및 규모를 추정할 수 있는 자료가 된다. 현재 EGS를 이용한 지열발전 프로젝트는 프랑스 슐츠, 스위스 바젤, 호주 하바네로에서 대표적으로 진행 중이다. 슐츠는 현재 1.5MWe의 파일럿 플랜트를 가동 중이며, 하바네로는 파일럿 플랜트 건설 단계를 진행중이다. 스위스 바젤은 지열저장소를 형성시킬 목적으로 수행된 주입시험에서 발생된 문제에 대한 기술의 신뢰성을 확보할 목적으로 잠시 중단된 상태다. 제주도는 신생대에 분출하여 형성된 대표적인 한국의 화산지형으로 지열부존 가능성이 높을 것으로 예상되는 지역이다. 따라서 폐사는 지열에너지 부존 특성을 파악하기 위한 심부 물리 탐사 및 탐사정 시추가 실시될 예정이며 궁극적으로 국내 최초의 상용화된 지열발전소 건설을 목표로 하고 있다.

미국의 지열발전사업 및 지진방지절차 관련 법제 검토

김재선 한국토지공법학회 2021 土地公法硏究 Vol.94 No.-

In 2010, “Enhanced Geothermal System Project for MW Power Generation”, one of the project funded by the Korean Government, geothermal project in pohang, has been introduced and performed under the “Framework Act on Science and Technology”, “Enforcement Decree of the Industrial Technology Innovation Promotion Act”, and “Operation Guidelines for projects for innovation of industrial technology”. After reviewing technologic aspect including geological, geographic, social and location conditions, pohang area has been selected as the main area to conduct geothermal project. After the earthquake of about 5.4 degree in Pohang occurred in 2017, the Korean Government Commission has determined that natural earthquake was “triggered by an artificial cause”. This paper focus on the United States cases, which include pre-evaluation and hearing in the process of site selection to geothermal resources development even though there is no clear relationship between the geothermal resource development and the earthquake. Geothermal resource refers to all resources(steam, gas, energy, by-products etc.), and the applicable regulations are not clearly defined because it was combined resources including liquid, gas and solid. In 1977, the Supreme Court held that the geothermal resources can be valuable under the Federal Mining Statutes. The geothermal legislations follows as The Federal Geothermal Steam Act, Geothermal Resources Act of California and New Mexico. Moreover, bidding system was introduced in 2005, specific land leasing agreement process was articulated. Especially the California Geothermal Resources Act specified “land excavation permit, drilling permit, penetration permit, geothermal energy sales permit etc.”, and protocol for addressing induced seismicity associated with enhanced geothermal system specified 7 stage review process. In Korea, legislations recognizing the unique legal nature of the geothermal resources, securing the safety, and acknowledging reasonable economic utilization value of the resources would be needed. Moreover, specific procedural rules including leasing agreement, geothermal resource development permit (each stage’s permit) needs to be considered. 2010년 시작된 국가연구개발 실증사업 중 하나인 “MW급 지열발전 상용화 기술개발 사업”(포항 지열발전 사업)은 과학기술기본법, 산업기술혁신 촉진법, 기술혁신사업 운영요령 등 국가기술개발사업 관련 법령에 근거하되, 지질학적·지리적·사회적·입지조건 등 기술적 고려사항 등에 대한 검토를 거쳐 포항지역을 지열발전 상용화 기술개발을 위한 주요 대상지로 선정하였다. 2017년 포항지역에서 5.4 정도의 지진이 발생하자, 지열발전 개발사업으로 지진이 발생하였는지에 관한 연구가 진행되었으며, 정부조사연구단은 “인위적 원인으로 자연지진의 발생이 촉발된 것”으로 판단하였다. 본고에서는 명확한 인관관계는 없더라도 지열 에너지 개발을 위한 부지선정 절차 등에서 법령(연방지열증기법, 연방지열연구개발법, 유발지진관리지침 등)에서 사전평가 및 이해관계자 의견청취 등의 절차를 규정하고 있는 미국의 법제사례를 검토하고자 한다. 미국에서 지열자원은 지열발전에 활용되는 모든 자원(증기, 가스, 에너지, 부산물 등)을 통칭하며, 초기 지열자원이 액체, 기체, 고체 등 여러 형태로 결합된 에너지원이라는 이유로 적용법제가 명확하게 정의되지 못하였다. 다만, 1977년 연방대법원은 지열 자원이 광물자원법에서 규정한 가치있는 자원이 될 수 없다고 판단하였으며, 1981년 캘리포니아주 대법원은 지열 자원의 상업적 활용을 주장하는 원고에 대하여 광물자원 법제가 적용될 수 있다고 판단하였다. 미국의 지열발전에 관한 입법은 1966년 연방지열증기법, 1967년 캘리포니아와 뉴멕시코에서 발전하였으며, 2005년 지열발전을 위한 입찰제도가 도입되었고, 2007년 지열발전을 위한 토지임대규정이 제정되는 등 절차와 방법이 구체화되었다. 연방지열증기법은 지열자원의 범위를 정의하고, 지열사업자에 대한 지열발전 허가와 관리를 위한 절차와 요건 등을 규정하였으며, 임대료와 기타 비용, 임대에 관한 위원회 심의 절차 등을 규정하고 있다. 연방지열연구개발법은 신재생에너지 수요에 대응하고 지열발전을 촉진하도록 연구지원펀드 및 지원대상 프로그램에 대한 규제방안을 규정하고 있으며, 연방 공익사업규제정책법은 발전차액지원제도를 통하여 지열발전사업자의 손실을 보전해주며 에너지세법은 세제혜택을 부여하고 있어 지열 에너지의 활용을 촉진하고 있다. 오랜 역사를 가진 캘리포니아 지열자원법의 경우 지열 에너지를 토지발굴 허가, 시추 허가, 지하에 대한 침투 허가, 지열 에너지 판매를 위한 승인신청과 공공편의 필요 인증 등 인허가 절차를 구체화한다. 하위법령 중 심부지열발전 유발지진 관리지침의 경우, 총 7단계에 걸쳐 지열발전 사업에 관한 검토를 하도록 하고 있다. 1단계 사전평가는 지열발전 후보지에 대한 지질학적 위험, 지역사회의 의견과 적용 규정의 실현 가능성 등을 객관적·종합적으로 평가하며, 2단계 이해당사자들 설득방안을 제안하며, 3단계 소음 및 진동평가는 지질학적 평가과정을 규정하며, 4단계 지질학적 검토는 지질학적 모니터링 결과 지진의 발생 위치와 시기, 강도, 지진 발생 시 지진이 전파되는 주요 메커니즘, 지진파의 비율 등을 고려하여 유발지진 발생 가능성을 검토한다. 5단계 유발지진 발생위험의 질적 평가에서는 지진위험 가능성 평가와 지진위험 분석 결정을 거쳐 지진발생 가능성을 평가하며, 6단계에서는 위험분석 결과를 바탕 ...

부곡 지열수의 심부환경과 지화학적 진화: 유황형 지열수의 생성과정 재해석

고용권,윤성택,김천수,배대석,박성숙 대한자원환경지질학회 2001 자원환경지질 Vol.34 No.4

국내에서 가장 높은 용출온도를 보이는 경남 부곡 지열수에 대하여 Yun et al.(1998)에 의하여 기존에 발표된 수리화학 및 동위원소 자료를 토대로 지열수의 심부환경과 지화학적 진화과정을 재해석하였다. 부곡 지열수는 지화학적 특성에 따라 3가지 유형으로 구분되어 진다(지열수I,II,III형). 지열수I형과II형은 높은 온도(55.2~$77.2^{\circ}C$)를 보이며, 화학적으로 Na-$SO_4$형에 속하지만, pH와 Eh가 다소 차이가 나며, $SO_4$함량이 크다는 것이 특징이다. 지열수 중심지역으로부터 외곽부에서 산출되는 지열수 III형은 29.3~$47.0^{\circ}C$의 용출온도를 보이며, Na-$HCO_3SO_4$형을 나타낸다. 지열수 I형에 대하여 다성분계 지질온도계의 적용결과는 심부저장지의 온도가 115~$130^{\circ}C$인 것으로 추정되었다. 다양한 지화학적 특성을 보여주는 부곡 지열수의 지화학적 진화과정은 다음과 같이 해석될 수 있다. 첫째, 부곡지역보다 높은 지형에서 함양된 지하수가 심부로 순환하게 되면서, 퇴적암 또는 심부의 화강암과 물-암석 반응이 진행된다. 이때 퇴적층에 함유되어 있던 황산염 광물의 용해반응으로 지하수는 다량의 $SO_4$를 함유하게 된다. 둘째, 지하수가 계속 심부로 순환하는 과정에서 환원환경에 접하게 되어 $H_2$S가 생성되고, 심부열원에 의하여 약 13$0^{\circ}C$까지 가열되어 규산 염광물과의 반응정도가 높아진다. 이 때 pH는 상승하고 SO$_4$함량은 감소하게 되며, 방해석이 침전조건에 놓이게 됨으로써, 결국 지열수는 Na-SO$_4$형을 띠게 된다. 셋째, 이렇게 형성된 지열수가 유동로를 따라 상승하는 과정에서 덜 깊게 순환하는 지하수와 혼합과정을 거치게 된다. 지열수와 혼합되는 지하수는 퇴적층내 황철석의 산화반응에 의해 다량의 SO$_4$를 함유한 것으로 사료된다. 이렇게 형성된 지열수는 계속 상승하면서 천부환경의 지하수와 혼합되어 부곡지역내 다양한 지화학 특성을 보이는 지열수를 형성하게 된다. The deep environment and geochemical evolution of the Bugok geothennal waters, located in the Kyeongnam Province, was re-interpreted based on the hydrochemical and isotopic data published by Yun et al. (1998). The geothermal waters of the Bugok area is geochemically divided into three groups; Geothennal water I, II and III groups. Groups I and II are geochemically similar; high temperature (55.2-77.2$^{\circ}$C) and chemically belonging to Na-S04 types. However, pH and Eh values are a little different each other and Group II water is highly enriched in S04 compared to Group I water. Group III water, occurring from peripheral sites of the central part of the geothennal waters, shows temperature range of 29.3 to 47.0$^{\circ}$C and belongs to $Na-HCO_3-S0_4$ types. The deep environment and geochemical evolution of the Bugok geothennal waters, showing the diversity of geochemistry, can be interpreted as follows; I) Descending to great depth of meteoric waters that originated at high elevation and reacting with sediments and/or granites in depth. The $S0_4$ concentration of the waters has been increased by the dissolution of sulfate minerals in sediments. 2) During the continuous descending, the waters has met with the reduction environment, producing the $H_2S$ gas due to sulfate reduction. The waters has been heated up to 130$^{\circ}$C and the extent of water-rock reaction was increased. At this point, pH of waters are increased, S04 concentration decreased and calcite precipitated, therefore, the waters show the $Na-S0_4$ type. 3) Ascending of the geothennal waters along the flow path of fluids and mixing with less-deeply circulated waters. The $S0_4$ concentration is re-increased due to the oxidation of $H_2S$ gas and/or sulfide minerals in sediments. During continuous ascending, these geothennal waters are mixed with shallow groundwater.

독일의 지열발전 및 지진위험 방지 법제에 관한 소고 ― 연방 광업법을 중심으로 ―

한명진 ( Myeongjin Han ) 한국환경법학회 2021 環境法 硏究 Vol.43 No.1

독일은 ‘에너지 목표 2050’에 따라 ‘지열’에너지는 온실가스 감축을 위한 대안으로써 매우 중요한 재생에너지원 중 하나로서 자리매김하고 있다. 이에 따라 천부지열을 이용한 냉난방 시스템은 2020년을 기준으로 전국적으로 420,000개소의 시스템이 설치되어 있고 심부 지열의 경우 38개의 발전소가 건설되는 등 활발하게 지열발전산업이 이루어지고 있다. 한편 광물자원의 개발과 관련하여 모든 광물자원 개발 관련 정의, 개념 및 각종 인허가 규정 및 담당 기관 등과 관련된 모든 연방 차원의 내용을 연방 광업법을 통해서 규정하고 있다. 이에 따라 지열발전사업도 연방 광업법의 구속을 받는데, ‘지열’은 연방 광업법 규정에 따라 채굴이 자유로운 법정 광물로 구분되고 있다. 즉 독일의 연방 광업법은 지열 에너지에 대한 소유권은 고온의 지열수가 발견되는 지점의 토지소유주가 아니라 연방정부에 속한다고 규정함으로써 직접적으로는 지열 에너지의 개발 및 이용에 관한 권리관계를 명확하게 하여 발생할 수도 있는 분쟁을 미연에 방지하는 기능을 하고 있으며, 또한 나아가서 지열 에너지의 개발 및 이용권에 대한 규율을 명확히 함으로써 지열 에너지 개발 사업의 수익성을 강화하고 개발을 위한 투자의 유치에 유리한 사업환경이 조성되는 데도 기여하고 있다고 평가할 수 있다. 또한 연방 광업법 규정에 따라 국가소유인 법정 광물은 자유롭게 채굴할 때에도 우선적으로 광업권을 부여받아 탐사 및 이용에 관한 자격을 얻어야 한다. 즉 이는 토지에 대한 소유권이 ‘지열’에는 미치지 않음을 의미한다고 할 수 있다. 즉 지열 에너지를 광물의 일종으로 정의하여 토지소유권자의 권한과 국가로부터의 탐사권 및 채굴권을 분리하고, 이를 토대로 지하 100m 지점까지는 지상 소유권자가 소유권을 가지고 그 이상에 대해서는 국가가 소유권을 가지는 것으로 규정하는 독일 연방 광업법상의 규정은 참고할 만 하겠다. 한편, 2009년에 발생한 란다우 지진이 일어난 라인란트-팔츠주의 주정부 광산·지질청의 경우 독일 진동평가 기준인 DIN 4150에 따른 지진방출 측정 네트워크 설치를 요구하고 있는데, 이는 시범 운영을 계속하기 위한 요건(연방 광업법상의 운영계획)으로서 승인 절차에서 제출되어야 한다. 즉 지열발전사업이 가지고 있는 운영상의 어려움을 때에 따라서 그 요건을 완화함으로써 지열발전사업의 활성화를 도모하고 또 다른 한편으로는 안정성이 확보되어야 하는 부분의 요건을 충족할 것을 추가로 요구하여 사업 활성화와 안정성 측면 모두를 균형 있게 보장하려고 하고 있다. 또한 란다우 지열발전소의 지진 이후 연구프로젝트(MAGS, GEISER) 및 연구협의체인 FKPE가 설치되어 유발지진에 대한 연구 활동을 심도 있게 행하였다. 즉 유발지진이 발생한 경우라도 즉각적으로 사업을 멈추는 것이 아니라 이에 관해 연구함으로써 지열발전사업에 있어 지진의 위험성을 피하는 것을 전략적으로 구상하고 있다고 평가할 수 있겠다. In Deutschland positioniert sich „Erdwärme(Geothermie)“ gemäß dem „Energieziel 2050“ als Alternative zur Reduzierung von Treibhausgasen als eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen. Dementsprechend wurden im Jahr 2020 landesweit 420.000 Systeme für Kühl- und Heizsysteme mit Oberflächennahe Geothermie, installiert und 38 Kraftwerke für Tiefe Geothermie gebaut. In Bezug auf die Entwicklung von Bodenschätzen sind alle Definitionen, Konzepte und Vorschriften in Bezug auf die Entwicklung von Bodenschätzen, verschiedene Genehmigungsvorschriften und alle Bundesinhalte in Bezug auf die zuständigen Behörden im Bundesbergbaugesetz festgelegt. Dementsprechend ist das Geschäft mit geothermischer Stromerzeugung auch an das Bundesbergbaugesetz gebunden, und „Geothermie“ wird als gesetzliches Mineral eingestuft, das gemäß den Bestimmungen des Bundesbergbaugesetzes abgebaut werden kann. Mit anderen Worten, das deutsche Bergbaugesetz sieht vor, dass das Eigentum an Geothermie der Bundesregierung und nicht dem Landbesitzer an dem Punkt gehört, an dem heißes geothermisches Wasser gefunden wird. Es dient dazu, bestehende Streitigkeiten im Voraus zu verhindern. Darüber hinaus kann bewertet werden, dass es zur Stärkung der Rentabilität des Geschäftsbereichs Geothermieentwicklung und zur Schaffung eines günstigen Geschäftsumfelds für die Gewinnung von Entwicklungsinvestitionen beiträgt, indem die Regeln für das Recht auf Entwicklung und Nutzung von Geothermie präzisiert werden. Darüber hinaus muss den staatlichen Mineralien gemäß den Bestimmungen des Bundesbergbaugesetzes das Recht eingeräumt werden, auch im freien Abbau zuerst abzubauen, um Qualifikationen für die Untersuchung und Nutzung zu erhalten. Das bedeutet, dass das Eigentum an dem Land nicht unter der "Geothermie" liegt. Das heißt, die geothermische Energie wird als eine Art von Mineralien definiert, um die Rechte des Grundbesitzers und die Untersuchungs- und Bergungsrechte des Landes zu trennen, und auf dieser Grundlage wird festgelegt, dass der Grundbesitzer bis zu einem Punkt unter 100m Eigentum und darüber hinaus Eigentum des Staates hat. Bei der staatlichen Bergbau- und Geodatenbehörde Rheinland-Pfalz, bei der das seismische Ereignis bei Landau im Jahr 2009 aufgetreten ist, muss ein Messnetz für eismisches Immissionsmessnetz gemäß DIN 4150, der deutschen Schwingungsbewertungsnorm, installiert werden. Die Aktivierung des Geschäftsbereichs Geothermie wird gefördert, indem von Zeit zu Zeit die betrieblichen Schwierigkeiten des Geschäftsbereichs Geothermie und andererseits die Wiederbelebung und Stabilität des Geschäfts gelockert werden, indem zusätzlich die Anforderungen der Bereiche gefordert werden, in denen Stabilität herrschen soll sichergestellt Wir versuchen sicherzustellen, dass alle Aspekte ausgewogen sind. Darüber hinaus wurden nach dem Erdbeben im Geothermiekraftwerk Landau Forschungsprojekte (MAGS, GEISER) und der Forschungsrat FKPE eingerichtet, um eingehende Forschungsaktivitäten zu den induzierten Erdbeben durchzuführen. Mit anderen Worten, es kann bewertet werden, dass das Projekt strategisch so konzipiert ist, dass Seismisches Risiko im Geothermieprojekt durch Untersuchung des Projekts vermieden wird, anstatt das Projekt selbst im Falle einer induzierten Seismizität sofort zu stoppen.

MW급 EGS 지열발전 상용화 기술개발사업의 추진 배경 및 계획

윤운상(Woon-Sang Yoon),송윤호(Yoonho Song),이태종(TaeJong Lee),김광염(Kwang-Yeom Kim),민기복(Ki-Bok Min),조용희(Yong-Hee Cho),전종욱(Jongug Jeon) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.1

지열에너지는 여러 신재생에너지원 중에서도 기저부하를 담당할 수 있는 중요한 자원으로 인식되고있다. 국내에서도 천부지열을 이용한 지열냉난방은 효율 높은 신재생에너지 활용 사업으로 그 보급이 활성화 되어 있다. 반면, 전세계적으로 지열 발전 기술이 진일보하고, 그 시장이 크게 확대되고 있는 상황에서 아직까지 국내의 심부 지열을 이용한 지열 발전 기술은 낮은 단계에 머무르고 있다. 이러한 조건에서 2010년 12월에 국내 최초의 EGS(Enhanced Geothermal System) 지열 발전 상용화 기술 개발 과제가 착수되었다. 총 5개년의 기간으로 수행되는 이 과제는 2단계로 구분되어 진행될 계획이다. 처음 2년의 1단계에서는 3 ㎞ 심도에서 최소 100°C의 지열저류층 온도를 확인하는 것을 주요 과제 내용으로 하여 지중 지열수 순환시스템의 설계가 이루어질 예정이다. 이후 3년을 통해 수행될 2단계에서는 5 km 심도의 생산정과 주입정 등 두 개의 지열발전정을 설치하고, 수리자극을 통하여 온도 180℃의 지열저류층에서 유량 40 ㎏/s 이상의 지열수를 활용하는 ㎿급 지열발전소를 건립 운영하게 된다. 이 사업을 성공적으로 추진하기 위하여 현재 지질, 수리지질, 지구물리, 암석역학, 플랜트 엔지니어링 등 다양한 분야의 산학연 연구 기관 등이 망라되어 연구진을 구성한 상태이며, 이후 관심있는 여러기관과 연구자들의 지원과 참여를 기대하고 있다. Geothermal energy is believed to be an important source among the renewable energy sources to provide the base load electricity. Although there has been a drastic increase in the use of geothermal heat pump in Korea, there is no geothermal power plant in operation in Korea. Fortunately, the first EGS (Enhanced Geothermal System) Project in Korea has started in Dec 2010. This five year project is divided into two stages; two years for exploration and drilling of 3 ㎞ depth to confirm the minimum target temperature of 100 degrees, and another three years composed drilling 5 ㎞ doublet, hydraulic stimulation of geothermal reservoir with expected temperature of 180 degrees (40 ㎏/s) and construction of ㎿ geothermal power plant in the surface. This EGS project would be a landmark effort that invited a consortium of industry, research institutes and university with expertises in the fields of geology, hydrogeology, geophysics, geomechanics and plant engineering.

국내 최초 지열발전 pilot plant 프로젝트 개요

윤운상(Yoon, Woon Sang),이태종(Lee, Tae Jong),민기복(Min, Ki-Bok),김광염(Kim, Kwang-Yeom),전종욱(Jeon, Jongug),조용희(Cho, Yong-Hee),송윤호(Song, Yoonho) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.05

지구온난화와 화석연료 고갈에 대한 우려로 전세계적으로 신재생에너지의 개발 및 활용이 본격화되고 있다. 특히, 다양한 신재생에너지원 중에서 날씨 및 계절에 의한 영향, 기저부하 담당, 지상 점유 면적, 소음 등 생활환경 영향, 경제성 등을 고려할 때 지열에너지는 미래 청정에너지원로서 기대와 관심이 집중되고 있다. 화산이 존재하지 않는 우리나라에서의 지열발전은 거의 불가능한 것으로 인식되어 지금까지의 심부 지열에너지 개발 프로젝트는 대부분 지역난방, 시설영농 등 직접이용을 목표로 추진되어 왔다. 그러나, 2003년부터 한국지질자원연구원에서 수행한 포항 심부지열에너지 개발사업의 결과로 얻어진 다양한 지질학적/지열학적 증거들을 토대로 분석한 결과, 국내 일부 지역에서는 지하 5 km 심도에서 최대 약 180?C의 지온이 예상되어 국내에서도 심부 지열에너지를 이용한 지열발전에 대한 가능성이 제기되어 왔다. 여기에, 유럽과 미국 그리고 호주 등 선진국을 중심으로 비화산 지역에서 지하 심부에 인공적으로 지열저류층(파쇄대)을 생성하고 이를 통해 열매체(물)를 순환시킴으로써 생산된 증기를 발전에 활용하는 EGS (Enhanced Geothermal System) 기술이 개발되고 몇몇 성공사례가 발표되었다. 또한, 이러한 기술개발에 힘입어 EGS 지열발전에 대한 선진국의 과감한 연구비 투자가 이어졌다. 이러한 기술적 배경에 발맞추어 우리나라에서도 2010년 12월에 EGS 지열발전 과제가 착수되었다. 이 프로젝트는 아시아에서는 최초로 수행되는 EGS 기술 개발과제로서 2015년까지 약 480억원의 R&D 예산을 투입하여 MW급의 지열발전 pilot plant의 구축을 목표로 하고 있다. 프로젝트가 성공적으로 추진될 경우 국내외적인 파급효과는 매우 클것이다. 특히 2015년까지 1.5 MW의 pilot plant의 구축이 성공적으로 추진될 경우 국내에서는 2017년까지 3 MW 이상, 2020년까지 20 MW이상, 2030년까지 200 MW 이상의 지열발전이 가능할 것으로 기대된다. 또한 축적된 기술개발 경험을 바탕으로 인도네시아, 필리핀 등의 해외의 지열발전 사업에도 진출할 수 있는 계기가 될 것이다. 프로젝트는 넥스지오를 주관기관으로 하고 한국지질자원연구원, 한국건설기술연구원 및 서울대학교 등의 지질자원 관련 연구 및 교육기관과 포스코, 이노지오테크놀로지 등의 산업체가 참여하여 컨소시엄 형태로 추진하고 있으며, 향후 관심있는 여러 기관 및 산업체의 지원과 참여를 기대한다.