일본산업뉴스요약

일본의 지열발전 (상)
동남아시아의 개발열기와 파리협정

일본최초의 지열발전소가 이와테현에서 가동한 지 올해로 50년이다. 100% 국산 클린에너지로서 반세기에 걸쳐 실적을 쌓았고, 그 기술은 해외 시장에서도 인정받고 있다. 마침, 2020년 이후의 지구온난화 대책인「파리협정」이 발효된다. 세계적으로 재생가능 에너지의 활용이 확산되는 지금의 상황은, 일본의 지열관련 산업이 비약할 수 있는 좋은 기회가 될 것인가?

「이곳이 지열의 중심지가 될지도 모른다」. 에너지업계 관계자들이 그렇게 주시하고 있는 지열발전소 건설이 인도네시아 수마트라에서 진행되고 있다.

주도에서 차로 약 8시간. 열대 우림을 개발한 토지에 발전설비가 늘어서 있다. 총 사업비가 16억 달러가 넘는「사룰라(Sarulla) 지열발전소」다. 총 3기로 구성되며, 총출력은 32만 kW다. 완성된다면 단일 발전소로는 세계 최대 규모다. 1호기(10만 kW)는 연내 가동을 목표로 하고 있기 때문에, 건물에서는 수증기가 뿜어 나오고 있다.

-- 도시바의 점유율은 상위 --
이 일대 프로젝트를 지원하는 기업은 일본 기업이다. 건설∙보수∙운영을 담당하는 특별목적회사(SPC)에는 ITOCHU(伊藤忠)상사와 규슈전력이 각 25%, INPEX(國際石油開發帝石)가 18%를 출자하였고, 나머지는 그 지역의 자원회사인 메드코(Medco) 등이 출자하였다. 발전설비의 심장부인 터빈은 도시바 제품이다.

지열 증기에는 유화수소 등 이물질이 많이 포함되어 있어「보통의 화력터빈과 비교하여 내구성이나 내부식성이 필수다」(도시바 화력수력사업부 후루타니 씨)

도시바는 Mitsubishi Hitachi Power Systems와 나란히 지열 터빈 분야에서 세계 최고의 자리를 22% 점하고 있다. 인도네시아뿐 아니다. 개발이 빠르게 진행되고 있는 아프리카에서도 일본기업의 공헌도는 크다.

그런 일본의 힘의 원점이라고 할 수 있는 것이 일본의 상업용 지열 제1호기다. 이와테현 북서부의 하치만타이시에 위치한 마쓰카와(松川) 지열발전소다. 유황천 냄새가 풍기는 산간 깊은 온천지역에 높이 64미터의「냉각탑」이 위용을 자랑한다.

지열발전은 지하에서 분출하는 천연 증기로 터빈을 돌려 발전한다. 마쓰카와 지열발전소에는 지하 800~1600미터에, 지하수가 마그마로부터 열을 받아 생긴「증기덩어리」라고 불리는 층이 있다. 이 층에서 증기를 추출한다.

현재 마쓰카와 지열발전소는 도호쿠(東北)전력이 출자하는「도호쿠자연에너지」(센다이시)가 운영한다. 그러나 처음에 개발한 것은 일본중화학공업(도쿄, 마스다 사장)이다.

계기는 그 지역의 유황광산의 폐산이었다. 폐산 후의 지역발전을 위해 마쓰오무라(지금의 하치만타이시)가 온천 개발을 위해 땅을 팠는데, 그곳에서 증기가 뿜어 나왔다. 이 점에 주목한 것이 알루미늄 정련(精鍊)으로 유명한 일본중화학공업이었다.

「증기로 발전할 수 있다면, 그 전력을 공장에 사용할 수 있다」고 생각하였다. 통상산업성 공업기술원(지금의 산업기술총합연구소)의 협력도 얻어 1956년에 조사에 착수했다. 총 공사비 약 20억엔에 착공했지만「문제의 연속이었다」(일본중화학공업 관계자)고 한다. 처음에는 지하의 깊이를 알 수 없어 수백 미터 단위로 굴삭 작업을 반복했다.

조사 개시부터 10년 후인 1966년 10월에 운전을 개시했다. 터빈은 도시바의 제품이었다. 당초 출력은 9500kW로 현재(2만 3500kW)의 약 40%였다. 증기와 함께 나오는 바위 가루 때문에 터빈 날개가 부러지는 등 사고가 연이어 발생하여, 궤도에 오르는 데 수년이 필요했다. 그러나 이 때의 도시바 관계자의 시행착오 경험은 국내의 다른 지열 개발에 활용되기도 하였다.

1980년대부터 90년대에 걸쳐서는 지열자원이 많은 도호쿠나 규슈에서 개발이 진행되었다. 국내의 지열발전소는 14개로 늘었다.「실적이 많은 만큼 지식이 쌓이고, 우위성도 높아지면서 지열 기술 양성으로 이어진다」(도시바의 후루타니 씨). 그렇지만 중추가 되지는 못했다. 화력발전과 비교하면 출력이 작고, 개발기간도 너무 길었다.

이상하게도 마쓰카와 지열발전소가 탄생한 1966년에는 국내 첫 상용원자력발전소인 도카이(東海)발전소(이바라키현)도 가동하였다. 대형 전력회사가 원자력 발전에 집중하는 동안 국내의 지열발전소는 1990년대 중반에 정체되었고 정부의 보조금도 축소되었다. 관련기업은 해외시장 개척으로 눈을 돌렸고, 국내의 지열발전 불빛은 꺼진 듯 보였다.

-- 지진 후 다시 각광받다 --
그러나 지금은 흐름이 바뀌었다. 계기는 2011년 동일본대지진과 원자력발전 정지. 그리고 발전차액지원제도(Feed-in Tariff, FIT) 발족 등 재생에너지의 보급이다.

일본은 자원이 없다고 하지만, 지열자원 부문에서는 세계 3위다. 자원량에서도 지열대국이라고 말할 수 있다. 그 잠재력을 키우기 위해 정부는 대지진 후인 2012년에 지열발전소 건설지에 대한 규제를 완화하기로 결정했다. FIT도입 후에도 태양광 등과 비교하여 비중이 미비하였지만, 다시 수십 건의 개발계획이 가동되기 시작했다.

자원에너지청은 2030년에는 국내의 출력이 현재의 3배 가까운 140만 kW로 늘어날 거라 예상하고 있다. 발전량을 기준으로 계산하면 현재 모든 전원(電源)에서 차지하는 비중은 0.3%다. 3배가 증가한다고 해도 1%에 지나지 않지만, 길었던 정체기에서 벗어나기 시작했다는 데 가치가 있다고 말할 수 있다.

앞으로는 동남아시아 외에 중남미 개척도 기대된다. 파리협정 등 국제적인 흐름도 있고, 세계의 지열 출력은 2015년의 1200만 kW가 2020년에는 2100만 kW로 증가할 전망이다.

규슈전력그룹은 지열 개발 컨설턴트로서 세계적으로 유명한 존재다. 개발뿐만 아니라「maintenance 등 보수분야도 세계적인 수준」(미쓰비시히타치 해외사업부 히로나카 차장)이라고 자부한다. 일본에게 좋은 비즈니스 기회도 그만큼 늘어나게 된다.

도카이발전소는 1998년에 정지했지만, 같은 해에 탄생한 마쓰카와 지열발전소는 지금도 가동 중이다. 반세기 동안 축적해 온 노하우를 무기로 지열 업계는 새로운 성장기에 도전한다.

국내 3사의 비중은 60%
지열 터빈, 산업 층 두껍게

지열 발전의 역사는 오래되었다. 1913년에는 이탈리아에서 세계 첫 지열발전소가 가동하였다. 일본에서도 석유∙석탄의 대체로서 전쟁 전부터 주목 받았다. 이미 대정기(大正期:1912~1926)에는 오이타현에서 지열정(地熱井)이 시굴(試掘)되었다.

국내에서의 본격 보급은, 정부가 오일쇼크 후인 1974년에「Sunshine계획」이라는 이름을 내걸고 본격적인 개발에 나서고부터다. 1977년에는 규슈전력이 일본 최대의 지열발전소인 핫쵸바루(八丁原)발전소(출력은 1990년에 운전 개시한 2호기와 합하여 11만 kW)를 오이타현에서 가동하였다.

지열은 재생가능 에너지 중에서도 태양광이나 풍력과 달리 안정운용이 가능하다. 24시간 가동하는 베이스 전원으로 이용할 수 있다. 발전 시에 온난화 가스도 거의 나오지 않는다.

자원에너지청에 의하면, 지열 발전 비용은 1kW당 10.9엔 정도다. 주요 전원 중에서도 낮다고 하는 석탄화력발전(12.2엔 정도)을 밑돈다.

지열 터빈의 경우, 도시바와 Mitsubishi Hitachi Power Systems, 후지전기(富士電機) 3사가 전세계에서 60% 이상을 점유하고 있다. 또한, 사업화에 관해서는 개발업자의 역할도 크다. 규슈전력이나 도호쿠전력, J파워 등 대형 전력회사 외에 Idemitsu Kosan이나 Mitsubishi Materials 등도 사업 다각화로 개발을 추진하고 있으며, 관련 산업 층은 두텁다.

최근에는 지열과 마찬가지로 온천지에서 증기를 활용한 발전방법의 하나로서, Daiichi Jitsugyo사가 바이너리 발전이라는 장치의 확대 판매도 추진하고 있다.

     -- (하)로 계속 --