요약
퍼보 에너지가 착공 23개월 만에 세계 첫 강화 지열 발전소를 완공하고 전력 판매를 시작했습니다.
미국 지열 기업 퍼보 에너지가 유타주 케이프 스테이션의 첫 구역을 9월 30일 전력망에 연결했습니다. 강화 지열은 석유·가스 업계의 시추 기술로 기존 지열 발전보다 더 깊고 뜨거운 암반의 열을 끌어 쓰는 방식입니다.
왜 중요한가
- 지표 가까이에 열원이 있는 곳에만 짓던 지열 발전을 더 많은 지역으로 넓힐 수 있는 방식이 상업 운전에 들어갔습니다.
- 구역 단위로 나눠 짓고 늘릴 수 있어, 전력을 빨리 더 확보하려는 데이터센터 운영사의 관심을 끌고 있습니다.
핵심 내용
- 이번에 가동한 33MW는 계획한 100MW 가운데 첫 3분의 1입니다.
- 회사는 다음 구역부터 공사 기간을 18개월까지 줄이겠다고 밝혔습니다.
- 케이프 스테이션 부지는 장기적으로 최대 4GW까지 늘릴 수 있다고 봅니다.
- 구글과 서던캘리포니아 에디슨 등이 이 발전소의 전력을 사기로 했습니다.
- 팀 래티머 CEO는 세계 어디서도 지은 적 없는 발전소를 예정보다 일찍 끝냈다고 말했습니다.
HN 반응
- 공사 속도보다 암반이 예상보다 빨리 식는지가 경제성을 가른다는 지적이 많았고, 100MW는 펌프에 드는 자체 전력을 빼지 않은 수치라는 보충도 나왔습니다.
- 스위스 바젤과 장크트갈렌의 지열 시추가 지진으로 중단된 사례가 거론됐지만, 퍼보는 수평 시추와 광섬유 감시로 이 위험을 줄인다는 반론이 이어졌습니다.
진짜 뉴스는 퍼보가 심부 시추에서 진전을 이뤘다는 점입니다. 심부 지열은 수십 년 전부터 알려져 있었지만, 그 깊이까지 내려갈 수 있는 곳은 거의 없었습니다. 퍼보는 작년에 텍사스 시험정에서 16일 만에 15,000피트(약 4.6km)까지 뚫고 내려갔습니다. 온도는 화씨 500도(섭씨 260도 안팎)입니다. 바로 이 정도부터 쓸모가 생깁니다.
이번 신규 발전소는 그만큼 깊지는 않은 것 같지만, 수평 시추로 부채꼴처럼 뻗어 나가는 방식입니다. 다음 단계는 아마 깊이 파면서 수평으로도 부채꼴로 뻗는 것이겠지만, 과장 광고와 테크크런치 기사는 너무 두루뭉술해서 알 수가 없습니다.
크고 값싼 합성 다이아몬드도 한몫합니다. 베벨 기어 한 세트처럼 생긴 전통적인 휴즈(Hughes) 드릴 비트는 사실 절삭 도구가 아닙니다. 암석 분쇄기입니다. 뾰족하게 돌아가는 이빨 위로 시추 파이프의 무게가 실리면서 암석을 가루로 부숩니다. 요즘의 다이아몬드 드릴 비트는 암석을 거칠게 긁어내며 파고드는, 무식할 정도로 단순한 물건입니다.[2] 퍼보 말로는 비트 하나로 3,200피트를 뚫은 뒤에야 빼냈다고 합니다. 비트를 빼는 횟수가 적을수록 심부 시추 비용이 내려갑니다.
퍼보가 하는 일을 제대로 설명한 글은 아마 석유 시추업계 간행물 어딘가에 있을 겁니다. 테크크런치 기사는 아닙니다.
[1] https://fervoenergy.com/fervo-energy-pushes-envelope/
[2] https://fervoenergy.com/how-modern-drill-bits-are-accelerating-the-geothermal-decade
스위스에서 두 번 시도한 적이 있습니다. 바젤과 장크트갈렌에서였는데, 두 번 다 상당한 규모의 지진이 일어나서 프로젝트 전체가 백지화됐습니다.
분명히 해 두자면, 그 두 프로젝트(2006년과 2013년)는 퍼보가 한 게 아닙니다. 퍼보는 2017년에야 설립됐습니다.
바젤 프로젝트에서 지진이 난 이유는 수직정 하나로 고압의 물을 치밀한 화강암에 한꺼번에 밀어 넣었기 때문입니다. 그 바람에 기존의 큰 단층선에 과도한 압력이 걸리고 윤활 작용까지 일어났습니다. 장크트갈렌에서는 시추 중에 고압 메탄가스층을 예기치 않게 건드렸을 때 지진이 났습니다. 가스 분출(kick)을 막으려고 무거운 시추 이수(mud)를 빠르게 주입하다가 국지적으로 강한 압력이 쌓였고, 그것이 근처 단층을 건드린 겁니다.
퍼보의 최신 방식은 수평 시추를 써서 유체 압력을 한 곳에 몰아주지 않고 수 마일에 걸친 암반에 완만하게 분산시키므로 이런 문제를 피합니다. 실시간 미소지진 감시용 광섬유 케이블도 쓰는데, 아주 작은 암석 움직임까지 감지해서 사람이 느낄 만한 지진이 생기기 전에 유체 주입 속도를 즉시 조절할 수 있습니다.
그렇죠, 뭐. 한 번 실패했으니 그걸로 끝이죠. 아이디어 전체를 폐기해야죠.
네, 그래야죠. 지진은 나쁘니까 일으키지 말자고요.
ㅋㅋ 미국 천연가스 업계는 그런다고 멈춘 적이 없는데요.
맞아요, 안타깝게도요. 그래도 네덜란드에서는 멈췄잖아요.
23개월 만에 지었다는 건 인상적이지만, EGS(인공 지열 시스템)에서 중요한 수치는 열 고갈(thermal drawdown)입니다. 균열된 암반이 모델링보다 빨리 식으면 계속 새 시추정을 뚫어야 하니까요. 그래서 Cape의 출력이 몇 년 뒤에 어떻게 되는지 보고 싶습니다.
퍼보는 처음부터 열 고갈을 감안해 설계합니다. EGS가 일정한 출력을 유지하려면 몇 년 주기로 지열 저류층을 다시 자극(re-stimulate)해야 한다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 경제성을 좌우하는 것은 결국 고갈이 얼마나 빨리 진행되느냐입니다. 명판상 100MW라는 수치도 다소 오해의 소지가 있습니다. 이건 총발전량이라서 펌핑에 드는 기생 부하를 반영하지 않았는데, EGS 발전소는 이 부하가 꽤 큽니다. 시험 시설은 기생 부하가 약 60%였고, 제 기억이 맞다면 퍼보는 상업 발전소에서 이를 최종적으로 30~40%까지 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다.
여기서 re-stimulate가 무슨 뜻인가요?
퀘이즈가 가능하게 한다는 심부 시추 방식이면 이 문제가 완화될까요?? 퀘이즈가 처음 발표됐을 때 정말 관심이 갔는데, 실현 가능성 쪽으로 가고 있는지는 잘 모르겠습니다. 아시는 분 의견 부탁드립니다. 감사합니다, NSC
그다지요. 이건 암반에서 전도로 열을 뽑아내는 일의 물리적 한계에 가까운 문제입니다. 열 고갈이 생기지 않으려면 유체 대류로 열을 뽑는 속도가 기반암을 통한 전도로 열이 다시 채워지는 속도보다 느려야 하는데, 그 속도로는 경제성이 안 나오는 경우가 많습니다.
그렇게 될 거라고 믿을 만한 이유가 있나요?
그렇지 않다면 인공 지열이 벌써 곳곳에 깔렸겠죠. 그렇지 않잖아요. (이 회사라면 "아직은"이라고 하겠지만요.)
원 댓글은 사실 에너지원의 핵심 손익분기 지표를 설명하는 겁니다. 유정을 유효 산출량의 반감기로 평가하는 것과 같은 방식인데, 요컨대 "EGS는 새 시추정을 계속 뚫는 데 드는 경제적 비용보다 경제적으로 쓸모 있는 열을 더 많이 뽑아낼 수 있어야 쓸모가 입증된다"는 얘기입니다.
아직 아무도 EGS를 널리 보급하지 못했다는 건, 아직 아무도 이 문제를 풀지 못했다는 뜻이죠.
그거 오류 아닌가요?
이건 기술적 돌파구인 것처럼 포장된, 기존 산업 공정에 바탕을 둔 사업 아이디어의 확장성에 관한 경험칙(heuristic)입니다.
여기에는 똑똑하고 의욕적인 전문가들이 수많은 해를 거의 같은 예산과 기술로 같은 문제를 풀려고 애써 왔고, 그 경험 끝에 더 현실적인 해법이 있다고 판단하게 됐으리라는 믿음이 깔려 있습니다.
보도자료보다 공학적 실무와 경제적 효율을 더 믿는 태도라고 할 수 있겠죠.
[참고: "곳곳에" 깔리지 않으리라는 데는 저도 동의합니다. 기반암을 뚫는 일의 현실성은 지역마다 크게 다르니까요. 하지만 그게 제안된 기술의 확장에 유리한 근거는 아닙니다.]
연역적으로는 오류일 수 있지만, 귀납적으로는 아주 합리적인 추론입니다.
"세계 최초"라는 건 꽤 실험적이라는 뜻 아니겠어요?
"인터넷이 쓸모 있었다면 다들 썼겠지"라는 말은 시간이 지나면 버티지 못했을 말이잖아요, 안 그래요?
저는 아마 세계 최초의 brudgers일 겁니다.
그리고 이 글을 쓰는 시점에서, 세계 최초의 brudgers가 쓴 HN 댓글 수 세계 기록을 깨고 있고요.
인터넷은 수천 명의 엔지니어가 반도체 분야의 돌파구를 이용할 수 있었기에, 그리고 그들이 다시 반도체의 돌파구를 만들어냈기에 팽창한 겁니다. '선순환'이 있었죠.
그건 보도자료와는 다른 얘기입니다. '세계 최초', '신기록', '과학자들'은 보도자료와 상관관계가 있는 말입니다. 보도자료는 뉴스 콘텐츠를 쉽게 만들어 주니까, 뉴스 사이트가 좋아라 하죠.
지열에서는 드물지 않은 문제입니다.
"인공 지열(enhanced geothermal)"에 "더 깊이 판다"거나 "예전에 하던 것과 다르게 하는 건 뭐든"이라는 것 말고 정의가 따로 있나요?
인공 지열은 자연적인 유체 대류와 투과성이 없는 고온 건조 암반에 인위적으로 만든 지열 시스템입니다. 이 용어는 기존 지열 발전소 대부분이 투과성이 높은 천부 자연 대류계에서 열을 끌어 쓴다는 데서 나왔습니다. 그런 열을 지표 근처로 끌어올리면 주변 암반도 수십만 년에 걸쳐 데워지기 때문에, 전통 지열 발전소의 출력을 "강화(enhance)"하는 한 방법으로 이론상 그 주변 암반층에 투과성을 인위적으로 만들어 넣는 것이 있었습니다. 퍼보의 시설은 기존의 전통 지열 발전소 옆에 지어졌습니다.
관 뚜껑에 못이 더 필요했다면, 이걸로 쐐기를 박은 셈입니다. 유타와 아이다호를 중심으로 추진하다 취소된 뉴스케일의 SMR 프로젝트 말입니다. 이제 그쪽은 지열이 훨씬 더 합리적인 선택이 됐습니다.
오리건의 뉴베리 화산에서 진행 중인 지열 프로젝트(다른 사람들이 하는 겁니다)도 흥미로워 보입니다.
맞아요! 제가 사는 곳 근처라서, 가동되는 걸 보게 되면 정말 기쁠 것 같아요.
꼭 그렇게 되는지 모르겠습니다. 발전단가(LCOE)로는 비슷한 수준이거든요. 인공 지열의 장점은 비교적 빨리 지을 수 있다는 점인데, 그건 정책 선택에 가까운 문제입니다.
실제 건설 비용으로 나온 LCOE와, 영업 자료에 나오는 예상 건설 비용으로 계산한 LCOE를 같은 것으로 보지 않도록 조심해야 합니다.
결국 모든 게 정리되고 나면 SMR이 이런 지열의 에너지 비용에 근접할 일은 없을 거라고 봅니다.
또 다른 장점은 정치적 실현 가능성입니다. 합리적이든 아니든, 사람들은 "원자력"이라는 말만 들으면 질색하잖아요. 사람들이 그래도 되느냐는 프로젝트를 성공시키는 게 목표라면 중요하지 않습니다. 중요한 건 실제로 그렇다는 거죠.
이게 지역난방의 보급과 경제성을 높이는 데도 도움이 될까요?
이론상으로는 가능합니다. 인공 지열의 장점은 전통 지열보다 훨씬 다양한 부지를 쓸 수 있다는 점입니다. 그래서 기존 지역난방 시스템 근처에 지어서 남는 열을 난방에 쓰는 것도 가능할 수 있습니다.
지역난방은 CFPP와 아무 상관이 없었다고 생각합니다.