2. 국내ㆍ외 기술개발 현황 및 동향

(1) 해외현황

○ 기술개발현황

• 1912년 스위스의 Heinrich Zoelly가 처음 특허를 출원하면서 소개 (지열원 열펌프시스템)

• 1976년 미국 오클라호마주립대학에서 파이프를 지중에 매설하는 지중열교환기를 개발하여 실용화 기반 구축

• 1996년 오클라호마 주립대학에서 슬린키(slinky) 방식의 지중 열교환기를 개발하여 건물 냉난방에 적용

• 1997년 스위스에서는 말뚝형 지중 열교환기를 개발하여 스위스공항에 시범 적용

• 일본은 지열 열펌프 시스템의 초기 투자비를 절감시킬 수 있는 분야와 도로 제설(snow melting) 분야에 많은 투자를 하고 있음

• 미국 IGSHPA나 ASHRAE는 지열 열펌프 시스템에 대한 실제 적용성 검증 후, 매년 고성능, 다기능의 지열 열펌프 및 지중 열교환기 설치 방법 개발

• 현재, 세계적으로 자국의 지중 및 기후조건에 적합한 지열이용시스템을 개발하여 보급하는데 많은 투자를 하고 있으며, 특히 냉각탑이나 태양열 집열기 등을 지열 시스템과 혼용하여 중대규모 건물에 적용하는 복합(hybrid)시스템 개발 및 건축물의 하부구조를 활용하는 지중열교환기 개발에 주력하고 있음

• 미국은 세계 지열산업을 주도하는 선진국으로서 지열열펌프 제조사와 대학 및 연구소가 초기투자비를 줄이기 위해 많은 노력을 하고 있으며 고효율 지열 열펌프, 최적 설계, 건물 통합 및 제어 기술, 하이브리드 시스템 및 각종 지중 데이터베이스 구축 등을 적극 전파

• 유럽은 전반적으로 지열 열펌프시스템이 활성화 되어 있으며 시스템 최적화, 시뮬레이션을 통한 최적 설계 및 지중 열물성 측정 기술이 매우 발달하고 각 나라의 지질 특성 및 환경에 맞는 다양한 지중열교환 기술을 보유

○ 보급현황

• 전 세계적으로 다양한 분야에서 지열 에너지를 활용하고 있음

- 2005년도를 기준으로 지열에너지 이용 시설의 용량은 28,269 MWt 이며, 연간 273,372 TJ(75,943 GWh)을 이용

- 2000년 대비 용량은 두 배 증가, 이용량은 43%(연간 7.5%) 증가

- 가장 큰 부분을 차지하고 있는 분야가 지열원열펌프시스템을 이용한 건물 냉난방시스템

• 지열원열펌프시스템이 전세계 지열 에너지 이용량(시설용량 및 이용량) 증가에 주도적 역할을 하고 있음

- 2005년 기준, 지열 에너지 이용 시설용량 중 54.4%(15,384 MWt), 지열 에너지 이용량 중 32%(87,503 TJ/year)가 지열 열펌프 시스템

- 설치 건수는 2000년 대비 약 3배 증가하였고, 12kW용량의 열펌프 유닛으로 가정할 때 약 130만 대로 추정

(2) 국내기술현황

○ 기술개발현황

• 2000년대 전에는 기초 자료 확보를 위한 일부 지역에 대한 지열자원 탐사 수행

• 2000년 이후 지열열펌프를 활용한 건물 냉난방 시스템의 실증과 지중열교환기 성능 확보를 위한 연구에 많은 투자가 있었음

- 초기투자비를 절감하기 위해 열펌프의 성능 향상 및 현장타설 말뚝형 지중열교환기, 3-pipe U-tube 지중열교환기, 하이브리드 시스템 등 다양한 기술개발 수행

- 신뢰성 향상, 효율 향상, 초기투자비 절감을 위해 현지지중열전도도 측정기 기술개발 및 최적 설계 기술 확보

- 그라우팅 재료 및 국내 지중 열물성 DB 확보 진행중

• 설치 및 시공기법 등의 표준화 연구와 열펌프의 인증 기준 마련

• 대규모 보급을 위한 공동주택용(주거용) 지열 냉난방 시스템 기술 개발 진행

[설치사례]