[논문]고심도 지중열전도도에 의한 지열 응용의 효율성

조희남; 이달희; 정교철

doi:10.9720/kseg.2012.22.2.233

고심도 지중열전도도에 의한 지열 응용의 효율성
Efficiency of Geothermal Energy Generation Assessed from Measurements of Deep Depth Geothermal Conductivity 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.22 no.2, 2012년, pp.233 - 241

조희남 (지앤지테크놀러지) , 이달희 (연세대학교 지하수토양환경연구소) , 정교철 (안동대학교 지구환경과학과)

초록
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이 연구의 목적은 현장의 지중열교환기에서 조건별 지중열전도도, 유속, 유량 및 파이프관내 압력을 측정하고, 이들 시험자료들을 분석하여 지열응용의 효율성을 평가하는데 있다. 규정에 따라 현장측정 장비를 설치한 후 3가지 다른 경우에서 각각 열전도도를 얻었다. 2차와 3차 경우의 결과를 바탕으로, 동일한 암반 지중하에서 다른 깊이(506 m, 151 m), 다른 파이프관경(65 mm, 30 mm)별 얻어진 열전도도는 각각 k=2.9, k=2.8로 크게 차이가 나지 않았다. 4차 경우는 2차 경우와 같은 조건의 심도 지중하에서도 이중관일 경우에는 열전도도가 k=2.5로 크게 차이 나지 않았다. 이러한 결과는 지열이용 시, 같은 지질일 경우 깊이가 중요한 변수가 될 수 있음을 보여 주고 있다. 또한 이 시험에서 얻은 물의 유속과 물의 유량 측정값 및 열전도도를 시뮬레이션 분석한 결과, 지열시스템의 운영 시 심도 506 m 지열공 한개가 심도 151 m 지열공 3개 운영보다 더 경제적임이 확인되었다. 비슷한 지중열전도도 환경에서 0.8 m/sec로 같은 유속일 경우 약 4배의 유량($9.3{\sim}9.8m^3/d$, $2.3{\sim}2.5m^3/d$)의 차이를 보였다. 특히 대도시 건물 밀집형 지대 또는 지가가 비싸서 간접비가 많이 발생하는 대도시 지역에서는 훨씬 더 경제적일 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objectives of this study were to test geothermal conductivity (k), water velocity, water quantity, and pipe pressure from a ground heat exchanger in the field, and then to analyze these data in relation to the effectiveness and economical efficiency for application of geothermal energy. After installation of the apparatus required for field tests, geothermal conductivity values were obtained from three different cases (second, third, and fourth). The k values of the second case (506 m depth) and third case (151 m depth) are approximately 2.9 and 2.8, respectively. The k value of the fourth case (506 m depth, double pipe) is 2.5, which is similar to the second and third cases. This result indicates that hole depth is a critical factor for geothermal applications. Analysis of the field data (k, water velocity, water quantity, and pipe pressure) reveals that a single geothermal system at 506 m depth is more economically efficient than three geothermal systems at depths intervals of 151 m. Although it is more expensive to install a geothermal system at 506 m depth than at 151 m depth, test results showed that the geothermal system of the fourth case (506 m, double pipe) is more economically efficient than the system at 151 m depth. Considering the optional cost of maintenance, which is a non-operational expense, the geothermal system of the fourth case is economically efficient. Large cities and areas with high land prices should make greater use of geothermal energy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

밀폐형 지열측정 설비를 설치하기 위해 한밭대학교의 승인 및 협조를 얻고, 지하수법 제9조의 4 제1항 및 시행령 제14조의 3에 의거 굴착을 실시하였다. 또한 이 연구 현장의 반경 500 m 이내에 타 지열 설비가 설치 및 운영되고 있는지 조사하였다. 이 지역은 이러한 열적 간섭 영향이 없었다.
이 연구의 목적은 현장에서 조건별(공의 깊이, 파이프 관경 등) 열전도도 값(k) 및 물의 유속, 물의 유량, 관(공급관, 환수관)의 압력을 측정하고, 이들 시험자료들을 분석하여 지열응용의 효율성을 분석·평가 하는데 있다.

제안 방법

그리고 물의 유속, 물의 유량, 및 파이프 관의 압력을 측정하였다.
시험측정은 4가지 경우를 설정하여 4회 현장측정 공을 설치하여 실시하였다. 시험방법은 지식경제부 고시 제2011-3호 “신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 기준” 제20조 제2항과 “신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 지침” 제10조 제2항 “지열설비의 이용검토서 작성 및 검토기준”에 따라 시험 방법을 적용하였다.

대상 데이터

지열용 그라우팅의 재료 종류는 지열 설비를 설치하고자 하는 지역의 지질학적 조건에 따라 적절한 선택을 하였다. 연구지역의 대수층은 화강암 및 편암 등으로 구성된 암반대수층이므로 순수 시멘트로 그라우팅 재료를 선택하였다((사)한국지열협회, 2010a).

이론/모형

각 시험에서 얻은 값과, 다음과 같이 표시되는 열전도도(k) 산출식을 이용하여 현장 열전도도 값을 구하였다(한정상과 한찬, 2010).
시험방법은 지식경제부 고시 제2011-3호 “신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 기준” 제20조 제2항과 “신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 지침” 제10조 제2항 “지열설비의 이용검토서 작성 및 검토기준”에 따라 시험 방법을 적용하였다.

성능/효과

5 m³/d)의 차이를 보였다. 따라서 연구지역 심도에 따른 지열효과 분석에 의하면 지가가 비싼 대도시에서는 여러 개의 얕은 지열공 보다는 하나의 심부 지열공을 설치하는 것이 운영 시간이 진행(약 4.5년 후)될수록 경제적으로 효과가 있는 것으로 판단된다.
이러한 결과는 지열 이용 시, 같은 암반일 경우 천공 깊이가 중요한 변수가 될 수 있음을 보여 주고 있다. 또한 열에너지 효율성 측면에서 심도 506 m 지열공 한 개가 심도 151 m 지열공 3개 운영보다 더 경제적임을 유추할 수 있다.
실제적으로 이 연구에서 얻은 자료(Table 4, Table 5)를 근거로, 같은 열전도도 값이라는 조건에서 심도 151 m의 시험공(151 m × Ø30 mm)과 심도 506 m의 시험공(506 m × Ø65 mm)의 결과를 분석하면 운영 시 튜브의 압력 손실 문제도 발생하지 않았다.
5로 크게 차이 나지 않았다. 이 시험에서 얻은 유속과 유량과의 결과 및 열전도도 값을 분석한 결과, 지열시스템의 운영 시 506 m 지열공 한 개가 151 m 지열공 3개 운영하는 것보다 더 경제적임이 확인되었다. 비슷한 열전도도 값 환경에서 같은 유속(0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 신·재생에너지의 기술개발의 목표는 무엇인가?	1988년에 본격적으로 시작한 국내 신·재생에너지의 기술개발은 2030년까지 전체 에너지의 11%를 신·재생에너지로 공급하겠다는 목표로, 실천 가능한 실행 계획을 수립하여 진행하고 있다. 또한 이와 같은 양적 목표 외에도 질적인 목표로서 신·재생에너지 녹색성장동력산업화가 제시되었고 이의 달성을 위한 기본적인 추진전략이 제시되었다.
	2011년의 지열 에너지의 설비용량은 2005년에 비해 얼마나 증가하였는가?	9배 성장하였다. 또한 설비용량(installed capacity)은 연평균 16.6% 성장률로 2.15배 증가하였는데, 이는 전세계적으로 지하수나 지하열을 이용하는 지열펌프의 용량이 증가하였기 때문이다 (Lund et al., 2011).
	지열 에너지의 직접적인 사용에 중요한 계기는 무엇인가?	1973년에 석유파동 이후, 우리나라는 여러 가지 에너지 자원을 연구 개발하고 있으며, 특히 1980년대 후반부터 다양한 환경문제(지구온난화 가속 등)의 제기와 더불어 환경적으로 건전하고 지속적인 개발개념을 적극적으로 도입한 결과, 신·재생에너지의 개발과 보급이 새롭게 조명을 받고 있다 (산업자원부, 2004; (사)한국지열협회, 2011). 특히 지열펌프에 대한 인식과 인기는 지열 에너지의 직접적인 사용에 중요한 계기가 되었다(Lund et al., 2011).

참고문헌 (22)

김성균, 1984, 한반도 지열류량에 대한 약간의 고찰, 광산지질, 1, 109-114.
(사)한국지열협회, 2010a, 지열설비 시공능력 향상을 위한 시공가이드, 56p.
(사)한국지열협회, 2010b, 한국지열협회 창립 세미나 논문집, 3-40.
(사)한국지열협회, 2011, 공공기관설치 의무화에서 지열냉난방시스템의 고려사항 대응 방안, 44p.
산업자원부, 2004, 대체에너지기술개발 사업안내, 16p.
송윤호, 김형찬, 이상규, 2006, 한국의 지열 연구와 개발, 자원환경지질, 39, 485-494.
심병완, 이철우, 2010, 천부 지열에너지로서의 지하 열에너지 저장 기술 동향, 자원환경지질, 43, 197-205.
에너지관리공단, 2011, 신재생에너지백서, 134p.
지식경제부, 2011a, 에너지 및 재생에너지 개발 이용 보급 촉진법.
지식경제부, 2011b, 신재생 에너지 설비의 지원 등에 관한 기준 및 지침.
한국 에어콘 냉동기기 연구조합, 2010, 친환경신재생에너지 정책동향 및 응용기술전망, 98p.
한욱, 김영석, 1996, 한반도와 그 주변지역의 지열류량분포에 관한 연구, 지질학회지, 32, 267-275.

상세보기
한정상, 한규상, 한혁상, 한찬, 2005, 지열펌프 냉난방 시스템, 도서출판 한림원, 69p.
한정상, 한찬, 2010, 지열에너지, 도서출판 한림원, 56p.
환경부, 2010, 지열 설비의 설치.운영 등에 관한 환경관리요령, 23p.
Barbier, E., 2002, Geothermal energy technology and current status: an overview, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 6, 3-65.

상세보기
Environmental Protection Agency Home Page, http://www.epa.gov/
Ever Source Technology Development Home Page, http://www.hyy.com.cn/
Geothermal Heat Pump Consortium Home Page, http://www.geoexchange.org/
Kazemann, R.G. and Whitehead, W.R., 1980, The spacing of heat pump supply and discharge wells, Groundwater Heat Pump Journal, 1, 25-36.
Lee, J.Y., 2009, Current status of ground source heat pumps in Korea, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 1560-1568.

상세보기
Lund, J.W., Freeston, D.H., L. Boyd, T.L., 2011, Direct utilization of geothermal energy 2010 worldwide review, Geothermics, 40, 159-180.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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