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[국내논문] 복합지열시스템에 대한 부지특성화: 대수층의 수리지질학적 특성
Characterization of Area Installing Combined Geothermal Systems : Hydrogeological Properties of Aquifer 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.27 no.3, 2017년, pp.293 - 304  

목종구 (강원대학교 지질지구물리학부) ,  박유철 (강원대학교 지질지구물리학부) ,  박영윤 (강원대학교 지질지구물리학부) ,  김승겸 (강원대학교 지질지구물리학부) ,  오정석 (강원대학교 지질지구물리학부) ,  선우은미 (강원대학교 지질지구물리학부)

초록
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본 연구는 복합지열시스템의 효율성 평가를 위하여 필요한 부분인 대수층의 수리지질학적 분석을 위하여 수행되었다. 복합지열시스템은 개방형 지열시스템과 밀폐형 지열시스템을 결합하여 지열의 효과적 이용을 목적으로 제안되었으며, 연구지역인 충주시 금가면의 수막재배 지역에 소구경 복합지열시스템과 대구경 복합지열시스템이 설치되었다. 연구 지역 대수층의 수리지질학적 특성 분석을 위하여 양수시험과 단계양수시험을 포함하는 현장수리시험 결과, 대수층의 투수량계수$13.49{\sim}58.99cm^2/sec$의 범위를 가지며, 저유계수는 $1.13{\times}10^{-5}{\sim}5.20{\times}10^{-3}$의 범위로 분석되었다. 또한, 지구화학적 분석에서 지하수 성분 중 $Ca^{2+}$이온과 ${HCO_3}^-$ 이온이 우세한 것으로 나타났고, 랑겔리어 지수 및 리즈나 지수 분석에서 지하수 내의 탄산염 광물의 침전 가능성이 낮게 평가되었다. 수직적 수온 변화 분석에서는 평균 증온률이 $2.1^{\circ}C/100m$로 평가되어 지열 특성이 충분한 것으로 나타났다. 따라서, 연구지역에서는 지하수의 양이 풍부하고 지중열을 안정하게 사용할 수 있으며 탄산염 광물의 침전에 의한 열에너지 효율 저하가 발생할 가능성이 낮으므로 복합지열시스템 설치가 적합한 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was performed in order to hydrogeological analysis of aquifer, which is a necessary part for evaluating the efficiency of the combined well and open-closed loops geothermal (CWG) systems. CWG systems have been proposed for the effective utilization of geothermal energy by combining open l...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 개방형과 밀폐형 지열시스템을 결합한 복합지열시스템(combined well and open-closed loops geothermal systems, CWG)을 개발하는 과제의 선행연구이며 CWG 시스템의 설치부지에 대한 수리상수를 산정하고 대수층의 수직적인 수온 및 전기전도도의 변동특성 및 지하수의 지구화학적 특성을 평가하여 이러한 특성들이 CWG 시스템의 운영 및 주변 환경에 미치는 영향을 평가하기 위해서 수행하였다.
  • 개방형과 밀폐형 지열시스템이 결합된 복합지열시스템(CWG systems)에서는 대수층의 수리지질학적 특성이 중요하므로, 복합지열시스템에 적절한 지하수량, 수온 및 지화학적 특성을 분석하여 복합지열시스템의 효율성을 평가할 수 있다. 본 연구에서는 복합지열시스템이 설치되는 대수층의 수리지질학적 특성을 파악하기 위해 현장수리시험과 지화학분석 등을 수행하였다. 장기양수시험과 단계양수시험의 현장수리시험 자료의 분석에 가장 적합한 해석법으로는 피압대수층으로 가정했을 경우에는 Hanthsh (1962), 누수대수층으로 가정했을 경우에는 Hantush-Jacob (1955), 자유면대수층으로 가정하였을 때는 Neuman (1974)의 해석법이 선택되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수막재배는 어떤 방법인가 국내에서 수막재배가 활성화되면서 지하수의 사용량이 급격하게 증가하였는데(Kwon et al., 2017), 특히 수막재배는 지하수를 사용하여 시설 내 온도를 일정하게 유지하는 방법으로 시설재배 농가에서 많이 사용하고 있다. 최근에는 수막재배시설에서 난방 또는 냉방을 위해 지열냉난방시스템을 이용하여 사례가 점차 증가하고 있으며(Song and Lee,2015), 2000년 초에 국내에 도입된 지열냉난방시스템은 정부의 활발환 보급정책으로 인해 2014년까지 약 790 MW가설치되었다(Song and Lee, 2015).
수막시설에서 설치부지에 대한 수리지질학적 특성이 왜 중요한가? 국내에서 수막시설에 적합한 지열냉난방시스템의 개발과 에너지 효율을 증가시키기 위해 다양한 분야에서 많은 연구들이 활발히 진행되었다. 수막시설에서는 많은 양의 지하수를 사용하기 때문에 설치부지에 대한 수리지질학적 특성이 매우 중요하다. 또한, 농업활동으로 인해 지하수가 오염될 수 있다는 우려가 지속적으로 제기되고 있어 수막재배시설에서 지열냉난방시스템을 친환경적으로 사용할 수 있는 기술개발이 필요한 실정이다.
대수층의 수리적 특성을 파악하기 위한 방법 중 양수시험의 기본 복적 및 장단점은? , 1999). 양수시험의 기본 목적은 투수량계수(transmissivity; T)와 저유계수(storativity; S) 같은 수리상수값을 구하기 위해 수행되며, 비교적 큰 규모의 평균적 수리 상수 추정이 가능한 장점이 있지만, 복잡한 장비가 필요하고 시험시간이 긴 단점이 있다. 또한, 단계양수시험(stepdrawdown test)은 단공시험(single well test)으로 일정한 시간 간격으로 양수량을 증가시키면서 인근 관측정의 수위강하를 측정함으로써 관정의 효율, 대수성의 생산성 등을 평가하는데 사용된다(Dawson and Istok, 1991; Kruseman and de Ridder, 1991; Hahn, 1998).
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참고문헌 (17)

  1. CCAC (Carrier Air Conditioning Company), 1965, Handbook of air conditioning system design. McGraw-Hill book company, New York, 780 p. 

  2. Choi, H. M., Lee, J. Y., Cheon, J. Y., Jun, S. C., and Kwon, H. P., 2010, Estimation of optional pumping rate, well efficiency and radius of influence using step-drawdown test, The journal of Engineering Geology, 20(2), 127-136 (in Korean with English abstract). 

  3. Dawson, K. J. and Istok, J. D., 1991, Aquifer testing: design and analysis of pumping and slug tests, Lewis Publishers, 344 p. 

  4. Hahn, J. S., 1998, Groundwater environment and pollution, par-kyoungsa, 1071 p. 

  5. Hantush, M. S., 1962. Flow of ground water in sands of nonuniform thickness; 3. Flow to wells, Journal of Geophysical Research, 67(4), 1527-1534. 

  6. Hantush, M. S. and Jacob, C. E. , 1955. Non-steady radial flow in an infinite leaky aquifer, Transactions, American Geophysical Union, 36, 95-100. 

  7. Kwon, H. I., Koh, D. C., Jung, B. J., and Ha, K. C., 2017, Quantification of seasonally variable water flux between aquifer and stream in the riparian zones with water curtain cultivation activities using numerical simulation, Journal of the Geology Society of Korea, 53(2), 277-290 (in Korean with English abstract). 

  8. KIKAM (Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources), 2017, August 8, 2017 access. 

  9. Kruseman, G. P. and de Ridder, N. A., 1991, Analysis and evaluation of pumping test data, International Institute of Land Reclamation and Improvement, 377 p. 

  10. Lee, J. Y. and Lee, K. K., 1999, Analysis of the quality of parameter estimates from repeated pumping and slug tests in a fractured porous aquifer system in Wonju, Korea. Ground Water, 37(5), 692-700. 

  11. Lee, J. Y., Lee, K. K., Chung, H. J., and Bae, G. O., 1999, Multiple Slug and Pumping Tests for Quality Enhancement of Hydraulic Parameter Estimates, Journal of Korean Society of Groundwater Environment, 6(1), 14-22 (in Korean with English abstract). 

  12. Neuman, S. P., 1974. Effect of partial penetration on flow in unconfined aquifers considering delayed gravity response, Water Resources Research, 10(2), 303-312. 

  13. Park, B. S. and Yeo, S. C., 1971, Explanatory text of the geological map of Moggye sheet. Geological Survey of Korea, 40 p. 

  14. Possemiers, M., Huysmans, M., and Batelaan, O., 2014, Influence of aquifer thermal energy storage on groundwater quality: A review illustrated by seven case studies from Belgium. Journal of Hydrology: Regional Studies, 2, 20-34. 

  15. Rafferty, K. D., 2004, Water chemistry issues in geothermal heat pump systems. ASHRAE Transactions, 110, 550-554. 

  16. Self, S. J., Reddy, B. V., and Rosen, M. A., 2013, Geothermal heat pump systems: status review and comparison with other heating options. Applied Energy, 101, 341-348. 

  17. Song, Y. and Lee, T. J., 2015, Geothermal development in the Republic of Korea: Country update 2010-2014. Proceedings World Geothermal Congress 2015, Melbourne, April 19-25, 1-8. 

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