초록 ▼

□ 연구개요
- 연구의 목적은 지반안전성과 경제성을 고려한 수평정 내 듀얼튜빙(Dual-Tubing) 이산화탄소 지중저장(Carbon Capture and Storage, CCS) 시스템의 최적 운영조건 도출 및 수평정 배열 최적화이며 국내외 사례에 실증하여 기술력을 검증함.
- 연구 기간은 목적를 달성하기 위하여 CCS 시뮬레이션 모델 구축(1차년도), 지반안전성과 경제성을 고려한 단일 수평정(Single Horizontal Well) 내 듀얼튜빙 CCS 시스템(2차년도) 및 다가지 수평정(Multi-Lateral Ho

□ 연구개요
- 연구의 목적은 지반안전성과 경제성을 고려한 수평정 내 듀얼튜빙(Dual-Tubing) 이산화탄소 지중저장(Carbon Capture and Storage, CCS) 시스템의 최적 운영조건 도출 및 수평정 배열 최적화이며 국내외 사례에 실증하여 기술력을 검증함.
- 연구 기간은 목적를 달성하기 위하여 CCS 시뮬레이션 모델 구축(1차년도), 지반안전성과 경제성을 고려한 단일 수평정(Single Horizontal Well) 내 듀얼튜빙 CCS 시스템(2차년도) 및 다가지 수평정(Multi-Lateral Horizontal Well) 내 듀얼튜빙 CCS 시스템 최적 운영조건 설계(3차년도), 불균질 CO₂ 저장층에서 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템의 수평정 배열 최적화 연구(4차년도), 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템의 현장 사례 검증(5차년도)으로 구성함.
- 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템은 기존 주입/생산 시스템 방식인 2개의 수직정을 활용하는 것이 아닌 하나의 수평정 내 듀얼튜빙을 활용하며, 각각의 튜빙은 수평정의 시작부분과 끝 부분에 위치하게 되고 패커(Packer)에 의해 두 개의 공간으로 분리하여 한쪽에서는 CO2 주입을 다른 쪽에는 염수 생산을 하는 방식임.
- 이 연구에서 개발할 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템은 저장층 압력관리를 통해 지질학적 위험(CO2 누출, 지진 등)을 해소하고 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템 및 주입 설비를 육상에 위치시킴으로써 초기 설비비용을 획기적으로 절감하는 안전하고 경제적인 CCS 기술임.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 주요연구 결과는 다가지 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템을 개발이며, 해당 연구 결과는 논문제목 “Multi-lateral horizontal well with dual-tubing system to improve CO₂ storage security and reduce CCS cost”으로 JCI 2022 기준으로 화학공학 분야 상위 6.9% (11/158) 저널인 Applied Energy에 게재되었음.
- 이 연구는 CO2 지중저장 안전성 개선 및 비용 절감을 위해 다가지 수평정 내 듀얼튜빙 시스템을 제안하였음. 제안한 시스템의 성능은 수직정을 활용한 시스템, 수직정을 활용한 염수 재주입 시스템 및 수평정 내 듀얼튜빙 시스템의 성능과 비교분석 하였음. 다가지 수평정 내 듀얼튜빙 시스템은 수평정 내 듀얼튜빙 시스템에 염수 재주입을 위한 상부 수평정을 추가한 시스템임. CO2 지중저장 안전성은 RTI(residual trapping index)와 STI(solubility trapping index)로 평가하였고 시스템 비용은 CAPEX와 OPEX를 합산하여 계산하였음. 다가지 수평정 내 듀얼튜빙 시스템의 RTI (52.3%)와 STI(19.3%)는 염수 재주입 효과로 인해 수평정 내 듀얼튜빙 시스템의 RTI(45.1%)와 STI(17.4%) 대비 각각 16.0%, 10.4% 개선되었음. 또한, 다가지 수평정 내 듀얼튜빙 시스템(50.7 M$)을 육상플랫폼에서 운영 가능한 경우, 해상플랫폼에서 수직정을 활용한 염수 재주입 시스템(168.1 M$) 대비 69.8% 비용 절감 효과가 있었음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템은 연구자가 최초로 제안한 기술이며 세종과학 펠로우십 연구를 통해 다가지 수평정 내 듀얼튜빙 시스템을 개발하였음.
- 현장 사례검증을 통해 국내 CCS 후보 부지에서의 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템 적용 가능성을 평가할 수 있음.
- 우리나라 온실가스 감축 목표 달성에 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템이 핵심기술로 기여할 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 목적 ... 4
• 2) 연구의 필요성 ... 4
• 3) 기술의 정의: 수평정 내 듀얼튜빙 CCS 시스템 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2) 2차년도 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 3) 3차년도 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 24