Efficiency of Geothermal Energy Generation Assessed from Measurements of Deep Depth Geothermal Conductivity

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.

고심도 지중열전도도에 의한 지열 응용의 효율성

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.