• 지질공학
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• 제27권3호
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• pp.293-304
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• 2017

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 투수량계수는 $13.49{\sim}58.99cm^2/sec$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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.572-575
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• 2009

지층 내에 발달한 고투수성 단층은 유체, 에너지, 그리고 용질이 이동하는데 있어서 중요한 역할을 하는 지질구조이다. 따라서 고투수성 단층 주변부에서는 온천, 지열 이상대, 그리고 금속 광상 등이 형성될 가능성이 크다. 이 연구에서는 열-수리적 거동 모델링을 통하여 단층에 의한 온천 또는 지열 이상대의 형성 원인을 확인하였다. 단층의 구조에 따른 지하수 유동과 이에 따른 지층 내 열적 상태를 확인하기 위해서 단층 구조가 다른 3가지의 경우에 대해서 2차원 열-수리적 거동 정류 모델링을 수행하였다. 모델링 결과 단층 구조가 다른 3가지의 모든 경우에서 단층의 투수율이 커지면 단층대에서의 용출 온도가 초기 온도 보다 높아지는 경향을 확인 할 수 있고, 경우에 따라서 모암의 투수율 역시 용출온도에 영향을 미치는 것을 확인 하였다. 따라서 심부지열 개발을 위한 연구지역에 대해 보다 정확한 예측 모델링을 수행하기 위해서는 단층의 구조, 단층과 모암의 투수율, 그리고 수리지질학적 정보 등이 매우 중요하다고 할 수 있다.

• 지열에너지저널
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• 제3권2호
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• pp.60-68
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• 2007

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 추계학술발표회
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• pp.583-586
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• 2003

부산 동래지역 지열수에 대한 지화학적 진화과정을 밝히기 위하여 지열수, 지하수 및 해수에 대한 수리화학 특성과 이들의 연관성을 고찰하였다. 또한 심부환경에서의 지화학 특성을 규명하기 위하여 각종 이온지질온도계와 다성분 지질온도계를 적용하였으며, 동위원소특성과 함께 지화학 모델링을 통하여 심부환경에서의 온천수의 지화학특성을 밝히고자 하였다. 동래 지열수의 수리화학적 특성은 해수의 영향을 받아 높은 이온함량을 보이며 Na-Cl형을 보여준다. 지열수는 주변 지하수와의 크게 혼합된 양상을 나타낸다. 지화학 모델링에 따르면 지열수는 심부에서 약 5% 영향을 받은 것으로 추정된다. 즉, 심부로 순환하는 지열수가 해수와 혼합되며, 이들이 지열에 의해 가열되면서 광물의 용해 및 침전, 이온 교환반응 등 물-암석 반응을 거치면서 심부지열수를 형성하였으며, 지열수가 천부환경으로 상승하는 과정에서 동래지역 주변 천부지하수와 다양하게 혼합되면서 현재 동래온천수의 화학조성을 갖는 온천수를 형성하는 것으로 지열수의 진화 과정을 설명할 수 있다.

• 자원환경지질
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• 제43권2호
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• pp.197-205
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• 2010

최근 급격한 기후변화가 세계적 또는 국지적으로 발생하고 있으며, 지구온난화에 대한 대책으로 $CO_2$ 저감 기술들이 중요한 해결책으로 여겨지고 있다. 이 기술들에 대한 한 방법으로서 대체에너지를 개발하고 있는 대부분의 국가에서 천부 지하 열에너지 저장 (UTES: underground thermal energy storage)은 신뢰성 있는 냉난방 기술로 적용되어 왔다. 천부의 토양이나 암반, 대수층내 지하수 및 지하공간내 저장된 유체 등의 열 에너지원을 이용하는 지열 시스템은 일반적으로 열에너지의 회복과 저장의 개념을 기반으로 한다. 아직 국내에서는 이러한 기술 개발이 기초적이지만 지속적인 연구들을 수행한다면 보다 친환경적이며 경제성 및 효율이 높은 시스템을 개발할 수 있을 것으로 본다. 국내 지반은 대수층이 전국적으로 분포하고 있으므로 수리지열학적 특성을 활용한 고효율의 시스템 개발이 용이하다. 그러나 UTES에 대한 이해 부족 및 제도적 문제들로 다양한 시스템이 개발되지 못하고 국내에는 90% 이상이 단편적인 폐회로형 지열시스템으로 보급되고 있다. 비효율적인 지열시스템의 보급 확산을 방지하기 위해서는 지반의 수리 지열학적 특성을 반영한 선진화된 UTES 시스템들을 개발할 필요가 있다. 개선된 시스템 보급을 위하여 국제적인 협력이 필수적이며, 지속적인 UTES 연구를 통하여 천부 지열시스템의 효율을 개선시킬 수 있다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.276-279
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• 2005

마금산온천 지역에 대한 기초적인 지화학 조사를 수행하였다. 연구지역내에는 일반 지하수와 온천수가 함께 산출되며, 온천수의 지화학적 특성은 마금산 온천이 해수의 영향을 받았음을 지시한다. 또한 주변의 일반지하수와의 혼합정도에 따라 지화학적 특성이 변화하고 있으며, 일반지하수 또한 온천수의 영향을 지역적으로 받고 있는 것으로 판단된다. 따라서 마금산온천을 생성시킨 지열수가 연구지역의 지하수체계에 광범위하게 영향을 주고 있다.

• 자원환경지질
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• 제34권4호
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• pp.329-343
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• 2001

국내에서 가장 높은 용출온도를 보이는 경남 부곡 지열수에 대하여 Yun et al.(1998)에 의하여 기존에 발표된 수리화학 및 동위원소 자료를 토대로 지열수의 심부환경과 지화학적 진화과정을 재해석하였다. 부곡 지열수는 지화학적 특성에 따라 3가지 유형으로 구분되어 진다(지열수I,II,III형). 지열수I형과II형은 높은 온도(55.2~$77.2^{\circ}C$)를 보이며, 화학적으로 Na-$SO_4$형에 속하지만, pH와 Eh가 다소 차이가 나며, $SO_4$함량이 크다는 것이 특징이다. 지열수 중심지역으로부터 외곽부에서 산출되는 지열수 III형은 29.3~$47.0^{\circ}C$의 용출온도를 보이며, Na-$HCO_3SO_4$형을 나타낸다. 지열수 I형에 대하여 다성분계 지질온도계의 적용결과는 심부저장지의 온도가 115~$130^{\circ}C$인 것으로 추정되었다. 다양한 지화학적 특성을 보여주는 부곡 지열수의 지화학적 진화과정은 다음과 같이 해석될 수 있다. 첫째, 부곡지역보다 높은 지형에서 함양된 지하수가 심부로 순환하게 되면서, 퇴적암 또는 심부의 화강암과 물-암석 반응이 진행된다. 이때 퇴적층에 함유되어 있던 황산염 광물의 용해반응으로 지하수는 다량의 $SO_4$를 함유하게 된다. 둘째, 지하수가 계속 심부로 순환하는 과정에서 환원환경에 접하게 되어 $H_2$S가 생성되고, 심부열원에 의하여 약 13$0^{\circ}C$까지 가열되어 규산 염광물과의 반응정도가 높아진다. 이 때 pH는 상승하고 SO$_4$함량은 감소하게 되며, 방해석이 침전조건에 놓이게 됨으로써, 결국 지열수는 Na-SO$_4$형을 띠게 된다. 셋째, 이렇게 형성된 지열수가 유동로를 따라 상승하는 과정에서 덜 깊게 순환하는 지하수와 혼합과정을 거치게 된다. 지열수와 혼합되는 지하수는 퇴적층내 황철석의 산화반응에 의해 다량의 SO$_4$를 함유한 것으로 사료된다. 이렇게 형성된 지열수는 계속 상승하면서 천부환경의 지하수와 혼합되어 부곡지역내 다양한 지화학 특성을 보이는 지열수를 형성하게 된다.

• 지질공학
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• 제26권4호
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• pp.461-471
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• 2016

수주지열정의 지하수 유동 및 지열 이동 현상을 모사할 수 있는 수치 모델링 기법을 제시하기 위하여 열-수리학적 모델인 TOUGH2를 기반으로 한 모듈을 개발하였고 두 유형의 수주지열정에서의 냉방 및 난방 운영을 수치 모의하였다. 수치 모델링 결과들은 수주지열정의 냉난방 운영이 주변 지층 및 지하수와의 열교환 및 유체 혼합에 크게 영향을 받으며, 특히 PVC 또는 PE 파이프 내부와 수주지열정 내부에서 서로 반대방향으로 유동하는 유입수와 유출수 간의 열교환이 중요한 요소임을 보여준다. 또한 본 연구에서 개발 및 제안된 수치 모델링 기법이 수주지열정의 내부 구조 및 유체 유동과 열 이동 현상을 합리적으로 모사할 수 있음을 보여준다. 이러한 수치 모델링 기법은 수주지열정의 설계, 시공 및 운영 단계에서 열교환 성능을 정량적으로 분석할 때 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 자원환경지질
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• 제39권5호
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• pp.607-613
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• 2006

내 수문지열계 가운데 수주지열정(SCW)시스템을 합리적으로 설치이용할 수 있는 조건들은 심도별 지온증가율이 명확하고($2^{\circ}C/100m$심도), 기존의 지하수 열펌프가 필요로 하는 순환수의 유량에 비해 최소 $10{\sim}30%$의 중온의 심부지하수가 산출될 수 있어야 하며, 순환수를 공내로 재주입시 공내붕괴가 일어나지 않는 견고한 암석들이 존재 하여야 한다. 수주지열정의 1개공당 굴착심도는 평균 $400{\sim}500m$이며, 이로 부터 개발가능한 지열에너지는 공당 약 $30{\sim}40RT$ 규모인데 비해 1개 수직지중열교환기가 공급가능한 지열에너지는 $2{\sim}3RT$ 정도이다. 즉 수주지열정 1개공은 $10{\sim}15$개의 수직지중열교환기 역할을 한다. 따라서 이 방식은 수직루프 설치장소의 공간 문제를 해소할 수 있는 유일한 대안으로 인식되어, 현재 전국 각지에서 많은 수의 SCW들이 무분별 하게 비과학적으로 설치되고 있다. 이와 같이 해당지역 수문지열계의 수리 지질학적인 특성과 열적인 특성을 명확히 파악하지 않은 상태에서 수주지열정을 설계 시공하는 경우에 나타날 문제점들은 추후 합리적인 천부지열 개발 이용에 지대한 장애요인이 될 것이다. 따라서 본고는 국내 수문지열계에 적합한 수주지열정을 설계 하는데 있어 필요한 일종의 지침서를 제시하기 위해 작성되었다.

• 지질공학
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• 제3권3호
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• pp.267-278
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• 1993

지하수의 온도측정자료는 자연상태 및 인공적인 충진(Recharge)에 의한 지하수의 유동상태 및 대수층의 특성을 파악할 수 있는 중요한 parameter가 된다. 대수층내 지하수의 온도는 지하수를 저류하고 있는 대수층의 구성암석들의 온도를 반영하며, 지하수의 유동성과 저온능력은 지각내부에서 발달된 지열을 대수층내 분산시키는 역할을 한다. 조사지역내(25개 시추공)에서 측정된 지하수온도자료들은 대수층내 온도분포의 근원적인 수리지질학적 의미와 수리역학적 문제점 해결에 유용하게 이용되며, 또한 지표변으로부터 열원이 전달되는 전파율과 심부 증온율 연구에 기여된다.