• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.506-520
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• 2013

지열에너지는 기저부하를 제공하는 신재생에너지이나 현재까지 화산지대에만 대부분의 지열발전이 이루어져 왔다. 인공저류층 지열시스템 (Enhanced Geothermal System, EGS)는 비화산지대의 지열발전을 가능하게 할 개념으로 알려져 있으며 수리자극(hydraulic stimulation)이 핵심기술이다. 본 논문은 EGS지열발전의 개발 현황을 소개하고, 수압파쇄와 수리전단이 주 메커니즘인 수리자극의 핵심원리, 설계변수 및 수리자극에 수반되어 발생하는 미소진동의 원리 및 관측기술을 소개한다. 한국에서의 EGS 지열발전을 위하여 필요한 과제를 소개하여 향후 기술개발의 방향을 제시한다.

• 지열에너지저널
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• 제8권4호
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• pp.43-49
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• 2012

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.197.1-197.1
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• 2011

2010년 12월에 착수한 인공 지열 저류층 생성기술(EGS)를 이용한 지열발전 pilot plant 프로젝트에서 계획된 5 km 깊이의 doublet 시스템에서 실현 가능한 발전량 목표를 추정하였다. 지하 5 km 에서의 암반 온도는 경북 포항지역의 평균 지온증가율은 $33^{\circ}C$/km로 하였을 때 지표온도를 감안하면 $180^{\circ}C$로 추정된다. 암반과의 열교환을 통해 생산되는 지열수의 온도를 $160^{\circ}C$, 발전 후 주입수의 온도를 $60^{\circ}C$로 생각할 수 있고, 이때 binary 발전의 열효율은 0.11이 가능하다. 최근의 EGS에서 실현 가능한 생산 유량인 40 kg/sec을 가정한다면 총 발전량은 1.848 MW로 계산되며, 지열수 양수 펌프와 binary 발전의 냉각에너지 소요량을 고려하면 순 발전량 1.5 MW가 가능해진다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.196.2-196.2
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• 2011

지구온난화와 화석연료 고갈에 대한 우려로 전세계적으로 신재생에너지의 개발 및 활용이 본격화되고 있다. 특히, 다양한 신재생에너지원 중에서 날씨 및 계절에 의한 영향, 기저부하 담당, 지상 점유 면적, 소음 등 생활환경 영향, 경제성 등을 고려할 때 지열에너지는 미래 청정에너지원로서 기대와 관심이 집중되고 있다. 화산이 존재하지 않는 우리나라에서의 지열발전은 거의 불가능한 것으로 인식되어 지금까지의 심부 지열에너지 개발 프로젝트는 대부분 지역난방, 시설영농 등 직접이용을 목표로 추진되어 왔다. 그러나, 2003년부터 한국지질자원연구원에서 수행한 포항 심부지열에너지 개발사업의 결과로 얻어진 다양한 지질학적/지열학적 증거들을 토대로 분석한 결과, 국내 일부 지역에서는 지하 5 km 심도에서 최대 약 $180^{\circ}C$의 지온이 예상되어 국내에서도 심부 지열에너지를 이용한 지열발전에 대한 가능성이 제기되어 왔다. 여기에, 유럽과 미국 그리고 호주 등 선진국을 중심으로 비화산 지역에서 지하 심부에 인공적으로 지열저류층(파쇄대)을 생성하고 이를 통해 열매체(물)를 순환시킴으로써 생산된 증기를 발전에 활용하는 EGS (Enhanced Geothermal System) 기술이 개발되고 몇몇 성공사례가 발표되었다. 또한, 이러한 기술개발에 힘입어 EGS 지열발전에 대한 선진국의 과감한 연구비 투자가 이어졌다. 이러한 기술적 배경에 발맞추어 우리나라에서도 2010년 12월에 EGS 지열발전 과제가 착수되었다. 이 프로젝트는 아시아에서는 최초로 수행되는 EGS 기술 개발과제로서 2015년까지 약 480억원의 R&D 예산을 투입하여 MW급의 지열발전 pilot plant의 구축을 목표로 하고 있다. 프로젝트가 성공적으로 추진될 경우 국내외적인 파급효과는 매우 클것이다. 특히 2015년까지 1.5 MW의 pilot plant의 구축이 성공적으로 추진될 경우 국내에서는 2017년까지 3 MW 이상, 2020년까지 20 MW이상, 2030년까지 200 MW 이상의 지열발전이 가능할 것으로 기대된다. 또한 축적된 기술개발 경험을 바탕으로 인도네시아, 필리핀 등의 해외의 지열발전 사업에도 진출할 수 있는 계기가 될 것이다. 프로젝트는 넥스지오를 주관기관으로 하고 한국지질자원연구원, 한국건설기술연구원 및 서울대학교 등의 지질자원 관련 연구 및 교육기관과 포스코, 이노지오테크놀로지 등의 산업체가 참여하여 컨소시엄 형태로 추진하고 있으며, 향후 관심있는 여러 기관 및 산업체의 지원과 참여를 기대한다.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.572-580
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• 2013

이 사례연구에서는 스위스 바젤에서 진행되었던 인공지열발전(EGS) 프로젝트인 Deep Heat Mining Basel(DHMB)의 미소진동 관리시스템을 살펴보았다. 인공지열발전 프로젝트에 꼭 필요한 인공지열저류층 생성을 위한 수리자극으로 인해 발생하는 유도진동은 안전관리시스템을 수립하여 수리자극의 압력과 유량을 관리하여야 한다. DHMB프로젝트에서는 수리자극 기간 동안 지속적인 관측활동을 통해 미소진동 발생 진도에 따라 단계별로 대응하는 경보시스템과 커뮤니케이션 대응 절차가 사전에 수립되어 관리되었다. 그러나 수리자극을 위한 주입 완료 후에도 지열저류층에서 발생한 주입이후 진동현상으로 인해 예상보다 큰 지진이 발생하자 프로젝트가 중단되었다. 사후분석 결과 실시간 경보시스템은 주입이후 진동 현상을 감안한 새로운 미소진동 안전관리시스템을 수립하는 것이 필요하다고 확인되었다.

• 터널과지하공간
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• 제5권4호
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• pp.323-335
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• 1995

지열에너지 개발의 기본적 개념은 지하 심부의 고온건조암체에 시추공을 이용한 수압파쇄를 실시하여 고온건조암체내에 인공파쇄대를 형성함으로써 유체의 유동회로를 구축하여 지열에너지의 회수를 도모하는 것이다. 본 논문에서는 수압파쇄균열의 발전방향 조절문제와 관련하여, 초고압수 절삭장치를 이용, 수압파쇄공 내에 인공슬롯을 형성하여 수압파쇄를 실시함으로써 균열의 발전방향을 조사하였으며, 수압파쇄에 의한 파쇄대내로의 유체순환실험을 통해 지열수의 유동특성을 규명하였다. 이를 위해 모델에 종균열과 횡균열을 형성시키고 균열내에 주입되는 물의 주입률, 정상류압력, 흐름저항을 조사하고, 이 결과를 이용하여 전산모델링을 수행하였다. 인공절리면에 대한 투수시험에서는 10$0^{\circ}C$까지의 온도변화에 따라 투수계수가 증가하였으며, 봉압 증가에 따라 증가율이 현저히 감소하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.571-571
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• 2009

지열은 날씨와 기온 등에 영향을 받지 않고 연중 가동할 수 있어 기저부하를 담담할 수 있는 유일한 신재생에너지 자원이므로 이에 대한 기술개발이 시급하다. 우리나라는 비화산지대이며 지중 온도가 가장 높은 지역의 5km에서 약 $170^{\circ}C$ 내외이므로 외국에 비해 지온경사도가 크지 않은 편이다. 그리고 3km 이상에서는 지하대수층이 거의 존재하지 않기 때문에 지열발전을 위해서는 EGS 기법을 도입할 수 밖에 없는 실정이다. 그리고 지열수를 확보할 수 있는 온도범위가 약 $100{\sim}150^{\circ}C$ 정도이므로 이에 적합한 지열발전 플랜트를 선정할 필요가 있다. 일반적으로 지열발전에 적용되는 플랜트는 건증기 지열발전, 플래쉬증기 지열발전, 바이너리 사이클 지열발전으로 분류할 수가 있으나 국내 여건에 맞는 방식으로서 바이너리 사이클 발전으로서 ORC 플랜트 또는 Kalina 사이클 플랜트가 적합하므로 이에 대한 기술 개발이 적극적으로 이루어져야 한다. 따라서 국내 지열발전의 기술개발에 있어서 핵심요소는 심부천공 및 EGS를 위한 인공파쇄기술과 지상 플랜트로서 저온지열 발전 플랜트의 기술확보가 필요한 실정이다. 이와 같은 기술개발이 완성되면 발전 뿐만아니라 집단지역난방, 온실 및 양어장 등에도 열공급이 가능한 열병합발전이 가능하게 될 것이다. 또한, EGS 기술로서 상업적 성공을 이룬 것은 세계적으로 2~3개 사례에 불과한 신기술로서, EGS 기술의 국내 조기 실현으로 기술 선점 및 해외 수출을 모색할 필요가 있다. 그리고 심부 지열자원은 국내 어디에나 부존하는 ubiquitous 자원이며 이산화탄소 배출이 전무한 청정 국산 에너지 자원이나, 이의 개발에는 높은 초기 투자비와 risk를 요하므로 민간 업체의 투자가 제약을 받는다. 따라서 정부의 적극적인 지원하에 산.학.연 중심으로 시범보급이 우선 이루어진 후 민간의 자발적 투자를 통한 지열 개발을 유도할 필요가 있다.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.561-571
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• 2013

1984년 프랑스 Soultz-sous-For$\hat{e}$ts 지역에서 시작된 Soultz 프로젝트는 2007년 11월에 1.5 MW급 Organic Rankine Cycle (ORC) binary 발전 설비가 완성되기까지 20여년에 걸쳐 인공 지열저류층 생성기술(EGS; Enhaced Geothermal System) 개발을 위한 다양한 실험과 연구가 이루어져, 그 축적된 기술은 호주의 Cooper basin, 독일의 Landau, Insheim 등의 지열발전 프로젝트에 활용되고 있다. 우리나라의 포항에서도 현재 지열발전 프로젝트가 진행되고 있는 시점에서 이 보고에서는 지열저류층 생성 측면에서 Soultz에서의 경험을 살펴보았다. 포항의 경우, 지질학적인 측면에서 Soultz의 환경과 유사한 부분이 많으며 따라서, Soultz에서의 경험과 know-how를 잘 연구하고 개선하여 적용한다면 불필요한 시행착오나 시간적, 경제적인 낭비요소를 배제할 수 있을 것이며, 이 보고가 그에 보탬이 되기를 기대한다.

• 터널과지하공간
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• 제24권1호
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• pp.21-31
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• 2014

심부 5 km 내외에 고압의 유체 주입에 의하여 인공저류층을 형성한 후 지열유체를 순환 생산하여 지열발전을 하는 인공저류층 지열시스템의 실현 가능성을 판단하기 위해 다양한 지역에서 인공저류층 지열시스템 실증연구가 진행되고 있다. 본 기술보고는 영국 Rosemanowes 에서 진행된 EGS 실증연구와 호주 Cooper Basin에서 2002년 이래 진행되고 있는 EGS 적용 사례를 소개하여 해당 지역에서 진행된 연구의 경험, 오류, 시사점 등을 정리하고, 향후 한국에서의 실증연구에 활용하고자 작성되었다.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.547-560
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• 2013

최근 전 세계적으로 에너지 수급의 불안정 및 기후변화에 의한 이산화탄소 저감의 필요성으로 인하여 신재생에너지에 대한 중요성은 점차 증가하고 있다. 이러한 상황에서 지난 2010년 12월에 시작되어 진행 중인 한국 최초의 포항 인공지열 저류층 생성 기술 (Enhanced Geothermal System; EGS) 지열발전소 프로젝트는 국내 EGS 관련기술 발전에 새로운 계기가 될 것이다. 본 논문은 국내 EGS 실증사업에 일부분이라도 도움이 되고자 미국 Fenton Hill 및 일본 Hijiori 프로젝트 연구사례를 살펴보고, 이를 통해 기존 EGS 프로젝트의 성과와 한계를 습득함으로써 국내 EGS 프로젝트의 시행착오를 최소화하는데 도움이 되고자 한다.