• 신재생에너지
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• 제3권4호
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• pp.16-21
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• 2007

국토가 좁고 천연자원이 부족한 우리나라에서 전기생산의 대부분을 원자력 발전에 의존하고, 화력발전을 많이 활용하는 것은 당연한 일이다. 그러나, 각종 신기술의 개발과 함께 신에너지원에 대한 가능성이 증대되고 있어 이에 대한 연구와 투자도 소홀히 할 수 없는 상황에 있다. 신에너지원으로 거론되는 여러 가지 대안 가운데 비교적 국내기술로 접근하기 쉬운 부분이 지열을 활용한 분야이다. 일본, 필리핀, 인도네시아와 같은 화산국은 물론이고 우리나라와 같이 활화산이 없는 나라에서도 대심도에서는 지열자원이 고르게 분포해해 있을 것으로 추정되어 개발된 지열활용기술은 그 수요처가 상당히 젊다고 할 수 있다. 본 연구에서는 지열활용을 위하여 필수적으로 사용되는 지열정 굴착기법과 건설에 따라 우려되는 환경영향을 정리하였다. 지열활용에 사용되는 지열정의 종류를 파악하고, 그에 따른 굴착기술을 소개하였으며, 저비용 고효율 굴착을 위한 요소기술들을 정리하였다. 그리고, 국외의 자료를 통하여 지열발전 프로젝트에서 우려되는 환경영향을 조사하여 국내의 상황과 비교하여 고찰하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.533-537
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• 2007

국토가 좁고 천연자원이 부족한 우라나라에서 전기생산의 대부분을 원자력 발전에 의존하고, 화력발전을 많이 활용하는 것은 당연한 일이다. 그러나, 각종 신기술의 개발과 함께 신에너지원에 대한 가능성이 증대되고 있어 이에 대한 연구와 투자도 소홀히 할 수 없는 상황에 있다. 신에너지원으로 거론되는 여러 가지 대안 가운데 비교적 국내기술로 접근하기 쉬운 부분이 지열을 활용한 분야이다. 일본, 필리핀, 인도네시아와 같은 화산국은 물론이고 우리나라와 같이 활화산이 없는 나라에서도 대심도에서는 지열자원이 고르게 분포해 있을 것으로 추정되어 개발된 지열활용기술은 그 수요처가 상당히 넓다고 할 수 있다. 본 연구에서는 지열활용을 위하여 필수적으로 사용되는 지열정 굴착기법과 건설에 따라 우려되는 환경영향을 정리하였다. 지열활용에 사용되는 지열정의 종류를 파악하고, 그에 따른 굴착기술을 소개하였으며, 저비용 고효율 굴착을 위한 요소기술들을 정리하였다. 그리고, 국외의 자료를 통하여 지열발전 프로젝트에서 우려되는 환경영향을 조사하여 국내의 상황과 비교하여 고찰하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.29-38
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• 2013

G-class 시멘트는 지열발전소 가동 시에 지열정에서 고온의 지열수나 증기를 심부에서 지표면까지 이동시키는 케이싱을 보호하는 시멘팅 재료로서 이용된다. 지열정을 통한 원활한 지열발전을 위해서는 시멘팅 재료의 물리적 특성들이 만족되어야 한다. 본 연구에서는 G-class 시멘트를 지열정 시멘팅 재료로서의 중요한 물리적 특성인 유동성, 일축압축강도, 열전도도, free fluid 함유율(Free fluid content) 등을 평가하기 위해, 다양한 물/시멘트 비 조건에서 실내실험을 수행하였다. G-class 시멘트에 대한 물리적 특성 평가를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다. (1) G-class 시멘트의 유동성은 소량의 응고지연제(retarder)를 첨가하여 증가 시킬 수 있다. (2) 유동성 확보를 위해 물/시멘트 비를 높일 경우, 일축압축강도가 감소하여 지열정의 구조적 문제를 야기할 수 있다. (3) G-class 시멘트의 열전도도는 지열정 가동 시에 지열정에서 외부 지반으로의 열손실이 거의 없을 정도로 낮게 평가되었다. (4) G-class 시멘트를 시멘팅 재료로 이용할 경우, 블리딩(bleeding) 가능성은 매우 낮은 것으로 판단된다. (5) 페놀프탈레인 지시약은 지열정 시공시 지표면에서 시추용 이수와 G-class 시멘트를 구분하기 위해 적합할 것으로 판단된다.

• 지열에너지저널
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• 제4권1호
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• pp.62-70
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• 2008

• 지열에너지저널
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• 제5권2호
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• pp.17-23
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• 2009

• 지열에너지저널
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• 제3권2호
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• pp.19-28
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• 2007

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.119-119
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• 2010

무한 지속 가능한 지열 에너지를 활용한 공조시스템인 지열원 냉난방 시스템은 기존의 공조 시스템보다 열원이 안정적이기 때문에 높은 효율과 우수한 성능을 가지므로, 기후변화협약 대응의 주요수단으로서 기술개발과 보급이 증대되고 있다. 본 연구에서는 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템에 대한 실증 연구를 통하여 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템의 하절기 냉방 성능을 분석하였다. 대수층 축열 냉난방 시스템은 주입정과 양수정의 2개의 우물공이 설치되어 있으며, 겨울 난방 운전 중에 한 개의 우물공으로부터 지하수를 열펌프로 유입한 후 낮은 온도의 지하수를 타 우물공에 축열하고, 하절기에 겨울에 저온으로 축열된 우물공으로부터 지하수를 열펌프로 유입하여 온도가 증가된 지하수를 타 우물공에 주입한다. 즉, 계절별로 열펌프에서 생성된 냉수와 온수의 대수층 축열을 위하여 계절별로 주입정과 양수정이 바뀌게 된다. 본 연구의 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템의 2009년 8월의 주요일자별 시스템 운전 중의 평균 냉방 열펌프 유닛 COP와 냉방 시스템 COP는 각각 4.7과 3.4이상의 우수한 성능을 나타냈다. 또한, 모든 일자에 대하여 외기온도가 $31.6^{\circ}C$서 $22^{\circ}C$까지 변화가 크게 나타났지만 열펌프 유닛 COP와 시스템 COP의 변화는 미소하였다. 이는 양수정으로부터의 지중 순환수가 운전기간 중에 $17.5^{\circ}C$로 일정하게 유지되었기 때문이다. 양수정과 주입정 사이에 5개의 관측공을 설치하였으며, 양수정 측에 인접한 관측공의 온도는 거의 변화가 없었으며, 단기간이지만 널리 사용되고 있는 수직밀폐형 시스템과 달리 지속적인 냉방운전 중의 양수 온도의 증가는 발생하지 않아 안정적인 성능을 나타냈다. 주입정에 인접한 모니터링 홀의 온도는 심도가 깊은 곳의 온도가 낮은 곳보다 높게 나타났다. 이는 냉방 운전 시 열펌프 유닛의 실외열교환기에서 지중 순환수가 냉매로부터 열을 취득하여 온도가 상승하면서 주입정측에 온열이 축열이 진행되었기 때문으로 분석되며, 하절기의 냉방 운전 시간이 증가할 경우 축열 효과는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 양수정과 주입정 중간의 모니터링 홀의 온도는 2009년 8월 가동 중에 온도변화는 없었는데, 이는 양수정과 주입정 사이의 열간섭이 발생하지 않았기 때문으로 분석된다. 일자별로 운전 중의 열펌프 유닛 COP는 차이가 없었지만, 운전 및 정지 시간을 모두 포함한 시스템 소비전력과 냉방용량을 모두 합산하여 산정한 일일 평균 냉방 열펌프 유닛 COP와 냉방 시스템 COP는 일자별로 다소 차이가 발생하였는데, 이는 각 일자별로 열펌프 유닛 가동율의 차이로 인하여 열펌프 유닛 가동 전에 먼저 작동되는 지중순환펌프의 운전 소비전력의 차이와 열펌프의 단속운전 시의 열손실과 추거 소비전력의 차이 때문이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.573-573
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• 2009

지열에너지는 지구가 생성될 당시부터 지구 내부에 존재하는 무한한 열에너지로 온실가스 배출이 적으며 태양광이나 풍력 등 다른 신재생 에너지와는 달리 일정한 에너지를 공급할 수 있는 항상성 에너지로 기저부하를 담당할 수 있다. 지열을 이용한 전력 생산은 1904년에 이탈리아 라데렐로에서 처음으로 시작되었으며, 현재까지 화산지대를 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 2001년에서 2005년 사이에 전세계 지열발전용량은 약 13% 증가하였으며, 2005년을 기준으로 약 8,933MWe의 지열발전설비가 가동 중이다. 최근 들어 지하 심부까지 시추하여 지열저장소(geothermal reservoir)를 형성하고 이를 통해 지열에너지를 생산하는 새로운 시스템인 EGS(Enhanced Geothermal Systems)가 개발됨에 따라 비화산지대에서도 지열발전소를 건설하려는 움직임이 가속화되고 있다. EGS는 지하 심부의 불투수성 결정질 암반에 존재하는 지열에너지의 경제적인 생산뿐만 아니라 물을 주입하여 생산시키는 순환 방식을 이용하여 지열에너지 획득의 매개 역할을 하는 지열수의 고갈 문제를 해결하였다. 결정질 암반에서의 지열저장소의 형성은 암반 내에 분포하는 불연속면에서 주로 발생하며, 이를 위한 압력 조건은 현지 암반의 응력 분포 특성과 암반 및 불연속면의 물성에 좌우된다. 시추공을 통해 지하 심부의 암반에 수압이 가해지면 물의 주입으로 불연속면의 마찰력이 감소하며, 이로 인해 불연속면에 전단변형이 발생하게 된다. 전단변형은 불연속면을 열린 상태로 유지시켜 지열저장소를 형성하게 된다. 불연속면의 전단 변형시 발생하는 미소 탄성파는 시추공 주변에 설치한 모니터링 장비에서 측정되며, 모니터링 장비에 의해 측정된 미소 탄성파 발생 지점의 클러스터는 지열저장소의 공간적 분포 및 규모를 추정할 수 있는 자료가 된다. 현재 EGS를 이용한 지열발전 프로젝트는 프랑스 슐츠, 스위스 바젤, 호주 하바네로에서 대표적으로 진행 중이다. 슐츠는 현재 1.5MWe의 파일럿 플랜트를 가동 중이며, 하바네로는 파일럿 플랜트 건설 단계를 진행중이다. 스위스 바젤은 지열저장소를 형성시킬 목적으로 수행된 주입시험에서 발생된 문제에 대한 기술의 신뢰성을 확보할 목적으로 잠시 중단된 상태다. 제주도는 신생대에 분출하여 형성된 대표적인 한국의 화산지형으로 지열부존 가능성이 높을 것으로 예상되는 지역이다. 따라서 폐사는 지열에너지 부존 특성을 파악하기 위한 심부 물리 탐사 및 탐사정 시추가 실시될 예정이며 궁극적으로 국내 최초의 상용화된 지열발전소 건설을 목표로 하고 있다.

• 터널과지하공간
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• 제21권1호
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• pp.11-19
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• 2011

지열에너지는 여러 신재생에너지원 중에서도 기저부하를 담당할 수 있는 중요한 자원으로 인식되고 있다. 국내에서도 천부지열을 이용한 지열냉난방은 효율 높은 신재생에너지 활용 사업으로 그 보급이 활성화 되어 있다. 반면, 전세계적으로 지열 발전 기술이 진일보하고, 그 시장이 크게 확대되고 있는 상황에서 아직까지 국내의 심부 지열을 이용한 지열 발전 기술은 낮은 단계에 머무르고 있다. 이러한 조건에서 2010년 12월에 국내 최초의 EGS(Enhanced Geothermal System) 지열 발전 상용화 기술 개발 과제가 착수되었다. 총 5개년의 기간으로 수행되는 이 과제는 2단계로 구분되어 진행될 계획이다. 처음 2년의 1단계에서는 3 km 심도에서 최소 $100^{\circ}C$의 지열저류층 온도를 확인하는 것을 주요 과제 내용으로 하여 지중 지열수 순환시스템의 설계가 이루어질 예정이다. 이후 3년을 통해 수행될 2단계에서는 5 km 심도의 생산정과 주입정 등 두 개의 지열발전정을 설치하고, 수리자극을 통하여 온도 $180^{\circ}C$의 지열저류층에서 유량 40 kg/s 이상의 지열수를 활용하는 MW급 지열발전소를 건립 운영하게 된다. 이 사업을 성공적으로 추진하기 위하여 현재 지질, 수리지질, 지구물리, 암석역학, 플랜트 엔지니어링 등 다양한 분야의 산학연 연구 기관 등이 망라되어 연구진을 구성한 상태이며, 이후 관심있는 여러 기관과 연구자들의 지원과 참여를 기대하고 있다.

• 설비공학논문집
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• 제30권4호
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• pp.186-194
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• 2018

A ground-source heat pump system (GSHP) is more energy efficient than other heat-source systems because it uses annual constant underground and water temperatures. Especially, two-well geothermal systems using groundwater as the heat source can achieve higher performance than closed-loop geothermal systems. However, performance of two-well geothermal systems is decreased by occurring overflow according to scale during long-term operations. Therefore, this study presents a two-well pairing geothermal system that controls the groundwater level of a diffusion well. In addition, a two-well pairing geothermal system and an SCW geothermal system were installed, and a comparative analysis of cooling performance depending on system operation under the same load conditions was conducted. The result was that the average heat pump coefficient of performance (COP) of the two-well pairing system was 6.5, and the entire system COP was 4.3.