• 터널과지하공간
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• 제23권1호
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• pp.78-85
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• 2013

열에너지를 성층화하여 저장하는 주된 목적은 에너지의 열역학적 질을 유지하기 위한 것으로서 열에너지의 성층화를 통해 필요시 원하는 온도에서 열에너지 활용이 가능하다. 저장소 내 열에너지의 온도에 따른 분리, 즉 열성층화는 이와 같은 열에너지의 활용에 영향을 미치는 핵심 인자이다. 본 논문에서는 열성층화의 정도를 평가할 수 있는 기존에 제안된 기법들을 소개하였으며, 특히 열에너지의 주입, 저장, 배출 과정 동안 열저장소의 성층화와 관련된 성능을 결정하는 데 사용될 수 있는 기법들을 중심으로 개념 및 특징을 살펴보았다. 또한 열성층화 지수를 이용하는 방법을 토대로 스웨덴 Lyckebo 암반공동 내 열에너지의 성층도를 비교 분석하여 기법의 적용성을 조사하였다.

• 터널과지하공간
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• 제23권2호
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• pp.150-159
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• 2013

일반적으로 열저장소의 종횡비(폭에 대한 높이의 비)가 커짐에 따라 저장된 열에너지의 성층화가 높게 유지될 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 열저장소의 열적 성능을 높이기 위해서는 저장소 종횡비를 크게 설정하는 것이 유리할 것이다. 그러나 종횡비의 증가에 따라 저장소의 폭에 비해 높이가 커지고, 이는 열저장소의 구조적 안정성 측면에서 불리하게 작용할 수 있으므로 저장소의 최적 종횡비 결정시 열적 성능 분석과 더불어 역학적 안정성에 대한 정량적인 분석이 수행되어야 할 것이다. 본 연구에서는 지하 열에너지 저장을 위한 사일로형 암반공동의 종횡비 변화에 따른 역학적 안정성을 수치해석적으로 조사하였다. 적용한 종횡비는 1-6의 범위이었고, 전단강도 감소기법에 의한 안전율을 토대로 암반공동의 역학적 안정성을 평가하였다. 종횡비별 안정성 분석 결과, 암반공동의 종횡비가 증가함에 따라 안전율이 감소하는 경향을 보였으며, 주변 암반의 측압계수가 안정성에 미치는 영향이 큰 것으로 분석되었다. 또한 동일한 암반특성 및 종횡비 조건에서 암반공동의 규모(저장 용량)가 줄어듦에 따라 안정성이 향상되는 것으로 나타나, 큰 규모의 단일 암반공동을 소규모의 다중 암반공동으로 분할함으로써 높은 종횡비의 암반공동 설계가 가능한 것을 알 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제24권2호
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• pp.155-165
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• 2014

다중 열저장공동은 열에너지의 대규모 저장, 열적 성능 향상을 위한 높은 종횡비의 저장소 설계에 활용될 수 있다. 또한 긴 터널형의 단일공동이 열생산 및 주입을 위한 지상설비와의 연결에 적합하지 않은 경우, 길이를 줄인 다중 암반공동의 활용을 고려할 필요가 있다. 다중 열저장공동 활용시 공동간의 이격거리는 저장공간 설계시 고려해야 하는 주요 설계인자 중 하나이며, 정량적인 안정성 평가기준을 토대로 적정 이격거리가 산정되어야 한다. 본 논문에서는 대규모 열에너지 저장을 위한 다중 암반공동 계획시 공동간 이격거리를 결정하기 위한 수치 해석적 접근법에 대해 기술하였다. 다중 암반공동의 안정성 평가를 위해 기존의 결정론적 접근법과 달리 확률밀도에 의해 입력 매개변수의 불확실성을 정량적으로 고려할 수 있는 확률론적 해석기법을 이용하였으며, 집단열수 공급을 위한 다중 암반공동의 개념모델 설계에 적용하였다. 본 적용을 통해 확률론적 해석기법이 다중 암반공동의 이격거리 산정을 위한 의사결정 도구로서 유용하게 활용될 수 있음을 확인할 수 있었으며, 결정론적 해석결과와의 비교 분석으로부터 결정론적 접근법 적용시 안정성 평가기준을 신중히 설정할 필요가 있는 것으로 검토되었다.

• 터널과지하공간
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• 제21권5호
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• pp.394-405
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• 2011

본 연구에서는 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 역학적 변형 및 누출 거동의 복합거동을 파악할 목적으로 비등온 다상다성분 유체유동 및 역학적 거동의 연계해석이 가능한 TOUGH-FLAC 해석을 실시하였다. 지하압축공기에너지 저장 공동의 초기 및 장기 운영 과정에서 고압 압축공기 인입 입출에 따른 콘크리트 라이닝 내부에 발생하는 응력 양상을 살펴보고 저장공동 내부 압력 및 온도 변화를 파악함으로써 기밀성능을 평가하였다. 최대 저장공동 운영압력 8 MPa 조건에서 콘크리트 라이닝 내부에서는 공기침투압에 의한 유효응력의 감소와 접선방향의 인장응력의 증가에 따라 인장균열이 발생할 수 있음을 확인하였다. 콘크리트 라이닝 내부의 인장균열 발생에 따른 투과특성 증가 모델을 이용한 해석 결과, 저장공동 천정부 및 측벽부 일부에서 인장파괴가 발생하여 이들 영역에서의 투과계수는 초기 $10{\times}10^{-20}m^2$에서 $5.0{\times}10^{-13}m^2$까지 증가하였다. 한편, 콘크리트 라이닝 내부 인장균열 발생 및 투과특성 증가에도 불구하고 저장공동 내부 압축공기 압력은 주변 암반의 기밀성능으로 인해 일정하게 유지되고 공기누출량은 일일주입량의 0.02%에도 못 미쳐 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 유효성을 확인할 수 있었다.

• 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.

• 터널과지하공간
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• 제24권3호
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• pp.201-211
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• 2014

본 연구에서는 전산유체역학 코드인 FLUENT를 이용한 열전달 해석을 통해 대규모 열에너지 저장을 위한 다중 암반공동의 이격거리별 열적 성능을 분석하였다. 저장공동 내부의 열성층화와 공동 외부로의 열손실 측면에서 열적 성능을 평가하였으며, 이격거리별로 시간경과에 따른 공동 주변 암반의 히팅 특성을 조사하였다. 분석결과, 주변 암반이 히팅되지 않은 초기 운영단계와 암반이 열적 정상상태에 도달한 장기 운영단계에서는 다중 암반공동의 이격거리에 따른 열적 성능의 차이가 거의 없는 것으로 검토되었다. 그러나 공동간 이격거리가 감소함에 따라 공동 사이의 암반이 열적 정상상태에 더 빠르게 도달하고, 이에 따라 저장공동 외부로의 열손실이 주변 암반의 열적 정상상태 조건에서의 열손실 값으로 빠르게 수렴하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 다중 암반공동의 이격거리를 줄임으로써 주변 암반의 히팅에 소요되는 운영비용을 줄일 수 있음을 나타내며, 이로부터 다중 열저장 공동의 이격거리 결정시 공동의 건설비용과 함께 암반히팅에 대한 운영비용을 고려해야 함을 알 수 있었다.