• 터널과지하공간
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• 제23권5호
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• pp.442-453
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• 2013

본 연구에서는 FLAC3D를 이용해 대용량 고온 열에너지저장소가 암반공동과 지상에 위치하는 경우를 각각 모델링하고 운영기간 5년 동안의 비정상상태해석을 수행하여 저장소 외벽을 통한 열손실을 비교 분석하였다. 두 저장모델의 운영 조건 및 입력물성은 모두 동일하나, 암반공동 열에너지저장소는 주변 암반의 전도 열전달에 의해서만 열손실이 발생하고, 지상 저장소는 대기의 대류 열전달에 의해서 열손실이 발생하는 것으로 가정하였다. 열에너지의 반복적인 주입과 토출에 따른 저장온도의 변화를 고려하여 수치해석모델을 작성하였으며, 단열재 두께에 따른 열손실 특성을 함께 검토하였다. 해석 결과, 지상식 저장시설은 운영 기간이 경과하더라도 일정한 열손실률을 보이는 반면 암반공동 저장시설의 열손실률은 운영 초기 단계에서 급격히 감소하여 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보였다. 이러한 열손실의 감소는 시간 경과에 따라 주변 암반의 온도가 상승함으로써 저장소외벽에서의 열유속이 감소하기 때문으로 판단할 수 있다. 운영 후 5년 경과 시 암반공동 열에너지저장소의 누적열손실량은 지상저장소에 비해 약 72.7%로 나타났으며, 암반공동 저장시설의 열손실 특성은 주변 암반의 히팅 효과로 인해 지상식 저장시설에 비해 단열재 두께에 대한 민감도 및 의존도가 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다.

• 터널과지하공간
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• 제24권4호
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• pp.297-307
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• 2014

암반공동을 이용한 열에너지 저장은 대용량 저장이 가능하며 열저장매체를 선택할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 사일로 형태의 열저장공동이 지반 내 두 개 이상 배치될 때 공동 사이에 형성되는 암반 필라의 안정성에 대해 3차원 유한차분해석 프로그램인 $FLAC^{3D}$를 이용하여 분석하였으며, 저장된 열에너지로 인해 암반에 발생하는 열응력을 반영할 수 있도록 열-역학적 연계모델을 사용하였다. 해석 결과, 열에너지 장기 저장으로 인해 암반 필라에 작용하는 최대주응력이 상당량 증가하였으며, 필라 폭이 좁아질수록 근접한 열원 때문에 열응력 증가량도 커짐을 확인하였다. 필라 안정성에 영향을 미치는 주요인자로서 저장공동 간격, 측압계수, 심도를 선정하고 민감도 분석을 실시한 결과, 측압계수, 저장공동 간격, 심도 순서로 영향력이 크게 평가되었다. 저장공동 간격의 경우 동일한 크기의 공동 건설 시 필라 폭을 최소 저장공동 직경 이상 확보해야 할 것으로 판단되었다. 큰 규모의 저장공동 주변에 소규모 수직갱이 설치될 때는 최소한 저장공동 직경의 0.5배 이상 이격함으로써 크기 차이로 인해 수직갱에 응력이 집중되는 현상을 해소할 수 있었다. 또한 최대수평주응력 작용방향과 공동 중심을 잇는 축이 평행하도록 배치하여 저장공동에 의한 방패효과가 발휘될 수 있게 함으로써 현지응력이 공동 사이 암반 필라에 미치는 영향을 최소화할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제23권3호
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• pp.241-259
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• 2013

충전층을 이용한 열에너지저장 시스템은 자갈이나 콘크리트와 같은 열저장매질과 공기나 오일과 같은 열전달유체를 이용하여 현열에너지를 저장하는 방식으로서, 저장매질의 경제성과 화학적 안정성, 시스템 구축의 용이성 등 많은 장점이 갖는다. 본 연구에서는 충전층을 이용한 열에너지저장 기술에 대하여 개략적으로 소개하고, 이러한 열에너지저장소의 에너지 수지와 성능 효율을 분석하기 위한 수치 모델을 제시하였다. 유한차분법을 이용하여 저장소 내 1차원 비정상 열전달 해석을 수행하였으며, 반복적인 주입과 토출에 따른 충전층의 온도분포와 외부로의 손실 에너지를 계산하였다. 해석모델은 AA-CAES(advanced adiabatic compressed air energy storage)와 연계된 고온의 열에너지저장시스템으로 저장소가 지하암반 내에 위치하는 경우와 지상에 위치하는 경우를 모사하고, 성능효율 및 열손실률을 비교 분석하였다.

• 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.