지하수 부존지역에서 최적 지열에너지 활용방식 수치 모의 (Numerical Simulations for Optimal Utilization of Geothermal Energy under Groundwater-bearing Conditions)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질공학회
· 수록지 정보 : 지질공학 / 24권 / 4호 / 487 ~ 499페이지
· 저자명 : 김진성, 정교철, 송성호, 차장환

초록

최근 지열에너지 활용 증가 추세와 더불어 지하수 부존량이 풍부한 지역에서 수직개방형의 효율이 더 높다는 연구결과가 제시됨에도 불구하고, 국내 지열냉난방시스템의 열교환 방식은 수직밀폐형 방식이 주를 이루고 있다. 따라서, 본 연구에서는 지하수 부존량이 풍부한 지역에서 수직개방형 방식의 효율성을 검증하기 위하여, 수리지질 및 열적 특성을 반영한 최적의 지열에너지 활용방식을 수치 모의하였다. 1차 모의 결과, 지하수 부존량이 풍부한 지역에서 지열냉난방시스템을 활용하는 경우 수직밀폐형보다 지하수를 직접 이용하는 수직개방형이 더욱 효과적인 것으로 분석되었으며, 수직개방형 중에서는 SCW (standing column well)형 보다는 주입정과 추출정이 분리된 복수관정형에서 지반과 열교환을 통해 얻을 수 있는 주입수와 추출수의 온도차 (Δ)가 커 더욱 효율적인 것으로 나타났다. 2차 모의에서는 수직개방형 지열에너지 공급방식인 단일관정형, SCW형, 복수관정형을 대상으로 열 이송,이격거리 및 유량, 지하수 수리경사 등을 고려한 최적의 활용 방식을 검토하였으며, 이를 바탕으로 지열냉난방시스템의 지중 열교환 방식 선정 시 활용할 수 있는 흐름도를 제시하였다. 본 연구결과 제시된 다양한 선정 기준을 기초로 실제 선정 시에는 전체 지열냉난방 시스템에 대한 COP (coefficient of performance) 계산 및 세부적인 타당성 검토가 필요할 것으로 판단된다.

영어초록

While the vertical open type of heat exchanger is more effective in areas of abundant groundwater, and is becoming morewidely used, the heat exchanger most commonly used in geothermal heating and cooling systems in Korea is the verticalclosed loop type. In this study, we performed numerical simulations of the optimal utilization of geothermal energy based onthe hydrogeological and thermal properties to evaluate the efficiency of the vertical open type in areas of abundant groundwatersupply. The first simulation indicated that the vertical open type using groundwater directly is more efficient than thevertical closed loop type in areas of abundant groundwater. Furthermore, a doublet system with separated injection and extractionwells was more efficient because the temperature difference (Δ) between the injection and extraction water generated byheat exchange with the ground is large. In the second simulation, we performed additional numerical simulations of the optimalutilization of geothermal energy that incorporated heat transfer, distance, flow rate, and groundwater hydraulic gradienttargeting a single well, SCW (standing column well), and doublet. We present a flow diagram that can be used to select theoptimal type of heat exchanger based on these simulation results. The results of this study indicate that it is necessary to examinethe adequacy of the geothermal energy utilization system based on the hydrogeological and thermal properties of the areaconcerned, and also on a review of the COP (coefficient of performance) of the geothermal heating and cooling system.

참고자료

· 없음