| 연구개발개요 |
1-1. 연구개발의 개요가. 복수의 암반지열관정 페어링 및 지하수 연속순환 제어기법을 이용한 지중 열교환기 효율향상나. 국내 암반 대수층 발달 유효심도(±200m 이내) 내에서 지열공 굴착 규모를 중형화하여 시공 난이도 완화, 공극위험저감에 따른 지하수 순환장애 해소, 할증공사비 최소화를 통한 경제적 시공모델 구현1-2. 연구개발 대상의 국내외 현황가. 국내현황(1) 2015.12 파리기후변화 협상(COP21)에서 약속한 탄소배출량 감축 의무목표 이행？ 우리나라는 2030년 배출 전망치 대비(BAU) 37% 감축, 최종 사용에너지의 80%가 냉난방열에너지 활용(2) 기후변화협약 규제환경변화에 대응하기 위해 『제4차 신재생에너지 기본계획』 수립？ 계획기간(2014년~2035년) 중 1차 에너지의 11% 신재생에너지로 공급？ 이 기간 중(14’~35’) 지열 에너지 비중은 연평균 18%(0.7→8.5) 성장 전망？ 전력 예비율 관점에서도 피크타임 시 건축물 냉난방 소비 전력 저감 필요성 대두(3) 지난 5년간 지열에너지 산업은 공공기관 지방 이전에 따른 청사 신축 규모가 폭증하면서 공공 의무화 설치사업에 이용된 전체 에너지원의 약 72%를 점유하는 핵심에너지원으로 부각？ 지열에너지가 타 에너지원에 비해 1차 에너지 고도이용효율 가장 유리 ※ 국내 에너지 최대 공기업인 ‘한국전력공사’ 신축청사에도 100% 지열에너지 적용(4) 민간건축물 1만m² 이상에 대해 신재생에너지 설치를 의무화하여 RHO제도 시행 임박？ 서울시는 자체조례로 일정규모의 신축건물에 에너지 사용량의 18%를 신재생에너지 사용 의무화？ 민간 부분에서도 공공의무화 설치에서 나타난 지열에너지 점유율 수준인 70%점유 예상？ 20~30년 후에는 우리나라 모든 건축물의 냉난방시스템의 약 70%가 지열시스템 활용전망(5) 일부 아파트 재건축단지에서 지열시스템 용량이 1,000RT에 이르고 있고, 단지 당 100억 규모의 대형 지열사업이 속출하고 있는 양적성장에 비해 지열기술개발 수준 미흡으로 설비 안전성 사회 이슈화？ 지방행정연수원, 광명 IKEA 등과 유사한 대형건물 하자발생이 동시다발적으로 일어나 기술 신뢰도 문제가 사회적 이슈로 부각될 경우 지열산업 전체 붕괴 위험 직면(6) 올해 국토교통부에서는 7대 신산업과제 중 파리기후변화협약을 뒷받침을 위한 “제로에너지빌딩”을 선정하고 전담 조직 설치 및 R&D투자 집중 추진계획 공표？ 동 제로에너지 빌딩 정책 추진에도 지열이용기술이 중요역할 담당？ 지하수법 제9조의 7(지하수의 냉난방에너지원으로 이용 등)에 의거 국토부장관은 지하수를 냉난방에너지원으로 이용하는데 필요한 시책 뒷받침 필요
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| 최종목표 |
1. 최종목표지하수 열교환효율 10% 증대 및 공사비 10% 절감2. 세부목표① 수리특성이 서로 다른 암반관정 페어링을 통해 지하수 손실 저감 및 냉난방 부하조건에 따라 대수층 축열효과 활용하는 교번운전 시스템을 개발하여 열교환 효율 향상② 국내 암반 대수층 발달 유효심도로 지열정 굴착심도를 최소화하여 고심도 굴착 시 발생되는 공곡(deflection)에 수반되는 지하수 순환장애 위험 저감③ 시공난이도에 따라 할증 공사비 적용대상을 줄여 공사기간 및 공사비 10% 이상 절감④ 개발기술의 안정적 운영 및 장기적 관리방안 제시
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| 연구내용 및 범위 |
1. 연구의 비젼가. 최근 사회적 이슈로 부각되고 있는 지중열 설비의 안정성 문제에 대한 신뢰도 제고(열교환효율저하, 지속성 등)에 기여나. 지하매설구조물인 지중열교환기 설치 공사원가 부담을 줄여 부실시공 위험저감 2. 연구내용가. 지중열교환기 효율향상(10% 이상)(1) 복수의 지열정을 관통하는 도수통로(spill way)를 개설, 병렬연결(pairing)하여 필요에 따라 쌍방향 순환이 가능한 ATES기술기반의 제어시스템 개발- 이방성 암반지열정에서의 애로기술인 채수량과 주입량의 불균형을 제어하므로서 지하수열 낭비 요인제거- 개별 지열정에 대한 수리지질 특성을 고려 채수 및 주입기능 전환- 국내 암반대수층 평균 주입율(25~30%) 해당 지하수는 대수층에 주입되어 열을 저장하고 남은 지하수는 주입 수두차 압력에 의해 취수정으로 재환류- 주입정에 저장된 열에너지는 냉난방 시기별로 교차 활용할 수 있도록 동일 순환시스템(Groundwater circulation) 구비(2) 현행 지하수 공외 배출 규제허용 한도(20%내외)인 블리딩율 및 주입율을 포함 시 약 45%~50% 수준의 블리딩 효과발생→(효율향상 기대치 10~40%)(3) 모든 지열공에 동일한 출？배수 시스템을 설치하여 일부 지열정 고장 발생 시 설비 가동 중단 없이 비상운전 가능나. 지중열교환기 설치 공사비 절감(10%이상)(1) 국내 암반 지하수 부존 유효심도(±200m) 이내의 중규모 지열정 모델 개발로 공사비 10% 이상 절감- 건설 품셈 기준 200m이상 100m 초과 시 마다 10% 씩 할증공사비 누적- 저가 수주시 고심도 지열공 굴착(±500m)은 시공 난이도가 높아 치명적 하자발생 원인을 제공하는 공곡(well deflection)허용기준 초과 3. 연구의 창의성 및 확장성가. 창의성(1) 국내 암반지하수 부존 유효 심도 범위 내의 중형모델 개발？ 열교환 물성을 기존 기술(SCW)의 전도(conduction) 중심에서 대수층 순환식 지중열교환기법(ATES기법)을 이용 이류효과(advection)를 최대한 활성화시키는 지하수열 이용기술？ 취수정과 주입정간의 수두차를 이용, 열교환 후 취수정으로 재환류시켜 안정적 취수기능 유지？ 주입정에 저장된 지하수열은 냉난방 운전모드에 따라 쌍방향 교번운전 상시가능？ 주입정 대수층에 축열된 지하수량(25~30%)은 블리딩 효과 상승요인으로 작용하여 열교환 효율 증대→(10~50%)(2) 다양한 대수층에 적용 가능한 기술의 확장성？ 개발기술은 기 설치되어 있는 SCW 지중열교환기의 성증 증대를 위해 시스템의 변경이 가능？ 동일 운전조건에서 2 well 시스템, 축열을 활용한 개절 가변식 2 Well 시스템의 가동이 가능？ 시스템의 일부 고장 시 가변식 운전이 가능하여 시스템의 운전 중단시간을 최소화 할 수 있으며 에너지 공백이 발생하지 않음
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