KR101701263B1 - 지하 고압 유체 저장조 및 이를 이용한 caes 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압의 기체를 지하의 심부에 저장하기 위한 고압 유체 저장조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고압 유체 저장조는 고압의 유체를 저장하기 위하여 지반을 하방으로 굴착하여 형성되는 캐번에 매설되는 것으로서, 밀폐성 소재로 이루어져 내부에 고압의 유체가 저장되는 수용부가 형성되는 탱크 본체와, 탱크 본체와 캐번의 내벽 사이에 채워지는 백필재에 의하여 형성되되, 캐번의 하부에 비하여 상부가 더 두껍게 형성되는 백필층 및 캐번을 폐쇄하기 위한 플러그를 포함하는 것에 특징이 있다.

Description

지하 고압 유체 저장조 및 이를 이용한 CAES 시스템{Reservoir in underground for the storage of highly pressured fluid and CAES system using the same}

본 발명은 에너지 저장 시스템(Energy storage system)에 관한 것으로서, 특히 공기를 고압으로 압축하여 저장한 후 압축 공기를 발전원에 공급함으로써 전력을 생산하는 CAES(Compressed Air Energy Storage) 및 이 시스템의 일 요소로서 지하에 형성되는 고압 기체 저장조의 구조에 관한 것이다.

화력이나 원자력발전과 같은 기저 발전의 경우 한 번 발전을 하면 일정량의 전기에너지가 발생하게 되며 이 양 자체를 조절할 수 없다. 따라서 주간의 전기 소모 피크 타임에는 발전량이 전력 수요를 모두 해결하지 못하는 문제가 나타난다. 반면, 심야시간에는 발전량이 수요를 크게 앞지르므로 발전된 전력의 상당한 양을 폐기해야 한다. 이렇게 발전량과 사용량 차이의 차이를 해소하기 위해서는 심야의 유휴 전기를 저장하였다가 주간 피크 시간대에 부족한 전력 공급을 보충해야 한다.

이에 에너지 저장 수단으로서 CAES나 2차 전지가 국가 에너지 전략의 키워드로 부상하고 있다. 현재 대용량 에너지 저장에는 CAES를, 중소용량의 에너지 저장에는 2차 전지가 활용될 전망이다. CAES는 화력발전이나 원자력발전과 같은 기저발전에 의하여 또는 풍력발전과 같은 신재생 발전수단에 의하여 만들어진 전기를 이용하여 공기를 고압으로 압축저장한 후, 추후 압축된 공기를 터빈, 피스톤 등 발전 수단에 의하여 다시 전기로 변환하여 공급하는 시스템을 말한다.

에너지 저장은 전력 수요와 공급의 불균형 해소의 측면 이외에 전기 공급의 품질과도 높은 관련성을 가진다. 예컨대 풍력발전의 경우 바람이 부는 시간이나 바람의 세기가 일정하지 않아서 고품질의 전기를 생산할 수 없다. 또한, 풍력발전을 통해 갑자기 급격하게 많은 양의 전기가 생산되면 전력계통의 주파수 교란을 불러일으키는 등의 문제도 나타난다. 이러한 문제를 해결하는 측면에서도 에너지 저장은 중요한 개념으로 부각되고 있다.

즉, CAES는 기저 발전원 및 신재생에너지 발전원과 연계하여 에너지 공급의 탄력성을 증대시키는 기능을 하는 바 향후 에너지 공급 정책에서 전략적 의미를 가진다.

현재 운영 중인 CAES 방식의 발전소는 독일의 Huntorf 발전소와 미국의 McIntosh 발전소가 있으며 이들은 지하의 암염층을 용해시켜 만든 동굴을 압축공기 저장 공간으로 활용하고 있다. 그러나 입지적 조건의 제한을 극복하기 위해서 CAES 저장조는 지하에 축조되는 방향으로 발전할 것으로 예상된다.

CAES의 상용화에 있어서 가장 중요한 포인트 중 하나는 지하 압축공기 저장조의 안전성 확보를 전제로, 최대한의 경제성을 담보하는 것이라고 할 것이다. 따라서, 지하 압축공기 저장조의 구조적 측면에서도 안전성과 경제성을 확보할 수 있는 지하 저장조의 형태 개발이 필요하다.
[선행기술문헌]
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0048515호(2013.05.10)
일본 공표특허공보 특표평09-501377호(1997.02.10)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동일한 유체 저장 공간을 기준으로 가장 안전한 구조로 이루어진 고압 유체 저장조 및 이를 이용한 CAES 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고압 유체 저장조는 고압의 유체를 저장하기 위하여 지반을 하방으로 굴착하여 형성되는 캐번에 매설되는 것으로서, 밀폐성 소재로 이루어져 내부에 고압의 유체가 저장되는 수용부가 형성되는 탱크 본체; 상기 탱크 본체와 상기 캐번의 내벽 사이에 채워지는 백필재에 의하여 형성되며, 상기 캐번의 하부에 비하여 상부가 더 두껍게 형성되는 백필층; 및 상기 캐번을 폐쇄하기 위한 플러그;를` 포함하는 것에 특징이 있다.

본 발명의 일 예에 따르면, 상기 캐번은 수평 방향 단면적이 상하방향을 따라 일정하게 굴착되며, 상기 탱크 본체는 상부에서 하부로 갈수록 수평 방향 단면의 넓이가 증가된다.

또는 본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 탱크 본체의 수평 방향 단면적은 상하방향을 따라 일정하게 형성되며, 상기 캐번은 상부에서 하부로 갈수록 수평 방향 단면의 넓이가 감소된다.

그리고 상기 백필층의 두께는 상부에서 하부로 갈수록 일정한 변화율로 줄어들어 전체적으로 백필층의 내주면 및/또는 외주면은 경사지게 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 백필층의 두께는 상기 캐번이 굴착되는 암반의 수평응력과 수직응력 사이의 비율인 측압계수(K)의 심도에 따른 변화 또는 상기 캐번이 형성되는 암반에서 심도에 따른 수평응력의 변화에 연동하여 변경할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 플러그 상부에 배치된 암반의 전단강도가 향상되도록, 상기 캐번의 내벽으로부터 상기 암반의 내부까지 삽입되는 강도 보강재, 예컨대 락볼트나 앵커를 더 구비할 수 있다.

그리고 이 강도 보강재는 암반에서 역학적 해석에 의하여 설정 가능한 전단파괴면을 지나는 지점까지 삽입되며, 특히 전단파괴면에 대하여 수직한 방향으로 삽입되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 강도 보강재는 상기 암반에 삽입된 후, 상기 캐번 쪽으로 인장시켜 상기 캐번의 내벽에 장착함으로써, 상기 암반이 압축되게 하여 상기 암반의 전단강도를 증대시킨다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 백필층이 경화된 후 상기 암반의 내벽과 백필층 사이에 그라우팅액을 주입하도록, 상기 암반의 내벽과 백필층 사이에 개재되며 복수의 배출공이 형성되어 있는 그라우팅액 주입관을 더 구비하는 것이 바람직하다. 백필층과 암반 내벽 사이에 고압으로 주입된 그라우팅액에 의하여 상기 백필층에는 프리스트레스가 인가되어 상기 백필층이 상기 공기의 내압에 저항하는 강도가 향상된다.

그리고, 상기 그라우팅액 주입관에서 배출된 그라우팅액이 상기 캐번 외부로 배출될 수 있도록 상기 암반의 내벽과 백필층 사이에 설치되는 배출관을 더 구비할 수 있다.

상기 그라우팅액 주입관은 상기 캐번의 내벽을 따라 복수 개 배치되거나, 또는 나선형으로 형성되어 상기 캐번의 내벽면을 따라 설치될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 CAES 시스템은 지하의 심부에 형성되는 고압 유체 저장조와, 상기 고압 유체 저장조에 공기를 고압으로 압축하며, 상기 고압 유체 저장조에 압축된 공기를 이용하여 발전하는 발전시스템을 포함하며, 상기 고압 유체 저장조는 백필층의 두께가 하부에 비하여 상부가 두껍게 형성되는데 특징이 있다.

본 발명에 따른 CAES 시스템에서 공기를 압축시키기 위한 에너지는 화력발전 등과 같은 전통적인 발전원과 연계할 수도 있지만, 풍력발전이나 태양광 발전과 같은 발전원과도 연계될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 CAES 시스템에서 공기의 압축은 다단압축기를 발전은 터빈을 이용할 수도 있지만, 대규모 선박엔진과 같이 피스톤 시스템을 이용하여 압축 및 발전을 수행할 수도 있다.

본 발명에서는 고압 유체 저장조의 백필층 두께를 심도가 깊어짐에 따라 점차 얇게 하여 고압 유체 저장조의 안정성이 보장된 가운데 기체의 저장 볼륨을 증대시켰다. 즉, 고압 유체 저장조를 형성하기 위한 한정된 공간에서 기체가 저장될 수 있는 볼륨을 최대한 확보함으로써 공간 사용의 효율성이 증대되고, 비용의 측면에서는 경제성이 향상된다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고압 유체 저장조의 기본적 요소들을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고압 유체 저장조에서 탱크 본체와 보강재 부분을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 유체 저장조의 핵심 특징을 부각되게 표현한 도면이다.
도 4는 도 3의 a-a선 단면(a)과 b-b선 단면(b)을 함께 나타낸 것이다.
도 5는 도 3에 도시된 예와 다른 실시예에 따른 고압 유체 저장조의 핵심 특징을 부각되게 표현한 도면이다.
도 6은 탱크 본체 내부의 압력 작용을 설명하기 위한 것으로서, 탱크 본체의 횡단면도이다.
도 7은 지하 암반의 초기 응력(initial stress) 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 대한민국 45개 지역 내 15~310m 심도의 140개 개별 시추공을 대상으로 710개 시험구간을 선정하여 수압파쇄를 통해 암반의 초기 응력을 측정한 결과가 나타나 있는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 고압 유체 저장조의 횡단면도로서 공기압과 암반의 초기 응력 사이의 상호 작용을 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12는 상기한 도 8 및 도 9에서 실험한 결과에 따라 대한민국 각 지역에서 심도에 따른 수직 응력에 대하여 수평 응력의 비율인 최대 측압계수(K_H)와 평균 측압계수(K_avg) 분포를 나타낸 그래프이다.
도 13은 고압 유체 저장조 상부에 작용하는 전단력을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에서 강도 보강재가 설치된 상태의 고압 유체 저장조의 수직 단면도이다.
도 15는 도 14에서 강도 보강재의 배치 상황을 설명하기 위한 것으로서, 도 14에서 플러그 상측에 대한 횡단면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따라 그라우팅액 주입관을 설치한 상태의 고압 유체 저장조의 개략적 종단면도이다.
도 17은 도 16의 a-a선 횡단면도이다.
도 18은 그라우팅액이 암반과 백필층 사이에 주입된 상태와, 고압 유체 저장조에 작용하는 압력을 설명하기 위한 개략적 횡단면도이다.

본 발명은 고압 유체 저장조 및 이를 이용한 CAES 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서 '고압 유체'의 개념은 CAES의 운용을 위하여 적어도 50bar 이상의 고압으로 압축된 공기를 의미하지만, 천연가스 등 압력을 인가하여 압축가능한 모든 종류의 유체를 배제하지 않으며, 압력의 범위도 반드시 50bar 이상으로 제한하는 것은 아니고 50bar 미만의 압력이더라도 안전성에 대한 고려가 필요한 정도의 고압을 포함하는 개념으로 확장된다. 따라서, 본 발명에 따른 고압 유체 저장조는 CAES 발전을 위한 공기 압축 저장조는 물론, 에너지 연료를 저장하기 위한 가스 저장조 등 다양한 용도의 유체 저장조로 사용가능하다.

이하, 본 발명에 따른 고압 유체 저장조 및 이를 구비하는 CAES 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그리고 도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고압 유체 저장조의 기본적 요소들을 설명하기 위한 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 고압 유체 저장조에서 탱크 본체와 보강재 부분을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 유체 저장조(100)는 탱크 본체(10)와, 보강재(30), 백필층(50) 및 플러그(90)를 포함한다.

탱크 본체(10)는 밀폐된 내부 공간부(14)를 형성하여 압축공기가 저장되는 공간을 제공한다. 탱크 본체(10)는 상하방향, 바람직하게는 수직방향으로 배치되어 지하 심부의 암반(g)에 형성된 캐번(c)에 매설된다. 탱크 본체(10)의 역할은 압축공기의 기밀성을 유지하는 것이다. 이에 탱크 본체(10)는 스틸, 고무, 플라스틱과 같이 누기를 방지할 수 있는 밀폐성 재료로 이루어진다. 본 실시예에서 탱크 본체(10)는 4~10mm 두께의 스틸로 이루어지는데, 스틸 자체의 강성으로 압축공기의 압력을 견디는 것은 아니므로 스틸의 두께는 위의 범위 이상으로 형성할 필요는 없다. 더 나아가, 탱크 본체는 고무와 같은 연성재료로도 형성할 수 있다.

본 실시예에서, 탱크 본체(10)는 복수의 분절로 이루어지는데, 하부분절(11), 복수의 몸통분절(12) 및 상부분절(13)로 이루어진다. 하부분절(11)은 탱크 본체(10)의 하단부를 형성하는 것으로서, 상면이 개방되어 있는 보울(bowl) 형상으로 이루어진다. 몸통분절(12)은 탱크 본체(10)의 몸통부를 형성하는 것으로서, 상면과 하면이 모두 개방되어 있는 링 형태로 이루어진다. 몸통분절(12)은 복수 개로 이루어져, 하부분절(11) 위에 순차적으로 적층결합된다. 상부분절(13)은 탱크 본체(10)의 상단부를 형성하는 것으로서, 몸통분절(12) 위에 적층결합된다. 상부분절(13)은 하부분절(11)을 뒤집어 놓은 형태, 즉 하면이 개방되어 있는 보울 형태로 이루어진다. 하부분절(11), 복수의 몸통분절(12) 및 상부분절(13)이 용접 등을 이용하여 적층결합되면, 탱크 본체(10)의 내부에는 고압의 유체가 저장되는 밀폐된 공간부(14)가 형성된다.

한편, 탱크 본체(10)와 캐번(c)의 내벽 사이에는 백필재가 충전되어 백필층(50)이 형성된다. 백필층(50)은 고압 기체의 압력을 암반(g)에 전달하는 작용을 한다. 압력을 전달하기 위해서는 탱크 본체(10)와 내벽 사이 공간에 백필재가 완전히 충진되어야 한다. 빈 공간이 있으면 그 부분에서 압력이 암반으로 전달되지 못하고 집중되기 때문에 백필층(50)과 탱크 본체(10)가 파손될 수 있다. 따라서 백필층(50)에는 빈 공간이 없이 백필재에 의해서 완전히 채워지는 것이 가장 중요한 사항이다. 본 실시예에서 백필층(50)은 30~100cm 정도의 두께로 형성된다. 백필재로는 콘크리트가 많이 사용되지만, 시멘트 밀크, 몰탈 등 다양한 종류의 그라우트재가 사용될 수도 있다. 즉, 물과 반응하여 경화될 수 있는 수경성 물질이면 모두 백필재로 사용가능하다. 다만, 백필재를 선정함에 있어서, 안정성과 기밀성의 측면을 고려하여 경화 후 백필층의 공극률이 작게 형성될 수 있는 재료를 선정하는 것이 바람직하다. 특히, 공극률이 크면 암반으로부터 탱크 본체(10) 쪽으로 지하수가 용이하게 유입될 수 있으므로 바람직하지 않다.

보강재(30)는 백필층(50) 내부에 매설된다. 백필재는 시멘트가 주성분인데, 시멘트는 압축 응력에는 강하지만 인장 응력에는 매우 취약한 성질을 나타낸다. 이에 백필층(50)의 인장력을 보강하기 위해서는 철근, 와이어 메쉬 등의 보강재(30)를 내포하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 사용하는 철근(31,32)은 가로, 세로의 격자 형태로 형성하여 탱크 본체(10)를 감싸도록 배치된다. 보강재(30)는 세로방향(저장탱크의 길이방향)과 가로방향(저장탱크의 원주방향)으로 각각 배치되어 인장강도를 보강한다. 다만, 암반의 조건이나 탱크 본체(10)에 저장되는 유체의 압력 조건에 따라 보강재는 생략될 수도 있다. 도 2에서 미설명한 참조번호 70,71,72는 보강재(30)를 지지하기 위한 연결부재이다.

한편, 암반(g)의 내벽에는 암반 굴착 과정에서 낙석이나 지반 붕괴의 우려가 있는 경우에 속경성 재료, 예컨대 숏크리트를 분사하여 보완층(40)을 형성할 수 있다. 그리고 탱크 본체(10)와 백필층(50) 사이에는 분리막(60)이 형성될 수 있다. 분리막(60)은 탱크 본체(10)가 백필층(50)에 결합되는 것을 방지하여, 탱크 본체(10)와 백필층(50)이 접촉되는 마찰면에서의 전단력을 감쇄시키기 위한 것이다. 탱크 본체(10)와 백필층(50) 사이에는 빈 공간이 없이 상호 밀착해야 하지만, 탱크 본체(10)와 백필층(50)이 물리적으로 상호 결합되어 상대이동이 불가능한 것은 바람직하지 않다. 즉, 압축공기에 의하여 탱크 본체(10)에 압력이 인가되면, 탱크 본체(10)와 백필층(50)의 접촉면에서 전단력이 발생하여 탱크 본체(10)에 물리적 손상을 일으킬 수 있는데, 탱크 본체(10)와 백필층(50)이 상호 결합되어 있지 않고 분리되어 있으면 압력이 분산되어 전단력을 감쇄시킬 수 있기 때문이다. 본 실시예에서 분리막(60)은 역청(bitumen) 또는 그리스(grease)와 같은 유동성 재료를 탱크 본체(10)의 외벽에 도포하거나, 시멘트에 결합되지 않는 재질의 필름, 시트 등으로 탱크 본체(10)의 외벽에 부착하여 형성할 수 있다.

또한, 분리막(60)과 백필층(50) 사이 또는 탱크 본체(10)의 내면에는 방수막(81)이 형성되어 지하수의 유입으로 인한 탱크 본체(10)의 부식을 방지할 수 있다. 방수막(81)은 방수제를 도포하거나 방수시트를 부착하는 방식으로 형성할 수 있다. 그리고 탱크 본체(10)의 부식 방지를 위해서 방수막(81) 이외에 탱크 본체(10)의 내주면과 외주면 중 적어도 하나에 방청제를 도포하여 방청막(82)을 형성할 수도 있다.

또한 탱크 본체(10)에 저장되는 유체는 압축과정에서 온도가 상승하게 되는데, 유체가 주변과의 열교환을 통해 온도가 하강하는 것을 방지하도록 탱크 본체(10)의 내주면 또는 외주면 중 적어도 하나에 단열막(83)을 형성할 수 있다. 단열막(83)도 단열재를 부착 또는 도포하는 방식으로 형성된다.

상기한, 보완층(40), 분리막(60), 방수막(81), 방청막(82), 단열막(83) 등은 필수적인 것은 아니며 모두 조건에 따라 선택적으로 적용가능하다.

그리고, 캐번(c)의 바닥에는 탱크 본체(10)를 캐번(c)의 바닥면으로부터 이격시킨 상태로 유지하기 위한 받침대(20)가 설치된다. 또한 탱크 본체(10)의 상부에는 플러그(90)가 설치되어 탱크 본체(10)의 상측을 폐쇄시킨다. 그리고 탱크 본체(10)에는 공기의 유출입을 위한 파이프(p)가 삽입되며, 이 파이프(p)는 지상에 마련된 공기압축설비 및 발전설비와 연결된다.

한편, 캐번(c)의 상부는 콘크리트 등의 충전재를 타설하여 플러그(90)를 형성하여 폐쇄시킨다. 보다 구체적으로, 플러그(90)는 탱크 본체(10)의 상부에 형성되는 몸체부(91)와, 몸체부(91)의 상측으로부터 캐번(c)의 내벽면을 따라 연장형성되는 고리형의 보강부(92)를 구비한다. 몸체부(91)와 보강부(92)는 콘크리트 등 충전재에 의해서 일체로 형성된다. 본 실시예에서 고리형의 보강부(92)를 형성하는 주된 이유는 유체 저장조의 안정성의 측면에서 길이방향(longitudinal) 응력에 대한 안전성을 확보하기 위한 것이다. 즉, 보강부(92)는 유체 저장조의 길이방향(높이방향)에서 변위를 억제하는 작용을 한다. 또한 보강부(92)는 캐번(c) 상측의 내벽을 보호하는 부수적 기능을 수행할 수도 있다. 특히, 캐번(c)의 공벽에 쇼크리트를 분사하여 보완층을 형성하지 않은 경우라면 보강부(92)의 공벽 보호 작용이 증대된다. 그리고 보강부(92)에 의해 둘러싸여 형성되는 내측 수용공간에는 물이 채워질 수 있다. 그리고 플러그(90) 몸체부(91)에는 보강재(93)가 매설되어 플러그의 인장강도를 증대시킨다. 플러그(90)는 백필층(50)과 별도로 형성할 수도 있지만 백필층으로부터 연장되어 일체로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 탱크 본체(10)와 연결되는 파이프(p)는 플러그(90)를 통해 지표의 발전설비 및 압축설비와 연결된다.

지금까지는 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명에 따른 고압 유체 저장조(100)의 기본적 구성에 대하여 설명하였으며, 이하에서는 고압 유체 저장조의 안정성을 증대시키기 위하여 본 연구진에 의하여 개발된 3가지 구조에 대하여 설명하기로 한다.

첫 번째 구조는 백필층(50)의 두께 변화를 통해 유체 저장조의 안정성과 경제성을 함께 향상시키는 것이다. 그리고 두 번째 구조는 고압 유체 저장조 상부에서 지반의 전단강도를 증가시키기 위한 것이며, 세 번째 구조는 고압 기체의 내압에 대한 강도를 증가시키기 위한 것이다.

먼저, 도 3 내지 도 5를 참고하여 백필층(50)의 두께 변화에 대하여 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에서는 고압 유체 저장조의 기본적 구성과 그 작용을 설명하기 위하여, 백필층의 두께가 일정한 것으로 나타내었으나, 본 발명에서의 가장 핵심적 특징은 백필층의 두께가 캐번의 하부에서 상부로 갈수록 점차 증가하는데 있다.

도 3 및 도 5는 본 발명에 따른 고압 유체 저장조(100)의 핵심 특징을 부각되게 표현한 도면이다. 도 3 및 도 5에는 본 발명에서 백필층의 두께가 상부가 하부에 비하여 두껍게 하기 위한 두 가지 구조가 제시되어 있다. 즉, 도 3에 나타난 구조는 캐번(c)은 상하부가 모두 일정한 직경으로 수직하게 굴착되지만, 탱크 본체(10)는 하방으로 경사지게 형성하는 구조이다. 도 5에 도시한 두 번째 구조는 탱크 본체(10)는 상하부 직경이 일정하게 형성되지만, 캐번(c)이 하측으로 갈수록 좁게 형성된다. 두 가지 구조 모두 백필층(50)의 두께가 상부가 하부에 비하여 두껍게 형성된다.

먼저, 도 3을 참고하면, 본 발명에서 채용하는 탱크 본체(10)는 상부와 하부가 대략 돔 형상이고, 몸체부분은 대략 원통형인 사일로 형상으로 이루어지는데, 원통형 부분이 상하방향을 따라 모두 동일한 면적으로 형성되는 것이 아니라 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 형상으로 이루어진다는데 특징이 있다. 탱크 본체(10)의 단면이 원형인 경우를 전제하면 탱크 본체(10) 하부의 직경이 상부의 직경 보다 더 크게 형성되며, 넓어지는 비율이 일정하기 때문에 도 3에 표시된 바와 같이 탱크 본체 (10)의 외측면은 수직방향에 대하여 θ의 기울기로 형성된다. 그리고 캐번(c)은 상하방향을 따라 일정한 직경으로 수직하게 형성되므로, 상기한 바와 같이 탱크 본체(10)가 하부로 갈수록 넓게 형성되므로, 거꾸로 백필층(50)의 두께는 θ의 기울기로 상부가 하부보다 점차 두껍게 된다.

도 4는 도 3의 a-a선 단면(a)과 b-b선 단면(b)을 함께 나타낸 것으로서, 상부와 하부에서 탱크 본체(10)의 직경과 백필층(50)의 두께 차이를 확인할 수 있다.

한편, 도 5를 참고하면, 도 3의 경우와 반대로 탱크 본체(10)는 상하부의 직경 차이가 없이 일정하게 만들고, 캐번(c)을 깔대기 형상으로 굴착한다. 따라서 탱크 본체(10)가 캐번(c)에 매설되고, 탱크 본체(10)와 캐번(c) 내벽 사이에 백필재를 충전하면, 캐번(c)의 하부가 상부에 비하여 백필층(50)의 두께가 얇게 된다. 도 3의 경우와 마찬가지로 백필층(50)의 두께 변화는 θ의 기울기로 일정한 변화율을 가질 수 있다.

상기한 바와 같이, 백필층(50)의 두께를 하부에 비하여 상부를 두껍게 하는 이유는 고압 유체 저장조의 안전성의 강화와, 기체가 저장될 수 있는 탱크 내부 공간의 볼륨 확보라는 2가지 목적을 함께 달성해야 하기 때문이다. 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다.

도 6은 탱크 본체 내부에 수용된 공기의 압력 작용을 설명하기 위한 것으로서, 탱크 본체의 횡단면도이다. 도 6을 참고하면, 원통형의 탱크 본체(10) 내의 공기압은 탱크 본체의 반경방향으로 작용하는 압축력과, 원통형의 외주면에서 접선방향으로 작용하는 인장력으로 나누어 볼 수 있다. 압축력은 압력이 인가되는 지점(탱크본체의 외주면)으로부터 반경방향을 따라 점차 커지며, 인장력은 압력이 인가되는 지점이 가장 크고 반경방향을 따라 점차 작아지는 경향을 보인다. 본 발명과 같이 지하 심부에 매설되는 저장조는 주변 암반의 강도가 매우 크며, 백필층(50)을 형성하는 콘크리트도 압축 강도가 매우 높기 때문에 지하 저장조에서 고압 기체의 압축력에 대한 위험성은 크게 문제되지 않는다. 중요한 사항은 백필층(50)의 인장강도이다. 앞에서도 설명하였지만 콘크리트는 압축강도는 크지만 인장강도는 상대적으로 취약하기 때문에, 백필층(50)에 작용하는 인장력에 의하여 백필층(50)에 균열이 형성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 백필층(50)의 두께방향(탱크본체의 반경방향)을 따라 약간의 균열(f1)이 형성되는 것은 안정성에 영향을 미치지 않지만, 균열(f2)이 백필층(50)의 전체 두께를 관통하여 형성된다면 콘크리트 일부(D)가 백필층(50)으로부터 완전히 탈락되는 결과를 나타내므로 위험하다. 백필층(50) 일부가 탈락되면 그 부분에서는 기체의 압력을 암반(g)에 전달할 수 없으므로, 백필층과 탱크 본체가 연쇄적으로 파손될 수 있기 때문이다. 이에, 본 발명과 같은 고압 유체 저장조를 설계함에 있어 가장 중요한 사항은 백필층의 두께를 설정하는 것이다. 백필층에 작용하는 인장력의 크기에 따라 백필층의 두께를 충분히 두껍게 하여 균열이 백필층 두께를 모두 관통하여 형성되지 않도록 하여야 한다.

지금까지는 탱크 본체 내부의 기체로부터 작용하는 내압(inner pressure) 조건에 대해서만 설명하였는데, 백필층의 두께를 설계함에 있어서 두 번째 고려할 사항은 외압(outer pressure) 조건이다. 고압 유체 저장조가 지상에 설치된다면 외압 조건은 모두 대기압으로 일정하겠지만, 본 발명과 같이 지하 심부에 설치된다면 외압 조건이 심도에 따라 달라지므로, 외압과 내압의 상호 작용을 고려할 필요가 있다.

도 7은 지하 암반의 초기 응력(initial stress) 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참고하면, 지하 암반의 초기 응력은 수직한 방향에서의 수직 응력(S_V), 4개의 면에서 작용하는 수평 방향의 응력 중 가장 작은 최소 수평응력(S_h), 그리고 최소 수평응력(S_h)과 90°각도에서 작용하는 최대 수평응력(S_H)으로 구분한다.

도 8 및 도 9의 그래프에는 대한민국 45개 지역 내 15~310m 심도의 140개 개별 시추공을 대상으로 710개 시험구간을 선정하여 수압파쇄를 통해 암반의 초기 응력을 측정한 결과가 나타나 있다.

도 8 및 도 9를 참고하면, 최대 수평응력(S_H)과 최소 수평응력(S_h)은 각각 0.90~21.13MPa, 0.65~11.51MPa의 값을 가지는 것으로 나타났다. 심도가 증가함에 따라 암반의 수평 응력이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 수직 응력은 측정 지점 상부의 무게에 해당하므로 심도가 깊어질수록 응력이 커진다.

본 발명에서 관심의 대상은 수평응력의 변화이다. 도 10은 본 발명에 따른 고압 유체 저장조의 횡단면도이며, 도 10을 참고하면 암반에서 최대 수평응력(S_H)과 최소 수평응력(S_h)이 나타나 있다. 기체에 의한 내압(Pi)은 일정하므로 외부 응력 조건을 무시하면 백필층(50)의 각 지점에 인가되는 인장력(σ_θ)은 모두 동일하다. 그러나 인장응력에 대항하는 암반 내 초기 응력은 최대 수평응력(S_H)과 최소 수평응력(S_h)이 차이가 있다. 백필층(50)에 균열이 가기 위해서는 백필층에 가해지는 인장력(σ_θ)이 백필층의 물성인 인장강도와 외부 응력의 합력보다 클 때이다. 즉, 백필층(50)에 균열이 발생한다면, 최대 수평응력의 영향을 받는 도면 상의 B지점이 아니라, 최소 수평응력이 작용하는 A지점이 될 것이다. 백필층의 인장강도는 모든 지점에서 동일하므로, 외부 응력 중 가장 작은 영역(A지점)이 가장 먼저 파손된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, A로 표시된 라인을 기준으로 콘크리트를 상호 벌어지게 하는 인장력(σ_θ)이 작용하며, 이 인장력에 대응하여 A로 표시된 라인이 벌어지지 않게 하는 암반 내 응력이 작용하는데, A지점이 벌어지지 않도록 하는 응력은 수평방향에서 가장 작은 힘을 가지는 최소 수평응력(S_h)이다. 거꾸로 B로 표시된 라인이 벌어지지 않게 하는 암반 내 응력은 최대 수평응력(S_H)이다. 따라서 백필층의 파손은 최소 수평응력(S_h)이 영향을 미치는 A지점으로 예측할 수 있다.

따라서, 백필층(50) 콘크리트 두께를 설계할 때는 지하의 심도에 따른 최소 수평응력과 고압 기체의 인장력의 크기를 함께 고려하여야 한다. 그리고 앞에서도 설명하였지만, 수평응력은 지하 심도가 깊어질수록 커진다. 따라서 콘크리트의 두께는 지표에서 가까울수록 두꺼워져야 하며 심도가 깊어질수록 얇아질 수 있다.

그러나 지반을 수직한 방향으로 굴착하여 캐번을 형성하여 탱크 본체를 매설하는 경우, 상부에서 하부까지 캐번을 동일한 직경으로 굴착하고 탱크 본체도 동일한 직경의 원통형으로 형성하는 구조로 설계를 하는 것이 일반적이다. 그리고 콘크리트의 두께는 수평응력이 가장 약한 지역, 즉 지표에 가까운 지점을 기준으로 설계한다. 즉, 안정성을 고려하여 지표에서 가장 가까운 지점을 기준으로 백필층의 두께를 설정하고, 백필층의 두께를 하부까지 일정하게 형성하는 것이다.

그러나 본 발명에서는 기존의 설계 관행과 달리, 백필층의 두께에 변화를 주어 안정성과 함께 기체의 저장 볼륨을 증대시켜 경제성을 향상시키는 방법을 선택하였다. 즉, 심도가 깊어짐에 따라 수평응력이 커지므로 백필층의 두께가 얇아져도 안정성을 보장할 수 있기 때문에, 백필층의 두께를 얇게 한 만큼 기체의 저장 볼륨을 증대시키는 것이다. 고압 유체 저장조를 형성하기 위한 전체 공간에서 기체가 저장될 수 있는 볼륨을 최대한 증대시켜 공간 사용의 효율성이 증대되고, 비용의 측면에서는 경제성이 향상된다는 이점이 있다.

그리고, 백필층(50)의 두께는 일정한 기울기로 변화되는 것이 바람직하다. 예컨대, 최소 수평응력의 심도에 따른 변화율을 기준으로 백필층의 두께 변화율을 결정할 수 있다.

한편, 백필층의 두께 변화의 기준은 측압계수(K)를 기준으로 할 수도 있다.

측압계수(K)란 수직 응력에 대한 수평 응력의 비를 말한다. 예컨대, 최대 수평응력에 대한 최대 측압계수 K_H = S_H/S_V, 최소 수평응력에 대한 최소 측압계수 K_h = S_h/S_V로 정의한다. 또는 K_H와 K_h를 조합하여, 평균 측압계수 K_avg = (K_H+K_h)/2로 나타내기도 한다. 또한, 도 11 및 도 12는 상기한 도 8 및 도 9에서 실험한 결과에 따라 대한민국 각 지역에서 심도에 따른 수직 응력에 대하여 수평 응력의 비율인 최대 측압계수(K_H)와 평균 측압계수(K_avg) 분포를 나타낸 그래프이다. 평균 측압계수(K_avg)는 대략 0.52~4.91 범위, 최대 측압계수(K_H)는 0.83~5.63의 범위로 큰 분산도를 가지며 분포하는 것으로 나타나 있다. 심도가 증가함에 따라 수직 응력과 수평 응력의 변화율이 거의 일정하게 되면서 측압계수의 값이 수렴한다. 그러나 지표로부터 100m 이내의 심도, 지역에 따라서는 200m 심도까지도 측압계수가 2.5 이상으로 수평응력이 상대적으로 크게 나타나는 과잉 수평 응력장이 형성된 지역도 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 심도에 따른 측압계수의 변화율에 연동하여 백필층의 두께 변화율을 설정할 수도 있다.

두 번째 구조는 고압 유체 저장조 상부 지반의 전단강도를 향상시키기 위한 것이다. 도 13 내지 도 15를 참고하여 설명한다. 도 13은 고압 유체 저장조 상부에 작용하는 전단력을 설명하기 위한 도면이며, 도 14는 고압 유체 저장조의 수직 단면도이고, 도 15는 플러그 상부의 횡단면도이다. 도면을 참고하면, 탱크 본체(10) 내부의 기체 압력은 상방으로 작용하여 플러그(90) 상방의 지반에 인가된다. 압력이 작용하면 플러그(90) 상방의 지반에는 압력이 직접적으로 작용하는 영역(X)과 그 주변 영역(Y)이 경계선(B, 전단파괴면)을 따라 서로 슬라이딩되도록 하는 전단력(T)이 작용하게 된다. 암반의 전단강도가 전단력보다 작은 경우 전단파괴면(B)을 따라 전단파괴가 일어날 수 있다. 전단파괴면(B)은 도 13과 같이 경사지게 형성될 수도 있지만, 보수적으로 판단할 경우 플러그(90)의 외주로부터 수직한 방향으로 형성될 수도 있다.

이렇게 전단파괴가 일어나면 상방으로 작용하는 기체 압력을 모두 플러그 상부 암반의 자중에 의해서만 감당해야 하므로 유체 저장조의 안전성이 저하된다. 이에 본 발명에서는 암반의 전단강도를 강화하기 위하여 전단파괴면을 예상하여 X영역과 Y영역을 상호 일체화시키는 구조를 개발하였다.

즉, 고압 유체 저장조(100)의 수직 단면도인 도 14에 도시된 바와 같이, 캐번(c)의 내주면으로부터 지반을 향해 락볼트나 앵커와 같은 강도보강재(80)를 설치한다. 또한 도 15(횡단면도)에 도시된 바와 같이 강도보강재(80)는 캐번(c)의 둘레 방향을 따라 복수 개 설치된다. 강도보강재는 캐번의 내주면으로부터 예상 전단파괴면(B)보다 더 깊게 삽입되도록, 즉 X영역과 Y영역에 모두 삽입되도록 한다. 따라서 전단파괴면이 경사지게 형성된 경우 위쪽에 삽입되는 강도보강재가 하부에 설치되는 것보다 길게 연장되어야 한다.

강도보강재(80)를 삽입한 후에는 강도보강재를 당겨서 인장력을 가함으로써, X영역의 암반과 Y영역의 암반을 상호 밀착시키는 방향으로 압축력을 부여한다. X영역과 Y영역은 강도보강재(80)에 의하여 일체화된 거동을 하게 된다. 역학적으로 보면, 전단력에 대응하여 압축력을 인가함으로써 암반의 전단강도를 향상시키는 결과이다. 압축력을 최대화하기 위해서는 전단력에 대하여 수직한 방향, 즉 전단파괴면에 대하여 수직한 방향으로 강도보강재(80)를 삽입하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 플러그(90) 상부의 암반에 강도보강재(80)를 설치하면, 암반의 전단강도가 증가하여 고압 기체의 압력에 의한 전단파괴의 위험을 저감시킬 수 있다.

한편, 본 연구진이 개발한 세 번째 구조는 기체의 내압에 대한 강도를 증가시키기 위한 것이다. 도 16은 기체의 내압에 대한 강도를 보강하기 위하여 그라우팅액 주입관이 설치된 상태를 나타낸 종단면도이며, 도 17은 도 16의 a-a선 횡단면도이다.

도 16 및 도 17을 참고하면, 본 발명에 따른 고압 유체 저장조(100)에서는 백필층(50)을 형성하기 위해 콘크리트를 충전하기 전에 캐번(c)의 내벽에 밀착시켜 그라우팅액 주입관(85)을 설치한다. 그라우팅액 주입관(85)은 도 17에 나타난 바와 같이 캐번(c)의 둘레 방향을 따라 복수 개 배치한다. 그리고 그라우팅액 주입관(85)은 주로 강재를 사용하며, 관 전체에 걸쳐 복수의 배출공(86)이 형성되어 있어 그라우팅액을 외부로 배출시킬 수 있다.

그라우팅액 주입관(85)을 설치한 후에 콘크리트를 충전 및 경화시켜 백필층(50)을 형성한 후에 그라우팅액 주입관(85)을 통해 암반(g)과 백필층(50) 사이로 그라우팅액을 고압으로 주입한다. 백필층(50)과 암반(g, 캐번의 내벽) 사이는 밀착되어 있기 때문에 그라우팅액이 이들 사이로 주입되기 위해서는 고압으로 그라우팅액을 펌핑해야 한다. 또한 그라우팅액을 주입할 때에는 탱크 본체(10) 내부에도 공기를 일정 압력 이상으로 충전해 놓아야 한다.

상기한 바와 같이 백필층(50)과 암반(g) 사이로 그라우팅액을 고압으로 주입하면 2가지 효과가 발생한다. 첫 번째 효과는 부수적인 것으로서, 백필층 형성 과정에서 백필층(50)과 암반(g) 사이에 빈 공간이 있다면 이 공간을 완전히 메울 수 있다. 두 번째 효과가 중요하다. 그라우팅액을 고압으로 주입하면 암반(g)과 백필층(50)이 각각 캐번(c)의 반경방향으로 압축응력을 받게 되고, 그라우팅액이 그 상태로 경화되어, 도 18에 도시된 바와 같이 매우 얇지만 그라우팅층(89)을 형성하게 되면, 백필층(50)은 압축된 상태를 유지하게 된다. 즉, 백필층(50)에 프리스트레스(pre-stressed)를 가한 상태가 되므로 백필층(50)은 압축강도가 증대되어 기체의 내압(P_i)과 반대 방향으로 반력(P_r)을 인가하는 효과가 발생한다.

도 17에서는 설명의 편의상 그라우팅액 주입관(85)만을 도시하였으나, 그라우팅액이 배출될 수 있도록 다공관으로 이루어진 배출관(미도시)이 교대로 배치되는 것이 바람직하다. 그리고 암반(g)과 백필층(50) 사이로 주입되는 그라우팅액은 시멘트와 혼화재를 혼합한 시멘트 밀크를 사용하는 것을 예정하고 있지만, 이 외에도 일정 수준 이상의 압축강도가 보장되는 다양한 재료가 사용될 수 있다.

한편, 도 17에서는 그라우팅액 주입관(85)이 수직하게 복수 개 배치되는 것으로 설명하였으나, 실시예에 따라서는 그라우팅액 주입관(85)을 암반(g)의 내면을 따라 나선형으로 배치할 수도 있을 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 백필층의 두께를 지하 심도가 깊어질수록 얇게하여 안정성을 보장하면서도 기체가 저장될 수 있는 볼륨을 최대한 확보함으로써 안정성과 경제성이 함께 향상된다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서는 플러그 상부의 암반에 대하여 앵커나 락볼트와 같은 강도보강재를 설치하여 암반의 전단강도가 향상된다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서는 백필층과 암반 사이에 고압으로 그라우팅액을 주입하여 백필층에 프리 스트레스를 부여함으로써 백필층의 강도가 더욱 향상된다는 이점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 발전시스템은 고압 유체 저장조(100)의 파이프(p)와 지상의 발전시스템과 연결되어 이루어진다. CAES 발전시스템은 터빈 발전 방식과, 실린더-모터 발전 방식 등이 사용될 수 있다. 터빈 발전 방식에서는 복수의 압축기와, 열교환기, 팽창기 및 터빈을 구비하여, 압축기에서 공기를 다단으로 압축하여 고압 유체 저장조(100)에 저장하였다가, 압축공기를 터빈에 공급하여 발전을 하는 방식이다. 실린더-모터 방식은 모터에 연결된 엔진축을 구동하여 복수의 실린더를 구동하여 공기를 압축하여 고압 유체 저장조(100)에 저장하였다가, 이 압축공기를 다시 실린더에 제공하여 거꾸로 엔진축을 회전시킴으로써 발전하는 방식이다. 이외에도 고압 유체 저장조는 터빈 시스템과 화력을 조합한 복합 화력 발전시스템과 연결되어 발전 효율을 향상시키는데 사용될 수도 있다. 그리고, 본 발명에서 공기를 압축시키기 위한 에너지원으로는 풍력발전과 같은 신재생 에너지원으로부터 발생된 전기를 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 지하의 심부에 수 m 이상의 직경과 수십 m 이상의 높이를 가지는 고압 유체 저장조를 안정성과 기밀성이 유지된 상태로 설치할 수 있는 실제적 기술을 제공함으로써 CAES의 활용성을 증대시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명에서는 고압 유체 저장조를 경제적으로 건설할 수 있는 방법을 제시하여 추후 에너지 정책의 일환으로 CAES의 상용화를 촉진할 것으로 기대된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100 ... 고압 유체 저장조, 10 ... 탱크 본체, 11 ... 하부분절
12 ... 몸통분절, 13 ... 상부분절, 14 ... 공간부
20 ... 받침대, 30 ... 보강재, 31,32 ... 철근
40 ... 보완층, 50 ... 백필층, 60 ... 분리막
70,71,72 ... 연결부재, 80 ... 강도보강재
81 ... 방수막, 82 ... 방청막, 83 ... 단열막,
85 ... 주입관, 86 ... 배출공, 89 ... 그라우팅층
90 ... 플러그, 91 ... 몸체부, 92 ... 보강부
g ... 지반, c ... 캐번, p ... 파이프, f1,f2 ... 균열

Claims (21)

1. 고압의 유체를 저장하기 위하여 지반을 하방으로 굴착하여 형성되는 캐번에 매설되는 것으로서, 밀폐성 소재로 이루어져 내부에 고압의 유체가 저장되는 수용부가 형성되는 탱크 본체;
   상기 탱크 본체와 상기 캐번의 내벽 사이에 채워지는 백필재에 의하여 형성되되, 상기 캐번의 하부에 비하여 상부가 더 두껍게 형성되는 백필층; 및
   상기 캐번을 폐쇄하기 위한 플러그;를 포함하며,
   상기 백필층의 두께는 상기 캐번이 굴착되는 암반의 심도에 따른 수평응력의 변화에 연동하여 변화되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 캐번은 수평 방향 단면적이 상하방향을 따라 일정하게 굴착되며,
   상기 탱크 본체는 상부에서 하부로 갈수록 수평 방향 단면의 넓이가 증가되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
3. 제1항에 있어서,
   상기 탱크 본체의 수평 방향 단면적은 상하방향을 따라 일정하게 형성되며,
   상기 캐번은 상부에서 하부로 갈수록 수평 방향 단면의 넓이가 감소되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 백필층의 두께는 상부에서 하부로 갈수록 일정한 변화율로 줄어드는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 수평응력은 수평방향에서 가장 작은 최소 수평응력인 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
7. 제1항에 있어서,
   상기 플러그 상부에 배치된 암반의 전단강도가 향상되도록, 상기 캐번의 내벽으로부터 상기 암반의 내부까지 삽입되는 강도 보강재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
8. 제7항에 있어서,
   상기 강도 보강재는 상기 캐번의 외주면에서 시작하여, 상기 탱크 본체에 수용되는 기체의 압력과 상기 플러그 상부에 배치된 암반의 강도를 고려한 역학적 해석에 의하여 설정되는 전단파괴면을 지나는 지점까지 삽입되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
9. 제7항에 있어서,
   상기 탱크 본체에 수용되는 기체의 압력과 상기 플러그 상부에 배치된 암반의 강도를 고려한 역학적 해석에 의하여 설정되는 전단파괴면에 대하여 수직한 방향으로 샹기 강도 보강재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
10. 제7항에 있어서,
    상기 강도 보강재는 상기 암반에 삽입된 후,
    상기 캐번 쪽으로 당겨서 상기 캐번의 내벽에 장착되어 상기 암반의 전단강도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
11. 제7항에 있어서,
    상기 플러그의 상측에 상기 캐번의 내벽면을 따라 고리형으로 형성되어 상기 캐번의 내벽면에 결합되는 보강부를 더 구비하며,
    상기 강도 보강재의 일단부는 상기 보강부에 매설되거나 또는 상기 보강부의 내주면에 장착되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
12. 제1항에 있어서,
    상기 플러그의 상측에 상기 캐번의 내벽면을 따라 고리형으로 형성되어 상기 캐번의 내벽면에 결합되는 보강부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
13. 제12항에 있어서,
    상기 보강부와 플러그는 충전재를 함께 충전하여 일체로 연속되게 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
14. 제1항에 있어서,
    상기 백필층이 경화된 후 상기 캐번의 내벽과 백필층 사이에 그라우팅액을 주입하도록, 상기 캐번의 내벽과 백필층 사이에 개재되며 복수의 배출공이 형성되어 있는 그라우팅액 주입관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
15. 제14항에 있어서,
    상기 그라우팅액 주입관에서 배출된 그라우팅액이 상기 캐번 외부로 배출될 수 있도록 상기 캐번의 내벽과 백필층 사이에 설치되는 배출관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
16. 제14항에 있어서,
    상기 그라우팅액 주입관은 상기 캐번의 내벽을 따라 복수 개 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
17. 제14항에 있어서,
    상기 그라우팅액 주입관은 나선형으로 형성되어 상기 캐번의 내벽면을 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
18. 제1항에 있어서,
    상기 탱크 본체는 복수의 분절이 적층결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
19. 제18항에 있어서,
    상기 탱크 본체를 형성하는 분절은,
    상기 탱크 본체의 하단부를 형성하도록 상면이 개방되어 있는 하부분절과, 상기 하부분절 위에 순차적으로 적층결합되는 링 형상의 몸통분절과, 상기 몸통분절 위에 적층결합되며 상기 탱크 본체의 상단부를 형성하도록 하면이 개방되어 있는 상부분절을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장조.
20. 고압 유체 저장조에 공기를 고압으로 압축하며, 상기 고압 유체 저장조에 압축된 공기를 이용하여 발전하는 발전시스템을 포함하는 CAES 시스템으로서,
    상기 고압 유체 저장조는 상기 청구항 1 내지 청구항 4 및 청구항 6 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 고압 유체 저장조인 것을 특징으로 하는 CAES 시스템.
21. 제20항에 있어서,
    상기 고압 유체 저장조에 공기를 압축하기 위한 에너지원으로서 신재생에너지가 사용되는 것을 특징으로 하는 CAES 시스템.

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