KR101902146B1 - 저온 지열 발전을 이용한 냉난방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지표면으로부터 3km 이하의 깊이로 시추한 위치에서 얻어진 100℃ 이하의 지열수 및 심해에서 얻어진 저온 심층수를 이용하여 지하에서 지열 발전을 수행하고 지열 발전에서 얻어진 전기 에너지로 냉난방을 수행하고, 지표면의 하부에서 얻어진 지열수 및 심층수를 지표면으로 이송하지 않고 지하에서 곧바로 지열 발전을 수행할 수 있으며, 지열수, 심층수 및 펠티어 발전 모듈을 이용하여 지열 발전을 수행할 수 있고, 시추 또는 굴착 비용을 저감하면서 고효율 지열 발전을 수행할 수 있는 냉난방 시스템에 관한 것이다.

Description

저온 지열 발전을 이용한 냉난방 시스템{AIRCONDITIONING SYSTEM USING LOW TEMPERATURE GEOTHERMAL POWER GENERATION}
본 발명은 저온 지열 발전을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로써, 특히 지열 발전을 위해 지표면 아래로 지나치게 깊게 시추 또는 굴착하지 않고, 비교적 지표로부터 얕은 지점을 시추 또는 굴착하여 얻은 지열수를 지표면으로 끌어올리지 않고 지하에서 전기발전소자를 이용하여 발전을 수행함으로 발전 시설에 소요되는 비용을 크게 절감 및 발전 성능은 향상시킨 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다.
지열 발전은 지하를 구성하는 토양, 암반 및 지하수가 가지고 있는 열에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 기술로 정의된다.
일반적으로 지열 발전은 지구 내부에 존재하는 다량의 마그마로부터 발생된 열을 이용하기 때문에 저렴하면서 반영구적으로 에너지를 생산할 수 있다.
지열 발전은 화석 연료를 소모하여 얻어지는 에너지를 대체하면서 환경 오염이 거의 없이 친환경적으로 에너지를 생산할 수 있는 장점을 갖는다.
일반적으로 지열 발전은 고온 열수 발전기술, 저온 바이너리(Binary) 발전기술, 심부 지열 발전기술(Enhanced Geothermal System: EGS) 등이 사용되고 있다.
고온 열수 발전기술은 지열수 및 증기가 혼합된 고온 지열 저류층이 존재하는 지하 3km 이상의 깊은 곳까지 시추공을 시추하여, 지표면으로 스스로 솟구치는 증기를 이용하여 전기를 생산하는 기술로서 국내외에서 상용화 되고 있는 기술이다.
그러나, 고온 열수 발전기술로 발전을 수행하기 위해서는 터어빈, 응축기 등과 같이 복잡하면서 고가의 시설을 필요로 한다.
또한 고온 열수 발전 기술을 이용하여 발전을 수행하기 위해서는 응축기를 작동시키기 위해 다량의 냉각수를 필요로 하며 냉각수를 위해 에너지가 소모되는 문제점을 갖는다.
또한 고온 열수 발전 기술을 이용하여 발전을 수행하기 위해서는 지열수의 온도가 매우 높아야 하며 지열수의 온도가 낮을 경우, 발전 효율이 크게 저감되어 고온 열수 발전 기술을 이용하여 발전을 수행하기 위해서는 지열수의 온도가 최소 150℃ 정도 되어야 지열 발전이 가능하며, 지열수의 온도가 지정된 온도보다 낮을 경우 지열 발전이 불가능하거나 경제성이 크게 감소된다.
한편, 지열수의 온도를 지정된 온도 이상으로 높이기 위해서는 지표면으로부터 약 3km 이상의 깊이로 시추를 해야 하는데, 이와 같이 지표면으로부터 깊은 곳까지 시추하기 위해서는 천문학적으로 많이 비용을 필요로 한다.
또한 고온 열수 발전 기술을 이용하여 발전을 수행하기 위해서 증기는 물론 지열수를 이용하여 발전을 수행할 경우, 지열수를 지하 깊은 곳으로부터 지표면까지 펌핑해야 하는데 이 과정에서 지열수의 에너지 손실이 발생 및 지열수를 펌핑하는데 많은 에너지가 소모되어 경제성이 크게 낮아지는 문제점을 갖는다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0119118호, 심해수를 이용한 바이너리 지열발전방법(2009년 11월 19일 공개)에는 지표면에서 지열수를 이용하여 증발기를 가열하고, 해저의 심층수를 이용하여 응축기를 냉각시켜 발전 효율을 향상시킨 지열 발전 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 지열 발전 방법은 지표면보다 낮은 위치로부터 심층수 및 지열수를 각각 지표면으로 끌어 올려야 하는데 이 과정에서 막대한 에너지가 소모되고, 펌핑된 심층수 및 지열수를 이용하여 지표면에서 발전을 수행하기 때문에 지열수 및 심층수를 지표면으로 이송하는 과정에서 지열수 및 심층수의 에너지 손실이 커 발전 효율이 낮아지며, 지열 발전을 위해서는 가스 터어빈, 증발기, 응축기 등과 같이 복잡한 설비를 필요로 하여 설치 비용이 천문학적으로 커 경제성이 낮은 문제점을 갖는다.
공개특허공보 제10-2009-0119118호, 심해수를 이용한 바이너리 지열발전방법, (2009년 11월 19일 공개)
본 발명은 지표면으로부터 3km 이하의 깊이로 시추한 위치에서 얻어진 100℃ 이하의 지열수 및 심해에서 얻어진 저온 심층수를 이용하여 지하에서 지열 발전을 수행하고 지열 발전에서 얻어진 전기 에너지로 냉난방을 수행하는 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템을 제공한다.
본 발명은 지표면의 하부에서 얻어진 지열수 및 심층수를 지표면으로 이송하지 않고 지하에서 곧바로 지열 발전을 수행할 수 있는 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템을 제공한다.
본 발명은 지열수, 심층수 및 펠티어 발전 모듈을 이용하여 지열 발전을 수행할 수 있는 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템을 제공한다.
본 발명은 시추 또는 굴착 비용을 저감하면서 고효율 지열 발전을 수행할 수 있는 냉난방 시스템을 제공한다.
일실시예로서, 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템은 지표면으로부터 3km 이내의 깊이로 굴착된 위치에 배치되며, 지열에 의하여 70℃ 내지 100℃의 온도로 가열되는 지열수가 저장되는 지열수 저장 탱크; 상기 지열수 저장 탱크의 내부에 배치되며 중공을 갖고 상기 지열수의 열을 단열시키는 원통형 제1 단열 파이프; 6℃ 내지 8℃의 온도를 갖는 심층수를 상기 지열수 저장 탱크를 관통하여 상기 제1 단열 파이프의 상기 중공으로 제공하는 원통형 제2 단열 파이프; 상기 지열수 저장 탱크 내부에 배치된 상기 제1 단열 파이프에 설치되어 상기 지열수의 열을 흡수하고 상기 심층수에 의하여 냉각되면서 발전을 수행하는 다수개의 펠티어 발전 모듈을 포함하는 지열 발전 유닛; 지상에 배치되며 상기 지열 발전 유닛에 의하여 발전된 전기를 이용하여 냉난방을 수행하는 냉난방 유닛; 및 상기 지열수 저장 탱크에 결합되며, 상기 지열수 저장 탱크보다 깊고 상기 지열수 저장 탱크의 평면적보다 작은 단면적을 갖는 시추홀 내부로 돌출되어 상기 지열수에 추가적으로 열을 제공하는 지열수 추가 온도 증가 부재를 포함하며, 상기 지열수 저장 탱크는 상기 제1 및 제2 단열 파이프보다 열전도율이 높은소재로 제작되며, 상기 지열수 추가 온도 증가 부재는 상기 지열수 저장 탱크의 열전도율보다 높은 열전도율을 갖는 소재로 제작되며, 상기 지열수 저장 탱크의 내부에 배치된 상기 지열수 추가 온도 증가 부재에는 상기 제1 단열 파이프를 향하는 방향으로 돌출 및 상기 제1 단열 파이프를 감싸 상기 펠티어 발전 모듈로 추가적으로 열을 제공하는 추가 열 제공부가 형성된다.
저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템의 상기 제2 단열 파이프의 단부에는 직경이 확장되어 상기 심층수가 취수되는 취수부가 형성되고, 상기 취수부에는 상기 심층수를 상기 제2 단열 파이프로 제공하는 심층수 공급 펌프가 배치되며, 상기 심층수 공급 펌프는 해수면에 배치된 풍력 발전기로부터 제공된 전원에 의하여 작동된다.
저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템의 상기 제2 단열 파이프는 상기 제1 단열 파이프의 일측단 및 상기 제1 단열 파이프의 상기 일측단과 대향하는 타측단에 각각 연결된다.
저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템의 상기 제1 단열 파이프는 상기 지열수 저장 탱크의 내부에 복수개가 상호 평행한 방향으로 배치된다.
본 발명에 따른 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템은 지표면으로부터 3km 이하의 깊이로 시추한 위치에서 얻어진 100℃ 이하의 지열수 및 심해에서 얻어진 저온 심층수를 이용하여 지열 발전을 수행함으로써 천문학적인 시추 비용을 크게 절감하면서 발전 효율은 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템은 지열수 및 심층수를 지표면으로 이송하지 않고 지하에서 직접 지열 발전을 수행함으로써 에너지 손실을 최소화함으로써 지열발전 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명에 따른 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템은 펠티어 모듈을 이용함으로써 부피가 크고 생산 설비 비용이 큰 가스 터빈, 증발기, 응축기 등을 이용한 종래 발전 설비 대비 생산 설비 비용을 크게 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템은 시추 또는 굴착 비용을 저감하면서 고효율 지열 발전을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 단열 파이프, 제2 단열 파이프 및 지열 발전 유닛을 도시한 단면도이다.
도 3은 제1 단열 파이프 및 지열수 추가 온도 증가 부재의 관계를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 'A' 부분 확대도이다.
이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템을 도시한 개념도이다. 도 2는 도 1에 도시된 제1 단열 파이프, 제2 단열 파이프 및 지열 발전 유닛을 도시한 단면도이다. 도 3은 제1 단열 파이프 및 지열수 추가 온도 증가 부재의 관계를 도시한 단면도이다. 도 4는 도 3의 'A' 부분 확대도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템(700)은 지열수 저장 탱크(100), 제1 단열 파이프(200), 제2 단열 파이프(300), 지열 발전 유닛(400), 냉난방 유닛(500) 및 지열수 추가 온도 증가 유닛(600)을 포함한다.
지열수 저장 탱크(100)는 내부에 지열수 및 제1 단열 파이프(200) 및 지열 발전 유닛(400)을 저장하는 공간을 제공한다.
지열수 저장 탱크(100)는 지표면으로부터 약 3㎞ 이하의 깊이 또는 3㎞의 깊이에 배치되며, 지열수 저장 탱크(100)는 지표면으로부터 시추 또는 굴착을 진행한 후 배치되고 매립되어 지하에 배치된다.
지열수 저장 탱크(100)는, 예를 들어, 제1 열전도율을 갖는 판상 금속 부재를 박스 형상으로 가공할 수 있고, 지열수 저장 탱크(100)의 상면에는 지표면과 연결된 연결 덕트(150)가 연통될 수 있다.
지표면으로부터 약 3㎞의 깊이에 지열수 저장 탱크(100)를 매립하고, 지열수 저장 탱크(100)에 지열수가 수납될 경우, 지열수는 지열에 의하여 약 70℃ 내지 약 100℃의 온도로 가열된다.
한편 일반적으로 약 70℃ 내지 약 100℃의 온도를 갖는 지열수를 이용하여 지열 발전을 수행할 경우 지열 발전 효율이 크게 감소된다.
특히 약 70℃ 내지 약 100℃의 온도를 갖는 지열수를 지상으로 끌어올려 지열 발전을 수행할 경우, 지열수를 지상으로 끌어올리는 과정에서 지열수의 온도가 급격히 감소되어 지열 발전의 효율은 더욱 크게 감소된다.
또한 약 70℃ 내지 약 100℃의 온도를 갖는 지열수를 지상으로 끌어올려 증기 터어빈, 증발기, 응축기 등과 같은 대형 발전 설비를 이용할 경우 지열 발전을 위한 설비의 부피 및 설비 비용이 크게 증가된다.
본 발명의 일실시예에서는 약 70℃ 내지 약 100℃의 온도를 갖는 지열수를 이용하여 고효율 지열 발전을 수행하기 위하여 지열수를 지표로 끌어올리지 않고 지열수 저장 탱크(100)의 내부에서 지열 발전이 직접 진행된다.
지열수를 지표면으로 끌어올리지 않고 지열수 저장 탱크(100)의 내부에서 지열 발전을 진행하기 위해서 지열수 저장 탱크(100)의 내부에는 제1 단열 파이프(200)가 배치된다.
제1 단열 파이프(200)는 내부에 중공이 형성된 파이프 형상으로 형성되며, 제1 단열 파이프(200)는, 예를 들어, 원통 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 단열 파이프(200)는 지열수 저장 탱크(100)의 내부에 복수개가 배치될 수 있으며, 제1 단열 파이프(200)는 지열수 저장 탱크(100)의 내부에 상호 평행한 방향으로 배치될 수 있다.
제1 단열 파이프(200)는 단열 성능이 우수한 단열 소재로 제작 및 지진 등에 의하여 형상이 변형되어도 깨짐이나 파손이 발생되지 않는 플랙시블한 소재로 제작될 수 있다.
제1 단열 파이프(200)는 지열수 저장 탱크(100)에 수납된 지열수의 열이 제1 단열 파이프(200)의 내부로 전달되는 것을 억제한다.
제2 단열 파이프(300)는 지열수 저장 탱크(100)의 내부에 배치된 제1 단열 파이프(200)의 중공으로 약 6℃ 내지 약 8℃의 온도를 갖는 심층수(deep sea water)를 제공한다.
본 발명의 일실시예에서, 제2 단열 파이프(300)는 원통 형상으로 형성되며, 제2 단열 파이프(300)는 제1 단열 파이프(200)와 유사한 단열 성능을 가질 수 있다.
제2 단열 파이프(300)의 단부는 지열수 저장 탱크(100)를 관통하여 지열수 저장 탱크(100)의 내부에 배치된 제1 단열 파이프(200)에 연결되고, 제1 및 제2 단열 파이프(200,300)들은 상호 연결된다.
제2 단열 파이프(300)의 일측단은 해양에 배치되며, 제2 단열 파이프(300)를 통해 약 6℃ 내지 약 8℃의 온도를 갖는 심층수가 제2 단열 파이프(300)를 통해 제1 단열 파이프(200)의 내부로 제공된다.
제2 단열 파이프(300)의 일측단에는 취수구(350)가 배치되며, 취수구(350)에는 제2 단열 파이프(300)의 내부로 심층수를 강제로 공급하기 위한 수중 펌프(360)가 배치된다.
본 발명의 일실시예에서, 수중 펌프(360)를 작동시키는 전원은, 예를 들어, 해상에 배치된 풍력 발전기 또는 해상에 배치된 태양열 발전기 등으로부터 발전된 전원이 사용될 수 있다.
제2 단열 파이프(300)를 통해 제1 단열 파이프(200)로 심층수가 제공될 경우 제1 단열 파이프(200)의 외측면은 약 70℃ 내지 약 100℃의 온도를 갖는 지열수와 접촉되고, 제1 단열 파이프(200)의 내측면은 약 6℃ 내지 약 8℃의 온도를 갖는 심층수와 접촉되기 때문에 제1 단열 파이프(200)의 내외부는 큰 온도차를 갖게 된다.
제1 단열 파이프(200)의 내외부의 큰 온도차를 이용하여 발전을 수행하기 위해 제1 단열 파이프(200)에는 지열 발전 유닛(400)이 배치된다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 단열 파이프(200)에 배치된 지열 발전 유닛(400)은 온도차에 의하여 발전을 수행하는 펠티어 발전 모듈을 포함할 수 있다.
펠티어 발전 모듈은 중앙부에 배치된 반도체 소자의 외측 및 내측의 온도차에 기인하여 발전을 수행한다.
펠티어 발전 모듈 중 열을 흡수하는 흡열부(410)는 지열수와 접촉되도록 제1 단열 파이프(200)의 외부에 배치되며, 열을 방열하는 방열부(420)는 심층수와 접촉되도록 제1 단열 파이프(200)의 내부에 배치된다.
펠티어 발전 모듈은 발전량을 증가시키기 위해 원통 형상을 갖는 제1 단열 파이프(200)의 외주면에 복수개가 배치될 수 있다. 한편, 펠티어 발전 모듈들과 연결된 배선들은 상대적으로 저온인 제1 단열 파이프(200)의 내부를 통과한 후 연결 덕트(150)를 통해 지상으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 펠티어 발전 모듈의 두께가 얇고 제1 단열 파이프(200)의 두께가 두꺼워 펠티어 발전 모듈의 장착이 어려울 경우, 제1 단열 파이프(200) 중 펠티어 발전 모듈이 장착될 부분의 두께를 일부 감소시킨 후 펠티어 발전 모듈을 장착할 수 있다.
펠티어 발전 모듈을 포함하는 지열 발전 유닛(400)에 의하여 발전된 전기는 배선 및 연결 덕트(150)를 통해 지상으로 제공되고, 지상에서는 변압기(1)를 통해 발전된 전원이 변경된다.
변압기(1)에서 전압의 세기가 조절된 전기는 건물 내부의 냉방기기(5)로 제공되어 냉방을 수행 또는 난방기기(7)로 제공되어 난방을 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면 지열을 이용하여 약 70℃ 내지 약 100℃의 온도를 갖는 지열수 및 약 6℃ 내지 약 8℃의 온도를 갖는 심층수를 이용하여 펠티어 발전 모듈을 통해 발전을 수행한다.
본 발명의 일실시예에서 펠티어 발전 모듈로부터 발전되는 발전량은 지열수의 온도 및 심층수의 온도 편차에 비례하여 증가한다. 따라서, 지열수의 온도를 보다 증가시키거나 심층수의 온도를 보다 낮출 경우, 펠티어 발전 모듈로부터 발전되는 발전량은 증가한다.
그러나 지열수의 온도를 보다 증가시켜 발전량을 증가시키기 위해서는 제1 단열 파이프(200)가 수납된 지열수 저장 탱크(100)를 3㎞ 보다 깊은 곳에 배치해야 하는데 이와 같이 지열수 저장 탱크(100)를 보다 깊은 곳에 배치하기 위해서는 추가적인 시추 또는 굴착에 의한 막대한 시추 비용 또는 굴착 비용이 요구된다.
한편, 심층수 온도를 보다 낮춰 발전량을 증가시키기 위해서는 제2 단열 파이프(300)의 취수구(250)를 보다 심해에 배치해야 하는데, 이와 같은 해저의 최적 입지를 발견하기 어려운 문제가 있고, 심해에서 제2 단열 파이프(300), 수중 모터(360)등이 쉽게 파손 또는 고장이 발생되는 문제가 발생된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 지열수 저장 탱크(100)를 추가적으로 시추 또는 굴착하지 않고 지열수 저장 탱크(100)의 내부에 수납된 지열수의 온도를 상승시키기 위해 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템(700)은 지열수 추가 온도 증가 부재(600)를 포함한다.
지열수 추가 온도 증가 부재(600)를 형성하기 위해 지열수 저장 탱크(100)의 하면으로부터 지열수 저장 탱크(100)의 하부로는 지열수 저장 탱크(100)의 평면적보다 작은 사이즈를 갖고 지열수 저장 탱크(100)보다 깊은 복수개의 시추홀이 형성된다.
시추홀의 내부로는 기둥 형상을 갖는 지열수 추가 온도 증가 부재(600)가 삽입되며, 지열수 추가 온도 증가 부재(600)의 일측 단부는 지열수 저장 탱크(100)에 결합된다. 본 발명의 일실시예에서, 지열수 추가 온도 증가 부재(600)의 표면에는 단열 부재가 추가적으로 배치될 수 있다.
한편, 지열수 추가 온도 증가 부재(600)의 성능을 향상시키기 위해 지열수 추가 온도 증가 부재(600)는 지열수 저장 탱크(100)의 열전도율보다 우수한 열전도율을 갖는 소재로 제작될 수 있다.
지열수 추가 온도 증가 부재(600)는 지하 3㎞ 이하의 깊이에서 150℃ 이상의 온도로 가열될 수 있고, 이로 인해 지열수 추가 온도 증가 부재(600)에 의하여 지열수 저장 탱크(100)의 내부로는 추가적으로 열 에너지가 전달되고 따라서 막대한 비용을 소모하여 지열수 저장 탱크(100)를 보다 깊은 위치에 배치하지 않고도 지열수 저장 탱크(100) 내부의 지열수의 온도를 저비용으로 상승시킬 수 있다.
한편 본 발명의 일실시예에서는 지열수 추가 온도 증가 부재(600) 중 지열수 저장 탱크(100)의 내부로 돌출된 부분을 제1 단열 파이프(200)를 향하는 방향으로 연장 및 제1 단열 파이프(200)의 외측면을 감싸도록 추가 열 제공부(650)를 형성하여 지열수 추가 온도 증가 부재(600)의 열이 제1 단열 파이프(200)의 외측면을 향해 방열되도록 함으로써 지열수를 추가적으로 가열 할 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 본 발명에 의하면 지표면으로부터 3km 이하의 깊이로 시추한 위치에서 얻어진 100℃ 이하의 지열수 및 심해에서 얻어진 심층수를 복합적으로 이용하여 지열 발전을 수행함으로써 천문학적인 시추 비용을 크게 절감하면서 발전 효율은 향상시킬 수 있다.
또한 지열수 및 심층수를 지표면으로 이송하지 않고 지하에서 직접 지열 발전을 수행함으로써 에너지 손실을 최소화함으로써 지열발전 효율을 극대화할 수 있다. 또한 펠티어 발전 모듈을 이용함으로써 부피가 크고 생산 설비 비용이 큰 가스 터빈, 증발기, 응축기 등을 이용한 종래 발전 설비 대비 생산 설비 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한 시추 또는 굴착 비용을 저감하면서 고효율 지열 발전을 수행할 수 있다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
100...지열수 저장 탱크 200...제1 단열 파이프
300...제3 단열 파이프 400...지열 발전 유닛
500...냉난방 유닛 600...지열수 추가 온도 증가 부재

Claims (4)

  1. 지표면으로부터 3km의 깊이로 굴착된 위치에 배치되며, 지열에 의하여 70℃의 온도로 가열되는 지열수가 저장되는 지열수 저장 탱크;
    상기 지열수 저장 탱크의 내부에 배치되며 중공을 갖고 상기 지열수의 열을 단열시키는 원통형 제1 단열 파이프;
    6℃의 온도를 갖는 심층수를 상기 지열수 저장 탱크를 관통하여 상기 제1 단열 파이프의 상기 중공으로 제공하는 원통형 제2 단열 파이프;
    상기 지열수 저장 탱크 내부에 배치된 상기 제1 단열 파이프에 설치되어 상기 지열수의 열을 흡수하고 상기 심층수에 의하여 냉각되면서 발전을 수행하는 다수개의 펠티어 발전 모듈을 포함하는 지열 발전 유닛;
    지상에 배치되며 상기 지열 발전 유닛에 의하여 발전된 전기를 이용하여 냉난방을 수행하는 냉난방 유닛; 및
    상기 지열수 저장 탱크에 결합되며, 상기 지열수 저장 탱크보다 깊고 상기 지열수 저장 탱크의 평면적보다 작은 단면적을 갖는 시추홀 내부로 돌출되어 상기 지열수에 추가적으로 열을 제공하는 지열수 추가 온도 증가 부재를 포함하며,
    상기 지열수 저장 탱크는 상기 제1 및 제2 단열 파이프보다 열전도율이 높은소재로 제작되며, 상기 지열수 추가 온도 증가 부재는 상기 지열수 저장 탱크의 열전도율보다 높은 열전도율을 갖는 소재로 제작되며,
    상기 지열수 저장 탱크의 내부에 배치된 상기 지열수 추가 온도 증가 부재에는 상기 제1 단열 파이프를 향하는 방향으로 돌출 및 상기 제1 단열 파이프를 감싸 상기 펠티어 발전 모듈로 추가적으로 열을 제공하는 추가 열 제공부가 형성되며,
    상기 펠티어 발전 모듈 중 열을 흡수하는 흡열부는 지열수와 접촉되도록 상기 제1 단열 파이프의 외부에 배치되며, 열을 방열하는 방열부는 심층수와 접촉되도록 상기 제1 단열 파이프의 내부에 배치되며,
    상기 펠티어 발전 모듈의 두께가 얇고 상기 제1 단열 파이프의 두께가 두꺼워 상기 펠티어 발전 모듈을 상기 제1 단열 파이프에 장착하기 어려울 경우, 상기 제1 단열 파이프 중 상기 펠티어 발전 모듈이 장착될 부분의 두께를 감소시킨 후 상기 펠티어 발전 모듈을 장착하고,
    추가 열 제공부는 상기 펠티어 발전 모듈의 상기 흡열부와 이격되게 상기 펠티어 발전 모듈을 감싸며,
    상기 지열수 추가 온도 증가 부재는 상기 지열수 저장 탱크의 하면으로부터 추가적으로 형성된 상기 시추홀에 형성되어 상기 지열수 저장 탱크보다 깊은 곳으로 연장되며 상기 지열수 추가 온도 증가 부재는 지하 3㎞ 이하의 깊이에서 150℃의 온도로 가열되는 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단열 파이프의 단부에는 직경이 확장되어 상기 심층수가 취수되는 취수부가 형성되고, 상기 취수부에는 상기 심층수를 상기 제2 단열 파이프로 제공하는 심층수 공급 펌프가 배치되며,
    상기 심층수 공급 펌프는 해수면에 배치된 풍력 발전기로부터 제공된 전원에 의하여 작동되는 저온 지열발전을 이용한 냉난방 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단열 파이프는 상기 제1 단열 파이프의 일측단 및 상기 제1 단열 파이프의 상기 일측단과 대향하는 타측단에 각각 연결된 저온 지열 발전을 이용한 냉난방 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단열 파이프는 상기 지열수 저장 탱크의 내부에 복수개가 상호 평행한 방향으로 배치된 저온 지열 발전을 이용한 냉난방 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003318453A (ja) * 2002-04-26 2003-11-07 Ings Shinano:Kk 熱電発電システム及び熱電発電ユニット
JP2005137138A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Toshiba Plant Systems & Services Corp 地熱発電方法および地熱発電設備

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