KR20100126246A - 공유수면 바닷가를 활용한 이지에스·심해수 지열발전소 건설시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공유수면 바닷가를 활용한 이지에스·심해수 지열발전소 건설시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열원으로는 이지에스(EGS: Enhanced Geothermal Systems)를 조성해서 생산되는 지열수를 이용하고, 냉원으로는 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 공유수면(公有水面)인 바닷가의 유휴지를 활용하여 상기 지열발전소의 시설들 대부분을 지하(地下)에 건설하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 기존의 지형과 구조물의 훼손을 최소화하면서 여타 지역들에 비해 현저히 낮은 비용으로 건설공사를 시행하게 만들고, 또한 시설의 지상에 노출되는 부분을 최소화함으로써 바닷가의 아름다운 자연경관을 훼손하지 아니하면서 환경친화적으로 건설하게 만드는 효과 등을 제공하며, 그에 따라 상기 효과들을 통해서, 우리 국토에서 그만큼 더 많은 상기 지열발전소들을 건설해서 지열발전을 펼쳐, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시킴으로써, 우리나라의 에너지 자급률을 높이고, 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄이게 만드는 효과를 제공한다.
[색인어]
공유수면, 바닷가, 심해수, 생산정, 이지에스, 이지에스·심해수 지열발전, 웰헤드, 웰헤드하우스, 주입정, 지열발전, 지열발전소, 지열수
본 발명은, 기존의 지형과 구조물의 훼손을 최소화하면서 여타 지역들에 비해 현저히 낮은 비용으로 건설공사를 시행하게 만들고, 또한 시설의 지상에 노출되는 부분을 최소화함으로써 바닷가의 아름다운 자연경관을 훼손하지 아니하면서 환경친화적으로 건설하게 만드는 효과 등을 제공하며, 그에 따라 상기 효과들을 통해서, 우리 국토에서 그만큼 더 많은 상기 지열발전소들을 건설해서 지열발전을 펼쳐, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시킴으로써, 우리나라의 에너지 자급률을 높이고, 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄이게 만드는 효과를 제공한다.
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Description
본 발명은 공유수면 바닷가를 활용한 이지에스·심해수 지열발전소 건설시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열원(Heat Source)으로는 이지에스(EGS: Enhanced Geothermal Systems)를 조성해서 생산되는 지열수(Geothermal Fluid)를 이용하고, 냉원(Heat Sink)으로는 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전(EGS·DSW Power Generation)을 하는 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 공유수면(公有水面)인 바닷가의 유휴지를 활용하여 건설함으로써, 기존의 지형과 구조물의 훼손을 최소화하면서 바닷가 외의 여타 지역들에 비해 현저히 낮은 비용으로 건설공사를 시행하게 만들고, 또한 상기 지열발전소의 시설들 대부분을 지하에 건설하고, 상기 시설들의 상부면 대부분을 필요한 용도로 활용할 수 있게 하여, 상기 시설들의 지상(地上)에 노출되는 부분을 최소화함으로써, 바닷가의 아름다운 자연경관을 훼손하지 아니하면서 환경친화적으로 건설할 수 있게 만드는 건설시스템 및 방법에 관한 것이다.
이지에스(EGS)를 조성해서 생산되는 지열수를 열원으로 이용하는 지열발전(Geothermal Power Generation)은, 특허문헌 1의 설명과 같이, 유·가스 가격상승과 공급불안에 더해 온실가스 감축압력이 가중됨으로써 점점 더 어려워지고 있는 에너지상황에 대한 유망한 해결책으로 떠오르고 있다.
대한민국의 영토 안에도 지열에너지는 어느 지점에나 지하에 부존돼 있고, 그 규모도 거의 무한에 가깝다. 다만, 전 세계에서 펼쳐진 지열발전사업들에 비해 같은 온도의 지열에너지가 부존돼 있는 심도가 보다 깊을 뿐이다.
우리 국토에서도 많은 지역에서 지하 3km 내지 4km 암층부터는 이지에스(EGS)를 조성하면 바이너리(Binary) 지열발전을 이룰 수 있는 온도의 지열에너지를 생산해낼 수 있다. 따라서 특히 저비용·고효율의 심부시추기술 등 핵심기술들을 확보·발전시켜나가면, 상승하는 에너지가격과 병행하여 점점 더 깊게 시추하면서 지열에너지를 생산해서 지열발전을 펼쳐나갈 수 있다.
우리 국토에 부존된 심부지열에너지는 종래의 지열발전방법으로는 개발할 가치가 없는 것으로 인식되어 전혀 개발되지 못한 채 방치돼 왔으나, 최근에 와서, 특허문헌 1 내지 10에서 실익 있는 지열에너지 생산 및 바이너리 지열발전을 이룰 수 있게 만드는 수단과 방법들이 개시된 바 있다.
우리나라는 에너지자급률이 3％대로 낮아 소요에너지의 97％를 수입에 의존해야 하는 매우 취약한 구조인데, 유·가스 가격은 오르고 있고, 설상가상으로 '기후변화에 관한 UN협약'에 따라 세계 10위권의 온실가스 배출국인 관계로 온실가스 감축의무 압력이 가중되고 있어 에너지상황은 점점 더 어려워지는 방향으로 옥죄이고 있는 실정이므로, 특허문헌 1 내지 10에 개시된 시스템 및 방법들에 더하여, 이지에스(EGS) 조성, 지열발전소 건설, 지열에너지 생산 및 지열발전의 효율과 경제성을 더욱 향상시킬 수 있는 수단과 방법의 창출이 요구되고 있다.
특허문헌 1에 개시된 "심해수를 이용한 바이너리 지열발전방법"은 열원(Heat Source)으로는 심해수와 근거리 위치에서 생산되는 지열수(Geothermal Fluid)를 이용하고, 냉원(Heat Sink)으로는 저온이며 거의 무한량인 심해수(Deep Sea Water)를 이용함으로써, 열원과 냉원의 온도차를 증대시키고, 다단의 계단폭포식 바이너리 발전(Cascaded Binary Power Generation)을 이루게 만들어, 발전효율과 용량을 향상시키고 시추비를 절감시키는 것을 특징으로 하는 지열발전방법이다.
상기 지열발전방법에서 냉원(Heat Sink)으로 이용하는 심해수는 우리나라의 경우 동해에 부존돼 있고, 상기 지열발전방법을 적용하기 위해선 해당 지열발전소에 다량의 심해수를 공급할 수 있는 대구경의 심해수 송수관을 설치해야 하므로, 상기 지열발전소는 동해(東海)와 근거리에 있는 지역에 배치·건설하게 된다.
또한, 상기 지열발전방법에서 열원(Heat Source)으로 이용하는 지열수는, 동해와 근거리에 있는 지역들에서는 필요한 온도와 유량의 천연 지열수를 발견할 가능성이 매우 희박하므로, 대부분의 경우 인공적으로 즉 이지에스(EGS: Enhanced Geothermal Systems)를 조성해서 생산해야 한다. 그에 따라 심도 3km 이상의 생산정(Production Well)과 주입정(Injection Well) 등 다수의 웰(Well)들을 시추하고 수압 파쇄(Hydraulic Fracturing)를 실시해서 이지에스(EGS)를 조성해야 한다.
상기 지열발전방법에 따라, 이지에스(EGS)를 조성하고 심해수 송수관을 설치하는 등 공사들을 펼쳐, 이지에스(EGS)에서 생산되는 지열수를 열원으로 이용하고, 냉원으로는 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전(EGS·DSW Power Generation)을 하는 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 건설하기 위해서는, 상기 지열발전소의 부지 및 건설공사에 필요한 토지 등 상당한 면적의 토지를 확보해야 하며, 관련공사를 위해 도로를 절개하거나 건물 등 구조물들을 철거하는 등 훼손이 발생될 수 있다.
여기서 상기 지열발전소의 건설을 위한 주요공사들을 대략 살펴본다.
제일 먼저, 지열수 생산정(Production Well) 및 주입정(Injection Well)을 시추하고 이지에스(EGS)를 조성한다. 이지에스(EGS) 조성을 위해서는 다량의 물을 주입해야 하므로, 필요한 규모의 수원을 확보하고 주입정까지 송수관을 설치한다. 또한, 지열수를 생산정에서 지열발전기로 보내는 송수관, 지열발전기를 통과한 지열수를 주입정으로 보내는 송수관, 심해수를 취수해서 지열발전기로 보내는 송수관 및 지열발전기를 통과한 심해수를 방류지점으로 보내는 송수관도 설치한다. 그리고 이지에스(EGS) 조성과정에서 미소지진 관측을 위해 주입정 주위 약 1km 반경 내의 지역에 다수의 미소지진관측소들을 설치한다.
상기 지열발전소를 건설하려면, 수십 개에 달할 수도 있는 생산정들과 주입정들을 시추(Drilling)하고 그에 맞추어 이상의 공사들을 펼쳐야 한다.
상기한 공사들에 있어서 일차적이며 가장 큰 난제는 수백 톤(ton)에 달하는 대형 시추장비를 시추지점으로 운반하여 설치하는 작업이다. 이를 위해서는 상당한 폭과 규모의 도로(교량 포함)가 있어야 하며, 필요시 임시도로를 개설해야 하는데, 그러려면 도로, 건물, 농지 등 기존의 지형과 구조물들을 훼손할 수 있다. 구조물들이 밀집돼 있는 지역에서는 공사 자체가 불가능할 수도 있다. 또한, 이지에스(EGS) 조성과정에서도 중장비 동원 및 미소지진관측소들을 설치하기 위해 기존의 구조물들을 훼손할 수 있으며, 구조물들 때문에 관측소들을 필요한 위치에 설치할 수 없을 수도 있다. 그리고 지열수 또는 심해수 송수관이 지나는 길목에 도로가 있는 경우 도로를 절개해야 하고, 구조물이 있는 경우 철거하거나 우회해야한다.
상기한 난제들 때문에, 상기 지열발전소의 건설을 위한 각종 공사들을 펼칠 토지는 가능한 한 평탄하고, 기존의 구조물들의 규모나 수가 적으며, 필요한 규모의 수원에 가까워야, 공사비가 적게 들어 사업의 경제성이 향상될 수 있다.
그런데 동해와 근거리에 있는 지역들은, 평탄한 토지가 충분치 못한데다가, 자연경관이 아름다워 다수의 해수욕장 등 휴양지들을 비롯해 농수산업단지 등으로 매우 조밀하게 개발돼 있다. 상기와 같은 지역에서 전술한 각종 공사들을 펼치면서 상기 지열발전소를 건설하려 한다면, 발전소의 부지 및 건설공사에 필요한 토지를 확보하는데 매우 높은 비용이 들게 되고, 기존의 지형과 구조물의 훼손도 상당할 것이며, 각종 공사들에도 높은 비용이 들게 되는 등, 총체적으로 매우 높은 건설공사비가 들게 돼, 심각한 어려움에 직면하게 될 것으로 예상된다.
이에, 동해와 근거리에 있는 지역들에서 상기 이지에스·심해수 지열발전소들을 성공적으로 건설해나가기 위해서는, 상기한 토지 확보 및 건설공사와 관련된 난제들을 해결할 수 있는 수단과 방법의 창출이 요구되고 있다.
이상의 필요성에 더하여, 동해의 해안지역이 지닌 아름다운 자연경관을 훼손하지 아니하면서 상기 이지에스·심해수 지열발전소들을 환경친화적으로 건설해서 운용해나갈 수 있는 수단과 방법의 창출 또한 요구되고 있다.
본 발명은 이상의 필요성에 따라 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 상기 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)들을 동해와 근거리에 있는 지역들에 건설하는데 필요한 토지를 확보하는 비용과 건설공사비를 현저히 줄일 수 있고, 또한 자연경관을 훼손하지 아니하면서 환경친화적으로 상기 지열발전소들을 건설해서 운용해나갈 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명인은, 이지에스·심해수 지열발전(EGS·DSW Power Generation)을 세계 최초로 시범실시하기 위하여, 동해(東海)와 근거리에 있는 지역에서 상기 지열발전을 하는 세계 최초의 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 건설해서 운용하는 시범사업을 시행하고자, 공사비를 최소화하면서 환경친화적으로 건설할 수 있는 시스템과 방법 및 최적의 부지를 탐색해오던 중, 공유수면(公有水面)인 바닷가의 유휴지를 활용하여 상기 지열발전소의 시설들 대부분을 지하(地下)에 건설하고 상기 시설들의 지상(地上)에 노출되는 부분을 최소화함으로써, 상기한 목적을 달성할 수 있다는 결론과 함께 본 발명에 이르게 되었다.
바닷가는, '공유수면 관리 및 매립에 관한 법률'에 의거하여, '측량·수로조사 및 지적에 관한 법률' 제6조제1항제4호에 따른 해안선으로부터 지적공부(地籍公簿)에 등록된 지역까지의 사이인 공유수면(公有水面)으로 규정돼 있다.
동해의 바닷가들은, 여름철에는 상당 부분이 해수욕장으로 활용되고 있으나, 여름철 외의 계절에는 일부지역은 어업활동 등을 위해 활용되고 있지만 많은 부분들이 유휴지로 남겨져 있다.
상기 바닷가들에는 다수의 해수욕장, 휴양지 등이 개발돼 있어, 상기 바닷가들에 연하여 상당한 규모의 도로들이 개설돼 있으며, 상기 도로들에 연해 배전선이 가설돼 있고, 많은 경우 상기 바닷가들 안에도 배전선이 가설돼 있으며, 상기 바닷가들에는 대체로 큰 도로나 구조물들이 없으므로, 가능한 한 유휴지로 남겨져 있는 부분을 활용하면서 해수욕장으로 사용되는 여름철을 피해 지열발전소 건설공사를 펼치면, 기존의 지형과 구조물의 훼손을 최소화하면서 여타 지역들에 비해 훨씬 낮은 비용으로, 공사에 필요한 중장비들을 운반하여 설치할 수 있으며, 또한 지열수 및 심해수 송수관들도 매설할 수 있고, 또한 공사에 필요한 전력을 공급받을 인입선도 가설할 수 있으며, 또한 생산된 전력을 배전계통에 연계시킬 수 있을 뿐만 아니라, 심해수 송수관의 길이도 최소화되는 등, 총체적으로 바닷가 외의 여타 지역들에 비해 훨씬 낮은 비용으로 지열발전소 건설공사를 시행할 수 있다.
특히, 지열수 생산정(Production Well)들 및 주입정(Injection Well)들을 상기 바닷가에서 시추할 수 있는 경우, 시추장비의 운반·설치가 용이하며, 미소지진관측소들을 필요한 위치에 용이하게 설치할 수 있는 등, 시추를 비롯하여 이지에스(EGS) 조성 및 지열수 송수관 매설에 드는 비용들을 대폭 줄일 수 있다.
상기 비용절감효과에 더해, 상기 지열발전소의 시설들 대부분을 지하(地下)에 건설하고, 상기 시설들의 상부면 대부분을 주차장 등 필요한 용도로 활용할 수 있게 하여, 상기 시설들의 지상(地上)에 노출되는 부분을 최소화함으로써, 바닷가의 아름다운 자연경관을 훼손하지 아니하면서 환경친화적으로 상기 지열발전소를 건설해서 운용해나갈 수 있다.
상기와 같이 공유수면인 바닷가의 유휴지를 활용하여 상기 이지에스·심해수 지열발전소들을 건설해서 지열발전을 펼쳐나감으로써, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시키게 돼, 우리나라의 에너지자급률을 높이고 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄일 수 있게 될 뿐만 아니라, 공유수면 점용료 및 사용료도 징수되고, 일자리도 창출되는 등 상당한 국부가 창출될 것임으로, 따라서 상기 지열발전소의 부지 및 건설공사를 위해 필요한 토지를 바닷가 외의 여타 지역들에 비해 훨씬 낮은 비용으로 확보할 수 있게 될 것으로 기대된다.
그에 따라, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열원(Heat Source)으로는 이지에스(EGS)를 조성해서 생산되는 지열수(Geothermal Fluid)를 이용하고, 냉원(Heat Sink)으로는 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전(EGS·DSW Power Generation)을 하는 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 건설하는 시스템 및 방법에 있어서, 공유수면(公有水面)인 해당 바닷가의 최적의 위치에 지표면에 가까운 높이의 개폐가 가능한 지붕을 갖추어 설치되어, 지열발전기(Geothermal Power Generator)를 수용하는 지하(地下)지열발전실; 상기 바닷가에서 시추되거나 또는 상기 바닷가와 근거리 위치에서 시추되는 지열수 생산정(Production Well)들 및 주입정(Injection Well)들; 상기 바닷가에서 시추되는 경우, 지표면(地表面)에 가까운 높이의 개폐가 가능한 지붕을 갖추어 설치되어, 상기 생산정들 및 주입정들의 웰헤드(Wellhead)들을 수용하는 지하(地下)웰헤드하우스(Wellhead House)들; 상기 바닷가의 최적의 위치에 설치되는 지하(地下)심해수저장탱크; 상기 바닷가의 최적의 위치에 설치되는 지하(地下)지열수저장탱크; 및 상기 지열발전기, 지하심해수저장탱크 또는 지하지열수저장탱크에 연결되고 지하(地下)에 매설되어 상기 바닷가를 통과하는 지열수 및 심해수 송수관들;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공유수면 바닷가를 활용한 이지에스·심해수 지열발전소 건설시스템 및 방법은, 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 공유수면(公有水面)인 바닷가의 유휴지를 활용하여 건설함으로써, 상기 지열발전소의 부지 및 건설공사에 필요한 토지를 여타 지역들에 비해 훨씬 낮은 비용으로 확보할 수 있게 만들며, 또 기존의 지형과 구조물의 훼손을 최소화하며 관련공사비들을 현저히 줄일 수 있게 만들고, 또 생산된 전력을 배전계통에 연계시키는 비용도 현저히 줄일 수 있게 만드는 등, 총체적으로 바닷가 외의 여타 지역들에 비해 현저히 낮은 비용으로 상기 지열발전소 건설공사를 시행할 수 있게 만드는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 지열발전소의 시설들 대부분을 지하(地下)에 건설하고, 상기 시설들의 상부면 대부분을 필요한 용도로 활용할 수 있게 하여, 상기 시설들의 지상(地上)에 노출되는 부분을 최소화함으로써, 바닷가의 아름다운 자연경관을 훼손하지 아니하면서 환경친화적으로 상기 지열발전소를 건설해서 운용해나갈 수 있게 만드는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 지열발전소에서 징수되는 공유수면 점용 및 사용료로 공공이익을 위한 사업들을 펼칠 수 있게 만드는 효과도 제공한다.
그에 따라 본 발명은, 상기 효과들을 통해서, 우리 국토에서 그만큼 더 많은 이지에스·심해수 지열발전소들을 건설해서 지열발전을 펼쳐, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시킴으로써, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄이게 만드는 효과를 제공한다.
그리고 본 발명의 건설시스템 및 방법을 이용하여 우리나라 동해의 바닷가들에 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)들을 건설해나가면, 유·가스 가격 상승과 공급불안 및 기후변화에 대한 대응책 마련에 고심하고 있는 우리나라의 심각한 어려움 중 상당부분을 해결할 수 있게 되고, 상당한 일자리 창출 등 국부를 창출하는 효과를 얻게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 예를 보인 평면 설명도이다.
본 발명의 공유수면 바닷가를 활용한 이지에스·심해수 지열발전소 건설시스템 및 방법은, 열원(Heat Source)으로는 이지에스(EGS: Enhanced Geothermal Systems)를 조성해서 생산되는 지열수(Geothermal Fluid)를 이용하고, 냉원(Heat Sink)으로는 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전(EGS·DSW Power Generation)을 하는 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 공유수면(公有水面)인 바닷가의 유휴지를 활용하여 상기 지열발전소의 시설들 대부분을 지하(地下)에 건설하고, 상기 시설들의 지상(地上)에 노출되는 부분을 최소화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 건설시스템 및 방법은, 도 1에 보인 예와 같이, 해당 바닷가에 건설 및 설치되는 다음의 시설들로 구성되는 것을 특징으로 한다.
(1) 공유수면(公有水面)인 해당 바닷가의 최적의 위치에 지표면에 가까운 높이의 개폐가 가능한 지붕을 갖추어 설치되어, 지열발전기(Geothermal Power Generator)를 수용하는 지하(地下)지열발전실
(2) 상기 바닷가에서 시추되거나 또는 상기 바닷가와 근거리 위치에서 시추되는 지열수 생산정(Production Well)들 및 주입정(Injection Well)들
(3) 상기 바닷가에서 시추되는 경우, 지표면(地表面)에 가까운 높이의 개폐가 가능한 지붕을 갖추어 설치되어, 상기 생산정들 및 주입정들의 웰헤드(Wellhead)들을 수용하는 지하(地下)웰헤드하우스(Wellhead House)들
(4) 상기 바닷가의 최적의 위치에 설치되는 지하(地下)심해수저장탱크
(5) 상기 바닷가의 최적의 위치에 설치되는 지하(地下)지열수저장탱크
(6) 상기 지열발전기, 지하심해수저장탱크 또는 지하지열수저장탱크에 연결되고 지하(地下)에 매설되어 상기 바닷가를 통과하는 지열수 및 심해수 송수관들
상기 시설들로 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명의 건설시스템 및 방법을 이용하여, 다음과 같이 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 공유수면(公有水面)인 해당 바닷가에 건설한다.
(1) 지열수 생산정들 및 주입정들을 시추하고 이지에스(EGS: Enhanced Geothermal Systems)를 조성한다. 상기 지열수 생산정(Production Well)들 및 주입정(Injection Well)들은 해당지역의 심부지열 부존특성에 따라 상기 바닷가에서 시추할 수도 있고, 또는 상기 바닷가와 근거리 위치에 있는 상기 바닷가 외의 지역에서 시추할 수도 있다. 상기 바닷가에서 시추하는 경우, 상기 생산정들 및 주입정들의 웰헤드(Wellhead)들은 상기 바닷가의 최적의 위치에 배치하되, 가능한 한 상기 바닷가의 유휴지로 남겨져 있는 부분에 배치한다. 도 1에 보인 예에서는 바닷가와 지적공부(地籍公簿)에 등록된 지역과의 경계선에 가깝게 배치하였다.
상기 시추(Drilling) 및 이지에스(EGS) 조성의 효율과 경제성을 더욱 향상시키기 위해 필요시 다음의 특허문헌들에 개시된 기술들을 적용한다.
- 타워크레인 마스트를 이용한 시추탑 축조시스템 및 방법(System and method of constructing drilling derrick utilizing tower crane mast) : 특허문헌 5
- 이지에스 웰 클러스터 시추시스템 및 방법(System and method for drilling EGS well cluster) : 특허문헌 10
- 구간별 주입정을 축조하는 이지에스 조성시스템 및 방법(System and method of creating EGS having zonal injection wells) : 특허문헌 6
- 이지에스 그룹 조성시스템 및 방법(System and method of creating EGS Group) : 특허문헌 7
- 단층대를 이용한 이지에스 그룹 조성시스템 및 방법(System and method of creating EGS Group utilizing fault zone) : 특허문헌 9
- 경부하전력을 이용한 이지에스 조성시스템 및 방법(System and method of creating EGS utilizing off-peak power) : 특허문헌 4
- 하천구역을 활용한 바이너리 지열발전시스템 및 방법(System and method of binary geothermal power generation utilizing river zone) : 특허문헌 2
(2) 지하웰헤드하우스(Wellhead House)를 건설한다. 상기 지하(地下)웰헤드하우스는, 상기 바닷가에서 시추되는 경우, 상기 생산정들 및 주입정들의 웰헤드(Wellhead)가 지상에 노출되지 않도록 상기 웰헤드 전체를 지하에 수용하는 개폐가 가능한 지붕과 필요한 규모의 출입문을 갖춘 지하실로 건설한다. 상기 바닷가 외의 지역에서 시추되는 경우에도 필요시 상기 지하웰헤드하우스를 건설한다.
최대 만조수위, 해일 가능성 등 해당 바닷가의 특성을 조사·분석하여, 상기 지하웰헤드하우스의 침수를 막을 수 있을 정도로 가능한 한 지표면(地表面)에 가까운 높이로 상기 지붕을 설치함으로써, 상기 지하웰헤드하우스(Wellhead House)가 지상(地上)에 노출되는 부분을 최소화한다.
상기 지하웰헤드하우스는, 그 안에서 상기 웰헤드(Wellhead)를 분리하거나 또는 상기 웰헤드에 송수관이나 펌프를 설치하는 등 필요한 보수작업을 하는데 필요한 공간이 확보되도록, 통상의 웰셀러(Well Cellar)를 지하 및 사방으로 확장시키고, 개폐가 가능한 지붕을 갖추어 필요한 견고성을 지니도록 건설한다.
상기와 같이 개폐가 가능한 지붕을 설치하는 이유는, 필요시 웰보수작업(Well Workover) 또는 웰헤드(Wellhead) 보수작업을 할 수 있게 하기 위한 것이다. 상기 지붕의 상부면은 필요한 용도로 활용할 수 있으므로, 상기 용도에 적합하도록 설치한다.
웰헤드(Wellhead)들 간의 거리가 가깝게(예, 2m) 시추되는 경우, 1개의 지하웰헤드하우스(Wellhead House) 안에 다수의 웰헤드(Wellhead)들이 수용되도록 건설하는 것이 비용효과적이며 실내공간의 활용도도 높아진다.
(3) 지하지열수저장탱크를 건설한다. 상기 지하(地下)지열수저장탱크는 상기 바닷가의 최적의 위치에 배치하되, 가능한 한 상기 바닷가의 유휴지로 남겨져 있는 부분에 배치한다. 도 1에 보인 예에서는 바닷가와 지적공부(地籍公簿)에 등록된 지역과의 경계선에 가깝게 배치하였다.
상기 지하지열수저장탱크는 이지에스(EGS)로부터 생산되는 지열수를 열원으로 이용하여 지열발전을 한 후 이지에스(EGS)에 주입할 수 있을 때까지 일정시간동안 저장해놓기 위해 설치되는 것으로서, 특히 특허문헌 3의 '경부하전력을 이용한 지열에너지 생산시스템 및 방법'을 이용하는 경우, 전력계통상 최대 내지 중간부하시에 지열발전을 위해 열원으로 이용한 지열수 중 상당량을 경부하시까지 상기 저장탱크에 저장해놓게 되므로, 상기 저장탱크의 용량은 수천톤 내지 수만톤 이상에 달할 수 있다. 하지만 상기와 같은 용도로 큰 용량의 저장탱크를 설치할 필요가 없는 경우에는, 이지에스(EGS)에 주입하는 주입수를 보충해주기 위한 용도로 적은 용량의 저장탱크를 설치할 수 있다. 상기 저장탱크의 상부 지표면은 필요한 용도로 활용할 수 있으므로, 저장탱크의 상부면이 그에 필요한 견고성을 지니도록 설치한다.
(4) 지하심해수저장탱크를 건설한다. 상기 지하(地下)심해수저장탱크는 상기 바닷가의 최적의 위치에 배치하되, 가능한 한 상기 바닷가의 유휴지로 남겨져 있는 부분에 배치한다. 도 1에 보인 예에서는 바닷가와 지적공부(地籍公簿)에 등록된 지역과의 경계선에 가깝게 배치하였다.
상기 지하심해수저장탱크는 취수한 심해수를 일시 저장하는 탱크로서 필요한 용량으로 건설한다. 상기 저장탱크의 상부 지표면 역시 필요한 용도로 활용할 수 있으므로, 저장탱크의 상부면이 그에 필요한 견고성을 지니도록 설치한다.
(5) 지하지열발전실을 건설한다. 상기 지하(地下)지열발전실은 상기 바닷가의 최적의 위치에 배치하되, 가능한 한 상기 바닷가의 유휴지로 남겨져 있는 부분에 배치한다. 도 1에 보인 예에서는 바닷가와 지적공부(地籍公簿)에 등록된 지역과의 경계선에 가깝게 배치하였다.
상기 지하지열발전실은 개폐가 가능한 지붕과 필요한 규모의 출입문을 갖춘 지하실로 건설하고, 상기 지하지열발전실 안에 지열발전기(Geothermal Power Generator)를 설치한다.
최대 만조수위, 해일 가능성 등 해당 바닷가의 특성을 조사·분석하여, 상기 지하지열발전실의 침수를 막을 수 있을 정도로 가능한 한 지표면(地表面)에 가까운 높이로 상기 지붕을 설치함으로써, 상기 지하지열발전실이 지상에 노출되는 부분을 최소화한다.
개폐가 가능한 지붕을 설치하는 이유는 보수작업 등을 위해 상기 지열발전기를 분리해서 기중기로 인양해 실외로 이동시킬 필요가 발생할 수 있기 때문이다. 상기 지붕의 윗면은 주차장 등 필요한 용도로 활용될 수 있으므로, 상기 지붕이 그에 필요한 견고성을 지니도록 설치한다.
(6) 지열수 및 심해수 송수관들을 설치한다. 상기 지열발전기, 지하심해수저장탱크 또는 지하지열수저장탱크에 연결되고 상기 바닷가를 통과하는 지열수 및 심해수 송수관들은 지하(地下)에 매설한다.
상기와 같이 건설되는 이지에스·심해수 지열발전소의 효율과 경제성을 더욱 향상시키기 위해 필요시 다음의 특허문헌들에 개시된 기술들을 적용한다.
- 압축공기를 이용하는 이지에스 지열발전소 운용시스템 및 방법(System and method of operating EGS power plant utilizing compressed air) : 특허문헌 8
- 경부하전력을 이용한 지열에너지 생산시스템 및 방법(System and method of producing geothermal energy utilizing off-peak power) : 특허문헌 3
상기와 같이, 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 공유수면인 바닷가의 유휴지를 활용하여 건설함으로써, 상기 지열발전소의 부지 및 건설공사에 필요한 토지를 확보하는 비용을 현저히 줄일 수 있으며, 또 기존의 지형과 구조물의 훼손을 최소화하면서 관련공사비들을 현저히 줄일 수 있고, 또 심해수 송수관의 길이도 최소화되며, 또 생산된 전력을 배전계통에 연계시키는 비용도 현저히 줄일 수 있게 되는 등, 총체적으로 바닷가 외의 여타 지역들에 비해 훨씬 낮은 비용으로 상기 지열발전소 건설공사를 시행할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이, 상기 지열발전소의 시설들 대부분을 지하에 건설하고, 상기 시설들의 상부면 대부분을 필요한 용도로 활용할 수 있게 하여, 상기 시설들의 지상(地上)에 노출되는 부분을 최소화함으로써, 바닷가의 아름다운 자연경관을 훼손하지 아니하면서 환경친화적으로 건설해서 운용해나갈 수 있게 된다.
또한, 상기 이지에스·심해수 지열발전소에서 징수되는 공유수면 점용료 및 사용료로 공공이익을 위한 사업들을 펼칠 수도 있다.
그에 따라 본 발명은, 상기 효과들을 통해서, 우리 국토에서 그만큼 더 많은 이지에스·심해수 지열발전소들을 건설해서 지열발전을 펼쳐, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시킴으로써, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄일 수 있게 만든다.
그리고 본 발명의 건설시스템 및 방법을 이용하며 우리나라 동해의 바닷가들에 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)들을 건설해나가면, 유·가스 가격 상승과 공급불안 및 기후변화에 대한 대응책 마련에 고심하고 있는 우리나라의 심각한 어려움 중 상당부분을 해결할 수 있게 되고, 상당한 일자리 창출 등 국부를 창출하는 효과를 얻게 될 것이다.
우리 국토의 바닷가 외의 지역들에서도, 이상과 같은 본 발명의 건설시스템 및 방법에 따라, 지열발전소의 시설들 대부분을 지하에 건설하고, 상기 시설들의 상부면 대부분을 필요한 용도로 활용할 수 있게 하여, 상기 시설들의 지상에 노출되는 부분을 최소화함으로써, 지열발전소의 부지확보비용을 줄일 수 있고, 경관을 훼손하지 아니하면서 환경친화적으로 건설해서 운용해나갈 수 있다.
1 : 공유수면(公有水面)인 바닷가
2 : 해안선
3 : 상기 바닷가와 지적공부(地籍公簿)에 등록된 지역과의 경계선
4 : 지열발전기가 수용된 지하(地下)지열발전실
5 : 웰헤드(Wellhead)들이 수용된 지하(地下)웰헤드하우스(Wellhead House)
6 : 지하(地下)심해수저장탱크
7 : 지하(地下)지열수저장탱크
2 : 해안선
3 : 상기 바닷가와 지적공부(地籍公簿)에 등록된 지역과의 경계선
4 : 지열발전기가 수용된 지하(地下)지열발전실
5 : 웰헤드(Wellhead)들이 수용된 지하(地下)웰헤드하우스(Wellhead House)
6 : 지하(地下)심해수저장탱크
7 : 지하(地下)지열수저장탱크
Claims (1)
- 열원(Heat Source)으로는 이지에스(EGS: Enhanced Geothermal Systems)를 조성해서 생산되는 지열수(Geothermal Fluid)를 이용하고, 냉원(Heat Sink)으로는 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전(EGS·DSW Power Generation)을 하는 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)를 건설하는 시스템 및 방법에 있어서,
공유수면(公有水面)인 해당 바닷가의 최적의 위치에 지표면에 가까운 높이의 개폐가 가능한 지붕을 갖추어 설치되어, 지열발전기(Geothermal Power Generator)를 수용하는 지하(地下)지열발전실;
상기 바닷가에서 시추되거나 또는 상기 바닷가와 근거리 위치에서 시추되는 지열수 생산정(Production Well)들 및 주입정(Injection Well)들;
상기 바닷가에서 시추되는 경우, 지표면(地表面)에 가까운 높이의 개폐가 가능한 지붕을 갖추어 설치되어, 상기 생산정들 및 주입정들의 웰헤드(Wellhead)들을 수용하는 지하(地下)웰헤드하우스(Wellhead House)들;
상기 바닷가의 최적의 위치에 설치되는 지하(地下)심해수저장탱크;
상기 바닷가의 최적의 위치에 설치되는 지하(地下)지열수저장탱크; 및
상기 지열발전기, 지하심해수저장탱크 또는 지하지열수저장탱크에 연결되고 지하(地下)에 매설되어 상기 바닷가를 통과하는 지열수 및 심해수 송수관들;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공유수면 바닷가를 활용한 이지에스·심해수 지열발전소 건설시스템 및 방법.
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| KR1020100111951A KR20100126246A (ko) | 2010-11-11 | 2010-11-11 | 공유수면 바닷가를 활용한 이지에스·심해수 지열발전소 건설시스템 및 방법 |
Country Status (1)
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2010
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