KR20110023871A - 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 건설시스템 및 방법 - Google Patents
이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 건설시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110023871A KR20110023871A KR1020110012722A KR20110012722A KR20110023871A KR 20110023871 A KR20110023871 A KR 20110023871A KR 1020110012722 A KR1020110012722 A KR 1020110012722A KR 20110012722 A KR20110012722 A KR 20110012722A KR 20110023871 A KR20110023871 A KR 20110023871A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- deep sea
- sea water
- siphon
- deep
- dsw
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T50/00—Geothermal systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/20—Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T2010/50—Component parts, details or accessories
- F24T2010/53—Methods for installation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Abstract
본 발명은 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 건설시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 지열수 생산정의 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치하는 공법에 따라 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)을 건설하고, 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 심해수를 흡입·취수하는 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)의 배수구(Outlet)를 상기 사이펀 웰에 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 깊이까지 삽입·설치하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 이용하는 통상의 시스템 및 방법에 비해 훨씬 더 비용효과적으로 심해수 흡입유량을 높일 수 있게 만드는 효과를 제공하며, 그에 따라 상기 효과를 통해 우리 국토에서 그만큼 더 많은 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)들을 건설해서 지열발전을 펼쳐, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시킴으로써, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄이게 만드는 효과를 제공한다.
[색인어]
사이펀, 심해수, 심해수 사이펀 웰, 심해수 양수관, 심해수 흡입관, 심해수 흡입유량, 이지에스, 이지에스·심해수 지열발전, 지열발전소
본 발명은, 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 이용하는 통상의 시스템 및 방법에 비해 훨씬 더 비용효과적으로 심해수 흡입유량을 높일 수 있게 만드는 효과를 제공하며, 그에 따라 상기 효과를 통해 우리 국토에서 그만큼 더 많은 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)들을 건설해서 지열발전을 펼쳐, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시킴으로써, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄이게 만드는 효과를 제공한다.
[색인어]
사이펀, 심해수, 심해수 사이펀 웰, 심해수 양수관, 심해수 흡입관, 심해수 흡입유량, 이지에스, 이지에스·심해수 지열발전, 지열발전소
Description
본 발명은 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 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 저온의 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 상기 심해수를 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 흡입·취수하여 공급하는 시설을 건설하는 시스템 및 방법에 있어서, 지열수 생산정의 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치하는 공법에 따라, 필요한 직경과 깊이로 해안선에 가까운 위치에 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)을 건설하고, 심해수를 흡입·취수하는 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)의 배수구(Outlet)를 상기 심해수 사이펀 웰에 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 깊이까지 삽입하여 설치함으로써, 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 이용하는 통상의 시스템 및 방법에 비해 훨씬 더 비용효과적으로 심해수 흡입유량을 높일 수 있게 만드는 시스템 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 12에서 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 "기후 변화에 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 12에 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 11에 개시된 "이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)"에서는, 특허문헌 1에 개시된 "심해수를 이용한 바이너리 지열발전방법"에 따라 열원(Heat Source)으로는 이지에스(EGS: Enhanced Geothermal Systems)를 조성해서 생산되는 지열수(Geothermal Fluid)를 이용하고, 냉원(Heat Sink)으로는 저온의 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전(EGS·DSW Power Generation)을 한다.
상기 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)의 용량에 따라서는 시간당 수천 톤(Ton)에 달하는 높은 유량(Flow Rate)의 심해수가 필요하게 된다. 그에 따라 높은 비용을 들여 필요한 유량의 심해수를 취수해서 공급할 수 있는 대구경의 심해수 취수관 및 공급관들을 설치해서 운용하게 된다.
예컨대, 1.5m 직경의 심해수 취수관의 흡입구(Intake)를 수심 200m 심해저에 설치하고, 상기 취수관의 배수구(Outlet)는 바닷가에 해수면(Sea Level)보다 높게 설치한 후, 상기 취수관의 배수구에서 심해수를 해당 지열발전소로 계속 펌핑(Pumping)하면, 심해수는 무동력으로 계속 해수면까지 솟아오르게 된다.
그런데 수km에 달하는 상기와 같은 대구경의 심해수 취수관을 굴곡이 있는 심해저에 설치하는 데는 기술 및 비용에 있어 심각한 어려움이 따른다.
대안으로써, 심해수 취수관의 직경을 줄이고, 대신 상기 심해수 취수관 안에 펌프(Pump)를 설치해서 취수 유량(Flow Rate)을 높일 수 있겠으나, 하지만 상기와 같이 하기 위해선 펌핑(Pumping)압력을 견딜 수 있도록 상기 심해수 취수관을 훨씬 더 견고하게 제작해야 하는 어려움이 따르게 된다. 취수관을 견고하게 제작할수록, 그만큼 취수관이 더 무거워지고 또한 취수관의 유연성도 떨어지게 돼, 굴곡이 있는 심해저에 설치하기가 그만큼 더 어려워진다.
따라서 비용효과적인 대안으로써, 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 심해수를 흡입·취수하는 시스템 및 방법이 이용되고 있다. 즉, 바닷가에 해수면보다 낮게 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 건설한 후, 심해수 흡입관(Suction Pipe)의 흡입구(Intake)를 심해저에 설치하고, 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)는 상기 사이펀 탱크에 삽입·설치하여, 사이펀의 원리를 이용해서 심해수를 흡입·취수하는 시스템 및 방법이다. 상기와 같이 취수함으로써, 상기 심해수 흡입관 안에 펌프(Pump)를 설치할 필요가 없어 취수시스템이 단순화되고, 또한 펌핑압력이 걸리지 않으므로 심해수 흡입관(취수관)을 보다 더 가볍고 유연하게 제작할 수 있다.
예컨대, 일본의 후루가와전기(Furukawa Electric Co.)는, 상기와 같은 유연한 심해수 흡입관들을(예, 직경 25cm) 비롯하여 관련 장치 및 시설들을 개발하고, 상기 심해수 흡입관들을 설치하기 위한 특수바지선(Barge)을 건조해서, 일본 여러 곳에 상기와 같은 심해수(심층수) 흡입·취수시설들을 건설한 바 있다.
상기한 동력을 투입하지 않고 즉 펌핑(Pumping)하지 않고 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 심해수를 흡입·취수하는 시스템 및 방법에서, 흡입력은 상기 배수구(Outlet) 쪽 심해수 흡입관에 들어있는 심해수가 중력낙하 함으로 인해 발생된다. 즉, 상기 심해수 흡입관의 직경 등 여타 조건들이 정해지고 대기 중으로 배수되는 경우, 심해수가 중력낙하 하는 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)와 해수면(Sea Level) 간의 연직거리에 의해 흡입유량(Suction Flow Rate)이 결정된다.
그런데, 상기와 같이 심해수가 중력낙하 함으로 인해 발생된 흡입력 가운데 상당 부분은 흡입관 안에서 발생되는 마찰(Friction)과 흡입구(Intake)에서 발생되는 교류(Turbulence) 등으로 인해 소모된다. 예컨대, 흡입관의 길이가 수km에 달할 경우 흡입관의 제반 조건에 따라서는 상기와 같이 심해수의 중력낙하로 인해 발생된 흡입력 가운데 90％가 마찰과 교류 등으로 인해 소모되어 버리고, 나머지 10％만이 흡입유량(Suction Flow Rate)을 결정하는데 기여할 수 있다.
따라서 상기와 같은 경우, 높은 수준의 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)을 확보하기 위해선 마찰과 교류 등으로 인해 소모되는 부분을 감안하여, 심해수가 중력낙하 하는 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)와 해수면(Sea Level) 간의 연직거리를 충분하게(예, 80m) 확보해야 한다.
상기한 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 이용하는 통상의 시스템 및 방법에서, 상기와 같이 심해수가 중력낙하 하는 상기 심해수 흡입관의 배수구와 해수면 간의 연직거리를 충분하게 확보하기 위해서는 상기 사이펀 탱크를 가능한 한 깊게 건설하고, 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)를 가능한 한 해수면 보다 낮게 상기 사이펀 탱크 안에 삽입·설치해야 한다. 하지만 상기 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 깊게 건설하는 데는 기술 및 비용에 있어 한계가 있을 수밖에 없다.
이에, 동해와 근거리에 있는 지역들에서 상기 이지에스·심해수 지열발전소들을 성공적으로 건설·개척하며 운용해나가기 위해서는, 상기한 난제를 해결해서, 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 이용하는 통상의 시스템 및 방법에 비해, 보다 더 비용효과적으로 심해수 흡입유량(Suction Flow Sate)을 높일 수 있는 수단과 방법의 창출이 요구되고 있다.
본 발명은 이상의 필요성에 따라 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 동해(東海)와 근거리에 있는 지역들에 건설되는 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)들에서 냉원(Heat Sink)으로 이용하는 심해수를 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 흡입·취수하여 공급하는 시설을 건설하는데 있어서, 통상의 시스템 및 방법에 비해 보다 더 비용효과적으로 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)을 높일 수 있는 건설시스템 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, 건설공사비를 최소화할 수 있는 시스템과 방법을 탐색해오던 중, 지열수 생산정(Production Well)의 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치하는 공법에 따라 필요한 직경과 깊이로 해안선에 가까운 위치에 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)을 건설하고, 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 심해수를 흡입·취수하는 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)의 배수구(Outlet)를 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)에 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 깊이까지 삽입하여 설치함으로써, 상기한 목적을 달성할 수 있다는 결론과 함께 본 발명에 이르게 되었다.
여기서, 지열수 생산정(Production Well)에 써휘스케이싱(Surface Casing) 등 각종 케이싱(Casing)들을 설치하는 공법을 간략히 살펴본다.
제일 먼저 컨덕터파이프(Conductor Pipe or Casing)를 설치한다. 컨덕터파이프는 표토층 내지 미고결층을 차단하기 위한 것으로서, 육상에서는 지하 수m 내지 수십m 깊이로 필요한 대구경 파이프를 삽입하고 시멘팅(Cementing)하게 된다. 컨덕터파이프(Conductor Pipe)는 오거(Auger), 소형시추기, 항타기(Pile Driver) 또는 시추리그(Drilling Rig)를 사용하여 설치할 수 있다.
다음으로, 중소형시추기 또는 시추리그(Drilling Rig)를 사용하여 상기 설치된 컨덕터파이프를 통해 필요한 깊이까지 시추하고 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치한다. 써휘스케이싱(Surface Casing)은 지하수층을 차단하고, 또한 압력통제장치들(BOP 등)을 설치해서 압력을 통제할 수 있게 하며, 또한 시추에 장애가 되는 지층들을 차단하고, 또한 후속 케이싱(Casing)들을 설치하는 지지대로 이용하기 위한 것으로서, 육상에서는 지하 수십m 내지 수백m 정도 필요한 깊이까지 필요한 구경의 케이싱(Casing)을 삽입하고 시멘팅(Cementing)하게 된다.
다음으로, 시추리그(Drilling Rig)를 사용하여 상기 설치된 써휘스케이싱(Surface Casing)을 통해 시추를 진행하면서, 필요한 수의 중간케이싱(Intermediate Casing)들을 설치할 수 있고, 마지막에 생산케이싱(Production Casing)을 설치하고 지열수 생산정(Production Well)으로 완결(Completion)하게 된다.
본 발명은, 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 심해수를 흡입·취수하는 통상의 시스템 및 방법에서 이용하는 사이펀 탱크(Siphon Tank) 대신에, 상기와 같은 지열수 생산정의 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치하는 공법에 따라, 필요한 직경과 깊이로 해안선에 가까운 위치에 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)을 건설하고, 상기와 같이 건설된 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well) 안에 사이펀의 원리를 이용해서 심해수를 흡입·취수하는 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)의 배수구(Outlet)를 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Sate)이 확보되는 깊이까지 삽입하여 설치함으로써, 통상의 시스템 및 방법에 비해 훨씬 더 비용효과적으로 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)을 높일 수 있게 하였다.
또한 본 발명은, 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 케이싱(Casing)을 해수(Sea Water)에 대한 내식성(耐蝕性)을 지닌 케이싱(Casing)으로 설치함으로써, 상기 케이싱(Casing)의 부식을 방지하였다.
또한 본 발명은, 상기 심해수 사이펀 웰의 케이싱(Casing)을 단열 시멘팅(Cementing)함으로써, 지열로 인한 심해수의 온도상승을 최소화하였다.
또한 본 발명은, 대략 해안선을 통과하는 상기 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)의 최고점(Crest)을 가능한 한 해수면(Sea Level)보다 낮게 설치함으로써, 통상의 사이펀(Siphon)에서 흡입을 중단하였다가 다시 개시할 때 필요하게 되는 발동작업(Priming)을 필요없게 하였다.
또한 본 발명은, 상기 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)의 배수구(Outlet)보다 필요한 거리만큼 더 깊은 위치에 심해수 양수관(Lift Pipe)의 흡입구(Intake)를 설치하고, 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 수위(Water Level)가 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 선으로 유지되도록 양수(Lifting)를 계속하면서 상기 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 상기 심해수를 공급하도록 하였다.
그에 따라, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열원(Heat Source)으로는 이지에스(EGS)를 조성해서 생산되는 지열수를 이용하고, 냉원(Heat Sink)으로는 저온의 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 이용하는 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 상기 심해수를 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 흡입·취수하여 공급하는 시설을 건설하는 시스템 및 방법에 있어서, 지열수 생산정(Production Well)의 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치하는 공법에 따라, 필요한 직경과 깊이로 해안선에 가까운 위치에 건설되되, 해수에 대한 내식성을 지닌 케이싱(Casing)으로 설치되고, 또한 단열 시멘팅(Cementing)되는 해당 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well); 하기 심해수 흡입관의 흡입구(Intake)는 심해저에 설치되고, 하기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)는 상기 심해수 사이펀 웰에 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 깊이까지 삽입되어 설치되며, 하기 심해수 흡입관의 최고점(Crest)이 가능한 한 해수면(Sea Level)보다 낮게 설치되어, 심해수를 흡입·취수하는 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe); 및 하기 심해수 양수관의 흡입구(Intake)가 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)보다 필요한 거리만큼 더 깊은 위치에 설치되고, 상기 심해수 사이펀 웰의 수위(Water Level)가 필요한 심해수 흡입유량이 확보되는 선으로 유지되도록 양수(Lifting)를 계속하면서, 상기 이지에스·심해수 지열발전소에 상기 심해수를 공급하는 심해수 양수관(Lift Pipe);으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기한 건설시스템 및 방법에 따라 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)을 건설하여 심해수를 흡입·취수해서 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 공급함으로써, 통상의 시스템 및 방법에서 이용하는 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 건설하는 경우에 비해 수배 이상 더 깊게 필요시 100m 이상 깊이로까지도 별 어려움 없이 건설할 수 있게 만들어 그만큼 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)을 높일 수 있게 만들고, 또한 단위 깊이 당 공사비도 현저히 줄일 수 있게 만들며, 또한 심해수로 인해 발생될 수 있는 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 부식을 방지할 수 있게 만들고, 또한 지열로 인한 심해수의 온도상승을 최소화할 수 있게 만들며, 또한 통상의 사이펀(Siphon)에서 필요하게 되는 발동작업(Priming)이 필요없게 만들어, 총체적으로 사이펀 탱크를 이용하는 통상의 시스템 및 방법에 비해 훨씬 더 비용효과적으로 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)을 높일 수 있게 만드는 효과를 제공한다.
그에 따라 본 발명은, 상기 효과를 통해서, 우리 국토에서 그만큼 더 많은 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)들을 건설해서 지열발전을 펼쳐, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시킴으로써, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄이게 만드는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 예를 개략적으로 보인 단면 설명도이다.
사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 심해수를 흡입·취수하는 통상의 시스템 및 방법에서는, 해안지역에 해수면보다 낮게 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 건설하고, 심해수 흡입관(Suction Pipe)의 흡입구(Intake)를 심해저에 설치하고, 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)는 상기 사이펀 탱크에 삽입·설치하는데, 본 발명의 건설시스템 및 방법은, 도 1에 보인 예와 같이, 상기 사이펀 탱크 대신에 지열수 생산정의 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치하는 공법에 따라 필요한 직경과 깊이로 해안지역에 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)을 건설하고, 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)를 상기 심해수 사이펀 웰 안에, 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 깊이까지, 삽입하여 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 건설시스템 및 방법은, 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 케이싱(Casing)을 해수(Sea Water)에 대한 내식성(耐蝕性)을 지닌 케이싱(Casing)으로 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 건설시스템 및 방법은, 상기 심해수 사이펀 웰의 케이싱(Casing)을 단열시멘트로 시멘팅(Cementing)하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 건설시스템 및 방법은, 대략 해안선을 통과하는 상기 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)의 최고점(Crest)을 가능한 한 해수면(Sea Level)보다 낮게 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 건설시스템 및 방법은, 도 1에 보인 예와 같이, 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)보다 필요한 거리만큼 더 깊은 위치에 심해수 양수관(Lift Pipe)의 흡입구(Intake)를 설치하고, 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 수위(Water Level)가 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 선으로 유지되도록 양수(Lifting)를 계속하면서 상기 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 상기 심해수를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 건설시스템 및 방법을 이용하여 다음과 같이 해당 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)의 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)을 건설한다.
(1) 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)을 설계한다. 해안선에 가까운 해당 위치의 지하 및 지상의 제반조건들을 조사·분석하고, 해당 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 필요한 심해수 공급유량(Supply Flow Rate)을 충족시킬 수 있는 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)들을 비롯하여 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)을 확보할 수 있는 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)들의 직경과 깊이를(예, 직경 90cm, 깊이 100m) 설계한다.
필요에 따라서는 1개의 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)에 2개 이상의 심해수 흡입관들을 삽입·설치할 수 있고, 해당 이지에스·심해수 지열발전소의 용량에 따라 2개 이상의 심해수 사이펀 웰들을 건설할 수 있다.
(2) 컨덕터파이프(Conductor Pipe)를 설치한다. 해당 위치의 지하 및 지상의 제반조건들 및 상기와 같이 설계된 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 직경과 깊이에 적합한 컨덕터파이프(Conductor Pipe)의 직경과 깊이를 정하고, 지열수(Geothermal Fluid) 생산정(Production Well)의 컨덕터파이프(Conductor Pipe)를 설치하는 공법에 따라, 상기 컨덕터파이프를 비용효과적으로 설치할 수 있는 장비, 예컨대 오거(Auger), 항타기(Pile Driver) 또는 소형시추기를 동원하여 설치한다. 후속 설치될 심해수 사이펀 웰의 케이싱(Casing)을 설치할 중소형시추기로 상기 컨덕터파이프(Conductor Pipe)를 설치할 수도 있다.
(3) 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 케이싱(Casing)을 설치한다. 지열수 생산정(Production Well)의 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치하는 공법에 따라, 적합한 중소형시추기를 동원하여, 상기 설치된 컨덕터파이프(Conductor Pipe)를 통해 설계된 깊이까지 시추하고, 설계된 직경과 깊이의 상기 심해수 사이펀 웰의 케이싱(Casing)을 설치하되, 상기 케이싱(Casing)은 해수(Sea Water)에 대한 내식성(耐蝕性)을 지닌 화이버글라스케이싱(Fiber Glass Casing)이나 내식코팅(Anti-Corrosion Coating)처리된 케이싱(Casing) 등으로 설치하여, 심해수로 인해 발생될 수 있는 상기 케이싱(Casing)의 부식을 방지한다. 예컨대, 엔오비(NOV: National Oilwell Varco)는 최대 직경 180cm에 이르는 다양한 직경의 화이버글라스케이싱(Fiber Glass Casing)들을 제작하고 있다.
또한, 상기 케이싱(Casing)은 단열(斷熱)시멘트로, 예컨대 진주암(Perlite)을 혼합한 시멘트 등으로 필요한 단열이 확보되도록 시멘팅(Cementing)하여, 지열로 인한 상기 심해수 사이펀 웰 안에 담겨있는 심해수의 온도상승을 최소화한다.
(4) 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)을 설치한다. 상기 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)의 흡입구(Intake)를 심해저(예, 수심 200m)에 설치하고, 도 1에 보인 예와 같이, 대략 해안선을 통과하게 되는 상기 심해수 흡입관의 최고점(Crest)을 가능한 한 해수면(Sea Level)보다 낮게 설치함으로써, 통상의 사이펀(Siphon)에서 흡입을 중단하였다가 다시 개시할 때 필요하게 되는 발동작업(Priming)을 필요없게 만든다. 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)는 상기 심해수 사이펀 웰 안에, 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 깊이까지, 삽입하여 설치한다.
필요시 상기 심해수 사이펀 웰에 하기 심해수 양수관(Lift Pipe)을 먼저 설치한 후에 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)를 삽입·설치한다.
(5) 심해수 양수관(Lift Pipe)을 설치한다. 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 직경과 깊이 및 계획된 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate) 등 제반조건들을 분석하여 필요한 직경과 깊이의 심해수 양수관 및 필요한 용량의 적합한 양수시스템(예, 제트펌프[Jet Pump], 라인샤프트펌프[Line Shaft Pump] 등)을 선정하고, 상기 심해수 양수관과 연계하여 상기 양수시스템을 설치하되, 도 1에 보인 예와 같이, 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)보다 필요한 거리만큼 더 깊은 위치에 상기 심해수 양수관의 흡입구(Intake)를 설치하고, 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 수위(Water Level)가 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 선으로 유지되도록 양수(Lifting)를 계속하면서, 상기 이지에스·심해수 지열발전소에 상기 심해수를 공급한다.
필요에 따라서는 1개의 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)에 2개 이상의 심해수 양수관(Lift Pipe)들을 설치할 수 있다.
상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)들은 대부분 바닷가 등 해안선에 가까운 위치에 건설되므로, 특허문헌 11에 개시된 "공유수면 바닷가를 활용한 이지에스·심해수 지열발전소 건설시스템 및 방법"에서와 같이, 상기 심해수 사이펀 웰의 시설이 지상에 노출되는 부분을 최소화하는 것이 바람직하다.
특허문헌 1에 개시된 "심해수를 이용한 바이너리 지열발전방법"에 따라 열원(Heat Source)으로는 인공적으로 이지에스(EGS)를 조성하는 대신에 천연 지열수를 이용하고, 냉원(Heat Sink)으로는 심해수(Deep Sea Water)를 이용하는 지열발전소의 경우에도, 본 발명의 건설시스템 및 방법은 그대로 적용된다.
상기한 시스템 및 방법에 따라, 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)을 건설해서 심해수를 흡입·취수하여 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 공급함으로써, 통상의 시스템 및 방법에서 이용하는 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 건설하는 경우에 비해 수배 이상 더 깊게 필요시 100m 이상 깊이로까지도 별 어려움 없이 건설할 수 있어 그만큼 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)을 높일 수 있게 되며, 또한 단위 깊이 당 공사비도 현저히 줄일 수 있게 되고, 또한 심해수로 인해 발생될 수 있는 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 부식을 방지할 수 있으며, 또한 지열로 인한 심해수의 온도상승을 최소화할 수 있고, 또한 통상의 사이펀(Siphon)에서 흡입을 중단하였다가 다시 개시할 때 필요하게 되는 발동작업(Priming)이 필요없게 되어, 총체적으로 사이펀 탱크(Siphon Tank)를 이용하는 통상의 시스템 및 방법에 비해 훨씬 더 비용효과적으로 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)을 높일 수 있게 된다.
그에 따라 본 발명은, 상기 효과를 통해서, 우리 국토에서 그만큼 더 많은 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)들을 건설해서 지열발전을 펼쳐, 순수국산에너지만으로 생산해내는 전력의 량을 증대시킴으로써, 우리나라의 에너지자급률을 높이고, 그만큼 에너지 수입과 온실가스 배출을 줄이게 만드는 효과를 제공한다.
1 : 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)
2 : 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 흡입·취수하는 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)
3 : 상기 심해수 흡입관의 최고점(Crest)
4 : 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)
5 : 해저면(Sea Bed)
6 : 해수면(Sea Level)
7 : 지표면(地表面)
8 : 심해수 양수관(Lift Pipe)
9 : 상기 심해수 양수관의 흡입구(Intake)
10 : 상기 심해수 사이펀 웰의 수위(Water Level)
11 : 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 상기 심해수를 공급하는 심해수 공급관
2 : 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 심해수(DSW: Deep Sea Water)를 흡입·취수하는 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe)
3 : 상기 심해수 흡입관의 최고점(Crest)
4 : 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)
5 : 해저면(Sea Bed)
6 : 해수면(Sea Level)
7 : 지표면(地表面)
8 : 심해수 양수관(Lift Pipe)
9 : 상기 심해수 양수관의 흡입구(Intake)
10 : 상기 심해수 사이펀 웰의 수위(Water Level)
11 : 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 상기 심해수를 공급하는 심해수 공급관
Claims (1)
- 이지에스·심해수 지열발전소(EGS·DSW Power Plant)에 사이펀(Siphon)의 원리를 이용해서 심해수를 흡입·취수하여 공급하는 시설을 건설하는 시스템 및 방법에 있어서,
지열수 생산정(Production Well)의 써휘스케이싱(Surface Casing)을 설치하는 공법에 따라, 필요한 직경과 깊이로 해안선에 가까운 위치에 건설되되, 해수에 대한 내식성을 지닌 케이싱(Casing)으로 설치되고, 또한 단열 시멘팅(Cementing)되는 해당 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well);
하기 심해수 흡입관의 흡입구(Intake)는 심해저에 설치되고, 하기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)는 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)에 필요한 심해수 흡입유량(Suction Flow Rate)이 확보되는 깊이까지 삽입되어 설치되며, 하기 심해수 흡입관의 최고점(Crest)이 가능한 한 해수면(Sea Level)보다 낮게 설치되어, 심해수를 흡입·취수하는 심해수 흡입관(DSW Suction Pipe); 및
하기 심해수 양수관의 흡입구(Intake)가 상기 심해수 흡입관의 배수구(Outlet)보다 필요한 거리만큼 더 깊은 위치에 설치되고, 상기 심해수 사이펀 웰(DSW Siphon Well)의 수위(Water Level)가 필요한 심해수 흡입유량이 확보되는 선으로 유지되도록 양수(Lifting)를 계속하면서, 상기 이지에스·심해수 지열발전소에 상기 심해수를 공급하는 심해수 양수관(Lift Pipe);으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 건설시스템 및 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110012722A KR20110023871A (ko) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 건설시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110012722A KR20110023871A (ko) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 건설시스템 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110023871A true KR20110023871A (ko) | 2011-03-08 |
Family
ID=43931835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110012722A KR20110023871A (ko) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 건설시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20110023871A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107989589A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-05-04 | 青海九0六工程勘察设计院 | 一种提高干热岩压裂后换热效率的方法 |
| WO2018092979A1 (ko) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | 동아대학교 산학협력단 | 해수침투 저감을 위한 무동력 해수양수 시스템, 및 이 시스템에서의 관정의 최적화 설계를 위한 장치 및 방법 |
-
2011
- 2011-02-14 KR KR1020110012722A patent/KR20110023871A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018092979A1 (ko) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | 동아대학교 산학협력단 | 해수침투 저감을 위한 무동력 해수양수 시스템, 및 이 시스템에서의 관정의 최적화 설계를 위한 장치 및 방법 |
| KR20180054995A (ko) * | 2016-11-15 | 2018-05-25 | 동아대학교 산학협력단 | 해수침투 저감을 위한 무동력 해수양수 시스템, 및 이 시스템에서의 관정의 최적화 설계를 위한 장치 및 방법 |
| US10815648B2 (en) | 2016-11-15 | 2020-10-27 | Dong-A University Research Foundation for Industry-Academy Corporation | Non-powered seawater pumping system for reducing seawater intrusion, and apparatus and method for optimal design of well in the same system |
| US11680390B2 (en) | 2016-11-15 | 2023-06-20 | Dong-A University Research Foundation For Industry-Academy Cooperation | Non-powered seawater pumping system for reducing seawater intrusion, and apparatus and method for optimal design of well in the same system |
| CN107989589A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-05-04 | 青海九0六工程勘察设计院 | 一种提高干热岩压裂后换热效率的方法 |
| CN107989589B (zh) * | 2017-11-28 | 2019-12-03 | 青海九0六工程勘察设计院 | 一种提高干热岩压裂后换热效率的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3114349B1 (en) | Process and system for producing geothermal power | |
| CN111271035B (zh) | 天然气水合物开采井结构 | |
| US7615882B2 (en) | Utilizing aquifer pressure to generate electrical energy | |
| CN112197448B (zh) | 地热开发系统 | |
| CN103717831A (zh) | 用于采收碳氢化合物的设备和方法 | |
| JP2010540827A (ja) | 水力発電揚水貯蔵 | |
| US11053927B2 (en) | Underground energy generating method | |
| EA031016B1 (ru) | Способ добычи углеводородов с использованием каверн | |
| KR101944023B1 (ko) | 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치 | |
| CN108386196A (zh) | 海底可燃冰的开采系统及开采方法 | |
| US20190334412A1 (en) | Energy generation from a double wellbore | |
| CN207348532U (zh) | 一种基于水平对穿技术的温泉井全回灌循环系统 | |
| KR20110023871A (ko) | 이지에스·심해수 지열발전소의 심해수 사이펀 웰 건설시스템 및 방법 | |
| CN102278116B (zh) | 冬季寒冷地区制作地下冷冻墙装置及制作冷冻墙的方法 | |
| CN203978273U (zh) | 碳酸盐岩及硬质岩石地埋管钻孔及灌浆装置 | |
| JPH1113039A (ja) | 河川の水の貯水装置 | |
| KR20130133991A (ko) | 고심도용 지중 열교환기 그라우팅 장치 및 방법 | |
| RU2431015C1 (ru) | Деривационная скважинная гидроэлектростанция | |
| CN201158823Y (zh) | 可回收式冲击钻钢管降水井 | |
| KR101303575B1 (ko) | 대구경 천공을 활용한 혼합형 지열시스템 및 그 시공방법 | |
| EP2102490A1 (en) | Geothermal energy system | |
| CN202734354U (zh) | 渗透式海水源热泵系统 | |
| CN103924632A (zh) | 大口径辐射井加虹吸井的复合取水工艺及装置 | |
| RU2377436C1 (ru) | Скважинная гидроаккумулирующая электростанция | |
| RU2371638C1 (ru) | Скважинная система теплоснабжения с подземным теплогидроаккумулированием |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20130801 Effective date: 20150224 |