KR20180013355A - 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템 - Google Patents
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Abstract
인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템은 지표면에 펌프시스템과 발전플렌트가 구비되어 전력을 생산하는 것으로, 상기 펌프시스템과 연결된 상태로 지표면으로부터 심부에 위치하는 지열회수층까지 연장되고, 상기 펌프시스템으로부터 공급되는 물을 상기 지열회수층에 공급하여 상기 지열회수층의 지열을 통해 가열된 지열수로 인공저류층을 형성하는 공급부와, 상기 공급부와 이격된 상태를 이루면서 지표면으로부터 상기 지열회수층까지 시추되고, 상기 펌프시스템의 작동을 통해 상기 인공저류층의 지열수를 상기 발전플렌트로 회수하는 수직생산정과, 상기 수직생산정의 단부에서 상기 공급부의 단부를 향해 시추되면서 상기 수직생산정으로 회수되는 지열수의 회수경로를 제공하고, 상기 공급부를 중심으로 복수를 이루면서 방사상으로 형성되어 상기 인공저류층에 회수경로를 확장시키는 방사형다운홀을 포함하여 구성된다.
이에 따르면, 인공저류층 지열방식에서 주입정과 생산정에 각각 설치되는 수평정을 생산정에는 설치할 필요가 없어 초기 제반 비용이 감소하고, 생산정의 단부에서 방사상으로 퍼져 형성되는 방사형다운홀이 생산정으로 유입되는 지열수의 연결성을 향상시켜 생산정으로 유입되지 못하는 지열수의 손실양을 최소화함으로 발전효율을 극대화 시켜 전력생산의 효율을 높이는 효과가 있다.
이에 따르면, 인공저류층 지열방식에서 주입정과 생산정에 각각 설치되는 수평정을 생산정에는 설치할 필요가 없어 초기 제반 비용이 감소하고, 생산정의 단부에서 방사상으로 퍼져 형성되는 방사형다운홀이 생산정으로 유입되는 지열수의 연결성을 향상시켜 생산정으로 유입되지 못하는 지열수의 손실양을 최소화함으로 발전효율을 극대화 시켜 전력생산의 효율을 높이는 효과가 있다.
Description
본 발명은 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공저류층 지열방식에서 생산정의 수평정을 설치하지 않으므로 초기 설비비를 절약하고, 생산정으로 유입되지 못하는 지열수의 손실양을 최소화함으로 발전효율을 높여 전력을 효율적으로 생산할 수 있는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지열발전시스템은 지하의 고온층에서 증기나 열수의 형태로 열을 받아들여 발전하는 방식으로 자연 상태에서 지열의 온도는 지하 100m 깊어질수록 평균 3℃ ~ 4℃ 가 높아지기 때문에 지표면으로부터 지하로 수 km를 굴착하여 고온의 물이나 암석 등이 가지고 있는 열에너지를 이용해 고온의 증기를 얻어 이것을 증기터빈에 유도하고 고속으로 터빈을 회전시켜서 이와 직결된 발전기에 의해 전력을 생산하는 것이다.
또한 지면 깊숙히 굴착되어 설치된 주입정에서는 지열수의 생산을 증가시키도록 단부에서 수압파쇄를 실시하며 수리자극(hydraulic stimulation)을 통해 지면의 심부에 인공저류층을 생성하며 인공저류층에 물을 주입시키고, 지면의 심부에 형성된 인공저류층에 주입된 물이 고온으로 인해 기화하며 기화된 지열수를 생산정을 통해 증기터빈으로 유도하여 발전시켜 전력을 생산하게 되는데, 이때 방사형으로 형성된 인공저류층에 유입된 지열수가 생산정으로 유입되지 못하고 손실되는 양이 많아 지열발전의 효율이 떨어지는 문제를 두고 고심하고 있는 실정이다.
그런데 현재 지면의 심부에 형성된 주입정을 통해 공급되는 물이 기화되어 지열수가 생성되고, 생성된 지열수가 생산정으로 유입될 때 인공저류층에 유입된 지열수의 손실되는 양을 최소화하여 발전 효율을 증가시키는 지열발전의 필요성이 대두하여, 이에대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
기존 지열발전시스템은 듀플렛(duplet) 타입 방식과 트리플렛(triplet) 타입 방식으로 나누어지는데, 듀플렛 타입의 방식은 하나의 주입정과 하나의 생산정을 구비하며 주입정의 다운홀(downhole)과 생산정의 다운홀이 인공저류층에 의해 상호 연결되어 지상의 펌프 및 발전 시스템에 의해 발전되어 전력을 생산하는 것으로, 하나의 생산정과 하나의 주입정만을 운용해 인공저류층의 지열수를 회수함으로 발전 효율이 떨어지며 인공저류층에 생성된 지열수가 생산정으로 유입되지 못하고 손실되는 양이 많아 지열발전의 효율이 떨어지는 어려움이 있다.
지열발전시스템의 종래 기술로서, 대한민국 등록특허 제 10-1190326호 (2012.10.05)를 통해 하나의 생산정과 3개의 주입정이 구비되며 생산정은 최상층의 인공저류층에 인접하고 하부의 인공저류층과는 오픈홀 구간으로 연결되어 지열수를 회수하며 각각의 주입정은 다층의 인공저류층에 각각 인접하되 인공저류층이 생성된 구간에 오픈홀을 형성하여 지열수의 생산량을 증가시키는 지열발전시스템이 제안된바 있다.
그러나, 이러한 지열발전시스템은 다수개의 주입정을 통해 인공저류층에서 생성되는 지열수의 양을 증가시키는 것에만 그칠 뿐, 수직으로 형성된 생산정은 지면의 심부에 방사형으로 형성된 인공저류층에서 생성되는 지열수를 손실 없이 효과적으로 회수하기에는 한계가 있어 지열발전 효율의 현저한 증가 효과를 기대하기는 어렵다.
그리고 인공저류층서 지열수의 생산량을 증가시키기 위해 지상으로부터 하나의 생산정과 세 개의 주입정을 모두 시추해야 함으로 심정의 시추 및 수리자극(hydraulic stimulation)을 위한 초기 제반 비용이 급증하는 경제적인 문제점이 있어 비효율적이다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 지하 3 ~ 5km에 인공저류층을 생성하여 생산되는 지열수의 생성을 위해 설치되는 수평정을 생산정에는 설치할 필요가 없어 초기 제반 비용이 감소하며 지열수가 생산정으로 유입되는 연결성을 향상시켜 지열수의 손실양을 최소화함으로 발전효율을 높여 전력을 효율적으로 생산할 수 있는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적은, 지표면에 펌프시스템과 발전플렌트가 구비되어 전력을 생산하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에 있어서, 상기 펌프시스템과 연결된 상태로 지표면으로부터 심부에 위치하는 지열회수층까지 연장되고, 상기 펌프시스템으로부터 공급되는 물을 상기 지열회수층에 공급하여 상기 지열회수층의 지열을 통해 가열된 지열수로 인공저류층을 형성하는 공급부와, 상기 공급부와 이격된 상태를 이루면서 지표면으로부터 상기 지열회수층까지 시추되고, 상기 펌프시스템의 작동을 통해 상기 인공저류층의 지열수를 상기 발전플렌트로 회수하는 수직생산정과, 상기 수직생산정의 단부에서 상기 공급부의 단부를 향해 시추되면서 상기 수직생산정으로 회수되는 지열수의 회수경로를 제공하고, 상기 공급부를 중심으로 복수를 이루면서 방사상으로 형성되어 상기 인공저류층에 회수경로를 확장시키는 방사형다운홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 공급부는, 상기 펌프시스템과 일측이 연결되고, 타측이 상기 지열회수층으로 시추되어 연장되는 수직주입정과, 상기 수직주입정의 단부에서 지면과 수평 또는 경사지게 시추되어 연장되며 상기 펌프시스템에서 유입되는 물을 상기 지열회수층에 공급하는 수평다운홀을 포함한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 수평다운홀은 단부에서 수압파쇄를 일으켜 수리자극에 의해 상기 지열회수층에 균열을 발생시키며 상기 균열로 인해 투수율을 갖는 인공저류층을 형성하고, 상기 펌프시스템에 의해 상기 수직생산정으로 지열수가 회수되도록 상기 인공저류층의 균열이 상기 방사형다운홀과 상호 연결된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 수직생산정은, 상기 공급부와 이격되어 일측이 상기 지열회수층까지 연장되며 타측이 상기 펌프시스템과 연결되고, 상기 수직생산정의 일측에서 상기 방사형다운홀이 형성되도록 상기 수직생산정의 단부가 상기 수평다운홀과 같은 심도의 위치에 형성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 방사형다운홀은 상기 수직생산정의 일측 단부에서 상기 공급부의 단부를 중심으로 상부, 하부, 좌측, 우측 방향으로 경사지게 시추되어 상기 공급부가 형성된 방향으로 연장된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 방사형다운홀은, 상기 공급부의 단부를 중심으로 상부, 하부, 좌측, 우측 방향으로 경사지게 시추되는 방사형다운홀이 상기 인공저류층의 균열과 상호 연결되어 상기 수직생산정으로 회수되는 지열수의 회수경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 공급부 및 수직생산정에서 연장되면서 상기 지열회수층과 다른 깊이를 갖는 또 다른 지열회수층에 형성되는 추가공급부, 추가수직생산정 및 추가방사형다운홀을 더 포함한다.
본 발명에 따르면 인공저류층 지열방식에서 주입정과 생산정에 각각 설치되는 수평정을 생산정에는 설치할 필요가 없어 초기 제반 비용이 감소하고, 생산정의 단부에서 방사상으로 퍼져 형성되는 방사형다운홀이 생산정으로 유입되는 지열수의 연결성을 향상시켜 생산정으로 유입되지 못하는 지열수의 손실양을 최소화함으로 발전효율을 극대화 시켜 전력생산의 효율을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에서 공급부의 시추 및 연결방법을 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에서 수직생산정 및 방사형다운홀의 시추 및 연결방법을 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에서 물과 지열수의 공급 및 회수과정을 나타내는 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에서 공급부의 시추 및 연결방법을 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에서 수직생산정 및 방사형다운홀의 시추 및 연결방법을 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에서 물과 지열수의 공급 및 회수과정을 나타내는 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며 이는 해당 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
또한, 하기에서 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.
후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템(1)은 지표면에 펌프시스템(3)과 발전플렌트(4)가 구비되어 전력을 생산하는 것으로 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 펌프시스템(3)과 연결된 상태로 지표면으로부터 심부에 위치하는 지열회수층(5)까지 연장되고, 상기 펌프시스템(3)으로부터 공급되는 물을 상기 지열회수층(5)에 공급하여 상기 지열회수층(5)의 지열을 통해 가열된 지열수로 인공저류층(40)을 형성하는 공급부(10)와, 상기 공급부(10)와 이격된 상태를 이루면서 지표면으로부터 상기 지열회수층(5)까지 시추되고, 상기 펌프시스템(3)의 작동을 통해 상기 인공저류층(40)의 지열수를 상기 발전플렌트(4)로 회수하는 수직생산정(20)과, 상기 수직생산정(20)의 단부에서 상기 공급부(10)의 단부를 향해 시추되면서 상기 수직생산정(20)으로 회수되는 지열수의 회수경로를 제공하고, 상기 공급부(10)를 중심으로 복수를 이루면서 방사상으로 형성되어 상기 인공저류층(40)에 회수경로를 확장시키는 방사형다운홀(30)을 포함한다.
여기서 공급부(10)는 굴곡부 및 절곡부의 굴착에 용이한 CTD(Coiled tubing drilling)를 이용해 지층에 ㄴ자 형태로 굴착하게 되는데, 이 공급부(10)는 지표면으로부터 지층의 심부에 위치한 지열회수층(5)까지 연장되는 것으로, 상기 공급부(10)는 지표면에 위치한 펌프시스템(3)에 연결된 상태로 지표면으로부터 심부에 위치하는 지열회수층(5)까지 연장되고, 상기 펌프시스템(3)으로부터 공급되는 물을 상기 지열회수층(5)에 공급하여 상기 지열회수층(5)의 지열을 통해 가열된 지열수로 인공저류층(40)을 형성하게된다.
상기 펌프시스템(3)은 지표면에 위치하여 물을 공급 및 회수하는 것으로, 지표면에 위치한 발전플렌트(4)와 상호 연결되며 압력을 이용해 상기 펌프시스템(3)에 저장된 물을 상기 공급부(10)에 공급하거나 상기 인공저류층(40)에 형성된 지열수를 하기에서 설명하려는 수직생산정(20)을 통해 회수하도록 구비된다.
상기 발전플렌트(4)는 상기 펌프시스템(3)과 상호 연결되어 상기 인공저류층(40)에 형성된 지열수가 지표면으로 회수되어 증기터빈(미도시)으로 유도되고, 상기 증기터빈이 고속으로 회전되어 상기 지열수가 유입되며 이와 직결된 발전플렌트(4)에 의해 전력을 생산하게된다.
상기 공급부(10)는 상기 지열회수층(5)에 물을 공급하기 위해 상기 지열회수층(5) 까지 시추되는 수직주입정(11)과 수평다운홀(12)을 포함하여 구성된다.
상기 수직주입정(11)은 상기 펌프시스템(3)과 연결되어 상기 지열회수층(5)으로 연장되는데, 이 수직주입정(11)은 상기 펌프시스템(3)의 물이 상기 인공저류층(40)에 공급되도록 지열회수층(5)까지 이동경로를 제공하는 것으로, 상기 수직주입정(11)은 일측이 지표면에 위치한 상기 펌프시스템(3)과 연결되고 타측이 상기 지열회수층(5)의 인공저류층(40)이 형성된 위치에 근접하여 수직되게 시추되어 연장된다.
상기 수평다운홀(12)은 상기 수직주입정(11)과 연결되어 상기 인공저류층(40)까지 연장되는데, 이 수평다운홀(12)은 상기 수직주입정(11)을 통해 공급되는 물이 상기 인공저류층(40)까지의 이동경로를 확보하여 상기 인공저류층(40)에 물을 공급하는 것으로, 상기 수평다운홀(12)은 일측이 상기 수직주입정(11)의 단부에 연결되고, 타측이 상기 수직주입정(11)의 단부에서 지면과 수평 또는 경사지게 시추되어 상기 인공저류층(40)까지 연장되며 상기 펌프시스템(3)으로부터 유입되는 물을 상기 인공저류층(40)에 공급하게 된다.
상기 수평다운홀(12)은 수리자극(hydraulic stimulation)에 의해 상기 지열회수층(5)에 균열을 발생시키는데, 이 수평다운홀(12)은 지열수를 발생시키기 위해 상기 인공저류층(40)의 균열을 증가시키고, 인공저류층(40)에 발생된 균열에 물을 공급하기 위한 것으로, 상기 수평다운홀(12)은 단부에서 수압파쇄를 일으켜 수리자극(hydraulic stimulation)에 의해 상기 지열회수층(5)에 균열을 발생시키며 상기 균열로 인해 투수율을 갖는 인공저류층(40)을 형성하고, 상기 수직생산정(20)을 통해 지열수가 회수되도록 상기 인공저류층(40)의 균열이 하기에서 설명하려는 방사형다운홀(30)과 상호 연결된다.
전술한 공급부(10)와 이격되어 수직생산정(20)이 구비되는데, 이 수직생산정(20)은 상기 인공저류층(40)의 지열수를 지표면에 위치한 발전플렌트(4)로 회수하는 것으로, 상기 수직생산정(20)은 상기 공급부(10)와 이격된 상태를 이루면서 일측이 지표면으로부터 상기 지열회수층(5)까지 시추되어 연장되고, 타측이 상기 발전플렌트(4)에 연결된 펌프시스템(3)에 연결되며 상기 펌프시스템(3)의 작동을 통해 상기 인공저류층(40)의 지열수를 상기 펌프시스템(3)과 연결된 발전플렌트(4)로 회수하는 이동경로를 제공한다.
상기 수직생산정(20)은 GPS를 이용해 상기 수직생산정(20)의 단부가 상기 수평다운홀(12)의 단부에 최대한 근접하게 위치하도록 지층의 굴착시 시추궤도 계산프로그램을 이용해 시추하며 상기 지열회수층(5)까지 연장된 일측의 단부에서 상기 인공저류층(40)의 균열과 상호 연결되는 방사형다운홀(30)이 형성되도록 상기 수직생산정(20)의 단부가 상기 수평다운홀(12)과 같은 심도의 위치에 형성된다.
전술한 수직생산정(20)의 일측 단부에는 방사형다운홀(30)이 형성되는데, 이 방사형다운홀(30)은 상기 인공저류층(40)의 지열수가 상기 수직생산정(20)으로 회수되기 위한 이동 경로를 제공하는 것으로, 상기 방사형다운홀(30)은 상기 수직생산정(20)의 일측 단부에서 상기 공급부(10)에 구비된 수평다운홀(12)의 단부를 향해 시추되면서 상기 수직생산정(20)으로 회수되는 지열수의 회수경로를 제공하기 위해 상기 인공저류층(40)의 균열과 상호 연결되고, 상기 공급부(10)에 구비된 수평다운홀(12)의 단부를 중심으로 복수를 이루면서 방사상으로 경사지게 시추되어 형성되므로 상기 인공저류층(40)에 형성되는 지열수의 회수경로를 확장시키게 된다.
한편 방사형다운홀(30)의 다른 실시예로서, 상기 방사형다운홀(30)은 상기 수직생산정(20)의 일측 단부에서 상기 공급부(10)에 구비된 수평다운홀(12)의 단부를 중심으로 목적된 방향성을 가지고 상부, 하부, 좌측, 우측 방향으로 경사지게 시추되어 상기 공급부(10)가 형성된 방향으로 연장된다.
상기 다른 실시예의 방사형다운홀(30)은 상기 수직생산정(20)으로 지열수를 회수하기 위해 상기 인공저류층(40)의 균열과 상기 공급부(10)에 구비된 수평다운홀(12)의 단부를 중심으로 상부, 하부, 좌측, 우측 방향으로 경사지게 시추되는 방사형다운홀(30)이 상호 연결되어 상기 인공저류층(40)에 형성된 지열수가 상기 수직생산정(20)으로 회수되는 이동경로를 제공한다.
한편, 공급부(10), 수직생산정(20) 및 방사형다운홀(30)의 구성은 전술한 바가 바람직하나 실시예에 따라서 상기 공급부(10) 및 수직생산정(20)은 지층의 심부로 더 연장되면서 상기 지열회수층(5)과 다른 깊이를 갖는 또 다른 지열회수층(5')에 추가공급부(10') 및 추가수직생산정(11')이 연장되어 구비되며 지층의 심부로 더 연장된 방향을 따라 추가방사형다운홀(30')이 연속되게 더 형성된다.
이와 같이 구성된 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일실시예에 따른 공급부(10)는 굴곡부 및 절곡부의 굴착에 용이한 CTD(Coiled tubing drilling)를 이용해 지층에 ㄴ자 형태로 굴착하는 것으로, 상기 공급부(10)는 지표면으로부터 지층의 심부에 위치한 지열회수층(5)까지 시추되어 연장되며 지표면에 위치한 상기 펌프시스템(3)으로부터 공급되는 물이 지열회수층(5)에 형성된 인공저류층(40)에 공급됨으로 지열을 통해 가열된 지열수가 전력을 생산하기 충분한 양으로 생성되어 상기 인공저류층(40)을 형성한다.
상기 공급부(10)는 지열회수층(5)에 형성된 인공저류층(40)까지 연장되는 수직주입정(11)과 상기 수직주입정(11)의 단부에서 상기 인공저류층(40)까지 지면과 수평 또는 경사지게 연장되는 수평다운홀(12)을 포함하는 것으로, 상기 펌프시스템(3)에 저장된 물이 상기 인공저류층(40)까지 원활하게 공급되도록 한다.
상기 수직주입정(11)은 상기 펌프시스템(3)과 연결되어 상기 지열회수층(5)에 형성된 인공저류층(40)까지 수직되게 시추되어 연장되며 상기 펌프시스템(3)의 물이 상기 수직주입정(11)에 안내되어 상기 인공저류층(40)에 공급될 수 있도록 상기 지열회수층(5)까지의 이동경로를 제공한다.
상기 수평다운홀(12)은 상기 수직주입정(11)의 단부에 연결되어 지면과 수평 또는 경사지게 시추되어 상기 인공저류층(40)까지 연장되는 것으로, 상기 수직주입정(11)을 통해 공급되는 물을 상기 인공저류층(40)에 공급할 수 있도록 이동경로를 제공한다.
상기 수평다운홀(12)은 단부에서 수압파쇄를 일으키며 상기 수압파쇄의 수리자극(hydraulic stimulation)에 의해 상기 지열회수층(5)에 균열을 발생시켜 투수율을 갖는 인공저류층(40)이 형성되는데, 상기 인공저류층(40)의 균열이 하기에서 설명하려는 방사형다운홀(30)과 상호 연결되며 상기 인공저류층(40)에 형성된 지열수가 균열을 통해 상기 방사형다운홀(30)을 경유하여 하기에서 설명하려는 수직생산정(20)으로 용이하게 이동될 수 있는 경로를 제공함으로 지열수가 이동될 수 있는 경로의 연결성을 향상시키고, 지열수의 회수량을 증가시키는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 수직생산정(20)은 상기 공급부(10)와 이격되어 지표면으로부터 상기 지열회수층(5)까지 시추되어 연장되는 것으로, 상기 지표면에 위치한 발전플렌트(4)와 펌프시스템(3)에 연결되고, GPS를 이용해 상기 수직생산정(20)의 단부가 상기 수평다운홀(12)의 단부에 최대한 근접하게 위치하도록 지층의 굴착시 시추궤도 계산프로그램을 이용해 지표면과 수직되게 시추하여 상기 수직생산정(20)의 단부가 상기 수평다운홀(12)과 같은 심도에 위치하도록 한다.
상기와 같이 형성된 수직생산정(20)은 인공저류층(40)에 형성된 지열수를 지표면으로 회수하는 이동경로를 제공하고, 상기 펌프시스템(3)의 압력을 통해 회수된 지열수를 상기 발전플렌트(4)로 유도한다.
본 발명의 일실시예에 따른 방사형다운홀(30)은 상기 수직생산정(20)의 단부에서 상기 수평다운홀(12)의 단부를 향해 시추되어 회수경로를 제공하고, 상기 수평다운홀(12)의 단부를 중심으로 복수를 이루며 방사상으로 시추되는 것으로, 상기 인공저류층(40)의 지열수를 회수하는 경로를 확장시키는 효과가 있고, 상기 인공저류층(40)에 형성된 지열수의 손실을 최소화하며 상기 수직생산정(20)으로 충분한 양의 지열수를 회수함으로 종래의 지열발전시스템(미도시)과 같이 복수개의 수직생산정(20)(미도시) 및 상기 수직생산정(20)에 각각 연결되는 수평생산정다운홀(미도시)을 구비할 필요가 없으므로 초기 제반 비용에 대한 경제적인 측면에서 뛰어난 효과가 있다.
한편 방사형다운홀(30)의 다른 실시예로서, 상기 방사형다운홀(30)은 상기 수직생산정(20)의 일측 단부에서 상기 공급부(10)에 구비된 수평다운홀(12)의 단부를 중심으로 목적된 방향성을 가지고 상부, 하부, 좌측, 우측 방향으로 경사지게 시추되며 상기 공급부(10)가 형성된 방향으로 연장되어 상기 인공저류층(40)의 균열과 상호 연결되는 것으로, 상기 인공저류층(40)에 형성된 지열수가 4개의 방향으로 회수되는 이동경로를 제공함으로 상기 인공저류층(40)의 지열수를 상기 발전플렌트(4)로 원활화게 회수한다.
한편 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템(1)은 전술한 바가 바람직하나 실시예에 따라서 상기 공급부(10) 및 수직생산정(20)이 지층의 심부로 더 연장되어 상기 지열회수층(5)과 다른 깊이를 갖는 또 다른 지열회수층(5')에 형성되는 추가공급부(10'), 추가수직생산정(20') 및 추가방사형다운홀(30')이 형성되는 것으로, 상기 공급부(10) 및 수직생산정(20)이 지층의 심부로 더 연장되는 방향을 따라 또 다른 지열회수층(5')에 상기 추가공급부(10'), 추가수직생산정(20') 및 추가방사형다운홀(30')이 연속되게 형성됨으로 상기 발전플렌트(4)로 회수되는 지열수의 양이 증가되어 전력 생산량을 증가시키는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템(1)을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
3 : 펌프시스템 4 : 발전플렌트
5 : 지열회수층 10 : 공급부
11 : 수직주입정 12 : 수평다운홀
20 : 수직생산정 30 : 방사형다운홀
40 : 인공저류층
5 : 지열회수층 10 : 공급부
11 : 수직주입정 12 : 수평다운홀
20 : 수직생산정 30 : 방사형다운홀
40 : 인공저류층
Claims (7)
- 지표면에 펌프시스템과 발전플렌트가 구비되어 전력을 생산하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템에 있어서,
상기 펌프시스템과 연결된 상태로 지표면으로부터 심부에 위치하는 지열회수층까지 연장되고, 상기 펌프시스템으로부터 공급되는 물을 상기 지열회수층에 공급하여 상기 지열회수층의 지열을 통해 가열된 지열수로 인공저류층을 형성하는 공급부;
상기 공급부와 이격된 상태를 이루면서 지표면으로부터 상기 지열회수층까지 시추되고, 상기 펌프시스템의 작동을 통해 상기 인공저류층의 지열수를 상기 발전플렌트로 회수하는 수직생산정; 및
상기 수직생산정의 단부에서 상기 공급부의 단부를 향해 시추되면서 상기 수직생산정으로 회수되는 지열수의 회수경로를 제공하고, 상기 공급부를 중심으로 복수를 이루면서 방사상으로 형성되어 상기 인공저류층에 회수경로를 확장시키는 방사형다운홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 공급부는,
상기 펌프시스템과 일측이 연결되고, 타측이 상기 지열회수층으로 시추되어 연장되는 수직주입정; 및
상기 수직주입정의 단부에서 지면과 수평 또는 경사지게 시추되어 연장되며 상기 펌프시스템에서 유입되는 물을 상기 지열회수층에 공급하는 수평다운홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 수평다운홀은 단부에서 수압파쇄를 일으켜 수리자극에 의해 상기 지열회수층에 균열을 발생시키며 상기 균열로 인해 투수율을 갖는 인공저류층을 형성하고,
상기 펌프시스템에 의해 상기 수직생산정으로 지열수가 회수되도록 상기 인공저류층의 균열이 상기 방사형다운홀과 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수직생산정은,
상기 공급부와 이격되어 일측이 상기 지열회수층까지 연장되며 타측이 상기 펌프시스템과 연결되고,
상기 수직생산정의 일측에서 상기 방사형다운홀이 형성되도록 상기 수직생산정의 단부가 상기 수평다운홀과 같은 심도의 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 방사형다운홀은 상기 수직생산정의 일측 단부에서 상기 공급부의 단부를 중심으로 상부, 하부, 좌측, 우측 방향으로 경사지게 시추되어 상기 공급부가 형성된 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템.
- 청구항 3 또는 5에 있어서,
상기 방사형다운홀은,
상기 공급부의 단부를 중심으로 상부, 하부, 좌측, 우측 방향으로 경사지게 시추되는 방사형다운홀이 상기 인공저류층의 균열과 상호 연결되어 상기 수직생산정으로 회수되는 지열수의 회수경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 공급부 및 수직생산정에서 지층의 심부로 더 연장되면서 상기 지열회수층과 다른 깊이를 갖는 또 다른 지열회수층에 형성되는 추가공급부, 추가수직생산정 및 추가방사형다운홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심부지열발전시스템 및 지열발전시스템.
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| KR1020160096944A KR20180013355A (ko) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템 |
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| KR1020160096944A KR20180013355A (ko) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | 인공저류층 지열방식을 통한 심부지열발전시스템 |
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Cited By (5)
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| KR20210082961A (ko) | 2019-12-26 | 2021-07-06 | 최종삼 | 마그마 챔버를 이용한 발전 시스템 |
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2016
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