하천-충적대수층계의 강변여과수를 열원으로 이용하는 지하수 열펌프 시스템의 계절별 입구온도와 효율성 평가

한찬(Chan Hahn),전재수(Jae-soo jeon),윤운상(Yoon-Sang Yoon),한혁상(Hyok-Sang Han),한정상(Jeong-Sang Hahn) 한국지열·수열에너지학회 2007 한국지열에너지학회논문집 Vol.3 No.2

Unconsolidated and permeable alluvial deposit composed of sand and gravel is distributed along the fluvial plain at the Iryong study area. Previous studies on the area show that a single alluvial well can produce at least 1,650m3d-1 of bank infilterated shallow groundwater(BIGW) from the deposit. This study is aimed to evaluate and simulate the influence that seasonal variation of water levels and temperatures of the liver have an effect on those of BIGW under the pumping condition and also to compare seasonal variation of COPs when indirectly pumped BIGW or directly pumped surface water are used for a water to water heat pump system as an heat source and sink using 3 D flow and heat transport model of Feflow. The result shows that the magnitude influenced to water level of BIGW by fluctuation of river water level in summer and winter is about 48% and 75% of Nakdong river water level separately. Seasonal change of river water temperature is about 23.7 ℃, on other hand that of BIGW is only 3.8℃. The seasonal temperatures of BIGW are ranged from minimum 14.5℃ in cold winter(january) and maximum 18.3℃ in hot summer(July). It stands for that BIGW is a good source of heat energy for heating and cooling system owing to maintaining quite similar temperature(16℃) of background shallow groundwater. Average COPh in winter time and COPc in surnmer time of BIGW and surface water are estimated about 3.95, 3.5, and about 6.16 and 4.81 respectively. It clearly indicates that coefficient of performance of heat pump system using BIGW are higher than 12.9% in winter time and 28.1% in summer time in comparision with those of surface water.

Application of reactive transport modeling to an in-situ test for the removal of groundwater iron and manganese in aquifer

한찬(Chan Hahn),이명재(Myeong-Jae Yi),장호준(Ho-June Jang) 대한지질학회 2016 지질학회지 Vol.52 No.3

지하수류가 밀폐형 천공 지중열교환기 성능에 미치는 영향(1)

한정상,한찬,윤운상,김영식,Hahn, Jeong Sang,Hahn, Chan,Yoon, Yun Sang,Kiem, Young Seek 한국지하수토양환경학회 2016 지하수토양환경 Vol.21 No.3

To analyze the influence of various groundwater flow rates (specific discharge) on BHE system with balanced and unbalanced energy loads under assuming same initial temperature (15℃) of ground and groundwater, numerical modeling using FEFLOW was used for this study. When groundwater flow is increased from 1 × 10⁻⁷ to 4 × 10⁻⁷m/s under balanced energy load, the performance of BHE system is improved about 26.7% in summer and 22.7% at winter time in a single BHE case as well as about 12.0~18.6% in summer and 7.6~8.7% in winter time depending on the number of boreholes in the grid, their array type, and bore hole separation in multiple BHE system case. In other words, the performance of BHE system is improved due to lower avT in summer and higher avT in winter time when groundwater flow becomes larger. On the contrary it is decreased owing to higher avT in summer and lower avT in winter time when the numbers of BHEs in an array are increased, Geothermal plume created at down-gradient area by groundwater flow is relatively small in balanced load condition while quite large in unbalanced load condition. Groundwater flow enhances in general the thermal efficiency by transferring heat away from the BHEs. Therefore it is highly required to obtain and to use adequate informations on hydrogeologic characterristics (K, S, hydraulic gradient, seasonal variation of groundwater temperature and water level) along with integrating groundwater flow and also hydrogeothermal properties (thermal conductivity, seasonal variation of ground temperatures etc.) of the relevant area for achieving the optimal design of BHE system.

하수처리장 방류수를 이용한 추적자 시험: 만경강 유역에 대한 사례 연구

김진삼,김강주,한찬,황갑수,박성민,이상호,오창환,박은규,Kim Jin-Sam,Kim Kang-Joo,Hahn Chan,Hwang Gab-Soo,Park Sung-Min,Lee Sang-Ho,Oh Chang-Whan,Park Eun-Gyu 한국해양학회 2006 바다 Vol.11 No.2

본 연구에서는 도시하수처리장 방류수를 하천연구용 추적자로 이용할 수 있는지 여부를 검토하였다. 이 같은 연구는 전주하수처리장 처리수 방류지점 하류 12 km구간에 대해서 수행 되었다. 연속 수질조사 결과 당 하수처리장 방류수의 수질은 조사기간 동안 비교적 넓은 범위에서 변화되고 있음이 관찰되었다. 특히 염소이온농도, 황산이온농도, 총양이온 농도, 전기전도도 등과 같은 변수들은 하수처리장 방류수에서의 수질변화 양상이 방류지점 하류의 관측지점들에서도 시간차이를 두고 순차적으로 관찰되었으며, 이러한 관측결과를 바탕으로 하천의 유속(v), 유량(Q), 수리분산계수(D) 값을 유추해 낼 수 있었다. 본 연구를 위해서는 1차원 비반응성 이산-분산 모델을 자동최적화 기법으로 역산하는 방법이 이용되었다. 이 같은 방법을 통하여 추산된 최하류 지점의 유량은 조사기간동안 6.4에서 $9.0m^3/sec$ 까지 변화되는 것으로 나타났으며, 유속은 조사구간내에서 0.06에서 0.10 m/sec까지, 수리분산계수는 0.7에서 $6.4m^2/sec$까지 변화되는 것으로 나타났다. 본 연구결과는 대도시의 대규모하수처리장이 수문연구에 적합한 추적자들을 제공해줄 수 있다는 점을 보여 주는 것이다. We investigated the possibility of using effluents from a municipal sewage treatment plant (STP) as tracers a tracer for hydrologic studies of rivers. The possibility was checked in a 12-km long reach downstream of Jeonju Municipal Sewage Treatment Plant (JSTP). Time-series monitoring of the water chemistry reveals that chemical compositions of the effluent from the JSTP are fluctuating within a relatively wide range during the sampling period. In addition, the signals from the plant were observed at the downstream stations consecutively with increasing time lags, especially in concentrations of the conservative chemical parameters (concentrations f3r chloride and sulfate, total concentration of major cations, and electric conductivity). Based on this observation, we could estimate the stream flow (Q), velocity (v), and dispersion coefficient (D). A 1-D nonreactive solute-transport model with automated optimization schemes was used for this study. The values of Q, v, and D estimated from this study varied from 6.4 to $9.0m^3/sec$ (at the downstream end of the reach), from 0.06 to 0.10 m/sec, and from 0.7 to $6.4m^2/sec$, respectively. The results show that the effluent from a large-scaled municipal STP frequently provides good, multiple natural tracers far hydrologic studies.

몽골의 심부 지열에너지 자원과 지열발전에 관한 연구

한정상(Jeongsang Hahn),윤운상(Yun Sang Yoon),김영식(Youngseek Kiem),한찬(Chan Hahn),박유철(Yu-Chul Park),목종구(Jong-Gu Mok) 한국지열·수열에너지학회 2012 한국지열에너지학회논문집 Vol.8 No.3

Mongolia has three(3) geothermal zones and eight(8) hydrogeothermal systems/regions that are, fold-fault platform/uplift zone, concave-largest subsidence zone, and mixed intermediate-transitional zone. Average temperature, heat flow, and geothermal gradient of hot springs in Arhangai located to fold-fault platform/uplift zone are 55.8℃, 60~110 ㎽/m2 and 35~50 ℃/㎞ respectively and those of Khentii situated in same zone are 80.5℃, 40~50 ㎽/m2, and 35~50 ℃/㎞ separately. Temperature of hydrothermal water at depth of 3,000 m is expected to be about 173~213°C based on average geothermal gradient of 35~50 ℃/㎞. Among eight systems, Arhangai and Khentii located in A type hydrothermal system, Khovsgol in B type, Mongol Altai plateau in C type, and Over Arhangai in D type are the most feasible areas to develop geothermal power generation by Enhanced Geothermal System (EGS). Potential electric power generation by EGS is estimated about 2,760 ㎾ at Tsenher, 1,752 ㎾ at Tsagaan Sum, 2,928 ㎾ at Khujir, 2,190 ㎾ at Baga Shargaljuut, and 7,125 ㎾ at Shargaljuut.

수주지열정(SCW)을 이용한 천부지열 냉난방시스템 설계지침

한정상,한혁상,한찬,김형수,전재수,Hahn, Jeong-Sang,Han, Hyuk-Sang,Hahn, Chan,Kim, Hyong-Soo,Jeon, Jae-Soo 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.5

For the reasonable use of low grade-shallow geothermal energy by Standing Column Well(SCW) system, the basic requirements are depth-wise increase of earth temperature like $2^{\circ}C$ per every 100m depth, sufficient amount of groundwater production being about 10 to 30% of the design flow rate of GSHP with good water quality and moderate temperature, and non-collapsing of borehole wall during reinjection of circulating water into the SCW. A closed loop type-vertical ground heat exchanger(GHEX) with $100{\sim}150m$ deep can supply geothermal energy of 2 to 3 RT but a SCW with $400{\sim}500m$ deep can provide $30{\sim}40RT$ being equivalent to 10 to 15 numbers of GHEX as well requires smaller space. Being considered as an alternative of vertical GHEX, many numbers of SCW have been widely constructed in whole country without any account for site specific hydrogeologic and geothermal characteristics. When those are designed and constructed under the base of insufficient knowledges of hydrgeothermal properties of the relevant specific site as our current situations, a bad reputation will be created and it will hamper a rational utilization of geothermal energy using SCW in the near future. This paper is prepared for providing a guideline of SCW design comportable to our hydrogeothermal system. 내 수문지열계 가운데 수주지열정(SCW)시스템을 합리적으로 설치이용할 수 있는 조건들은 심도별 지온증가율이 명확하고($2^{\circ}C/100m$심도), 기존의 지하수 열펌프가 필요로 하는 순환수의 유량에 비해 최소 $10{\sim}30%$의 중온의 심부지하수가 산출될 수 있어야 하며, 순환수를 공내로 재주입시 공내붕괴가 일어나지 않는 견고한 암석들이 존재 하여야 한다. 수주지열정의 1개공당 굴착심도는 평균 $400{\sim}500m$이며, 이로 부터 개발가능한 지열에너지는 공당 약 $30{\sim}40RT$ 규모인데 비해 1개 수직지중열교환기가 공급가능한 지열에너지는 $2{\sim}3RT$ 정도이다. 즉 수주지열정 1개공은 $10{\sim}15$개의 수직지중열교환기 역할을 한다. 따라서 이 방식은 수직루프 설치장소의 공간 문제를 해소할 수 있는 유일한 대안으로 인식되어, 현재 전국 각지에서 많은 수의 SCW들이 무분별 하게 비과학적으로 설치되고 있다. 이와 같이 해당지역 수문지열계의 수리 지질학적인 특성과 열적인 특성을 명확히 파악하지 않은 상태에서 수주지열정을 설계 시공하는 경우에 나타날 문제점들은 추후 합리적인 천부지열 개발 이용에 지대한 장애요인이 될 것이다. 따라서 본고는 국내 수문지열계에 적합한 수주지열정을 설계 하는데 있어 필요한 일종의 지침서를 제시하기 위해 작성되었다.

강변여과수와 천부 지하수를 이용하는 지하수 열펌프시스템의 적정유량

한정상,한혁상,한찬,전재수,김형수,Hahn, Jeong-Sang,Han, Hyuk-Sang,Hahn, Chan,Jeon, Jae-Soo,Kim, Hyong-Soo 대한자원환경지질학회 2007 자원환경지질 Vol.40 No.6

지하수열펌프시스템(GWHP)은 지원열펌프시스템(GSHP)가운데 성능이 가장 우수하며 저온의 천부지하수열을 이용하는 시스템이다. GWHP시스템은 지중연결 열펌프시스템(GCHP)에 비해 최대 블록부하와 전 시스템 성능에 부합되는 지하수유량을 기준으로 하여 설계를 하며 최적 지하수유량은 해당지역의 지하수온도, 판형열교환기의 규격과 전체펌프와 배관류의 전 양정고에 따라 결정한다. 대체적으로 전형적인 빌딩루프순환수의 필요유량은 1RT당 $9.5{\sim}11.4lpm$ 정도인데 비해 GWHP시스템이 필요로 하는 최적 지하수유량은 이보다 꿜씬 적은 $3.8{\sim}9.5lpm$정도이다. The groundwater heat pump system(GWHP) is one of the most efficient ground source heat pump system(GSHP) which uses low grade and shallow geothermal energy for cooling and heating purpose. The GWHP system shall be designed properly based on peak block load performance and optimum pumping rate of groundwater comparable to ground coupled heat pump system(GCHP). The optimum pumping rate depends on groundwater temperature at a specific site, size of plate heat exchanger, and total head loss occurred by whole system comprising pumps and pipings. The required optimum flow rates of the system per RT are ranged from 3.8 to 9.8lpm being less than the typical building loop flow of 9.5 to 11.4lpm.

제주도 지하수자원의 최적 개발가능량

한정상,한규상,김창길,김남종,한찬,Hahn, Jeong-Sang,Hahn, Kyu-Sang,Kim, Chang-Kil,Kim, Nam-Jong,Hahn, Chan 한국지하수토양환경학회 1994 지하수환경 Vol.1 No.1

제주도 지하수자원의 산출특성을 규명키 위하여 총 455개 기존관정의 자료를 전산처리하여 지역별 대수성 수리특성을 규명하였다. 제주도는 주로 현무암내에 협재된 화산쇄설층, crinker층과 현무암의 1 및 2차 유효공극이 주 대수대의 역할을 하며 이들은 기저, 준기저 및 상위대수층으로 구성되어 있다. 본도 대수층의 평균 투수량계수는 29,300 $m^2$/일이며 평 균 저유계수는 0.12로써 자유면 대수층을 이루고 있다. 종합적인 물수지 분석을 실시한 바 본도에 부존된 지하수 부존량은 약 440억 ㎥이고, 년평균 강수량은 33.9억 ㎥으로써 이 중 하천유출량은 6.38억㎥/년이며, 증발산량은 12.56억 ㎥/년(37%)이고 지하수함양량은 년평균 강수량의 44.1%에 해당하는 14.94억㎥이다. 본도에 부존된 지하수의 최적 개발가능량(sustainable yield) 을 각 지역별로 정량적으로 계산한 결과 그 양은 함양량의 41%에 해당하는 6.2억㎥/년(1,689,000 ㎥/일) 정도였으며 잔여 8.74억㎥/년(2,404,000㎥/일)은 해안이나 해저용천의 형태로 유출된다. 특히 최근에 실시한 심부 시추조사 자료에 의하면 EL-120$\pm$68m 부근에 저투수성 해성 퇴적층(일명 세화리층)이 분포되어 있는 것으로 판명되었으며 과거 서귀포층군으로 알려진 저투수성 퇴적층이 북서부와 서부 일원에서 EL-70m 부근에 널리 분포되어 있어 서귀포층군과 세화리층의 명확한 구분이 필요하다. 만일 이러한 저투수성 퇴적층이 제주도의 기저층을 이루는 경우 제주도 내에 부존된 지하수는 주로 준기저 지하수일 것이며 이는 제주도 지하수의 산출특성에 결정적인 영향을 미칠 것이다. The Hydrogeologic data of 455 water wells comprising geologic log and aquifer test were analyzed to determine hydrogeologic characteristics of the Cheju island. The groundwater. of the Cheju island is occurred in unconsolidated pyroclastic deposits and crinker interbedded in highly jointed basaltic and andesic rocks as high level, basal and parabasal types under unconfined condition. The average transmissivity and specific yield of the aquifer are at about 29,300㎡/day and 0.12 respectively, The total storage of groundwater is estimated about 44 billion cubic meters. Average annual precipitation is about 3,390 million ㎥ among which average recharge is estimated for 1,494 million ㎥ being equivalent 44.1% of total annual precipitation with 638 million ㎥ of runoff and 1,256 million ㎥ of evapotranspiration. Based on groundwater budget analysis, the sustainable yield is about 620 million ㎥(41% of annual recharge)and rest is discharging into the sea. The geologic logs of recently drilled thermal water wells indicate that very low-permeable marine sediments(Sehwa-ri formation) composed of loosely cemented sandy silt derived from mainly volcanic ashes at the 1st stage volcanic activity of the area is situated at the 120${\pm}$68m below sea level. Another low-permeable sedimentary rock called Seogipo-formation which is deemed younger than the former marine sediment is occured at the area covering north-west and western part of the Cheju island at the ${\pm}$70m below sea level. If these impermeable beds art distributed as a basal formation of fresh water zone of the Cheju island, the most of groundwater in the Cheju island will be para-basal type. These formations will be one of the most important hydrogeologic boundary and groundwater occurences in the area.

지중열 교환기와 빙축열조(Thermal Ice Storage)를 연계시킨 통합 지중열

ED. Lohrenz,한정상(Jeongsang Hahn),한혁상(Hyuk Sang Han),한찬(Chan Hahn),김형수(Hyoung Soo Kim) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.6

일반적으로 대규모 건물의 피크 냉방 부하는 난방부하보다 크다. 북위도의 한냉한 지역에 소재한 대규모건물의 냉난방 설비는 건물 내부에서 생성되는 발열량과 태양으로부터 획득되는 열량에 따라 좌우된다. 최대 냉방부하에 적합하도록 냉난방설비와 지중루프를 설치하는데 소요되는 비용은 일반적으로 초기투자비가 적게 드는 전통적인 HVAC시스템에 비해 다소 고가이다. 빙축열조(Thermal ice storage, TES)시스템은 과거 수년동안 일반 HVAC에서 냉동기의 용량을 축소시키거나 최대 전력부하 시간대를 바꾸기 위해 사용되어온 기술이다. 일반적으로 건물 난방을 위해서는 보일러와 같은 전통적인 난방설비를 이용하고 그 다음날의 건물냉방을 위해서는 전력료가 저렴한 야간에 빙축을 시키는 빙축열기법을 이용한다. 얼음에서 추출한 잠열 에너지의 장점을 이용하기 위해 설계된 분배시스템(distribution system)과 열원과 열배출원(열침, sink)대신에 지중열 교환기(지중루프)를 이용하면 많은 장점이 있다. 공간 난방과 급탕을 공급하기위한 분리형 설비를 별도로 사용하지 않아도 된다. 공간난방용으로 소요되는 설비용량을 축소시킬 수있으며-소요 지중열 교환기의 규격과 비용을 절감시킴은 물론 지열 HVAC시스템의 효율을 배가 시킬 수 있으며 온실가스 배출량을 대폭 감축시킬 수 있다. 또한 TES를 적용하면 대규모 건물의 냉난방부하와 열펌프의 용량을 40∼60%정도 감축시킬수 있으며 설비대수와 기계실 공간을 줄일수 있다. 뿐만아니라 피크 냉난방부하를 토대로 설계한 지원열펌프 시스템(Ground source heat pump system)의 지중루프를 1/4∼1/3까지 줄일수 있어 도심지역에서 지중루프를 설치할 때 장애요인인 지중루프 설치공간문제와 지중암석의 열적특성문제를 동시에 해결할수 있다. Peak cooling load of large buildings is generally greater than their peak heating load. Internal and solar heat gains are used for selection of adquate equipment in large building in cold winter climate like Canada and even Korea. The cost of geothermal heat exchanger to meet the cooling loads can increase the initial cost of ground source heat pump system to the extend less costly conventional system often chosen. Thermal ice storage system has been used for many years in Korea to reduce chiller capacity and shift peak electrical time and demand. A distribution system designed to take advantage of heat extracted from the ice, and use of geothermal loop (geothermal heat exchanger) to heat as an alternate heat source and sink is well known to provide many benifits. The use of thermal energy storage (TES) reduces the heat pump capacity and peak cooling load needed in large building by as much as 40 to 60% with less mechanical equipment and less space for mechanical room. Additionally TES can reduce the size and cost of the geothermal loop by 1/3 to 1/4 compared to ground coupled heat pump system that is designed to meet the peak heating and cooling load and also can eliminate difficuties of geothermal loop installation such as space requirements and thermal conditions of soil and rock at the urban area.

[논문 철회] 리튬 함유 고염수체(Brine Aquifer System)의 자원 평가 (2) (리튬광상의 가채량 조사와 산정방법)

한정상,이주현,이광진,한찬,안규천,Hahn, Jeongsang,Lee, Juhyun,Lee, Kwangjin,Hahn, Chan,Ahn, Gyucheon 한국지하수토양환경학회 2018 지하수토양환경 Vol.23 No.5

Recent development of lithium ion batteries for vehicles industries have led to a boom in lithium exploration and development for the new generation of batteries. One of the cheapest sources of lithium is the brines hosted in the aquifers of the arid intermontane-closed salar basins. Because the resource is a fluid, with the attendant problems of in-aquifer mixing, reorganization, and lower recovery factors compared with most metalliferous and industrial mineral deposits due to reliance on pumping of the brine from wells for extraction, existing codes for filing resource and reserve estimates require new approach for these prospects. Evaluation of brine resources is complex and requires participation of a variety of qualified experts such as hydrogeologists, geologists, geochemists and chemical engineers. The technical reports disclosing the results of these estimates should reflect the inputs of multi-disciplinary approaches. The requirements for brine resource and reserve evaluation, drawing on several examples from the experiences in the Central Andes are reviewed in this paper.