Experience and challenge of underground oil/gas storage caverns in Korea

Park, Eui-Seob,Chung, So-Keul Korean Institute of Mineral and Energy Resources E 2014 Geosystem engineering Vol.17 No.5

인공저류층 지열시스템(EGS) 연구사례

박의섭(Eui-Seob Park) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.6

최근 전 세계적으로 에너지 수급의 불안정 및 기후변화에 의한 이산화탄소 저감의 필요성으로 인하여 신재생에너지에 대한 중요성은 점차 증가하고 있다. 이러한 상황에서 지난 2010년 12월에 시작되어 진행 중인 한국 최초의 포항 인공지열 저류층 생성 기술 (Enhanced Geothermal System; EGS) 지열발전소 프로젝트는 국내 EGS 관련기술 발전에 새로운 계기가 될 것이다. 본 논문은 국내 EGS 실증사업에 일부분이라도 도움이 되고자 미국 Fenton Hill 및 일본 Hijiori 프로젝트 연구사례를 살펴보고, 이를 통해 기존 EGS 프로젝트의 성과와 한계를 습득함으로써 국내 EGS 프로젝트의 시행착오를 최소화하는데 도움이 되고자 한다. The importance of renewable energy has increased continuously due to the energy insecurity and the necessity of reducing carbon dioxide which is causing global climate change. In such a situation, the Pohang Enhanced Geothermal System (EGS) power plant project which is launched in December 2010 shall be a new opportunity for the development of EGS related technologies in Korea. In this paper, the case studies of Fenton Hill project in the USA and Hijiori project in Japan are introduced in order to help a part of the domestic EGS demonstration project. As a result, it could be helpful to minimize the trial and error of the domestic EGS project by acquiring the achievements and limitations of existing EGS projects.

역분석공학기법을 이용한 불연속면 분석 프로그램 개발

박의섭(Eui-Seob Park),천대성(Dae-Sung Cheon),정용복(Yong-Bok Jung),류창하(Changha Ryu),선우춘(Choon Sunwoo),최용근(Yongkun Choi),허승(Sung Heo) 한국암반공학회 2007 터널과지하공간 Vol.17 No.3

3차원 레이저 스캐너를 이용하여 사물의 형상을 측정하고, 이로부터 얻어진 데이터를 이용해서 측정된 사물의 형상을 재현하는 기술을 역분석공학이라고 한다. 최근 암반공학분야에서도 사람 손이 닿지 않는 암반사면이나 넓은 지역에 대한 신속한 불연속면 조사를 위해 이러한 역분석공학 기술을 응용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 기술을 이용하여 불연속면을 조사하고 분석하기 위해서는 레이저 스캐너로부터 얻어진 3차원 점군데이터를 처리하고 이로부터 불연속면을 추출하고 분석하는 프로그램이 필수적이다. 그러나 기존 프로그램들은 불연속면 조사에 필요한 기능을 충분히 갖추었다고 보기 어려운 실정이다. 따라서 이 연구에서는 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 암반면을 측정한 점군데이터로부터 불연속면을 추출하고 통계분석하는 일련의 과정을 자동화된 하나의 프로세스로 처리하는 프로그램을 개발하였으며, 개발된 프로그램을 암반 사면과 터널 벽면의 불연속면 조사에 적용하여 조사기법과 프로그램의 적용성을 검증하였다. 3차원 레이저를 이용한 불연속면 조사와 개발된 프로그램을 이용함으로써 부지 조사시 접근이 곤란한 지역의 조사 용이성이 증대될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 관련 기술의 국제적인 수준이 초보 단계인 것을 감안하면 앞으로 해외시장 선점 가능성도 클 것으로 기대된다. The technique, which reproduces the figures of objects from measured data of the objects using 3-D laser scanner, is called reverse engineering. Recently, research studies into applications of reverse engineering to rock engineering are increasing in number, in the discontinuity surveys for rock slopes out of man's reach, or rapid discontinuity surveys for wide range areas. For analysis of discontinuity using reverse engineering, a program for processing point clouds data from the 3-D laser scanner, for sampling from these point clouds data, and finally analyzing the discontinuity is needed. However, existing programs rarely have sufficient functions to properly analyze the discontinuities. In this study, a program was developed, which can automatically sample discontinuities from the point clouds data which measured in a rock slope using a 3-D laser scanner, and which can also undertake statistical analysis of the discontinuities. This developed program was verified by the application of discontinuity surveys in a rock slope and a tunnel. By undertaking the discontinuity survey using a 3-D laser scanner and the developed program, the feasibility and rapidity of such surveys is expected to improve in areas out of man's reach in geotechnical surveys. Taking into consideration the fact that the international level of related techniques is at a rudimentary stage, the possibility of prior occupation of a broad market is also expected.

해저터널 시공중 지반조건별 위험 시나리오 관리기법

박의섭(Eui-Seob Park),신희순(Hee-Soon Shin),신용훈(Yong-Hoon Shin),김택곤(Taek-Gon Kim) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.4

해저터널을 굴착할 때 다양한 지반조건에서 발생하는 기술적인 위험에 대한 원인 규명과 조치를 수립하기 위해서는 예상되는 위험 시나리오를 구성하는 것이 중요하다. 또한, 위험 시나리오를 분류할 때 터널 굴착노선 전반에 걸쳐 발생되는 시나리오와 일부 구간에 국한하여 발생되는 시나리오를 함께 고려함으로써 프로젝트관리 측면에서 체계적이고 조직적인 대응을 할 수 있는 논리적인 틀을 제공할 수 있다. 본 연구에서는 위험 시나리오에 대한 관리기법으로 프로젝트 위험 시나리오와 프로젝트 관리요소를 구성하고 파일럿 프로젝트를 선정하여 프로젝트 일정을 수립하였다. 특히 해저터널에서 예상되는 위험 시나리오를 일반 위험 시나리오와 특정 위험 시나리오로 분류하고 프로젝트 관리요소와 연계할 수 있는 개념을 도출하였다. In order to establish the causes and measures for technical risks that occur in various ground conditions when a subsea tunnel is excavated, it is important to configure expected risk scenarios. In addition, when the risk scenarios are classified because the scenario that occurs along all tunnel route and the scenario limited to some area are considered together, a logical framework with systematic and organized responses can be provided for project managements. In this research, project risk scenarios and management elements were configurated, and the project schedule was established for the management techniques to the risk scenario. The risk scenarios expected in a subsea tunnel were classified into a common risk scenario and a special risk scenario, and the concept which can combine with the project management elements was derived.

PFC2D를 이용한 절리암반의 역학적 물성 평가연구

박의섭(Eui-Seob Park),류창하(Chang-Ha Ryu) 한국암반공학회 2005 터널과지하공간 Vol.15 No.2

절리 암반의 역학적 물성 및 거동 평가가 터널 및 지하구조물의 설계에 매우 중요하다 할지라도, 그것은 항상 매우 어려운 문제로 간주되어 왔다. 암반 거동을 모사하는데 있어서 어려움중의 하나는 적절한 구성 모델을 선정하는 것이다. 이러한 한계점은 PFC와 같이 사용자로 하여금 암반의 구성 모델을 요구하지 않는 개별요소 프로그램의 개발과 함께 극복되어질 것이다. 본 연구에서는 도로터널 현장의 30 m × 30 m × 30 m 절리 암반블록을 대상으로, 시추 및 지표 지질조사를 통해 얻어진 절리의 기하학적 형태자료를 근거로 개별균열망이 작성되었다. 개별균열망 모델의 절리 형상을 근거로 절리가 없는 상태에서 점차적으로 절리군을 추가해가면서 2차원 PFC 모델이 만들어졌다 또한 각각의 PFC 모델에 대한 수치모사를 통하여 각 모델의 응력-변형율 곡선이 얻어졌다 응력-변형율 곡선으로부터 절리 암반의 역학적 물성이 결정되었다. 절리의 존재는 암반의 역학적 물성에 상당한 영향을 미쳤으며, 더욱 중요한 것은 PFC 모델의 역학적 거동은 기존의 수치모델에서 요구되는 구성 모델에 의하여 결정되지 않는다는 것이다. Although the evaluation of the mechanical properties and behavior of jointed rock masses is very important for the design of tunnel and underground openings, it has always been considered the most difficult problem. One of the difficulties in describing the rock mass behavior is the selection of the appropriate constitutive model. This limitation may be overcome with the progress in discrete element software such as PFC, which does not need the user to prescribe a constitutive model for rock mass. In this paper, a 30 m × 30 m × 30 m jointed rock mass of road tunnel site was analyzed. A discrete fracture network was developed from the joint geometry obtained from core logging and surface survey. Using the discontinuities geometry from the DFN model, PFC simulations were carried out, starting with the intact rock and systematically adding the joints and the stress-strain response was recorded for each case. With the stress-strain response curves, the mechanical properties of jointed rock masses were determined. As expected, the presence of joints had a pronounced effect on mechanical properties of the rock mass. More importantly, getting the mechanical response of the PFC model doesn't require a user specified constitutive model.

Voronoi 절리모델에 의한 터널 주변 굴착손상권(EDZ)의 해석 사례

박의섭(Eui-Seob Park),C. Derek Martin,신중호(Joong-Ho Synn) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.5

굴착손상권의 특성 및 범위를 규명하는 것은 방사성 폐기물의 이동 및 확산의 위험을 최소화하는 지하공동의 기밀에 영향을 받는 방사성폐기물 처분사업에선 중요하다.캐나다AECL의URL에선 터널기밀시험(TSX)이 수행되었고, 굴착손상권(EDZ)의 발달 가능성을 최소화하기 위하여 응력장을 고려하여 터널 형태 및 방향을 선택하였다. EDZ의 특성 및 범위는 방사상의 시추공내에서의 탄성파 속도와 투수율 측정을 통하여 파악되었다. 이 결과는 EDZ의 범위를 추정하는 본 연구의 모델링작업에 사용되었다. 이를 위하여 UDEC 코드내에 손상모델을 형성하고,실내실험 물성에 맞추었다.이 모델은 TSX 터널 주변의 균열 개시와 성장범위를 예측하는데 사용되었고,해석결과는 실제 측정된 손상과 비교되었다.수치모델내 손상권의 발달은 현장 측정결과의 잘 일치하는 것으로 나타났다. Quantifying the extent and characteristics of the excavation damage zone (EDZ) is important for the nuclear waste industry which relies on the sealing of underground openings to minimize the risk for radionuclide transport. At AECL’s Underground Research Laboratory (URL) the Tunnel Sealing Experiment (TSX) was conducted and the tunnel geometry and orientation relative to the stress field had been selected to minimize the potential for the development of an EDZ. The extent and characteristics of the EDZ was measured using velocity profiling and permeability measurements in radial boreholes. The results from this EDZ characterization are used in this paper to evaluate a modeling for estimating the extent of the EDZ. The methodology used a damage model formulated in the Universal Distinct Element Code and calibrated to laboratory properties. This model was then used to predict the extent of crack initiation and growth around the TSX tunnel and the results compared to the measured damage. The development of the damage zone in the numerical model was found to be in good agreement with the field measurements.

레비나스(Emmanuel Levinas)의 이타주의 윤리의 목적과 초등도적 교육적 함의

박의섭 ( Eui Seob Park ) 한국초등도덕교육학회 2008 초등도덕교육 Vol.0 No.26

평면이방성 암석의 변형특성 모델연구

박철환(Chulwhan Park),박의섭(Eui-Seob Park),박찬(Chan Park) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.4

한 개의 평면이방성 시험편의 일축압축시험을 통하여 얻을 수 있는 변형률은 최대4개이므로5개의 독립적 탄성상수를 이론적으로 결정할 수 없다. 이런 문제를 해결하기 위하여 Saint Venant에 의하여 가정식이 제안되었는데 Lekhnitskii는 실험 경험을 통하여 이 식을 재확인하였다. 그러나 이 식은 열동력학적인 탄성상수를 얻기 어려우며,실험에서 이의 적용에는 한계가 있음이 경험적으로 발견되었다.이에 새로운 가정식을 제안하였으며, 설정된 평면이방성 암석의 모델에서 이러한 제안식들의 적합성을 검토하였다. 그 결과 Lekhnitskii의 제안식은 경사각이 큰 시험편에는 유효하지만 25~30도 이하에서는 참값과 큰 오차를 보이는 결과로 해석되어 적용의 한계성이 있음이 밝혀졌다. 3개의 제안식들은 유효성이 각각 다르게 나타나는데 적합성은 시험편의 경사각에 좌우되며 탄성상수의 크기에 거의 무관한 것으로 판명되었다. 시험편의 경사각에 따라 가정된 식을 선택해야 하는 지침이 본 연구의 결과로 제공되었다. In the uniaxial compressive test of a single specimen of transversely isotropic rock, its 5 independent elastic constants can not be defined since maximum 4 independent strain measurements are available theoretically. In order to solve this problem, one equation proposed by Saint Venant in 19C and confirmed by Lekhnitskii through the test experiences has been used for long time. Accordign to authors’ experiences, however, this equation turned out to give erroneous elastic constants in some cases. Three new equations are suggested and their compatibilities are discussed in this paper. As the results of the analyses of the models, Lekhnitskii’s suggested equation is effective for the specimen with the high dip angle whereas it results in the large erred output for that with dip angle less than 25~30. It was found that the effectivenesses of three suggested equations and their compatibilities are subject to the dip angle and not to the amounts of elastic constants. Guide map to the selection of the compatible one of those suggested equations is presented as a result of the study.

확률론적 해석에 기반한 다중 열저장공동의 적정 이격거리 분석

박도현(Dohyun Park),김현우(Hyunwoo Kim),박정욱(Jung-Wook Park),박의섭(Eui-Seob Park),선우준(Choon Sunwoo) 한국암반공학회 2014 터널과지하공간 Vol.24 No.2

다중 열저장공동은 열에너지의 대규모 저장, 열적 성능 향상을 위한 높은 종횡비의 저장소 설계에 활용될 수 있다. 또한 긴 터널형의 단일공동이 열생산 및 주입을 위한 지상설비와의 연결에 적합하지 않은 경우, 길이를 줄인 다중 암반공동의 활용을 고려할 필요가 있다. 다중 열저장공동 활용시 공동간의 이격거리는 저장공간 설계시 고려해야 하는 주요 설계인자 중 하나이며, 정량적인 안정성 평가기준을 토대로 적정 이격거리가 산정되어야한다. 본 논문에서는 대규모 열에너지 저장을 위한 다중 암반공동 계획시 공동간 이격거리를 결정하기 위한 수치해석적 접근법에 대해 기술하였다. 다중 암반공동의 안정성 평가를 위해 기존의 결정론적 접근법과 달리 확률밀도에 의해 입력 매개변수의 불확실성을 정량적으로 고려할 수 있는 확률론적 해석기법을 이용하였으며, 집단열수공급을 위한 다중 암반공동의 개념모델 설계에 적용하였다. 본 적용을 통해 확률론적 해석기법이 다중 암반공동의 이격거리 산정을 위한 의사결정 도구로서 유용하게 활용될 수 있음을 확인할 수 있었으며, 결정론적 해석결과와의 비교 분석으로부터 결정론적 접근법 적용시 안정성 평가기준을 신중히 설정할 필요가 있는 것으로 검토되었다. Multiple thermal energy storage (TES) caverns can be used for storing thermal energy on a large scale and for a high-aspect-ratio heat storage design to provide good thermal performance. It may also be necessary to consider the use of multiple caverns with a reduced length when a single, long tunnel-shaped cavern is not suitable for connection to aboveground heat production and injection equipments. When using multiple TES caverns, the separation distance between the caverns is one of the significant factors that should be considered in the design of storage space, and the optimal separation distance should be determined based on a quantitative stability criterion. In this paper, we described a numerical approach for determining the optimal separation distance between multiple caverns for large-scale TES utilization. For reliable stability evaluation of multiple caverns, we employed a probabilistic method which can quantitatively take into account the uncertainty of input parameters by probability distributions, unlike conventional deterministic approaches. The present approach was applied to the design of a conceptual TES model to store hot water for district heating. The probabilistic stability results of this application demonstrated that the approach in our work can be effectively used as a decision-making tool to determine the optimal separation distance between multiple caverns. In addition, the probabilistic results were compared to those obtained through a deterministic analysis, and the comparison results suggested that care should taken in selecting the acceptable level of stability when using deterministic approaches.

입자 기반 개별요소모델을 통한 암석의 강도 및 변형 특성 모사

박정욱(Jung-Wook Park),이윤수(Yun-Su Lee),박찬(Chan Park),박의섭(Eui-Seob Park) 한국암반공학회 2014 터널과지하공간 Vol.24 No.3

본 연구에서는 GBM-UDEC(grain based model combined with Universal Distinct Element Code) 모델을 통해 암석의 역학적 거동을 모사하기 위한 수치해석기법을 소개하였다. 이를 적용하여 암석의 광물학적 구조를 다각형 입자의 집합체로 표현하고, 압축하중 하에서 암석의 파괴 특성 및 인장균열의 전파 양상를 살펴보았다. 제시된 수치해석모델은 단축압축강도시험 및 간접인장강도시험을 통해 관찰되는 암석의 역학적 거동 특성을 합리적으로 모사할 수 있는 것으로 나타났다. The present study introduces a numerical technique to simulate the mechanical behavior of brittle rock, based on a grain-based model combined with Universal Distinct Element Code (GBM-UDEC). Using the technique, the microstructure of rock sample was represented as an assembly of deformable polygonal grains and the failure progress and evolution of micro tensile cracks of rock sample under compression were examined. In terms of characteristics of the strength and deformation, the behaviors of the simulated model showed good agreement with the observations in the laboratory-scale experiments of rock.