EGS 실증연구사례 - 영국 Rosemanowes 프로젝트와 호주 Cooper Basin 프로젝트

민기복(Ki-Bok Min),린마오 시(Linmao Xie),김한나(Hanna Kim),이재원(Jaewon Lee) 한국암반공학회 2014 터널과지하공간 Vol.24 No.1

심부 5 km 내외에 고압의 유체 주입에 의하여 인공저류층을 형성한 후 지열유체를 순환 생산하여 지열발전을 하는 인공저류층 지열시스템의 실현 가능성을 판단하기 위해 다양한 지역에서 인공저류층 지열시스템실증연구가 진행되고 있다. 본 기술보고는 영국 Rosemanowes 에서 진행된 EGS 실증연구와 호주 Cooper Basin에서 2002년 이래 진행되고 있는 EGS 적용 사례를 소개하여 해당 지역에서 진행된 연구의 경험, 오류, 시사점 등을 정리하고, 향후 한국에서의 실증연구에 활용하고자 작성되었다. In order to generate electricity from geothermal energy for non-volcanic region, the concept of enhanced geothermal system (EGS) is introduced which forms an artificial reservoir by injecting high pressure fluid to 5 km deep and circulating geothermal fluid through the reservoir. Demonstration studies have been conducted in various countries and regions for determining the feasibility of EGS. In this technical note, experiences, errors, and implications of EGS demonstration projects in UK Rosemanowes and Australia Cooper Basin which have been carried out since 2002 are introduced to be used for the EGS demonstration project in Korea.

EGS 지열저류층 수리자극과 미소진동 발생메커니즘 연구

민기복(Ki-Bok Min),김광일(Kwang-Il Kim),시 린마오(Linmao Xie),김광염(Kwang-Yeom Kim) 한국신재생에너지학회 2014 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.05

독일 그로스 쉐네벡 EGS 실증 프로젝트 연구사례

민기복(Ki-Bok Min),박세혁(Sehyeok Park),귄터 찜머만(Gunter Zimmermann) 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.4

EGS 지열발전과 저류층 수리자극 기술

민기복(Ki-Bok Min),송윤호(Yoonho Song),윤운상(Woon-Sang Yoon) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.6

지열에너지는 기저부하를 제공하는 신재생에너지이나 현재까지 화산지대에만 대부분의 지열발전이 이루어져 왔다. 인공저류층 지열시스템 (Enhanced Geothermal System, EGS)는 비화산지대의 지열발전을 가능하게 할 개념으로 알려져 있으며 수리자극(hydraulic stimulation)이 핵심기술이다. 본 논문은 EGS지열발전의 개발 현황을 소개하고, 수압파쇄와 수리전단이 주 메커니즘인 수리자극의 핵심원리, 설계변수 및 수리자극에 수반되어 발생하는 미소진동의 원리 및 관측기술을 소개한다. 한국에서의 EGS 지열발전을 위하여 필요한 과제를 소개하여 향후 기술개발의 방향을 제시한다. While geothermal energy provides the only base-load power among renewable energy sources, its development has been carried out predominantly in volcanic area. EGS (Enhanced Geothermal System) is a ubiquitous technology that can allow the geothermal power generation virtually in any area. This manuscript introduces the current state-of-the-art of EGS development in the world and presents the hydraulic stimulation technology and associated microseismicity which are key technical component in EGS. Finally this paper suggests the key research areas required in Korea for further development of EGS.

공벽변형법에 의한 이방성 암반의 초기응력 측정에 관한 연구

민기복(Ki-Bok Min),이정인(Chung-In Lee),최해문(Hae-Moon Choi) 한국암반공학회 2002 터널과지하공간 Vol.12 No.4

The DFN-DEM Approach Applied to Investigate the Effects of Stress on Mechanical and Hydraulic Rock Mass Properties at Forsmark, Sweden

K.-B. Min(민기복),O. Stephansson(우베스테판손) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.2

균열암반의 역학적 및 수리적 성질에 암반 초기응력이 미치는 영향을 고찰하였다. 지질 데이터는 스웨덴 원전원료 및 방사성 폐기물 관리회사(SKB)에 의해 수행된 포쉬마크지역의 부지조사로부터 획득되었으며 암반균열망-개별요소법 수치실험(Discrete Fracture Network - Discrete Element Method) 을 통하여 암반의 등가역학적 및 등가수리적 물성을 결정하였다. 수치실험결과 균열 강성의 응력의존성, 균열 방향에 따른 상이한 변형거동, 균열거동에 따른 수리유동 경로의 변화 등의 원인에 의하여 등가역학적 및 등가수리적 물성은 응력의존성이 큰 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 암반 초기응력의 정확한 예측이 특정 부지에서의 경계조건으로서뿐만 아니라 균열암반의 역학적 및 수리적 물성을 이해하는 데도 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. The purpose of this study is to demonstrate the effect of in-situ rock stresses on the deformability and permeability of fractured rocks. Geological data were taken from the site investigation at Forsmark, Sweden, conducted by Swedish Nuclear Fuel and Waste Man-agement Company (SKB). A set of numerical experiments was conducted to determine the equivalent mechanical properties (essentially, elastic moduli and Poisson’s ratio) and permeability, using a Discrete Fracture Network-Discrete Element Method (DFN-DEM) approach. The results show that both mechanical properties and permeability are highly dependent on stress because of the hyperbolic nature of the stiffness of fractures, different closure behavior of fractures, and change of fluid pathways caused by deformation. This study shows that proper characterization and consideration of in-situ stress are important not only for boundary conditions of a selected site but also for the understanding of the mechanical and hydraulic behavior of fractured rocks.

Potential for fracture shear slip due to thermo-mechanical loading of a deep geological repository for nuclear waste

Ki-Bok Min(민기복),Ove Stephansson 한국암반공학회 2009 한국암반공학회 학술대회 및 세미나 자료집 Vol.2009 No.-

Comparison of Two-and Three-dimensional Approaches for the Numerical Determination of Equivalent Mechanical Properties of Fractured Rock Masses

Ki-Bok Min(민기복),Alain Thoraval(알렌토로발) 한국암반공학회 2012 터널과지하공간 Vol.22 No.2

균열암반의 등가역학적 물성을 수치해석적으로 결정할 때 2차원 및 3차원 해석을 비교하였다. 수직균열 모델과 암반균열망(DFN) 모델이 균열암반의 형상으로 이용되었으며 3차원 모델으로부터 다양한 방향으로 2차원 모델을 절단하여 역학적 물성을 비교하였다. 본 연구의 지질데이터는 영국 셀라필드 지역의 자료를 기본으로 사용하였다. 직교균열모델에서는 컴플라이언스텐서의 변환을 이용한 해석적 방법이 물성결정을 위해 이용되었으며 암반균열망모델에서는 수치실험이 실시되었다. 2차원 모델에서는 균열이 항상 모델평면과 직교한다고 가정하기 때문에 탄성계수는 항상 3차원보다 크게 계산이 되었다. 2차원 해석에서의 포아송비는 3차원 해석보다 큰 값을 나타내는 경향이 있었으나 반대의 경향도 관찰되었다. 본 논문은 3차원 형상을 단순화시켜 사용하는 2차원 해석의 한계를 정량적으로 고찰하였다는데 의의가 있다. This paper compares the two-and three-dimensional (2D and 3D) approaches for the numerical determination of the equivalent mechanical properties of fractured rock masses. Both orthogonally-fractured model and discrete fracture networks (DFN) were used for the geometry and 2D models were cut in various directions from 3D model to compare their mechanical properties. Geological data were loosely based on the data available from Sellafield, UK. Analytical method based on compliance tensor transformation was used for investigation in orthogonally fractured rock and numerical experiments were conducted on fractured rock mass with DFN geometry. It is shown that 2D approach always overestimates the elastic modulus of fractured rock masses by a factor of up to around two because fractures are assumed to be perpendicular to the model plane in 2D problems. Poisson ratios tend to have larger values in 2D analysis while there is opposite trend in some sections. The study quantitatively demonstrates the limitation of the 2D approach that uses the simplified model from true 3D geometry.

Effect of Deformation Zones on the State of In Situ Stress at a Candidate Site of Geological Repository of Nuclear Waste in Sweden

Ki-Bok Min(민기복) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.2

암반의 초기응력 상태는 방사성 폐기물 지층 처분장의 적합성을 판단하는데 중요한 요소이다. 본 연구에서는 3차원 개별요소법을 이용하여 스웨덴 방사성 폐기물 처분장 후보지 중 하나인 오스카샴 지역에서 대규모 변형대가 초기응력에 미치는 영향을 살펴보았다. 수치해석에서는 부지조사 과정에서 확인된 변형대를 모델에 포함시켰으며 원거리 지각응력을 경계조건으로 사용하였다. 현지 암반에서 관찰되는 초기응력값의 변화 양상이 수치해석에서도 재현이 됨으로써 수치해석이 암반의 초기응력상태를 이해하는데 유용하게 쓰일 수 있음을 확인하였다. 수치해석을 통한 예측값과 초기응력 측정값과의 차이는 측정된 자료의 양호한 정도, 지질모델 및 변형대의 물성치의 불확실성 등에 기인하는 것으로 생각된다. The state of in situ stress is an important factor in considering the suitability of a site as a geological repository for nuclear waste. In this study, three-dimensional distinct numerical analysis was conducted to investigate the effect of deformation zones on the state of stress in the Oskarshamn area, which is one of two candidate sites in Sweden. A discontinuum numerical model was constructed by explicitly representing the numerous deformation zones identified from site investigation and far-field tectonic stress was applied in the constructed model. The numerical model successfully captured the variation of measured stress often observed in the rock mass containing large-scale fractures, which shows that numerical analysis can be an effective tool in improving the understanding of the state of stresses. Discrepancies between measured and modelled stress are attributed to the inconsistent quality of measured stress, uncertainty in geological geometry, and input data for fractures.

스웨덴 포쉬마크 중저준위 방사성 폐기물 지하 처분장 확장 계획 소개

권새하(Saeha Kwon),민기복(Ki-Bok Min),우베 스테판손(Ove Stephansson) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.5

스웨덴 포쉬마크 (Forsmark)지역에서는 1988년부터 세계 최초의 동굴식 중저준위 방사성 폐기물 처분장(SFR1)이 운영되고 있다. 4개의 터널 및 1개의 사일로에 용량 63,000 ㎥의 처분공간이 확보되어 연간 1,000 ㎥의 폐기물을 처분할 수 있었지만, 스웨덴 내 12기 중 10기의 원자로의 수명이 연장되고, 나머지 2기의 원자로가 폐쇄되어 추가 폐기물 처분에 대한 요구가 발생하게 되었다. 따라서 6기의 수평터널을 추가로 건설하여 폐기물과 9개의 반응로 용기 처분을 위한 108,000 ㎥의 처분 공간을 확보할 계획으로 스웨덴 방사성폐기물 관리주식회사(SKB)는 SFR3으로의 확장을 위한 허가 신청서를 2014년 정부에 제출하였다. 본 연구에서는 SFR3의 추가 확장계획에 대해 소개하고, SFR3의 계획 시에 고려된 지질학적, 암반공학 및 암반수리학적인 요소들을 소개하였다. The world’s first underground repository for low- and intermediate- level radioactive waste (SFR1) has been in operation since 1988. SFR1 can accommodate 1,000 ㎥ of radioactive waste per year with 4 chambers and 1 silo with a total capacity of 63,000 ㎥ of radioactive waste. With extended operation time of 10 of the 12 nuclear power reactors and dismantling of the other 2 nuclear reactors, more nuclear waste need to be disposed in the future. Therefore, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB) submitted a license application for a repository extension (SFR3) that consists of 6 additional rock chambers with a capacity of 108,000 ㎥ of radioactive waste and for accommodating 9 boiling water reactor tanks. In this study, plans for the extension SFR3 are presented with the geological, geomechanical and hydrogeological issues to be considered.