대심도 터널 내 지열 시스템 적용성 검토

Abstract

세계는 에너지 자원의 부족한 상황을 인식하여 신·재생에너지 개발에 많은 연구와 투자를 하고 있고 화석에너지 사용으로 인한 탄소 배출에 따른 지구온난화로 탄소 배출량 저감에 노력하고 있다. 최근 2009년 11월 정부는 온실가스 감축 목표를 2020년 배출전망치 대비 30%로 발표하여 이산화탄소 배출 저감에 노력하고 있다. 최근 국내의 풍부한 저온지열을 이용한 지열에너지 특허 출원이 많아지고 있으나 지열시스템을 설치하기에 지중 열교환기의 설치의 도심지 공간 확보와 고가의 설치비로 인하여 지열에너지 발전에 장애요인으로 부각되고 있고 도심지 내에 용지보상의 부담으로 인하여 도심지 도로 및 철도 건설의 부담이 늘어 30~60m이하에 보상비 부담이 적은 대심도 터널이 부각 받고 있다. 보상비의 부담을 줄이고 수도권 교통난을 해소하기위해 제안된 대심도 급행철도(GTX) 145km와 대심도 도로 터널 149km의 총 294km의 대심도 터널이 계획 중이다. 본 논문에서는 대심도 터널하부에 지중 열교환기를 설치하여 지열 시스템을 이용하고자한다. 에너지 관리공단에서 운영하는 신재생에너지 센터의 TOE환산표를 이용하여 에너지 발열량을 산술적으로 계산하였다. 대심도 터널 내 지열교환기 설치 시 지중 40m의 온도를 계산하여 16℃를 산출하였다. 대심도 터널에 지중 열교환기 설치 시 파이프 유량과 열교환 길이 50m가 적용된 지열 발생열량을 이론적으로 계산하고 실제 사용되었던 유량과 열교환 길이를 적용된 지열 발생열량을 비교하여 75%의 효율을 확인하였다. 대심도 터널에 적용된 75%의 지열 유량을 토대로 규격 30A HDPE 파이프를 하루 10시간 운행 시 월 발생열량은 120,983TOE로 나타났고, 기존에너지 사용 저감량에 대해서 실내등유, 보일러등유, 프로판가스 및 부탄가스등 4가지에 대한 사용량 100,400,615리터(프로판가스) ~ 137,480,387리터(실내등유)의 결과를 산출하였다. 화석연료 사용저감으로 인한 이산화탄소 배출 저감량은 290,041TCO2(프로판가스) ~ 336,058TCO2(보일러등유)로 나타났다. 화석 연료 사용저감으로 인한 경제성은 82,084,492,275원(보일러등유) ~ 134,770,717,607원(부탄가스)으로 나타났고, 이산화탄소 배출 저감으로 인한 경제성은 6,902,979,224원(프로판가스) ~ 7,998,181,860원(보일러등유)으로 나타났다. 지열시스템을 대심도 터널에 설치하므로 지중 열교환기 설치의 초기비용을 줄이고, 정부 계획의 2020년 배출전망치 대비 30%의 온실가스 저감에도 한걸음 다가 갈수 있을 것이다.