열에너지 저장을 위한 지하 암반공동 내 열성층화 거동에 대한 수치해석적 연구

Abstract

본 연구에서는 전산유체역학 코드인 FLUENT를 이용하여 열에너지 지하 저장을 위한 최초의 대규모 암반공동인 스웨덴 Lyckebo 저장소의 열성층화 거동을 분석하였다. 열에너지의 반복적인 저장 및 생산으로 인한 주변 암반의 히팅이 열성층화와 열손실에 미치는 영향을 분석하기 위해 암반의 온도조건을 달리하여 열전달 해석을 수행하였으며, 성층화 지수를 토대로 열에너지 저장 후 시간경과에 따른 열성층화의 변화를 정량적으로 분석하였다. 분석결과, 주변 암반이 히팅되지 않은 저장공동의 초기 운영단계에서는 시간경과에 따라 저장된 열에너지의 성층화가 빠르게 저하되는것으로 나타났으며, 저장공동의 운영기간이 늘어남에 따라 주변 암반의 히팅으로 인해 열성층화의 변화 및 열손실이 줄어드는 것을 확인하였다. Using a computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT, the present study investigated the thermal stratification behavior of Lyckebo storage in Sweden, which is the very first large-scale rock cavern for underground thermal energy storage. Heat transfer analysis was carried out for numerical cases with different temperatures of the surrounding rock mass in order to examine the effect of rock mass heating due to periodic storage and production of thermal energy on thermal stratification and heat loss. The change of thermal stratification with respect to time was quantitatively examined based on an index of the degree of stratification. The results of numerical simulation showed that in the early operational stage where the surrounding rock mass was less heated, the stratification of stored thermal energy was rapidly degraded over time, but the degradation and heat loss tended to reduce as the surrounding rock mass was heated during a long period of operation.