Coupled Thermal-Hydrological-Mechanical Behavior of Rock Mass Surrounding Cavern Thermal Energy Storage

• DOI: 10.7474/tus.2015.25.2.155
• Publication Date: 2015-05-28T13:01:44Z
• Authors: Jung-Wook Park; Jonny Rutqvist; Dongwoo Ryu; Joong-Ho Synn; Eui-Seob Park
• Keywords: 13. Climate action; 0208 environmental biotechnology; 02 engineering and technology; 7. Clean energy

본 연구에서는 TOUGH2-FLAC3D 연계해석기법을 이용하여 암반공동에 고온의 열에너지를 30년간 저장하는 경우 주변 암반에 야기되는 열-수리-역학적 연계거동을 살펴보았다. 열에너지저장에 따른 암반의 거동 특성 및 환경 영향을 예측하고 이에 대한 제어기준을 수립하기 위한 기초 연구로서, 저장소 암반에서 발생하는 열-수리 흐름과 역학적 거동의 상호작용에 대하여 검토하였다. 기본해석으로서 결정질 암반 내 원통형 공동에<TEX>$350^{\circ}C$</TEX>의 대용량 경우를 모델링하였으며, 열에너지저장소의 단열성능은 고려하지 않았다. 열전달의 주요 메카니즘은 전도에 의한 것으로 판단되며, 거동은 수리적 요소보다는 열적 요소에 지배적인 받는 나타났다. 암반과 지하수 가열에 유효응력 재분포 양상과 열팽창으로 인한 변위 지표 융기를 검토하였으며, 암반에서의 전단파괴 위험도를 정량적인 수치를 통해 제시하였다. 인하여 지표면에서 수 cm의 융기가 발생하였으며, 저장공동 상부에 인장응력이 크게 발달하면서 전단파괴의 위험도가 증가하는 The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) operated for period 30 years has been investigated by simulator. As fundamental study the development prediction and control technologies environmental change associated with CTES, key concerns were focused on hydrological-thermal multiphase flow consequential mechanical mass, where insulator performance was not taken into account. In present study, we considered large-scale cylindrical at shallow depth storing <TEX>$350^{\circ}C$</TEX>. numerical results showed that dominant heat transfer mechanism conduction in influenced factor (heat) more than hydrological (pressure). effective stress redistribution, displacement surface uplift caused heating boiling ground-water discussed, potential shear failure quantitatively examined. Thermal expansion led to ground-surface order few centimeters tensile above cavern, increasing failure.