확률론적 해석에 기반한 다중 열저장공동의 적정 이격거리 분석
Analysis of the Optimal Separation Distance between Multiple Thermal Energy Storage (TES) Caverns Based on Probabilistic Analysis
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초록
다중 열저장공동은 열에너지의 대규모 저장, 열적 성능 향상을 위한 높은 종횡비의 저장소 설계에 활용될수 있다. 또한 긴 터널형의 단일공동이 열생산 및 주입을 위한 지상설비와의 연결에 적합하지 않은 경우, 길이를줄인 다중 암반공동의 활용을 고려할 필요가 있다. 다중 열저장공동 활용시 공동간의 이격거리는 저장공간 설계시고려해야 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 암반공동의이격거리 산정을 위한 의사결정 도구로서 유용하게 활용될 수 있음을 확인할 수 있었으며, 결정론적 해석결과와의비교 분석으로부터 결정론적 접근법 적용시 안정성 평가기준을 신중히 설정할 필요가 있는 것으로 검토되었다.
Abstract
Multiple thermal energy storage (TES) caverns can be used for storing thermal energy on a large scaleand for a high-aspect-ratio heat storage design to provide good thermal performance. It may also be necessary toconsider the use of multiple caverns with a reduced length when a single, long tunnel-shaped cavern is not suitablefor connection to aboveground heat production and injection equipments. When using multiple TES caverns, theseparation distance between the caverns is one of the significant factors that should be considered in the designof 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 multiplecaverns for large-scale TES utilization. For reliable stability evaluation of multiple caverns, we employed aprobabilistic method which can quantitatively take into account the uncertainty of input parameters by probabilitydistributions, unlike conventional deterministic approaches. The present approach was applied to the design of aconceptual TES model to store hot water for district heating. The probabilistic stability results of this applicationdemonstrated that the approach in our work can be effectively used as a decision-making tool to determine theoptimal separation distance between multiple caverns. In addition, the probabilistic results were compared to thoseobtained through a deterministic analysis, and the comparison results suggested that care should taken in selectingthe acceptable level of stability when using deterministic approaches.
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