• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.199-199
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• 2011

ATES(Aquifer Thermal Energy Storage) 열펌프 시스템은 기존의 다양한 열원 적용 시스템 대비 효율이 우수한 것으로 알려져 유럽과 미국에서 건물 냉난방 시스템으로 적용되고 있다. 특히, ATES 시스템은 기존의 냉난방 시스템 대비 경제성이 우수한 것으로 알려져 있으나 국내에서는 이에 대한 연구 결과는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 ATES 열펌프 시스템의 실증 성능 결과를 분석하였으며, LNG 보일러와 에어컨을 사용하는 기존의 냉난방 시스템을 비교시스템으로 ATES 열펌프 시스템의 경제성 평가를 수행하였다. ATES 시스템의 연간 실증 성능 실험결과 ATES 시스템은 외기온도와 무관하게 연중 안정적인 성능을 나타내었다. 경제성 평가시에 생애주기법(Life Cycle Cost)을 적용하여 ATES 열펌프 시스템의 설치 및 운전에 필요한 총 소요비용을 산정하고, 이 결과를 바탕으로 투자회수기간법을 통해 ATES 시스템의 투자회수 기간을 산정하였다. 생애주기법 적용 시에 현재가치법을 사용하였으며, 현재가치법은 수명주기에 발생하는 모든 투자비용과 절감액을 일정한 시점을 기준으로 등가환산하는 방법을 의미한다. 현재가치법에 사용되는 현재가치는 초기비용과 현재가치계수의 곱으로 나타나는데, 여기에서 현재가치계수는 임의의 이자율로 일정기간 동안 정기적인 할부금액이 적립될 때의 현재금액을 구하기 위해 사용하는 계수를 의미한다. 전기와 LNG는 각각 2009년 7월의 (주)한국전력공사와 (주)한국가스공사의 고시요금을 적용하였다. 본 시스템은 실증 설비용량인 20RT를 대상 건물로 가정하였고, 초기투자비는 크게 공사비와 냉난방 설비 구입비로 구성되어 있으며, 기본적인 물가지표는 (사)한국물가정보(KPI)의 고시 데이터를 참조하였다. 각 시스템의 초기투자비는 ATES 시스템이 비교대상 기존 냉난방 시스템 대비 5.7배 높게 나타났다. 일일 8시간 사용기준으로 계절별 전력요금을 고려한 연간운전 비용은 ATES 시스템이 기존 시스템 대비 냉난방 시에 각각 77%와 16%를 나타내어 운전비용이 연간 절감되었고, 난방 운전 시 절감 비율이 냉방시보다 크게 나타났다. 두 시스템에 대한 생애주기비용을 산정하기 위하여 에어컨과 보일러의 기존시스템과 ATES 시스템의 가용연수를 모두 20년으로 설정하였고, 유지보수 비용은 초기투자비용의 2%로 설정하고, 할인율은 은행 예금이자를 기준으로 5%로 설정하였다. 전기와 LNG의 요금 상승률은 (사)한국물가정보를 바탕으로 각각 2%와 8%로 가정하였다. 이러한 조건에서 생애주기법을 이용한 경제성평가는 ATES 시스템의 경우 생애운전비용이 초기투자비용보다 작게 나타났으며, 기존 냉난방 시스템은 생애운전비용이 초기투자비용에 비하여 높게 나타났다. 본 연구 대상 ATES 열펌프 시스템의 실증 성능 데이터와 기존 문헌으로부터 얻은 냉난방 시스템의 성능 결과를 이용하여 생애주기 비용을 적용한 결과 ATES 시스템의 기존 시스템 대비 투자회수 기간은 6.62년으로 나타났다. 특히, 본 연구에서는 ATES 시스템이 국내 최초로 적용됨에 따라 스크린 등의 부품을 다소 고가의 제품으로 시스템에 적용하였으므로 ATES 시스템의 신뢰성과 안정성이 확보되면 초기 투자비 감소가 가능할 것으로 예상되며, 기존 시스템 대비 투자회수 기간은 더욱 감소될 수 있을 것으로 예상된다.

• 설비공학논문집
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• 제24권4호
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• pp.289-296
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• 2012

The aim of this study is to investigate the performance of a heating and cooling system with aquifer thermal energy storage(ATES heat pump system) known as one of the underground thermal energy storage application systems. The ATES system was composed of heat pump unit and ATES, which was installed in a factory building located in Anseoung. The system represented very high heating and cooling performance, and showed nearly constant COP at each heating and cooling season due to the stability of EWT. The economic analysis about an ATES system and a conventional system was also executed. The conventional system adopted an air-conditioner in the summer season and a LNG boiler in the winter season. The payback period of the ATES system was estimated by 6.62 years.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제26권3호
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• pp.14-24
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• 2021

Aquifer thermal energy storage (ATES) system uses groundwater thermal energy for cooling and heating of buildings, and it is also often utilized to provide warm water to crops and plants for the purpose of enhancing agricultural yields. This study investigated the potential influences of a ATES system on the geochemical properties of groundwater by simulating the variation of hydrochemistry and saturation index of groundwater during ATES operation. The test bed was installed at an agricultural field, which is mainly composed of an groundwater-rich alluvial plain. The simulation results showed no significant precipitation of mineral phases such as manganese-iron oxide, carbonate and sulfate around the ATES test bed, as well as no debasement of other important water quality parameters. The implementation of ATES system in the study area was appropriate and effective for utilizing the thermal energy of groundwater for agricultural use.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제22권4호
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• pp.9-26
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• 2017

When a warm well located downgradient is captured by cold thermal plume originated from an upgradient cold well, the warm thermal plume is pushed further downgradient in the direction of groundwater flow. If groundwater flow direction is parallel to an aquifer thermal energy storage (ATES), the warm well can no longer be utilized as a heat source during the winter season because of the reduced heat capacity of the warm groundwater. It has been found that when the specific discharge is increased by $1{\times}10^{-7}m/s$ in this situation, the performance of ATES is decreased by approximately 2.9% in the warm thermal plume, and approximately 6.5% in the cold thermal plume. An increase of the specific discharge in a permeable hydrogeothermal system with a relatively large hydraulic gradient creates serious thermal interferences between warm and cold thermal plumes. Therefore, an area comprising a permeable aquifer system with large hydraulic gradient should not be used for ATES site. In case of ATES located perpendicular to groundwater flow, when the specific discharge is increased by $1{\times}10^{-7}m/s$ in the warm thermal plume, the performance of ATES is decreased by about 2.5%. This is 13.8% less reduced performance than the parallel case, indicating that an increase of groundwater flow tends to decrease the thermal interference between cold and warm wells. The system performance of ATES that is perpendicular to groundwater flow is much better than that of parallel ATES.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제10권4호
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• pp.54-61
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• 2005

대수층 축열 에너지(ATES) 시스템은 지반의 특성과 이용량에 따라 매우 경제적인 새로운 대체에너지로 이용될 수 있다. 적절한 ATES 시스템 설계를 통하여 주어진 수리지질 특성에 적합한 ATES 시스템을 개발하기 위해서는 대수 층내 수리열역학적 과정의 이해가 필수적이다. 본 논문에서는 지하수 양수 및 열펌프에 이용된 불을 재주입하는 방식의 지하수 열펌프 운영에 대한 두 가지 시나리오를 통하여 두 개의 층으로 이루어진 대수층 모델에 적용하여 대수층내 열 저장에 대한 수리열역학적 현상을 시뮬레이션하였다. 첫 번째 시나리오에서는 양수 우물과 주입 우물을 계절에 따라 서로 교대로 시스템을 운영한 경우에 열 거동에 의한 온도 분포와 지하수위를 시뮬레이션 하였으며, 두 번째는 주입과 양수 우물 위치를 고정하여 시뮬레이션 하였다. 356일 이후 주입 우물 주변의 온도 분포는 주입수의 온도와 주입정으로 부터의 거리에 지배적인 영향을 받는 것으로 나타났다. 지표온도 분포는 30과 50 m 심도의 온도 분포에 비하면 미미한 변화만 나타났으며, 각 층에서의 열 거동은 공극률과 지하수의 유동 특성에 따라 매우 민감한 것으로 나타났다. 그리고 양수와 주입우물에서의 지하수위와 온도변화를 모니터링하여 열펌프 운영 방식에 따른 효율성을 실험하고, 두 우물간의 열 간섭현상을 분석하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2005년도 창립60주년 기념 추계 학술대회
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• pp.86.2-86.2
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• 2005

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제1권1호
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• pp.1-8
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• 2005

Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) can be a cost-effective and renewable geothermal energy source, depending on site-specific and thermohydraulic conditions. To design an effective ATES system having the effect of groundwater movement, understanding of thermohydraulic processes is necessary. The heat transfer phenomena for an aquifer heat storage are simulated by using FEFLOW with the scenario of heat pump operation with pumping and waste water reinjection in a two layered confined aquifer model. Temperature distribution of the aquifer model is generated, and hydraulic heads and temperature variations are monitored at the both wells during 365 days. The average groundwater velocities are determined with two hydraulic gradient sets according to boundary conditions, and the effect of groundwater flow are shown at the generated thermal distributions of three different depth slices. The generated temperature contour lines at the hydraulic gradient of 0.001 are shaped circular, and the center is moved less than 5 m to the direction of groundwater flow in 365 days simulation period. However at the hydraulic gradient of 0.01, the contour center of the temperature are moved to the end of east boundary at each slice and the largest movement is at bottom slice. By the analysis of thermal interference data between two wells the efficiency of the heat pump system model is validated, and the variation of heads is monitored at injection, pumping and no operation mode.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2004년도 임시총회 및 추계학술발표회
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• pp.399-402
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• 2004

An aquifer thermal energy storage (ATES) model is simulated by FEFLOW according to the scenario of heat pump operation in two layered confining aquifer. The scenario is consisted of 4 steps: 90 days pumping (west well) and waste water injection (east well: 35 $^{\circ}C$), 90 day s stop, 90days pumping (east well) and waste water injection (west well: 5 $^{\circ}C$), and 95 days stop. The injection of the waste water is limited in the second layer and the first layer is aquitard. The temperature distribution at the surface shows low difference with reference temperature and opposit aspect with that of the second layer because the thermal transition through the first layer is very slow. Even though the simulated thermal transition in the aquifer system have a difference with real ATES system, optimal design and operate system can be developed with field tests and operational experience.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 1998년도 추계학술대회 논문집
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• pp.137-143
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• 1998

Numerical simulation is conducted to clarify the heat transfer and fluid flow characteristics of traction motor for electric car SIMPLE algorithm based on finite volume method is used to make linear algebra equation. The governing equations are solved by TDMA(TriDiagonal Matrix Algorithm) with line-by-line method and block correction. From the results of simulation, the characteristics of cooling pattern is strongly affected by the size of hole in stator core. In the case of high rotational speed of rotor, temperature difference along the axial direction is more decreased than that of low rotational speed.

• 기계저널
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• 제44권1호
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• pp.30-31
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• 2004