일반적으로 CO2 지질 보관 사이트의 위치는 일반적으로 사이트 예비 필터링, 사이트 선택 및 사이트 예비 설명의 2 ~ 3 단계로 구성됩니다. 각국의 부지 선정 연구 단계 구분은 약간 다르지만 실질적 내용은 매우 비슷하다. 몇 가지 부지 선정 단계로 나뉘어도 본질적인 문제는 주로 저장용량, 저장층 및 덮개 속성, 안전평가, 비용, 부지 지질 특성, 지구화학 및 암토공학 평가, 위험평가, 모니터링, 운송 등 관련 문제를 해결하는 것이다. 입지 속성 표상과 평가 방법의 경우 대부분 선택한 지표에 따라 가중치를 평가한다.
CO2 아카이브 위치의 평가 요소 연구에서 일반적으로 가장 중요한 요소는 아카이빙 용량, 덤핑 가능성, 장기 운영 안전 위험 및 경제성의 네 가지 측면입니다.
CO2 지질 보존의 대상 매장층은 주로 부전과 고갈 저수지, 심층 짠물층, 기술 또는 경제적 이유로 버려진 심층 석탄층의 세 가지 대상 매장층을 대상으로 한다. 이 가운데 유가스 중 CO2 보관에 대한 연구는 CO2 보관과 채유 윈윈 (Metzet Al., 2005) 을 목표로 하고 있다.
CO2 를 이용하여 원유 채취율 (CO2-EOR, 하동) 을 높였다는 연구는 이미 거의 40 년의 역사를 가지고 있다. 캐나다 Weyburn 유전은 세계 CO2 지질 보존과 채취율 향상이 결합된 성공 사례다. Weyburn 유전은 캐나다 서스캐처원 주 윌리스턴 분지 중북부에 위치하고 있으며 면적은 약 180 km2 이고 원유 매장량은 약 14× 108t 입니다. Weyburn 유전 CO2-EOR 프로젝트는 캐나다 에너지 회사의 상업 프로젝트입니다. 주 CO2 회수율 향상 방안은 2000 년 9 월 19 정팀에서 처음 실시됐고, 초기 가스 주입은 269× 104 m3/d 였다. 현재 가스 주입량은 339× 104 m3/ 일입니다. 이 중 매일 생산정을 통해 7 1× 104 m3 CO2 를 회수한다. 이 프로젝트는 유전 저장층에 가압 이산화탄소 가스를 주입함으로써 석유 회수율을 높인다. 종합감시를 통해 저장층 CO2 주입의 이동 법칙을 파악해 장기적이고 안전한 CO2 지질보관 기술을 구축하기 위한 성공 사례를 제공했다.
CO2-EOR 의 원래 의도는 CO2 보관이 아니었지만, CO2-EOR 의 성공적인 시행은 고갈과 고갈 유전이 좋은 CO2 지질 보존장소이며 기술적으로 경제적으로 가능하다는 것을 간접적으로 증명했다 (Brownet Al., 2001 국제에너지기구, GHG, 2006 년).
사라흐 천연가스는 영국 석유회사 (33%), 알제리 국가석유회사 (35%), 노르웨이 국가석유회사 (32%) 의 합자기업으로 2004 년 이후 알제리 크레치바 가스전에서 CO2 주입을 해 천연가스 채취율 (CO2-EGR) 을 높인 세계 1 위다. 설계 수명 동안 누적 CO2 지질 보관량은 0. 17× 108t 에 이를 것으로 예상됩니다. 이 프로젝트는 4 개의 생산 우물과 3 개의 주입 우물로 구성되어 있으며, 1.5 km 의 수평 우물을 통해 anticline 구조에 침투율이 약 0.5× 10-3μm2 에 불과한 사암 저장고를 통해 CO2(Riddiford et al) 를 주입합니다. 이런 침투율 수준의 사암 저장고는 유럽, 북미, 중국 대륙에 광범위하게 분포되어 있다.
지하 깊은 곳의 석탄층이 침투성이 좋다고 가정하면, 앞으로 이 석탄층들은 채굴할 수 없다면, 이 석탄층도 CO2 지질 봉쇄에 사용될 수 있다. 채굴할 수 없는 심부탄층에 CO2 를 주입하고, CH4 (메탄, 하동) 의 두 배의 흡착력을 이용하여 석탄층에 흡착된 석탄층가스를 교체하면 CO2 의 지질보관을 실현할 수 있으며, 동시에 석탄층가스 회수율을 높이는 목적 (CO2-ECBM, 하동) (WO2) 을 달성할 수 있다.
현재 CO2 를 석탄층에 저장하고 CH4 생산량을 늘리는 방안은 여전히 논증 단계에 있다. 또한 CO2 를 얕은 석탄층에 주입하면 얕은 석탄층의 CH4 가 우선적으로 교체되어 얕은 석탄층의 석탄층가스를 최대한 활용할 수 있을 뿐만 아니라 탄광가스 폭발의 위험도 효과적으로 피할 수 있다. 하지만 이 석탄을 채굴하는 과정에서 석탄층에 흡착된 CO2 가 다시 대기로 방출되어 온실가스 배출을 줄일 수 없다. 제 5 장은 석탄층 CO2 지질 봉인의 부지 선정 문제를 상세히 토론할 것이다.
국내외 과학자들의 연구 (Metzet Al., 2005) 에 따르면 이 등, 2009), 가능한 모든 CO2 지질보관 방안 중 심염수층 CO2 지질보관은 세계 최대 규모의 잠재력을 가지고 있다. 제 6 장은 깊은 짠물층에서 이산화탄소의 지질 저장과 선정지를 상세히 토론할 것이다. 이 절과 다음 절은 국내외 심층 짠수층 CO2 지질 봉인 부지 연구 현황을 총결하고 요약하여 독자에게 전체적인 개념과 인식을 심어 준다.
노르웨이 국립석유회사의 북해 Sleipner 프로젝트는 세계 최초의 상업 규모의 CO2 심층 염수층 저장 프로젝트로 노르웨이 해안에서 약 250km 떨어진 해상 CCS 프로젝트입니다. Sleipner 가스전은 매년 염수층에 약 100× 104t CO2 를 저장할 수 있다. 1996 이후 이 보관장에는 CO2 누출이 발견되지 않았으며, 그 성공은 심층 짠물층 CO2 지질보관이 기술적으로 가능하다는 것을 증명했다 (Metz et al., 2005).
심층 짠물 CO2 지질 봉쇄와 퇴적 분지 연구는 매우 밀접한 관계가 있으며, 선진국 연구는 역사가 유구하여 1970 년대, 90 년대 이후 급속히 발전했다. 기후변화를 핵심으로 하는 갈수록 심각해지는 글로벌 환경 문제로 전 세계 각국은 CCS(CO2 포집 및 보관) 또는 CCUS(CO2 포집, 이용 및 보관) 에 큰 관심을 보이고 있다. 미국, 유럽 연합, 노르웨이, 일본, 호주, 캐나다는 CCS/CCUS 기술의 이론, 실험, 시범 및 응용 연구 (Bachu, 2008 브래드 쇼와 쿡, 2006 54 38+0; 홀로베, 2005; 국제 에너지기구 GHG, 2007; 소콜로, 2005 년 신기술 AA 와 AA, 2002). 이 가운데 노르웨이는 CCS 의 보관을 위해 상당히 포괄적인 CO2 지질 보존지 선택 및 감정 가이드 (노르웨이 선급사, 2009 년) 를 제시했다. 또한 미국의 과학 연구 계획, 조직 및 구현은 더욱 치밀하고 완벽하며 상세한 기술 로드맵을 마련했으며, 일본의 과학 연구 계획은 지진과 활동 단층을 가장 세밀하게 고려하고 있다 (리 등, 2003a；; 국가 에너지 기술 연구소, 2010 Oecd/국제 에너지기구, 20 10).
캐나다 과학자 바추 (Bachu) 는 퇴적 분지의 CO2 지질 저장 잠재력을 평가할 때 구조적 배경과 지질 특성, 분지의 지열 특성, 지하수의 수력 특성, 석유 및 가스 잠재력과 분지의 성숙도, 인프라 및 운송, 기타 경제적 요인, 사회 및 정치적 조건 등 몇 가지 기준을 고려해야 한다고 생각한다. 위의 조건과 기후 조건, 교통편리성, 인프라, CO2 캡처 및 관류 비용을 고려하면 CO2 지질 보관에 적합한 퇴적 분지의 범위가 크게 축소될 것이다.
바추 (Bachu) 는 고준위 핵폐기물 저장 평가 조건을 바탕으로 지역 구조, 분지 기하학, 지질 조건, 석유가스 잠재력 등에서 분지 수준 CO2 지질 저장 적합성에 대한 시스템 평가 체계를 제시했다. 이 시스템에는 15 개의 평가 지표가 포함되며, 각 지표에는 명확한 가중치가 부여되며, 각 지표에 서로 다른 가중치 (5 가지 가중치 선택) 를 부여하여 서로 다른 유역에 점수를 매겨 유역의 적합성과 잠재력을 평가합니다. 15 평가 지표에서 판 구조와 지질 특성만 분지의 역학 안정성과 밀접한 관련이 있다. 이 평가 방법은 시스템의 각 표시기의 가중치 (상대 중요도) 와 각 표시기의 특정 가중치 (절대 중요도) 를 동시에 변경할 수 있기 때문에 매우 유연하고 계산하기 쉽습니다. 모든 연산은 간단한 다항식 연산입니다. Bachu 는 캐나다 알버타 분지에서의 실제 응용을 통해 이 평가 체계의 실현 가능성 (Bachu, 2003) 을 검증했다. 바추 부지 선정 방법에 대한 자세한 소개는 이 장 4 절 외국의 전형적인 부지 선정 사례를 참조하십시오.
Bachu 가 제시한 CO2 지질 보존 잠재력과 적합성 평가 지표 체계를 바탕으로 오스트레일리아 지구과학협회는 20 개의 유역급 평가 지표를 선별해 오스트레일리아가 CO2 보관에 적합한 유역을 정렬하고 관련 아틀라스를 편성했다. 하지만 대규모 사이트 수준 평가 지표 연구 (Gibson-Pooleet Al., 2008) (Rick Causebrook 의 cages 대화 20 10) 는 없습니다. CO2 보관 프로젝트의 보관 용량 추정, 위치 및 위치 특성화 (2008 년 CO2 CRC 에서 발표, CO2 보관의 위치 및 표상 pro-projects) 보고서는 Gibson-Poole 이 권장하는 사이트 표상 워크플로우 개정 및 Bachu 가 권장하는 CO2 지질 보관 유역 수준 필터링 기준 개정을 사용합니다. Van Ruth 등은 FAST 라는 평가 기술 (Van Ruth 등, 2006 년) 을 이용하여 오스트레일리아 Gippsland 분지의 이산화탄소 주입 과정에서 단층 부활 가능성을 연구했다. 로저스 등은 오스트레일리아 오트웨이 분지 캠벨항 걸프 단층 부활 가능성 (로저스 등, 2008 년) 을 연구했다. 오스트레일리아 Otway 프로젝트에 대한 기본 소개는 이 장의 4 절, 외국의 전형적인 부지 선정 사례를 참조하십시오.
2003 년' 소금층에 이산화탄소를 저장하는 모범 사례-영국 지질조사국이 출판한 SACS 및 이산화탄소 저장 프로젝트에 대한 관찰 및 가이드' 를 발간한 이후, 이상적인 저장층-덮개 조합 결정, 저장능력 추정, 주입 유체 시뮬레이션, 지구화학, 지질역학의 현장 특성 등 소금물 저장의 모든 측면에 초점을 맞추고 있습니다. 최신 버전은 노르웨이 해상 Sleipner 프로젝트, 덴마크 육상/해상 Kalundborg 프로젝트, 노르웨이 해상 Mid Norway 프로젝트, 독일 육상 Schwarze Pumpe 프로젝트, 영국 해상 Valleys 프로젝트 (Chadwick 등
프랑스 지질 조사국의 Grataloup 등은 적합한 이산화탄소 지질 보존 장소를 선택하는 것은 (1) 보관 최적화, 용량 및 주입성 등 네 가지 우선 목표를 충족해야 한다고 생각합니다. (2) 위험을 최소화한다. (3) 법률 및 규정, 환경 제약, 기존 토지 이용 및 지하 이용 고려 사항 (4) 경제적 사회적 고려 사항. Grataloup 과 다른 사람들은 네 가지 우선 순위 목표를 충족하는 위치 지표를 킬러 기준과 위치 자격 기준으로 나눌 것을 제안한다. 이러한 지표의 결합은 가장 적합한 잠재적 위치를 선택하는 데 도움이 될 것이다. Grataloup 등은 이런 다단계 평가 방법을 파리 분지 PICOREF 연구구 심층 염수층의 잠재력 조사 (Grataloup 등, 2009 년) 에 적용했다.
독일 지질조사국의 마이어 등은 2008 년 독일 북동부의 잠재적 심층 염수층 CO2 보관 장소의 지질 특성, 지역 평가 및 선택 (Meyer 등, 2008 년) 을 보고했다. 메이어 선택지 과정에 대한 자세한 소개는 이 장의 4 절, 외국의 전형적인 선택지 사례를 참조하십시오.
일본 지질처분평가사상을 참고해 CO2 지질보관을 고려하는 현장평가사고를 제시하고, 일본 지진, 화산이 빈발하는 지질특성과 결합해 CO2 지질보관의 역학안정성 평가 과정을 제시하고, CO2 보관하의 단층안정성을 중점적으로 연구한 평가체계와 계산방법 (리 등, 2002, 2003a；) 을 중점적으로 검토했다. 이 등, 2006). 일본 배출원 특성과 CCS 경제 모델을 결합해 일본 지질역학 특징을 고려한 짠수층 보관 부지 선정 평가 방법 (이 등, 2003b；) 을 제시했다. 이 등, 2005). 둘 다 이들 방법 중 일부를 중국 CO2 심층 지하 짠물층 봉인의 선택지 평가에 도입하고 중국 최초의 전과정 CCS 시범프로젝트인 신화오르도스 10 만톤 CO2 심층 지하 짠물층 봉인의 선택지에 적용한다.
미국 과학자 프리드먼 (Friedmann) 은 미국이 안전한 CO2 지질 보관 장소를 선택할 수 있는 충분한 기술 비축과 지식 축적을 보유하고 있으며 단층, 드릴링 등 주요 재해 발생 통로를 고려한 기초 위에서 CO2 지질 보관 장소의 의사결정 건의를 제기했다고 주장했다 (Friedmann, 2007).
미국 과학자 올덴부르크 (Oldenburg) 는 건강, 안전 및 환경 위험에 따라 CO2 지질 보관 장소를 선택하는 방법과 계산 프레임워크를 제시했다. 이 평가 방법은 CO2 누출 위험에 대한 가정을 바탕으로 CO2 지질보관장의 세 가지 기본 특징 (1) 주요 저장층 구조의 실제 보관 잠재력에 따라 달라집니다. (2) 주 저수지 누출 후 2 차 폐쇄 잠재력; (3) 주 저장고가 누출되고 보조 저장고가 무효가 될 때 누출된 CO2 의 희석과 확산 잠재력. 이 평가 시스템은 주요 저장층의 폐쇄성, 매장 깊이, 폐쇄잠재력, 2 차 저장층의 폐쇄성 및 폐쇄잠재력, CO2 유출 후의 지표 특징, 수문지질 조건, 누출 통로 등을 기준으로 합니다. 관련 평가 요소를 스프레드시트로 배열하면 사용자가 전문가의 의견을 대표하는 가중치를 입력하거나 불확실한 평가 정보를 게시하여 평가할 수 있습니다. 올덴부르크는 캘리포니아 3 개 사이트의 실제 응용에 근거하여 이 평가 체계의 실현 가능성을 검증했다. 또한 평가 시스템은 보다 자세한 사이트 데이터나 모델 결과를 적용하여 개선 및 확장할 수 있습니다 (Oldenburg, 2008). 올덴부르크 선택체계에 대한 자세한 소개는 이 장 4 절 외국의 전형적인 선택지 사례를 참고하시기 바랍니다.
미국 국립에너지기술연구소 (NETL) 는 자연지리, 기후, 지질, 사회경제조건, 교통조건, 공학기술조건에 따라 지질 조건, 사회경제적 적합성, 통제성 데이터 분석, 현장 적합성 분석 및 모델 개발 기술의 다섯 가지 측면에서 부지를 확립하는 논리적 구조 지표 체계 (그림 1-6550)' 심층 짠물층 지질보관 부지 선정 가이드' 를 표 1-2 로 요약할 수 있다.
(1) 스토리지 용량: 잠재적 스토리지 사이트가 필요한 스토리지 용량을 제공할 수 있습니까?
(2) 주사성: 잠재적 저장점이 주어진 관류 압력이나 관류율을 만족시킬 수 있습니까?
(3) 장기 안전 위험: 보관된 CO2 가 장기간 안전하게 심층 염수층에 갇혀 있을 수 있습니까?
(4) 경제성: 심층 염수층 CO2 보관 프로젝트가 경제적으로 가능합니까?
그림 1- 1 CO2 지질 보관 위치 결정 흐름도 (NETL 20 10 에 따라 약간 수정됨)
표 1-2 국가 에너지 기술 연구소 위치 가이드
계속됨
그림 1- 1 및 표 1-2 에서 볼 수 있듯이 모델 개발 및 통합은 대상 영역을 평가하는 핵심 의사 결정 도구입니다. 다양한 장면의 수치 시뮬레이션과 역사적 일치를 통해 데이터 동화의 목적을 극대화하여 부지 선정 과정에서 불확실성의 영향을 최소화하고 관류를 극대화하는 동시에 부지의 안전을 보장합니다.