복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 열역학적 에너지수지 분석

김형목(Hyung-Mok Kim),박도현(Dohyun Park),류동우(Dong-Woo Ryu),최병희(Byung-Hee Choi),송원경(Won-Kyong Song) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.4

본 연구에서는 지하 압축공기에너지 저장공동 주변 지하수 및 압축공기의 유체유동과 열전달 거동 해석을 위한 다상다성분 열유동 해석 결과를 이용하여 지하 저장공동의 열역학적 에너지수지 분석을 통한 에너지 효율평가를 실시하였다. 복공재인 콘크리트 라이닝이 충분한 기밀성능을 발휘할 경우, 주입 · 압축과정에서 저장공동으로부터 손실되는 에너지의 대부분은 콘크리트 라이닝 및 주변 암반에의 열전도를 통해 발생함을 확인하였다. 지하 압축공기에너지 저장공동의 에너지 효율은 압축공기 주입온도에 민감한 결과를 보였으며, 주입온도가 주변 암반의 온도에 근사할 경우, 손실된 에너지의 대부분이 토출 · 팽창과정에서 저장공동으로 유입 · 회수되는 결과를 보였다. 한편, 콘크리트 라이닝의 열전도특성이 저장공동의 에너지효율에 미치는 영향은 크지 않았다. In this paper, we performed thermodynamic energy balance analysis of the underground lined rock cavern for compressed air energy storage (CAES) using the results of multi-phase heat flow analysis to simulate complex groundwater-compressed air flow around the cavern as well as heat transfer to concrete linings and surrounding rock mass. Our energy balance analysis demonstrated that the energy loss for a daily compression and decompression cycle predominantly depends on the energy loss by heat conduction to the concrete linings and surrounding rock mass for a sufficiently air-tight system with low permeability of the concrete linings. Overall energy efficiency of the underground lined rock caverns for CAES was sensitive to air injection temperature, and the energy loss by heat conduction can be minimized by keeping the air injection temperature closer to the ambient temperature of the surroundings. In such a case, almost all the heat loss during compression phase was gained back in a subsequent decompression phase. Meanwhile, the influence of heat conductivity of the concrete linings to energy efficiency was negligible.

단열특성 및 운영모드가 압축공기에너지 지하저장 공동의 저장효율에 미치는 영향

김형목,김현우,류동우,박의섭 한국자원공학회 2014 한국자원공학회지 Vol.51 No.6

Compressed air energy storage (CAES) is one of the electric energy storage methods at a large scale. Recent numerical studies and in-situ pilot tests have demonstrated that lined rock caverns (LRC) is feasible for an underground storage space of the CAES even at a shallow depth. In this study, we investigated the influence of insulation and operational conditions of the LRC on its storage efficiency to optimize the economical feasibility and so as to include in designing specification and operational conditions of the caverns. In evaluating the efficiency, the energy balance equation developed by our previous study, where pressure and temperature estimation produced by TOUGH2 analysis were used as an input, was employed. From the analysis results, we showed that the effect of insulation condition was comparatively insignificant to a storage efficiency but, the efficiency can be improved when the duration of compression-injection period during a daily operation becomes longer, since the temperature variation inside the LRC is reduced under these conditions. 복공식 암반공동(lined rock cavern, LRC)은 대용량 전력저장 장치로서의 압축공기에너지 발전시스템의저장 공간으로 비교적 천심도에도 설치 가능함이 최근의 수치해석 결과 및 실증실험 결과를 통해 검증된 바있다. 본 연구에서는 압축공기에너지의 지하저장을 위한 LRC 저장공동의 경제성 향상 및 운영 효율을 극대화하기 위한 공동 사양 및 운영 조건 설정을 목적으로 LRC 단열사양, 운영 모드 및 주입 온도가 저장 효율에 미치는영향을 분석하였다. 저장 효율 평가를 위해서는 기 개발된 LRC 저장공동의 에너지수지 기본식과 TOUGH2해석코드를 이용한 온도·압력 예측 해석 결과를 이용하였다. 분석 결과, LRC 저장공동 단열조건은 저장효율에큰 영향을 미치지 않았으며, 1일 운전과정 중 압축-저장 시간이 길어질수록 공동 내 온도변화량이 감소하여저장효율이 증가하는 결과를 보였다.

열-수리-역학적 연계해석을 이용한 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 역학적 안정성 평가

김형목(Hyung-Mok Kim),Jonny Rutqvist,류동우(Dong-Woo Ryu),신중호(Joong-Ho Synn),송원경(Won-Kyong Song) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.5

본 연구에서는 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 역학적 변형 및 누출 거동의 복합거동을 파악할 목적으로 비등온 다상다성분 유체유동 및 역학적 거동의 연계해석이 가능한 TOUGH-FLAC 해석을 실시하였다. 지하 압축공기에너지 저장 공동의 초기 및 장기 운영 과정에서 고압 압축공기 인입·입출에 따른 콘크리트 라이닝 내부에 발생하는 응력 양상을 살펴보고 저장공동 내부 압력 및 온도 변화를 파악함으로써 기밀성능을 평가하였다. 최대 저장공동 운영압력 8 ㎫ 조건에서 콘크리트 라이닝 내부에서는 공기침투압에 의한 유효응력의 감소와 접선방향의 인장응력의 증가에 따라 인장균열이 발생할 수 있음을 확인하였다. 콘크리트 라이닝 내부의 인장균열 발생에 따른 투과특성 증가 모델을 이용한 해석 결과 저장공동 천정부 및 측벽부 일부에서 인장파괴가 발생하여 이들 영역에서의 투과계수는 초기 1.0*10⁻²⁰㎡에서 5.0*10⁻¹³㎡까지 증가하였다. 한편 콘크리트 라이닝 내부 인장균열 발생 및 투과특성 증가에도 불구하고 저장공동 내부 압축공기 압력은 주변 암반의 기밀성능으로 인해 일정하게 유지되고 공기누출량은 일일주입량의 0.02%에도 못 미쳐 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 유효성을 확인할 수 있었다. In this paper we applied coupled non-isothermal multiphase fluid flow and geomechanical numerical modeling using TOUGH-FLAC coupled analysis to study the complex thermodynamic and geomechanical performance of underground lined rock caverns (LRC) for compressed air energy storage (CAES). Mechanical stress in concrete linings as well as pressure and temperature within a storage cavern were examined during initial and long-term operation of the storage cavern for CAES. Our geomechanical analysis showed that effective stresses could decrease due to air penetration pressure and tangential tensile stress could develop in the linings as a result of the air pressure exerted on the inner surface of the lining which would result in tensile fracturing. According to the simulation in which the tensile tangential stresses resulted in radial cracks increment of linings' permeability and air leakage though the linings tensile fracturing occurred at the top and at the side wall of the cavern and the permeability could increase to 5.0*10⁻¹³㎡ from initially prescribed 1.0*10⁻²⁰㎡. However this air leakage was minor (about 0.02% of the daily air injection rate) and did not significantly impact the overall storage pressure that was kept constant thanks to sufficiently air tight surrounding rocks which supports the validity of the concrete-lined underground caverns for CAES.

탄소중립과 수소에너지 지하저장

박의섭,정용복,오세욱 한국자원공학회 2022 한국자원공학회지 Vol.59 No.5

이 연구는 온실가스의 급격한 배출량 증가를 막고 지구와 인류의 지속가능성을 확보하고자 추진하는 탄소 중립과 매우 밀접한 관계를 가지는 청정에너지원인 수소의 대규모 저장기술을 검토하였다. 기존 천연가스 저장에 널리 사용된 지하저장기술은 대규모 수소저장에 적합한 유일한 기술로널리 알려져 있다. 많은 국가들이 암염공동이나 대수층 및 고갈유가스전과 같은 지질학적 구조를활용하여 수소를 저장하는 프로젝트를 수행하고 있다. 이에 반해 우리나라는 암염공동, 대수층 또는 고갈유가스전과 같은 지질구조가 없기에 암반공동을 활용한 지하저장방식이 대규모 수소저장을 위한 유일한 선택지이다. 특히 암반공동을 이용하면 고압의 기체상태 또는 극저온의 액체상태등과 같이 다양한 조건에 적용할 수 있으며 지상부지 활용 측면과 보안, 안전 측면에서도 유리하다. 따라서 향후 안정적이며 지속가능한 수소경제사회의 필수 인프라가 될 것이다

인자 및 군집분석을 통한 해안 LPG공동 유출수 및 지하수 수질특성의 이해

조윤주,이진용,Jo, Yun-Ju,Lee, Jin-Yong 대한자원환경지질학회 2009 자원환경지질 Vol.42 No.6

본 연구에서는 해안 LPG 저장공동 유출수 및 지하수, 해수, 저장공동 인근 육지 지하수의 화학적 특성과 성분들간의 상관성을 평가하기 위하여 수질자료에 대한 인자 및 군집분석을 수행하였다. 연구지역은 인천광역시 서해에 속하며 해안가에서 바다 쪽으로 약 8 km 이격해 있는 LPG(프로판 및 부탄) 저장공동으로 평균 수심 8.5 m 내외인 곳에 매립으로 조성된 인공섬이며 조수간만의 차가 최대 10 m로 매우 크다. 시료는 2006년 5월과 8월에 총 22개 지점에서 채취하였다. 상관분석 결과 $Fe^{2+}$와 $Mn^{2+}$(r=0.83~0.99) 그리고 Na와 Cl(r=0.70~0.97)이 높은 상관성을 보였다. 이는 철 망간을 포함한 광물의 환원성 용해와 해수의 영향으로 판단된다. 인자분석 결과 Factor 1과 Factor I은 EC 및 주요 양 음이온에 높은 양의 적재값을 나타내며 이는 해수의 영향을 지시하는 요인이다. Factor 2와 Factor 는 산화환경을 지시하는 파라미터(DO 및 ORP)에 높은 양의 적재값을 나타내었다. Factor 4와 Factor II는 $Fe^{2+}$, $Mn^{2+}$에 높은 양의 적재값을 나타내었으며, 이는 유기물에 의해 산소가 소모된 혐기성환경에서 철과 망간이 환원되어 $Fe^{2+}$와 $Mn^{2+}$이 증가하는 작용으로 판단된다. 군집분석 결과 5월에는 6개 군집으로 구분되며 8월에는 5개 군집으로 구분되었다. 두 계절 모두 군집은 저장공동 인근 육지 지하수, 저장공동 내 유출수, 해수 및 저장공동 내 지하수로 대별되었다. 저장공동 인근 육지지하수(Group 2 및 Group III)는 EC 및 주요 양 음이온의 값이 높은 것으로 보아 해수침투의 영향으로 사료된다. 유출수의 군집(Group 5 및 Group II)은 모두 음의 산화환원전위와 낮은 용존산소 값으로 환원환경을 지시하며 $Fe^{2+}$와 $Mn^{2+}$는 높은 값을 나타내었다. This study was conducted to examine chemical characteristics and correlations among seepage water, subsurface waters and inland groundwater in and around a coastal underground LPG cavern using factor and cluster analyses. The study area is located in western coast of Incheon metropolitan city and is about 8 km off the coast. The LPG cavern storing propane and butane was built beneath artificially reclaimed island. Mean bathymetry is 8.5 m and maximum sea level change is 10 m. Water sampling was conducted in May and August, 2006 from 22 sampling points. Correlation analysis showed strong correlations among $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ (r=0.83~0.99), and Na and Cl (r=0.70~0.97), which indicated reductive dissolution of iron and manganese bearing minerals and seawater ingression effect, respectively. According to factor analysis, Factors 1 (May) and I (August) showed high loadings for parameters representing seawater ingression into the cavern and effect of submarine groundwater discharge, respectively while Factors 2 and IV showed high loadings for those representing oxidation condition (DO and ORP). Factors 4 and II have large positive loadings for $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$. The increase of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ was related to decomposition of organic matter and subsequent their dissolution under reduced condition. Cluster analysis showed the resulting 6 groups for May and 5 groups for August, which mainly included groups of inland groundwater, cavern seepage water, sea water and subsurface water in the LPG storage cavern. Subsurface water (Group 2 and Group III) around the underground storage cavern showed high EC and major ions contents, which represents the seawater effect. Cavern seepage water (Group 5 and Group II) showed a reduced condition (low DO and negative ORP) and higher levels of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$.

싱가포르 지하공간 개발의 현황 및 이슈

이희석(Hee Suk Lee),Zhou, Yingxin 한국암반공학회 2018 터널과지하공간 Vol.28 No.4

싱가포르는 국토가 부족한 도시 국가의 특성으로 인해 지하 공간의 개발 및 활용을 정부차원에서 전 국가적으로 강력하게 추진하고 있다. 특히 지하철과 지하 도로와 같은 일반 얕은 심도의 지하공간의 활용뿐 아니라 대규모 지하공간 사업으로서 암반 내 지하 탄약 저장고 프로젝트를 성공적으로 마친 이후, 두 번째 대규모 암반 지하공간 프로젝트인 Jurong Rock Cavern을 얼마전 준공한 바 있다. 본 논문에서는 싱가포르의 지질 분석을 통해 암반 지하공간 개발의 조건에 대해 평가한 후, 싱가포르의 다양한 지하공간 개발의 역사와 현황을 살펴본다. 지하 저수지, 지하 자동화 물류 시스템 및 물류 저장 창고 등 정부 차원에서 향후 추진이 예상되는 창의적인 암반내 주요 지하공간 관련 계획 및 기술적인 이슈들에 대해서 소개한다. 또한 이러한 대규모 암반 지하공간 개발에 관련된 향후 문제와 이슈들에 대해서 논의한다. 싱가포르의 이러한 적극적인 지하공간 개발 움직임은 또한 암반공학 및 업계에 향후 많은 기회와 과제를 줄 것으로 기대된다. Singapore government is strongly promoting the development and utilization of underground space in national level due to the nature of the city state which lacks the land. As well as conventional underground utilization in shallow depth such as metro and underground roads, large rock cavern utilization has been started after the successful completion of the underground ammunition depot in the rock, and Jurong Rock Cavern, the second large underground cavern project has just been completed. In this paper, after evaluating the conditions of the underground development in rock mass through the analysis of the geology of Singapore, the history and current status of underground development are examined. Several creative development plans from Singapore government such as underground reservoirs, underground automation logistics systems and underground warehouses storage etc. are introduced with technical issues. This paper also discusses the problems and issues related to the development of large underground space in rock mass in Singapore. It is expected that such active development of underground space in Singapore can give many opportunities and also challenges for rock engineering and industry in the future.

탈기법과 초음파 처리법을 연계한 LPG 지하공동저장소 주변 오염지하수 내 TOC 제거

한이경,전성천,김단우,전소영,이민희 대한자원환경지질학회 2022 자원환경지질 Vol.55 No.5

본 연구에서는 국내에서 운영 중인 대형 LPG(Liquefied petroleum gas: 액화석유가스) 지하공동저장소 주변 오염지하수 내 TOC(total organic carbon: 전유기탄소)를 효과적으로 제거할 수 있는 탈기법(air-stripping) 기반의 정화공정을 개발하기 위해, 국내 LPG 지하저장소 주변 두 종류의 오염 지하수 시료(초기 TOC 농도는 각각 608 mg/L와 153 mg/L)를 대상으로 TOC 제거 실내 실험을 하였다. 다양한 air-stripping 조건(공기주입량 변화, 온도 변화, 초음파 처리 연계 등)에서 처리수의 TOC 제거효율을 비교함으로써, 최적의 TOC 제거효율을 가지는 air-stripping 기반의 지하수 정화공정을 개발하고자 하였다. Air-stripping의 공기 주입량 변화 실험 결과, 공기주입량이 2 L/min에서 11 L/min로 많아질수록, stripping 시간이 1시간에서 24시간으로 길어질수록, 오염지하수의 TOC 제거율은 증가하였지만, 처리 후 지하수의 TOC 농도는 방류수 수질 기준(100 mg/L 이하)보다 높았다. 정성분석 결과 실험에 사용한 LPG 지하저장소 주변 오염지하수의 TOC 주요 성분은 메탄올과 프로판으로 나타났으며, 메탄올의 경우 물과의 친화성에 의해 air-stripping 효과가 프로판보다 낮아, 장시간의 stripping이 필요한 것으로 판단되었다. 상온(20℃)에서 공기주입량 4 L/min로 24시간 air-stripping 후 오염 지하수의 TOC 제거효율은 59.1%였으나, 온도를 30℃와 40℃로 상승 시켰을 때 제거효율은 각각 80.0%와 82.8%로 증가하여, 온도 증가에 따라 TOC 제거효율도 증가하였다. 다만 오염지하수의 온도를 40℃로 유지하여도 24시간 이상 air-stripping을 해야 처리수의 TOC 농도가 방류수 수질 기준을 만족하였다. Air-stripping의 TOC 제거효율을 높이기 위해, 초음파 처리 과정을 병행한 경우, 공기주입량 9 L/min 조건으로 air-stripping을 적용한 결과 5시간 만에 87.8%의 높은 제거효율을 나타내어(처리 후 TOC 농도: 72.4 mg/L) 방류수 수질 기준(100 mg/L)을 만족하였다. 초기 TOC 농도가 낮은 오염지하수의 경우에도 초음파 처리와 air-stripping을 동일한 조건으로 병행한 경우, TOC 제거효율은 89.7%(처리 후 TOC농도: 18.9 mg/L)를 나타내었다. 연구 결과로부터 TOC로 오염된 대형 LPG 지하공동저장소 주변 지하수에 대하여 초음파 처리와 air-stripping을 연계한 정화법을 적용하는 경우, 비교적 짧은 시간(6시간 이하)에 효과적으로 지하수 내 TOC를 제거할 수 있음을 알 수 있었다.

전남 해안 LPG 저장공동 유출수와 주변 지하수의 수질특성

이진용,최미정,김현중,조병욱,Lee, Jin-Yong,Choi, Mi-Jung,Kim, Hyun-Jung,Cho, Byung-Wook 한국지하수토양환경학회 2009 지하수토양환경 Vol.14 No.4

LPG를 저장하는 지하공동의 수장막 시스템은 고압의 가스가 공동 밖으로 새어나가지 못하도록 원활한 지하수의 흐름과 안정적인 지하수두 유지가 필수적이다. 본 연구에서는 전남 여수 LPG공동의 유출수 및 주변 지하수의 수질특성을 파악하기 위하여 2007년 2월, 5월, 8월, 10월에 걸쳐 시료채취, 현장측정 및 실내 수질분석을 실시하였다. 현장 측정 결과 pH는 약산성에서 중성으로 나타났고 10월로 갈수록 증가하는 경향을 나타내었다. 전기전도도는 소금적치장과 인접한 관정의 경우 $10.47{\sim}38.50\;mS/cm$로 매우 높게 나타났다. 용존산소는 $0.20{\sim}8.74\;mg/L$로 매우 넓은 범위를 보였고, 산화환원전위는 평균 159 mV로 비교적 산화환경임을 나타냈다. 또 $Fe^{2+}$, $Mn^{2+}$의 농도는 대부분 3 mg/L 미만으로 나타났다. 수질유형은 유출수의 경우 4차례 모두 Na-Cl type로 나타났으나 지하수의 경우 소금적치장 인접 관측정은 Na-Cl type으로 높은 TDS를 보였다. 다른 지하수 관측정은 전형적인 $Ca-HCO_3$ type으로 나타났다. 미생물 분석결과 호기성세균의 수가 $573{\sim}39,520\;CFU/mL$로 비교적 높게 검출되었다. 본 연구에서 수리화학 및 미생물학적 특성을 분석한 결과 지하수와 유출수는 여수 저장공동의 운영에 있어서 큰 문제를 일으키지 않을 것으로 사료된다. 그러나 미생물 증식의 제어와 수리적 안정성을 유지하기 위해서는 지속적인 모니터링이 요구된다. Water curtain of an underground LPG storage cavern is a facility to prevent leakage of high pressure gases, for which groundwater should flow freely towards the cavern and groundwater level also must be stably maintained. In this study, in order to evaluate qualities of seepage water and surrounding groundwater of an underground LPG storage cavern in Yeosu, 4 rounds of samplings, field measurements and laboratory analyses (February, May, August, October of 2007) were conducted. According to field measurements, pH was weak acidic to neutral but it gradually increased with time. Electrical conductivity (EC) of groundwater near a salt stack showed very high values between 10.47 and 38.50 mS/cm. Dissolved oxygen (DO) showed a very wide range of 0.20~8.74 mg/L and a mean of oxidation-reduction potential (ORP) was 159 mV, which indicated an oxidized condition. Levels of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ were mostly less than 3 mg/L. All of seepage waters showed a Na-Cl type while only groundwater near the salt stack showed a Na-Cl type with a high total dissolved solid. The other groundwaters exhibited typical $Ca-HCO_3$ types. Levels of aerobic bacteria were mostly very high (573-39,520 CFU/mL). Based on the analyses of these hydrochemistry and biological characteristics, it is concluded that there are no particular problems in groundwater and seepage water, which not causing a trouble in the cavern operation. However, both for control of bio-clogging and for sustainable operation of the water curtain system, a regular hydrochemical and microbiological monitoring is required for the seepage water and surrounding groundwater.

암반 공동 열에너지저장소 주변 암반의 수리적 조건에 따른 열-수리-역학적 연계거동 분석

박정욱,이항복,류동우,신중호,박의섭,Park, Jung-Wook,Rutqvist, Jonny,Lee, Hang Bok,Ryu, Dongwoo,Synn, Joong-Ho,Park, Eui-Seob 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.2

본 연구에서는 천부의 암반 공동에 대용량 고온의 열에너지를 저장하는 경우 주변 암반에 야기되는 열-수리-역학적 연계거동을 살펴보고, 이에 지하수위와 암반 투수계수 등 수리적 조건이 미치는 영향을 검토하였다. 해석대상을 투수계수가 비교적 낮은 수준($10^{-17}m^2$)인 결정질 암반으로 가정할 때 열에너지 저장으로 인한 암반 거동에 지하수가 미치는 영향은 크지 않을 것으로 예측되었다. 저장 공동이 지하수위 하부에 위치하는 경우의 온도, 주응력, 변위 분포 등은 저장공동이 불포화대에 위치하는 경우와 거의 동일하게 나타났다. 암반내 열전달 특성은 암반의 투수계수에 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 암반의 투수계수를 $10^{-15}m^2$ 이하로 가정한 경우 열전달은 주로 암반에 전도에 의한 것으로 판단할 수 있었으나, 투수계수를 $10^{-12}m^2$으로 가정하는 경우 지하수 대류에 의한 상향 열유동이 뚜렷이 관찰되었다. 암반 투수계수의 크기에 따라 열수의 대류나 비등으로 인한 상변화 등 복합적인 유동 특성을 나타났으며, 온도, 압력, 포화도 분포가 상이하게 발달하였다. The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a large-scale high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) at a shallow depth has been investigated, and the effects of hydrological conditions such as water table and rock permeability on the behavior have been examined. The liquid saturation of ground water around a storage cavern may have a small impact on the overall heat transfer and mechanical behavior of surrounding rock mass for a relatively low rock permeability of $10^{-17}m^2$. In terms of the distributions of temperature, stress and displacement of the surrounding rock mass, the results expected from the simulation with the cavern below the water table were almost identical to that obtained from the simulation with the cavern in the unsaturated zone. The heat transfer in the rock mass with reasonable permeability ${\leq}10^{-15}m^2$ was dominated by the conduction. In the simulation with rock permeability of $10^{-12}m^2$, however, the convective heat transfer by ground-water was dominant, accompanying the upward heat flow to near-ground surface. The temperature and pressure around a storage cavern showed different distributions according to the rock permeability, as a result of the complex coupled processes such as the heat transfer by multi-phase flow and the evaporation of ground-water.

암반 공동 열에너지저장소 주변 암반의 수리적 조건에 따른 열-수리-역학적 연계거동 분석

박정욱(Jung-Wook Park),Jonny Rutqvist,이항복(Hang Bok Lee),류동우(Dongwoo Ryu),신중호(Joong-Ho Synn),박의섭(Eui-Seob Park) 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.1

본 연구에서는 천부의 암반 공동에 대용량 고온의 열에너지를 저장하는 경우 주변 암반에 야기되는 열-수리-역학적 연계거동을 살펴보고, 이에 지하수위와 암반 투수계수 등 수리적 조건이 미치는 영향을 검토하였다. 해석대상을 투수계수가 비교적 낮은 수준(10<SUP>-17</SUP>m<SUP>2</SUP>)인 결정질 암반으로 가정할 때 열에너지 저장으로 인한 암반 거동에 지하수가 미치는 영향은 크지 않을 것으로 예측되었다. 저장 공동이 지하수위 하부에 위치하는 경우의 온도, 주응력, 변위 분포 등은 저장공동이 불포화대에 위치하는 경우와 거의 동일하게 나타났다. 암반 내 열전달 특성은 암반의 투수계수에 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 암반의 투수계수를 10<SUP>-15</SUP>m<SUP>2</SUP>이하로 가정한 경우 열전달은 주로 암반에 전도에 의한 것으로 판단할 수 있었으나, 투수계수를 10<SUP>-12</SUP>m<SUP>2</SUP>으로 가정하는 경우 지하수 대류에 의한 상향 열유동이 뚜렷이 관찰되었다. 암반 투수계수의 크기에 따라 열수의 대류나 비등으로 인한 상변화 등 복합적인 유동 특성을 나타났으며, 온도, 압력, 포화도 분포가 상이하게 발달하였다. The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a large-scale high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) at a shallow depth has been investigated, and the effects of hydrological conditions such as water table and rock permeability on the behavior have been examined. The liquid saturation of ground water around a storage cavern may have a small impact on the overall heat transfer and mechanical behavior of surrounding rock mass for a relatively low rock permeability of 10<SUP>-17</SUP>m<SUP>2</SUP>. In terms of the distributions of temperature, stress and displacement of the surrounding rock mass, the results expected from the simulation with the cavern below the water table were almost identical to that obtained from the simulation with the cavern in the unsaturated zone. The heat transfer in the rock mass with reasonable permeability ≤ 10<SUP>-15</SUP>m<SUP>2</SUP>was dominated by the conduction. In the simulation with rock permeability of 10<SUP>-12</SUP>m<SUP>2</SUP>, however, the convective heat transfer by ground-water was dominant, accompanying the upward heat flow to near-ground surface. The temperature and pressure around a storage cavern showed different distributions according to the rock permeability, as a result of the complex coupled processes such as the heat transfer by multi-phase flow and the evaporation of ground-water.