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위험성 평가를 통한 도심지 내 수소충전소 안전성 분석

A Study on the Safety of Hydrogen Refueling Station in Urban Area by the Risk Assessment

초록/요약

2015년에 맺어진 파리협정 이후 세계 주요 국가는 지구온난화의 주범인 탄소경제(Carbon Economy)를 탈피해 친환경적이고 순환 가능한 에너지인 수소경제(Hydrogen Economy)에 주목하였다. 최근 우리나라도 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표하며 수소에너지 선도국가로서 기틀을 마련하기 위한 움직임을 보이고 있다. 수소경제 활성화 로드맵을 면밀히 살펴보면, 2040년까지 수소충전소 1,200여개소, 수소자동차 80만대를 보급해 수소 인프라를 구축을 계획하고 있으며 주요에너지원으로 수소를 소비하고 더 나아가 수소를 수입하는 계획을 구상 중이다. 수소는 지구상 가장 흔한 원소이다. 또한, 가벼운 물질이라 폭발 위험성이 현저하게 낮다고 알려져 있다. 그러나 수소는 가벼운 물질이라 확산이 빠른 것이지 폭발의 위험성이 없는 것은 아니다. 대표적인 폭발 사고로 미국에서 2007년에 발생한 Muskingum River Power Plant Vapor Cloud Explosion 사고, 2009년에 발생한 Silver Eagle Refinery Vapor Cloud Explosion 사고 등이 있다. 국내에서도 지난 5월 강릉에서 수소탱크 폭발사고(산소와 수소 혼합가스에 의한 폭발사고로 결론)가 있었고, 노르웨이에서 수소충전소에 화재가 나는 사고가 발생하는 등 수소에너지가 마냥 안전한 에너지는 아닌 것을 볼 수 있다. 그러나 우리나라는 수소충전소 설치에 관한 규제샌드박스를 이용해 도심지, 공공청사 등 주요 도심 거점에 수소충전소 구축을 추진했으며 그 결과 지난 5월 국회의사당에서는 20여명의 주요인사와 100여명의 관계자가 대동해 국회의사당 수소충전소 착공식을 개최했으며, 화성시 등 타 지자체에서도 도심청사에 수소충전소 설치를 추진 중에 있다. 본 논문은 주요 도심 거점에 설치되는 수소충전소에 대해 수소에너지 전문 정량적 위험성 평가(QRA: Quantitative Risk Assessment) 프로그램인 미국 샌디아 국립 연구소(SNL: Sandia National Laboratories)의 HyRAM(Hydrogen Risk Assessment Model)을 사용해 안전성 평가를 실시하였다. 그리고 그 결과를 바탕으로 수소충전소와 도심지 간 안전거리를 살펴보고 안전거리 최적화에 관해 연구를 진행하였다. 추가적으로 PHAST 8.0의 VCE 폭발과압 결과를 바탕으로 프랑스의 토지이용계획(Land-Use Planning) 기법을 이용해 수소충전소의 입지 여건에 대한 타당성 평가를 진행하였다. 그 결과 수소충전소가 도심지에 설치되어도 Jet fire 복사열과 VCE 폭발과압의 영향반경이 위험 영향범위 안에 있으나 빈도를 결합한 Risk적인 측면에서는 허용가능한 영역 내인 것을 확인할 수 있었다.

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목차

1. 서 론 1
1.1. 연구의 배경 및 필요성 1
1.2. 연구의 목적 8
2. 방법론 9
2.1. 연구방법 9
2.2. 사고시나리오 선정 10
2.2.1. 장소선정 10
2.2.2. 기상조건 선정 12
2.2.3. 사고시나리오 조건 14
2.3. HyRAM(Hydrogen Risk Assessment Model) 17
2.3.1. 선정된 시나리오에 대한 영향평가 모델링 20
2.3.1.1. Jet Fire 20
2.3.1.2. VCE 폭발과압 26
2.4. 프랑스 토지이용계획(Land-use Planning) 기법 30
2.4.1. 사고 평가의 위험도 30
2.4.2. 사고 발생 확률 32
2.4.3. 위험도 수용성 34
2.4.4. 본 연구의 적용 37
3. 결 과 41
3.1. HyRAM Simulation 결과 41
3.1.1. Jet Fire 결과 41
3.1.2. VCE 폭발과압 결과 값 56
3.2. 프랑스 토지이용계획 기법 결과 65
4. 결 론 74
참 고 문 헌 76

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