[논문]지중 저장 이산화탄소의 누출 위험도 평가를 위한 결함수 분석

이상일; 이상기; 황진환

지중 저장 이산화탄소의 누출 위험도 평가를 위한 결함수 분석
Fault Tree Analysis for Risk Assessment of CO2 Leakage from Geologic Storage 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.18 no.6, 2009년, pp.359 - 366

이상일 (동국대학교 사회환경시스템공학과) , 이상기 (동국대학교 사회환경시스템공학과) , 황진환 (동국대학교 사회환경시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

CCS (Carbon Capture and Storage) is considered as the most promising interim solution to deal with the greenhouse gas such as $CO_2$ responsible for global warming. Even though carefully chosen geologic formations are known to contain stored gas for a long time period, there are potential risks of leakage. Up to now, applicable risk assessment procedures for the leakage of $CO_2$ are not available. This study presents a basis for risk analysis applicable to a complex geologic storage system. It starts with the classification of potential leakage pathways. Receptors and the leakage effect on them are identified and quantified. Then, a fault tree is constructed, which yields the minimum cut set (i.e., the most vulnerable leakage pathway) and quantifies the probability of the leakage risk through the cut set. The methodology will provide a tool for risk assessment in a CCS project. The outcomes of the assessment will not only ensure the safety of the CCS system but also offer a reliable and efficient monitoring plan.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이산화탄소 누출로 인한 경제적 손실과 그 환경영향에 대한 관심이 높아지는 만큼 신뢰도 높은 위험도평가 방법이 마련되어야 할 필요성이 크다. 본 연구에서는 이산화탄소 누출 위험도를 평가함에 있어 결함수 분석(FTA; Fault tree analysis)의 이용을 제안한다.
따라서, 본 논문의 기본사상 중 하나인 “정전으로 인한 주입 불능”의 고장확률로 직접 채택하는데 다소 무리가 따른다. 이에 본 논문에서는 선행연구 결과를 토대로 임의적인 위험도 산정의 예를 제시했다. 향후 신뢰도 높은 고장확률 도출에 많은 노력이 기울여져야 할 것이다.
하지만, 아직 CCS 프로젝트에서 이산화탄소 누출 위험도를 종합적으로 평가한 사례는 찾아볼 수 없으며 그것을 가능하게 하는 도구도 현재로서는 존재하지 않는다. 이에 본 논문은 이산화탄소 누출 위험도 평가에 FTA를 적용하고, 그 적용 가능성을 검토하였다.
이처럼 잠재 위험이 존재하는 거의 모든 시스템에서 활용되고 있고, 그 효용성을 인정받고 있는 FTA를 이산화탄소 누출 위험도 평가에 적용시킴으로써, 지중 저장된 이산화탄소의 누출 위험도 평가의 기초를 마련하는 데에서 본 논문은 실용적·이론적 의의를 갖는다.

가설 설정

예를 들어, 본 논문에서 기본사상으로 정의한 OR-Gate 7의 하위사상 중 하나인 정전을 정상사상으로 볼 수도 있을 것이다. 또한, 본 논문에서 정의한 Gate는 모두 ORGate로, 각 Gate의 하위사상들을 독립으로 가정한 결과이다.
누출된 이산화탄소가 대수층을 통과하면서 지하수가 산성화 될 수도 있다. 이산화탄소가 토양 내 미생물에 영향을 미칠 수 있으며, 호기성 미생물과 혐기성 미생물의 개체 수 변화에 영향을 줄 것이다. 이러한 이산화탄소의 노출에 대한 영향은 Table 1에 정리하였다(West et al.

제안 방법

정상사상이 정의되면 정상사상에 영향을 미치는 모든 하위 사항을 검토해야 한다. 2.1절의 잠재 누출 경로를 바탕으로 각 경로상의 누출을 일으키는 요인(기본사상)을 연역적으로 분석하여 FT를 구축하게 된다.

성능/효과

본 논문에서 부여한 기본사상들의 고장확률은 다소 임의적이기는 하지만 가급적 과학적 근거와 개별 연구에 기초한 것이다(최규식, 1999a; 최규식, 1999b). 이 연구들은 전기 생산을 위한 설비들의 이용불능을 정상사상으로 하며 화력발전소는 0.1049%, 원자력발전소는 0.0045 %의 고장확률을 제시했다.
핵발전소를 비롯한 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있는 위험도 평가 방법론 중 하나인 FTA가 CCS에도 적용 가능함을 알 수 있었다. 이를 통해 CCS 프로젝트의 안전성과 CCS에 대한 공공의 이해를 높일 수 있을 것으로 기대되며, 취약한 것으로 판명된 누출 경로를 중심으로 신뢰성 있는 모니터링 계획에도 기여할 수 있을 것이다.

후속연구

이를 통해 CCS 프로젝트의 안전성과 CCS에 대한 공공의 이해를 높일 수 있을 것으로 기대되며, 취약한 것으로 판명된 누출 경로를 중심으로 신뢰성 있는 모니터링 계획에도 기여할 수 있을 것이다. 다만, 기본사상들에 고장 확률을 부여하는 과정이 분석의 신뢰성을 높이는데 중요한 관건이 될 것으로 판단된다.
핵발전소를 비롯한 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있는 위험도 평가 방법론 중 하나인 FTA가 CCS에도 적용 가능함을 알 수 있었다. 이를 통해 CCS 프로젝트의 안전성과 CCS에 대한 공공의 이해를 높일 수 있을 것으로 기대되며, 취약한 것으로 판명된 누출 경로를 중심으로 신뢰성 있는 모니터링 계획에도 기여할 수 있을 것이다. 다만, 기본사상들에 고장 확률을 부여하는 과정이 분석의 신뢰성을 높이는데 중요한 관건이 될 것으로 판단된다.
이산화탄소 주입 현장의 정전을 정상사상으로 가정할 경우, “발전소 설비들의 이용불능”, “송전선의 파손” 및 “현장 전기설비 고장” 등 다양한 기본사상을 갖게 될 것이다.
이에 본 논문에서는 선행연구 결과를 토대로 임의적인 위험도 산정의 예를 제시했다. 향후 신뢰도 높은 고장확률 도출에 많은 노력이 기울여져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CCS란 무엇인가?	대기 중 이산화탄소의 증가로 인한 지구온난화 방지를 위해 북미·유럽 등지에서 탄소 지중저장(Carbon capture and storage; 이하 CCS)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. CCS는 발전소 및 공장에서 배출되는 이산화탄소를 모아서 지하 깊은 곳에 매설하는 방법으로, 이산화탄소의 대기 중 배출량을 줄이는데 가장 효과적인 방법으로 평가된다(IPCC, 2005). 하지만, 아무리 신중한 부지선정과 적절한 조치가 취해진다 해도 여전히 이산화탄소 누출에 대한 위험은 잠재하고 있다.
	탄소 지중저장의 목표는 무엇인가?	대기 중 이산화탄소의 증가로 인한 지구온난화 방지를 위해 북미·유럽 등지에서 탄소 지중저장(Carbon capture and storage; 이하 CCS)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. CCS는 발전소 및 공장에서 배출되는 이산화탄소를 모아서 지하 깊은 곳에 매설하는 방법으로, 이산화탄소의 대기 중 배출량을 줄이는데 가장 효과적인 방법으로 평가된다(IPCC, 2005).
	탄소 지중저장으로 저장한 이산화탄소가 누출될 확률은 천년 기간 기준으로 몇 %인가?	이에 선진국에서는 누출 위험도 평가와 모니터링 계획 수립에 대한 체계적 연구가 시작되고 있다. 지중 저장된 이산화탄소가 누출될 확률은 천년 기간 기준으로 34% 정도이며, 만약 누출된다면 그 양은 저장된 총량의 0.2%가 될 것이라는 보고도 있다(DEFRA, 2004).

참고문헌 (14)

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상세보기
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