Hydrogen, which can be produced from abundant and widely distributed renewable energy resources, seems to be a promising candidate for solving the concerns for improving energy security, urban air pollution, and reducing greenhouse gas emissions. The two primary motivating factors for hydrogen econo...
Hydrogen, which can be produced from abundant and widely distributed renewable energy resources, seems to be a promising candidate for solving the concerns for improving energy security, urban air pollution, and reducing greenhouse gas emissions. The two primary motivating factors for hydrogen economy are fossil fuel supply limitations and concerns about global warming. But the safety issues associated with hydrogen economy need to be investigated and fully understood before being considered as a future energy source. Limited operating experience with hydrogen energy systems in consumer environments is recognised as a significant barrier to the implementation of hydrogen economy. To prevent unnecessary restrictions on emerging codes, standards and local regulations, safety policies based on real hazards should be developed. This article studies briefly the direct impact-distances from hazard events such as hydrogen release and jet fire, and damage levels from hydrogen gas explosion in a confined space. Based on the direct impact-distances indicated in the accident scenarios and consumer environments in Korea, the safety policies, which are related to hydrogen filling station, hydrogen fuel cell car, portable fuel cell, domestic fuel cells, and hydrogen town, are suggested to implement hydrogen economy. To apply the safety policies and overcome the disadvantages of prescriptive risk management, which is setting guidance in great detail to management well known risk but is not covering unidentified risk, hybrid risk management model is also proposed.
Hydrogen, which can be produced from abundant and widely distributed renewable energy resources, seems to be a promising candidate for solving the concerns for improving energy security, urban air pollution, and reducing greenhouse gas emissions. The two primary motivating factors for hydrogen economy are fossil fuel supply limitations and concerns about global warming. But the safety issues associated with hydrogen economy need to be investigated and fully understood before being considered as a future energy source. Limited operating experience with hydrogen energy systems in consumer environments is recognised as a significant barrier to the implementation of hydrogen economy. To prevent unnecessary restrictions on emerging codes, standards and local regulations, safety policies based on real hazards should be developed. This article studies briefly the direct impact-distances from hazard events such as hydrogen release and jet fire, and damage levels from hydrogen gas explosion in a confined space. Based on the direct impact-distances indicated in the accident scenarios and consumer environments in Korea, the safety policies, which are related to hydrogen filling station, hydrogen fuel cell car, portable fuel cell, domestic fuel cells, and hydrogen town, are suggested to implement hydrogen economy. To apply the safety policies and overcome the disadvantages of prescriptive risk management, which is setting guidance in great detail to management well known risk but is not covering unidentified risk, hybrid risk management model is also proposed.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 안전관리와 직접 관련된 누출, 확산, 폭발, 그리고 화재의 피해해석에 대한 간략한 모델들을 도출하고, 수소 연료전지 자동차의 보급에 따른 기반시설인 수소충전소, 수소 이용기기인 가정용 연료전지, 휴대용 연료전지 등의 안전문제를 국내 환경과 도출한 피해모델을 기반으로 향후 수소경제로의 전환에 따른 안전관리 정책방향과 이를 적용할 수 있는 위험관리 모델을 제시하고자 한다.
현행 고압가스안전관리법에 의한 신규 CNG 충전소 설치 부지는 수도권에서 선정하기 매우 어려운 실정이고, 기존 충전소에 병행하여 설치할 경우에도 설비간의 충분한 안전거리를 유지하기 어렵다. 따라서 수소 충전소 건립에 가장 걸림돌이 되는 규정은 설비간의 최소이격거리와 사업자 부지경계와의 거리이므로 이에 대하여 살펴보고자 한다. 현행 안전관리 규정은 과학적인 사고피해규모 등의 해석적 기술에 근거하기 보다는 해외 기준과 사고의 경험으로부터 규정적으로 안전기준을 설정하고 있다.
그리고 국내에서는 승용차가 대부분 건물 지하 주차장에 주차하고, 가정용 연료전지가 세계에서 유일하게 실내에 설치되는 것을 감안하여야 한다. 따라서 여기에서는 국내 수소경제 실현에 있어서 국내환경을 고려하여 사고 피해범위 해석을 바탕으로 수소 충전소, 연료전지 자동차, 휴대용 연료전지, 가정용 연료전지, 그리고 수소타운에 있어서 안전정책의 나아갈 방향을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 수소경제로의 이행에 있어서 안전성을 검토하기 위하여 수소가스 사고에 따른 피해거리와 밀폐공간에서 폭발사고의 피해정도에 따른 수소 최소누출량을 살펴보았다. 수소에 있어서 안전관리에 중요한 요소는 2차 사고를 예방하기 위한 제트누출 및 화재 피해거리, 사고피해 완화를 위한 수소누출 감지 및 사고예방시스템, 밀폐공간에서 폭발사고 예방, 그리고 사용자 부주의에 의한 사고예방이다.
이러한 검토를 하기 위하여 수소의 특성을 고려한 과학적인 위험성 해석이 필요하다. 본 장에서는 수소 시설 및 제품의 안전성 검토에서 고려해야 할 누출, 확산, 폭발 그리고 화재에 대하여 살펴보고자 한다.
제안 방법
수소경제에 대한 안전관리는 여기서 제시된 안전관리 정책을 수용하고 기존의 규정적 위험관리의 단점을 보완하기 위한 새로운 안전관리 모형이 필요하고, 이를 위해 복합 위험관리모델을 제시하였다.
수소에 있어서 안전관리에 중요한 요소는 2차 사고를 예방하기 위한 제트누출 및 화재 피해거리, 사고피해 완화를 위한 수소누출 감지 및 사고예방시스템, 밀폐공간에서 폭발사고 예방, 그리고 사용자 부주의에 의한 사고예방이다. 안전관리의 중요한 요소들을 기반으로 국내의 가스관련 법과 수소 연료전지의 사용 환경을 고려하여 수소 충전소, 연료전지 자동차, 수송용 연료전지, 가정용 연료전지, 그리고 배관 수송에 대한 안전관리 정책을 개략적으로 제시하였다.
앞 장에서 도출한 위험관리에 있어서 주요 요소와 안전관리 방안을 수용할 수 있는 새로운 복합위험관리모델(Hybrid Risk Management Model)을 Fig. 5와 같이 제시하였다.
성능/효과
수소 충전소의 안전거리는 2차 사고를 예방하기 위한 거리는 수 십 미터에 이르는 것을 알 수 있었다. 안전거리를 확보하기 어려운 수도권과 같은 도심지에서는 충전소에서 발생할 수 있는 사고의 확률이 사회적으로 수용 가능한 수준으로 낮추어서 안전거리를 “작업공간을 위한 최소 이격거리”인 수 미터로 설정할 수 있도록 위험을 기반으로 한 안전관리 제도도입이 필요하다.
후속연구
그러나 대형건물의 지하공간에 수소 누출로 폭발사고가 일어나게 되면 수소가스의 연소특성 때문에 천연가스나 LPG에 비하여 상대적으로 매우 큰 피해를 유발 시킨다6). 따라서 수소연료전지 자동차의 안전정책에 있어서는 LPG 또는 천연가스 자동차에 비하여 안전장치에 대한 규정을 강화해야 될 뿐 만 아니라, 국내 주차장 환경을 고려하여 해외 규정 보다 더욱 가스 누출감지 시스템에 심려를 기울여야 할 것으로 사료된다. 즉 수소연료전지 자동차는 수소누출감지 차단 시스템의 신뢰성을 규정하는 것이 필요하다.
현재 국내에서 규정적 위험관리 모델을 기반으로 안전관리가 운영되고 있다. 따라서 안전관리 모델은 수소경제 실현에 있어서 규정적 위험관리 모델의 단점을 보완하고 안전기술 개발을 촉진하기 위한 정량적 위험관리의 장점을 접목한 복합 위험관리 모델을 적용하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다. 복합 위험관리 모델은 지금까지 명확히 밝혀진 안전지식을 활용하여 최소한의 안전관리 요구사항을 명확히 규정하고, 허용 가능한 총 위험수준을 제도에 규정하는 제도이다.
휴대용 연료전지는 기존의 가정용 연료전지와 달리 이용자의 영향을 크게 받을 수 있고, 다양한 환경에서 이용할 수 있기 때문에 진동 등의 내구성 관련 요소와, fail safe 및 pool proof와 같은 안전성 요소들이 추가적으로 고려해야 할 것으로 사료된다. 따라서 휴대용 연료전지에 대한 안전을 확보하기 위해서는 현재 안전 사각지대로 있는 휴대용 연료전지를 관리 할 수 있는 관련법의 정비가 우선적으로 이루어지고, 이에 따라서 안전기준은 기존 가정용 연료전지 시스템의 안전기준에 휴대용 연료전지의 이용 특성을 고려하여 보완하면 될 것으로 판단된다. 특히, 초기 연료전지 기동을 위한 배터리 연동, 휴대환경, 휴대용 연료공급 등의 새로운 사안들의 안전기준이 합리적으로 설정되어야 한다.
수소 비행선 교훈에서 볼 수 있듯이 수소경제 진입 초기에 안전을 충분히 검토하여 안전관리 정책을 정립하지 않는다면 대형 사고로 수소경제 실현이 매우 어려워 질 수 있을 것이다. 또한 수소시설이 위험한 혐오시설로 간주되어 인근 주민과 갈등을 야기하여 막대한 갈등해소 비용과 수소경제 실현을 느리게 할 수 있을 것이다. 따라서 수소에 대한 안전은 사회적 위험을 수용할 수 있고 경제활동을 할 수 있는 적절한 사회적 환경에 맞추어 정책을 수립하여야 한다.
설치안전 기준은 미국 수송부의 보고서에서 언급 했듯이 연료전지 주변의 가스농도가 연소하한농도의 1/4에서 경보작동 그리고 1/2에서 경보 및 강제배기를 하는 것이 필요하다21). 또한 연료전지 시스템의 안전성능을 확보하기 위하여 개질기, 스택, 그리고 보조기기 등의 부품 안전성을 보증하기 위한 인증제도가 필요한 것으로 사료된다.
본 연구에서 검토한 수소경제로의 이행에 따른 안전관리 정책의 정립과 수소안전 기술의 이해는 사고예방 뿐만 아니라 수소충전소와 같은 기반시설 업체와 주변 주민과의 갈등을 어느 정도 해소함으로써 수소기반시설의 보급을 활성화하고 수소경제의 실현을 앞당기는데 도움이 될 것으로 사료된다.
LPG를 연료로 하는 방식을 제외한 휴대용 연료전지는 국내 가스 관련법에 적용되지 않아 제품 안전관리가 이루어지지 않고 있다. 휴대용 연료전지는 기존의 가정용 연료전지와 달리 이용자의 영향을 크게 받을 수 있고, 다양한 환경에서 이용할 수 있기 때문에 진동 등의 내구성 관련 요소와, fail safe 및 pool proof와 같은 안전성 요소들이 추가적으로 고려해야 할 것으로 사료된다. 따라서 휴대용 연료전지에 대한 안전을 확보하기 위해서는 현재 안전 사각지대로 있는 휴대용 연료전지를 관리 할 수 있는 관련법의 정비가 우선적으로 이루어지고, 이에 따라서 안전기준은 기존 가정용 연료전지 시스템의 안전기준에 휴대용 연료전지의 이용 특성을 고려하여 보완하면 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수소의 특징은 무엇인가?
수소에너지의 관련기술은 온실가스 감축의 문제점을 해결할 뿐 만 아니라 도심지 대기오염 문제, 에너지 보안, 그리고 화석에너지 가채량 한계 문제를 해결하기 위한 미래기술로 국가 경쟁력 향상을 위해 선진국에서 수 십 년 전부터 연구개발에 많은 투자를 하고 있다. 수소는 지구에서 가장 풍부한 물질이고 다양한 에너지 자원으로 부터 수소를 생산할 수 있고, 전기와 달리 대량으로 저장이 가능한 무한 순환 청정에너지이다. 또한 수소를 연료로 상용하는 연료전지 자동차는 배출되는 오염물질은 거의 없으므로 도심지 대기환경을 개선하기 위하여 미래의 교통수단으로 고려되고 있다.
수소에너지의 관련기술의 긍정적 영향은 무엇인가?
지구 온난화 문제를 해결하기 위해 단기적으로는 이산화탄소 포집-저장 기술이 거론되고 있지만, 중장기적으로는 수소에너지를 활용하는 것이 가강 효율적이라고 이미 잘 알려져 있다. 수소에너지의 관련기술은 온실가스 감축의 문제점을 해결할 뿐 만 아니라 도심지 대기오염 문제, 에너지 보안, 그리고 화석에너지 가채량 한계 문제를 해결하기 위한 미래기술로 국가 경쟁력 향상을 위해 선진국에서 수 십 년 전부터 연구개발에 많은 투자를 하고 있다. 수소는 지구에서 가장 풍부한 물질이고 다양한 에너지 자원으로 부터 수소를 생산할 수 있고, 전기와 달리 대량으로 저장이 가능한 무한 순환 청정에너지이다.
수소가스의 안전성을 확보하기 위해 고려해야 할 것은 무엇인가?
1) 수소와 관련된 기존의 고압가스안전관리법 등과 같은 규정들과의 부합화
2) 수소안전에 관련된 산-학-연-관에서 지금까지 개발한 결과의 충분한 활용
3) 수소 연료전지 자동차의 자유무역을 위한 국제 규제의 부합화
4) 시범운영을 통한 안전기준의 적절성에 대한 검토
5) 안전규정을 설정하기 위한 정부와 산업계의 공조
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