[논문]정량적 위험성평가 프로그램(Hy-KoRAM)을 이용한 제조식 수소충전소 피해범위 및 영향 분석

김혜림; 강승규

doi:10.7316/khnes.2020.31.5.459

정량적 위험성평가 프로그램(Hy-KoRAM)을 이용한 제조식 수소충전소 피해범위 및 영향 분석
Analysis of Damage Range and Impact of On-Site Hydrogen Fueling Station Using Quantitative Risk Assessment Program (Hy-KoRAM) 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.31 no.5, 2020년, pp.459 - 466

김혜림 (한국가스안전공사 가스안전연구원) , 강승규 (한국가스안전공사 가스안전연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

As the hydrogen industry grows, expansion of infrastructure for hydrogen supply is required, but the safety of hydrogen facilities is concerned due to the recent accidents at the Gangneung hydrogen tank and the Norwegian hydrogen fueling station. In this study, the damage range and impact analysis on the on-site hydrogen fueling station was conducted using Hy-KoRAM. This is a domestically developed program that adds functions based on HyRAM. Through this risk assessment, it was evaluated whether the on-site hydrogen fueling station meets international standards and suggested ways to improve safety.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Location of hydrogen fueling station
표 Table 1. Specifications of on-site type hydrogen fueling station
표 Table 2. Safety evaluation criteria through damage impact evaluation
표 Table 3. Distribution of population for risk assessment
표 Table 4. Facilities test conditions and dangerous distance calculation results
그림 Fig. 2. ETA and HCA analysis result (reformer)
그림 Fig. 3. ETA and HCA analysis result (1st compressor)
그림 Fig. 4. ETA and HCA analysis result (2nd compressor)
그림 Fig. 6. ETA and HCA analysis result (storage vessel_MID)
그림 Fig. 7. ETA and HCA analysis result (storage vessel_HIGH)
그림 Fig. 5. ETA and HCA analysis result (storage vessel_LOW)
그림 Fig. 8. ETA and HCA analysis result (dispenser)
그림 Fig. 10. Individual risk contours
그림 Fig. 9. Societal risk analysis results
표 Table 5. Individual risk criteria (HSE, UK)

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 수소충전 차량의 수요가 점점 증가함에 따라 수소 공급 요구량이 증대되면서 여러 지역에서 제조식 수소충전소 설치사업을 확대 실시하고 있다. 따라서 본 연구를 통해 제조식 수소충전소에 대한 피해 범위 및 영향을 분석하여 안전성을 제고하고자 한다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 최근 국내에서 국제공동연구를 통해 개발한 수소환경에 부합하는 위험성평가 프로그램인 Hy-KoRAM을 활용하여 제조식 수소충전소의 피해범위와 영향을 분석하고자 한다.
본 연구에서는 이를 위해 수소충전소 전용 위험성 평가 프로그램인 Hy-KoRAM을 활용하여 제조식 수소충전소에 대한 정량적 위험성평가를 수행하였다.

대상 데이터

QRA 해석 결과를 분석하기 위해 위험도 허용 기준을 명시한 UK HSE¹¹⁾ 자료를 참조하였다(Table 5). 본 연구 대상인 제조식 수소충전소의 개인적 위험도(위험시설 주변에서 개인이 사상[死傷]할 수 있는 확률) 분석 결과, 작업자에 대한 허용 불가 영역 (>1×10E-3) 및 작업장 밖에서의 일반 대중에 대한 허용 불가 영역(>1×10E^-4)은 나타나지 않았으며, 충전소 주변의 인구현황 분포를 적용한 사회적 위험도 평가 결과 ALARP 영역(as low as reasonably practicable, 합리적으로 허용 가능한 범위) 및 완전 허용 가능 구역 내에 분포하는 것으로 확인되었다(Figs.
제조식 수소충전소의 정량적 위험성평가를 위해 수도권 근처에 위치한 제조식 수소충전소를 평가 모델로 선정하였다. 해당 충전소는 용기 또는 차량에 고정된 탱크에 고압가스를 충전할 수 있는 설비로 고압가스를 충전하는 것으로서 고압가스 제조(충전) 허가 대상에 포함된다.

이론/모형

각 시설들의 위험성평가 조건에 따른 결과는 다음과 같다. Figs. 2-8에서 나타낸 ETA/ HCA 해석을 통해 화염길이와 복사열의 영향 범위를 확인할 수 있으며, ETA의 점화확률은 SAND 2012- 10150(2012)¹⁰⁾ 을 참조하여 분석하였다(Table 4).
위험성평가 조건을 선정하기 위하여 누출원의 크기와 누출빈도에 대해 다음과 같이 기존의 문헌들을 참고하였다. 누출원의 크기는 IEC60079-10-1⁶⁾ (KS C IEC 60079-10-1⁷⁾, KGS GC101⁸⁾)에서 권장하는 2차 누출등급의 누출원 크기로 선정하였으며, 누출빈도는 SAND2009-0874 (2009)9)를 참조하였다.

성능/효과

1) 피해영향분석에서 2차 압축기의 피해영향이 가장 큰 것으로 나타났으며 압축기와 압축가스 설비가 방호벽 내의 공동 공간에 배치되어 있는 상태이기 때문에 한 설비에서 사고 발생 시 다른 설비로 사고가 전이 될 수 있어 격벽 등의 방호조치로 안전성을 강화하는 것이 권장된다.
2) 본 연구의 대상인 제조식 수소충전소의 개인적 위험도 분석 결과 작업자에 대한 허용 불가 영역 (>1×10^-3) 및 작업장 밖에서의 일반 대중에 대한 허용 불가 영역(>1×10-4)은 나타나지 않았으며, 충전소 주변의 인구현황 분포를 적용한 사회적 위험도 평가 결과 ALARP 영역 및 완전 허용 가능 구역 내에 분포하는 것으로 확인되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제조식 수소충전소는 어떤 방식을 이용하는가?	수소충전소는 수소의 공급 방식에 따라 저장식과제조식으로 나누어진다. 제조식 수소충전소는 수소의 원료가 되는 가스를 개질기와 같은 추출장치로 수소를 직접 생산하여 수소차에 공급하는 방식으로서 충전소 건설비용이 높아 국내에서는 주로 저장식 수소충전소 방식을 이용하고 있다. 하지만 수소충전 차량의 수요가 점점 증가함에 따라 수소 공급 요구량이 증대되면서 여러 지역에서 제조식 수소충전소 설치사업을 확대 실시하고 있다.
	Hy-KoRAM은 무엇인가?	본 연구는 제조식 수소충전시스템의 피해범위와 영향을 분석하기 위하여 정량적 위험성평가 프로그램인 Hy-KoRAM을 활용하였다. Hy-KoRAM은 가스누출에 따른 피해 범위 예측 및 사고 빈도를 고려하는 프로그램으로서 department of energy (DOE)에서 개발한 HyRAM1,2)에 정성적·정량적 모듈을 보완하여 만든 위험성평가 프로그램이다. 현재, 국내에서는 Phast/Safeti, EFFECTS/RISKCURVES 등 주로 석유화학플랜트의 위험성을 평가하는 해외 범용 프로그램을 사용하고 있다.
	수소에너지 인프라 확충에 관한 국내 동향 및 목표는 어떠한가?	수소에너지는 차세대 청정연료로서 수송·발전·건물·산업 등의 원료로 활용되고 있으며, 관련 인프라 확충과 기술개발로 인해 급격한 성장세를 보이고 있다. 특히, 1998년 국가 G7 사업 및 차세대 자동차 개발 사업을 기점으로 수소차 개발을 시작하여 교통 인프라 보급이 확대되고 있으며 2040년까지 수소차 290만 대, 수소충전소 1,200개소를 목표로 하고 있다. 이러한 수소차 보급및 시장 활성화를 위해 수소충전소의 확대가 필요하나 이전까지 국내에서는 충전 인프라에 대한 신뢰성 있는 위험성평가 프로그램이 부재하였기 때문에 안전성 확인에 어려움이 있었다.

참고문헌 (11)

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HID CI5A, "Guidance on ALARP decisions in COMAH, United Kingdom health and safety executive(UK HSE)", 2019.

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