[논문]수소충전소의 위험도 산출 및 적용에 대한 고찰

서두현; 김태훈; 이광원

doi:10.7842/kigas.2020.24.5.1

수소충전소의 위험도 산출 및 적용에 대한 고찰
A Study on the Calculation and Application of the Risk in the Hydrogen Stations 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.24 no.5, 2020년, pp.1 - 9

서두현 (피에스피) , 김태훈 (호서대학교 수소에너지안전기술공학과) , 이광원 (호서대학교 안전소방학부)

초록
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국내에서는 수소충전소 보급 및 상용화를 추진 중에 있으나 수소충전소에 대한 위험도 판정이 명확하지 않다. 특히 수소충전소에 대한 위험도 산출 방법 및 허용가능 기준이 명확하지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 설치 중인 수소충전소 3개소를 선정하여 일반적인 위험도 산출 방법을 활용하여 각각의 수소충전소의 사회적 위험도를 계산해보았다. 일반적인 위험도 산출의 방법으로 개인적/사회적 위험도를 통한 사고빈도를 고려한 개인의 사망활률 및 인근주민의 수에 따른 사망 가능성을 통해 수소충전소의 위험도 수준을 산출할 수 있다. 그러나 이러한 위험도의 경우에도 허용가능 여부를 판단할 기준이 불분명한 실정이다. 이에 국외의 위험도 허용가능 기준을 조사하고 국내의 선정된 수소충전소의 위험도를 적용하여 허용가능 수준임을 고찰해 보았다.

Abstract ▼ AI-Helper

In Korea, hydrogen stations are being promoted and commercialized. However, the risk assessment for the hydrogen station is not clear. In particular, it is not clear how to calculate the risk and acceptable criteria for a hydrogen station. Therefore, in this study, three hydrogen stations being installed were selected and general risks were calculated and the social risk of each hydrogen station was calculated. In general, the method of risk assessment is individual/social risk. This is an individual's death rate considering the frequency of accidents, And the likelihood of death according to the number of nearby residents. These can be used to calculate the level of risk for a hydrogen station. However, this method of calculate risks is the criteria for judging whether it is acceptable are unclear. For this reason, this study investigated the allowable standards for foreign risks and considered that they were acceptable by applying the risks of selected domestic hydrogen stations.

주제어

표/그림 (26)

그림 Fig. 1. The risk contour of individual risk
그림 Fig. 2. The F-N curve of societal risk
그림 Fig. 3. The F-N curve of societal risk
표 Table 2. The risk acceptance criteria of individual risks in foreign
그림 Fig. 4. The distance of overpressure by VCE in A hydrogen station (left : worst case, light : alternative release)
그림 Fig. 5. The distance of radiant heat by Jet fire in A hydrogen station (left : worst case, light : alternative release)
표 Table 2. The distance of overpressure by VCE in A hydrogen station
그림 Fig. 6. The distance of overpressure by VCE in B hydrogen station (left : worst case, light : alternative release)
그림 Fig. 7. The distance of radiant heat by Jet fire in B hydrogen station (left : worst case, light : alternative release)
표 Table 3. The distance of radiant heat by Jet fire in A hydrogen station
표 Table 4. The distance of overpressure by VCE in B hydrogen station
표 Table 5. The distance of radiant heat by Jet fire in B hydrogen station
그림 Fig. 8. The distance of overpressure by VCE in C hydrogen station (left : worst case, light : alternative release)
그림 Fig. 9. The distance of radiant heat by Jet fire in C hydrogen station (left : worst case, light : alternative release)
표 Table 6. The distance of overpressure by VCE in C hydrogen stationin C hydrogen station
표 Table 7. The distance of radiant heat by Jet fire in C hydrogen station
표 Table 8. The result of the distance of consequence
표 Table 9. The number of inhabitants in distance of A Hydrogen station
표 Table 10. The reduction rate by safety device in A Hydrogen station
표 Table 11. The social risk by scenario in A Hydrogen station
표 Table 12. The number of inhabitants in distance of B Hydrogen station
표 Table 13. The reduction rate by safety device in B Hydrogen station
표 Table 14. The social risk by scenario in B Hy-drogen station
표 Table 15. The number of inhabitants in distance of C Hydrogen station
표 Table 16. The reduction rate by safety device in C Hydrogen station
표 Table 17. The social risk by scenario in C Hy-drogen station

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 수소충전소에 대한 위험도를 산출하고 국내 수소충전소 허용기준 등을 고찰해 봄으로써, 다가올 수소사회에서 안전한 수소충전소 운영에 필요한 사항을 고찰해 보았다.
이러한 이유로 본 연구에서는 수소충전소에 대해 위험도를 산정해보고 허용 가능한 수준에 대한 국내 적용 기준 마련의 방향을 제시하고자 한다. 이를 위해 먼저 국외의 개인적/사회적 위험도의 허용기준에 대해 조사하여 비교 분석하였으며, 현재 설계 및 시공 중인 국내 수소충전소를 대상으로 위험도를 산정하여 보았다.
이에 국외의 허용 기준을 비교하여, 국내 적용 가능한 허용기준에 대해 살펴보았다.

제안 방법

대상이 되는 수소충전소의 각각의 발생 가능 시나리오에 대해 ALOHA 및 KORA를 통해 피해영향 및 위험도를 산출하였으며, 분석 결과를 토대로 허용가능 여부에 대해 고찰해 보았다.
사고의 시나리오는 KOSHA GUIDE P-107-2016 최악 및 대안의 누출 시나리오 선정에 관한 기술지침에 의해 시나리오별 조건을 적용하였으며, 대안의 시나리오에서는 해당 지역의 날씨 조건을 조사하여 분석하였다.
그러나, KORA는 수소충전소에서의 900bar 이상의 저장압력에 대한 분석에 어려움이 있어 몇몇 시나리오의 경우 산출에 제약이 있다. 이러한 이유로 ALOHA의 피해영향결과를 KORA에 대입하여 빈도를 반영한 위험도를 산출하였다.
이러한 이유로 본 연구에서는 수소충전소에 대해 위험도를 산정해보고 허용 가능한 수준에 대한 국내 적용 기준 마련의 방향을 제시하고자 한다. 이를 위해 먼저 국외의 개인적/사회적 위험도의 허용기준에 대해 조사하여 비교 분석하였으며, 현재 설계 및 시공 중인 국내 수소충전소를 대상으로 위험도를 산정하여 보았다.
F(Frequency of Occurrence for n≥N Fatalities per year)는 사고발생빈도를 1/년으로 산출한 값이고 N(Number of Fatalities in Public)은 그 결과로 죽거나, 부상당한 사람의 수를 나타내고 이들의 관계를 표현한 것이다. 이를 통해 사고가 발생할 가능성과 그 사고에 대한 예상 피해 인구를 인구의 밀도, 작업장소, 방호정도(실내, 실외)를 포함하여 평가한다.

대상 데이터

본 연구에서는 수소충전소에 대한 위험도 산출을 위해 현재 국내에서 실제로 사용 중인 수소 충전소 중 3곳의 수소충전소를 대상선정하여 수행하였다. 이에 피해영향 및 위험도 산출을 위해 상용프로그램인 ALOHA를 활용하였으며, 위험도 산출을 위한 환경부의 KORA를 활용하였다.

이론/모형

위험도 산출을 위한 피해영향분석은 각각 충전소마다 사고시나리오를 결정하고 상용 소프트웨어인 ALOHA를 활용하여 계산하였다. 수소충전소에서 발생가능한 사고의 형태는 VCE, Jet fire이며, 기체상태의 저장 및 취급이므로 BLEVE에 대해서는 고려하지 않았다.
위험도의 산정은 국내 환경부에서 제공하는 상용 소프트웨어인 KORA를 이용하여 산출하였다. KORA는 국내에서 사회적 위험도 산출을 위한 소프트웨어로 활용되고 있으며 피해반경 내 장외에 대한 주민수 및 사업장의 안전장치를 고려한 일반적인 발생확률 데이터를 활용하고 있다.
본 연구에서는 수소충전소에 대한 위험도 산출을 위해 현재 국내에서 실제로 사용 중인 수소 충전소 중 3곳의 수소충전소를 대상선정하여 수행하였다. 이에 피해영향 및 위험도 산출을 위해 상용프로그램인 ALOHA를 활용하였으며, 위험도 산출을 위한 환경부의 KORA를 활용하였다.

성능/효과

사회적 위험도의 허용기준에서 영국의 기준은 타 국가 보다 낮은 수준의 완화된 기준을 보이고 있으며, 네덜란드 기준은 조건부허용 영역이 없이 가장 보수적으로 나타나고 있음을 알 수 있다. 네덜란드의 경우 10^-5을 기준으로 허용 가능 영역만을 기준으로 갖고 있다.

후속연구

물론, 본 연구에서 산출된 위험도의 경우 실제 운영되어지는 수소충전소에 대한 고장 및 사고 빈도 데이터 등의 부족과 대외비로 인한 대상 수소충전소의 충분한 설계 및 기술정보가 부족하다는 점을 감안하여 판단해 보아야할 문제이며, 타 물질과는 특성이 다른 수소에 대한 명확한 분석이 가능한 소프트웨어 등이 필요할 것으로 사료된다.
이러한 이유로 국내에 명확한 위험도 산출 방법 및 수소충전소 분석에 대한 연구가 지속적으로 필요할 것으로 사료되며, 사고빈도 및 피해 최소화에 대한 연구가 지속적으로 병행되어야 안전한 수소충전소 보급이 될 것으로 사료된다.
이러한 이유로 수소충전소에 대한 안전관련 법규의 정비 및 위험도산출에 대한 명확한 기준 등에 대한 연구가 지속적으로 필요할 것으로 사료된다.

참고문헌 (9)

Ministry of Trade, Industry and Energy, "Hydrogen Economy Activation Roadmap", Press release, p2, (2019.01) http://www.motie.go.kr
Future Strategy Team, "Proposals and Trends of Hydrogen Fuel Cell Vehicle (FCEV)", Korea petroleum Association, (2018)
Lee, J. H., "A Probabilistic Methodology for Estimating the Individual Risk using the Load-Resistance Model", Seoul National University of Science and Technology, 9-76, (2015)
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Lim, D. H., "Development of general purpose support program (KORA) about Risk management plan & Over-the-counter impact assessment.", National Institute of Chemical Safety, (2015)
Seo, M. S. "A Study on the Risk Criteria for Korea and Assessment Method of Societal Risk Using", Inha University, p.5-32. (2019)
Lee, S. H. and Yun, K. B., "A consideration of Hydrogen Station Safety Issues", The Korean Society Of Automotive Engineers, (2007)
Lee, T. H., "Technical overview and outlook of water electrolysis device", Journal of Electrical World Monthly Magazine, p14-15, (2015)
Oh, D. S., "A Study of the Status and Safety Assessment of Domestic and Foreign Hydrogen Station", Hoseo University, (2008)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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