표제지
ABSTRACT
목차
기호 및 약어 설명 15
제1장 서론 16
제1절 연구의 배경 및 목적 16
1. 연구배경 17
2. 국내 수소충전소 설치 및 운영현황 18
3. 국외 수소충전소 설치 및 운영현황 29
4. 연구목적 36
제2절 연구 동향 39
1. 관련 연구 동향 39
2. 관련 정책 및 기술 동향 44
제2장 연구방법 및 범위 70
제1절 이론적 고찰 70
1. 수소 위험성 평가 70
2. 폭발 과압 및 제트화염 열복사 피해 정도 79
제2절 연구 방법 및 실험 준비 83
1. 수소 자동차 폭발 실험 83
2. 수소 충전소 누출 시뮬레이션 89
3. 수소 충전소 제트화염 위험성 평가 96
제3장 결과 및 고찰 104
제1절 수소자동차 폭발 실험 104
1. 수소 자동차 폭발 실험 결과 104
2. 수소 자동차 폭발 과압 및 온도 106
3. 수소 자동차 폭발에 따른 파편 피해 110
4. 수소 자동차 폭발 위험도 평가 114
제2절 수소 충전소 누출 시뮬레이션 120
1. 저장식 수소충전소 제트누출 수치해석 결과 120
2. 이동식 수소충전소 제트누출 수치해석 결과 123
제3절 수소 충전소 제트화염 위험성 평가 127
1. 수소충전소 제트화염 시뮬레이션 127
2. 제트화염 실물실험 136
3. 수소충전소 제트화염 위험도 평가 138
4. 수소충전소 제트화염 위험도 완화 141
제4장 결론 146
참고문헌 150
국문요약 157
표 1. IFC의 구성 68
표 2. 가스 방출 시나리오 71
표 3. 확률 밀도 함수 및 평균 72
표 4. 수소충전소 위험도 평가를 위한 구성 설비별 사고 발생빈도 73
표 5. 폭발에 의한 폭발과압 피해영향 기준. 79
표 6. 복사열 유속이 사람에게 미치는 영향 81
표 7. 폭발로 인한 부상 및 손상에 대한 확률단위 상수 82
표 8. 계측장비 사양 87
표 9. 실험에 사용된 camera 사양 97
표 10. 사망자 추정선도(F-N CURVE) 계산을 위한 인구정보 100
표 11. 기상 정보 100
표 12. 주요 개시사건의 전형적인 빈도 값의 예 102
표 13. 수동적 완화장치(독립 방호 장치)의 안전성 향상도 값의 예 103
표 14. 능동적 완화장치(독립 방호 장치)의 안전성 향상도 값의 예 103
표 15. 입사압력 및 임펄스 그래프 107
표 16. 파편(fragment) 및 잔해(debris)의 무게 및 비산거리 112
표 17. 폭풍파에 의한 인체 피해 영향 115
표 18. 폭풍파에 의한 건물 피해 영향 116
표 19. 입사압에 의한 고막파열, 구조물 손상, 유리파손 발생 확률 118
표 20. 수소 제트누출에 의한 시간변화에 따른 수소 농도 변화 (저장식 수소충전소) 121
표 21. 수소 제트누출에 따른 수소 가연역역 범위 (저장식 수소충전소) 122
표 22. 수소 제트누출에 의한 시간변화에 따른 수소 농도 변화 (이동식 수소충전소) 124
표 23. 수소 제트누출에 따른 수소 가연역역 범위 (이동식 수소충전소) 125
표 24. 압력 및 누출 크기별 몰분율(Mole Fraction) 128
표 25. 누출 크기별 수소압력에 대한 제트화염 온도 및 괘적(Flame Temperature/Trajectory) 131
표 26. 누출 크기별 수소압력에 대한 열복사(Heat Flux) 135
표 27. 시설별 IPLs 적용 시 개인적 위험도 분석 139
표 28. RISKCURVES를 기반으로 하는 개별 구성 요소 고장으로 인한 인명 피해 정도 140
표 29. 안전장치 설계를 통한 수소충전소 설비별 사고 발생빈도 보정 141
표 30. 수동적 IPL 적용에 따른 위험도 143
표 31. 능동적 IPL 적용에 따른 위험도 145
그림 1. 수소충전소의 종류 20
그림 2. 융·복합 수소충전소 21
그림 3. 패키지형 수소자동차 충전소 22
그림 4. 이동식 수소자동차 충전소 23
그림 5. 국내 수소충전소 현황 24
그림 6. 수소충전소에 설치된 소방설비 25
그림 7. 수소충전소에 설치된 안전관련 설비 25
그림 8. 수소충전소 구축을 위한 도로와 1종 보통시설과의 이격거리 26
그림 9. 수소충전소 허가 절차 29
그림 10. 미국의 수소충전소 현황 30
그림 11. 미국 캘리포니아주의 수소충전소 현황 30
그림 12. 미국의 수소충전소 허가절차 및 기간 32
그림 13. 유럽의 수소충전소 설치현황 33
그림 14. 일본의 수소충전소 설치현황 35
그림 15. 개인적 위험도(IR) 등고선(contour)과 사망자 추정선도(F/N curves) 39
그림 16. 개인적 위험성을 나타내는 위험도 지도(Risk Contour Map)와 사회적 위험도를 나타내는 사망자 추정 선도 40
그림 17. 수소충전소 FTA 및 사고 발생 영향성 분석 41
그림 18. 수소 충전소 제트화염 및 과압 분석 41
그림 19. 수소충전소 위험도표 및 PFD(Process Fliw Diagram) 42
그림 20. 복합수소충전소 개인적위험도 및 F/N 선도 43
그림 21. 가상의 패키지 수소충전소 및 최악 조건의 폭발 43
그림 22. 수소튜브트레일러 60
그림 23. 수소충전소에 비치된 소화기 61
그림 24. 수소충전소 안전과 관련된 ISO 19880-1의 주요사항들 62
그림 25. 일본에서 사용하는 자동차 충돌방지장치의 예시 Annex G 64
그림 26. 수소충전소 안전과 관련된 NFPA 2의 주요사항들 65
그림 27. 100% 분출인 경우의 FT 74
그림 28. 사용자 위치에 따른 복사 열유속 양(HyRAM 3.0) 76
그림 29. 가스 기류 분출(HyRAM 3.0) 76
그림 30. 실내 분출 입력 조건(HyRAM 3.0) 77
그림 31. 복사 열유속 및 온도 분포(HyRAM 3.0) 77
그림 32. 실험배경 83
그림 33. 사고시나리오 재현장비 이미지 84
그림 34. 계측장비 배치도 85
그림 35. 계측장비 이미지 86
그림 36. 열전대 측정 위치 88
그림 37. 초임계 가스 방출 도식 90
그림 38. 수소 용기의 질량, 압력, 질량 흐름률(mass flow rate) 92
그림 39. 저장식 수소충전소 구성도 94
그림 40. 이동식 수소충전소 구성도 94
그림 41. 수소충전소 계산 격자 95
그림 42. 제트 누출과 제트화염 분석을 위한 실험장비 설치 97
그림 43. 수소충전소 배치 99
그림 44. 방호계층의 개념 101
그림 45. 폭발사고에 따른 진행 이미지 104
그림 46. 폭발 차량 전후 비교 105
그림 47. 계측값 배치도 106
그림 48. 입사압력 및 반사압력의 최대과압 및 최대임펄스 108
그림 49. 반사압력 그래프 108
그림 50. 시간 변화에 따른 온도변화 109
그림 51. 파편(fragment) 및 잔해(debris)의 비산거리 및 무게 110
그림 52. 방호벽 실험 전후 그을림 비교 113
그림 53. 최대과압 및 임펄스에 의한 인체 및 건물 피해 영향 117
그림 54. 수소 제트누출에 따른 수소농도 변화 (저장식 수소충전소) 123
그림 55. 수소 제트누출에 따른 수소농도 변화 (이동식 수소충전소) 126
그림 56. 미반응 방출의 Schlieren 이미지의 예(압력: 82 MPa, 누출 직경: 7.16mm) 136
그림 57. 제트화염 이미지 비교 (a) Schlieren 이미징 시스템, (b) 열화상 카메라, (c) 열화상 카메라와 Schlieren... 137
그림 58. 수소 충전소 개별 위험 등고선 139
그림 59. 저장식 수소 충전소 위험도 140
그림 60. 수동 IPL 적용 위험도 142
그림 61. 수동적 IPL 적용에 따른 사회적 위험도 분석 143
그림 62. 능동적 IPL 적용에 따른 개인적 위험도 분석 144
그림 63. 능동적 IPL 적용에 따른 사회적 위험 분석 145