연구목표

[최종목표] - 도시가스 배관 수소 혼입 안전성 검증 기술, 시험장치 개빌/실증을 통한 안전기준(KGS Code) 마련 제도화 [추진 목표] - 수소혼입 도시가스 배관 수소취성 평가 및 수명예측 안전기술 개발 [추진 과제] - 수소 사용환경의 도시가스 배관재료 수소취성 평가기술 개발 - 도시가스 배관 수소 혼입 및 유속에 따른 성능평가/수명예측 기술개발 - 수소 혼입 도시가스 PE배관 사용 적합성 평가기술 개발 - 수소 혼입 도시가스 배관 수소가스 발화 위험성 평가기술 개발 - 도시가스 배관재료 수소취성 시험장치 개발/실증 및 안전기준 개발 - 수소혼입 배관망 수명예측/건정성 평가 시스템 테스트베드 구축/실증

연구범위

[연구개발내용] 1. 수소 사용환경의 도시가스 배관재료 수소취성 평가기술 개발 - 배관재료 수소취성 환경분석 및 미세조직 분석기술 개발 - 수소사용환경에서 배관재료 파괴역학 기반 시험방법/시험절차서 개발 * 파괴인성, 균열성장률, 균열끝단변위시험, 저속인장시험 등 - 배관재료별 수소취성 평가 및 해석기술 개발 2. 도시가스배관 수소혼입 및 유속에 따른 성능평가/수명예측 기술 개발 - 결함(부식, 크랙 등) 영향인자 분석 및 성장 예측(유속영향) 알고리즘 개발 - 배관 내외부 코팅재료 안전성/상태분석, 배관 노후/손상, 변화예측 알고리즘 개발 - 도시가스 배관 수소 혼입 정보 가시화 및 통합 관리 모니터링 개발 3. 수소혼입 도시가스 PE배관 사용 적합성 평가 기술 개발 - 수소혼입 환경에서 PE80/PE100 배관 수소침투 안전성 검증/평가 기술개발 - 플라스틱 배관재료 수소취성 환경분석 및 미세조직 분석기술 개발 - 수소 혼입에 따른 PE배관 재료 열화 가속 수명 평가 기술 개발 4. 도시가스 배관 수소혼입시 수소가스 발화 위험성 평가기술 개발 - 혼입가스 누출량 및 누출 압력별 발화메카니즘 분석 모델 개발 - 수소 누출 원인별 자연발화 원인규명 실증 및 제도개선(안) 마련 * 수소배관 발화원인 : 정전기, 수소확산, 단열압축, 고온표면점화, 역줄톰슨 효과 5. 도시가스 배관재료 수소취성 시험장치 개발/실증 및 안전기준 개발 - 수소 사용환경(0.1MPa∼10MPa) 수소취성 평가/기계적 시험장치(4종)설계/제작 * 시험장치 : 수소혼입가스 재료 적합성 평가 저속변형 인장시험기, 수소혼입 확대응력계수 인장시험기, 피로파괴 피로시험기, 수소혼입 침지장치 - 도시가스 배관재료 수소취성 평가/기계적 시험 실증 및 DB화 - 수소혼입 도시가스 배관 재료의 수소취성 안전기준(KGS-Code) 개발 6. 수소혼입 배관망 수명예측/건전성 평가 시스템 테스트베드 구축/실증(Pilot-test) - 혼합가스(메탄+수소) 공급설비 설계 및 제작 현장 설치 * “도시가스 배관망 수소혼입 전주기(제조-공급-사용) 안전성 검증 기술개발/실증” 과제와 연계 추진 - 현행 도시가스 공급환경의 중·저압 배관망(PLP+PE) 설계 및 테스트베드 구축 * 배관 구성비 : 20년 이하(63%), 21년∼25년(15%), 26년~30년(14%), 30년 이상(8%) - 수소혼입(5/10/15/20%) 공급 사용환경에서 배관(PLP, PE) 수명예측/건전성 평가/실증 * PE80/PE100 배관의 경우 수소침투 안전성 검증/평가 및 가압시험(10bar) 실증 병행

기대효과

[연구개발성과의 활용방안 및 기대효과] 1. 기술적 측면 - 도시가스 배관재료의 수소취성 적합성 평가 기술/시험장치(4종) 및 수명예측 프로그램 개발/ PE배관 가압시험 등 실증을 통한 한국형 기술 확보 - 주택용/산업용 연소기, 가스보일러, 가스기기 등 약 20여종의 사용중인 제품에 대한 안전성 검증 평가기술/시험장치 개발/실증 기술 확보 - 가스제품의 비금속재료 수소침투 적합성 평가 및 계량기 오차 등 성능검증 기술/시험장치(8종) 개발/실증을 통한 국산화 기술 확보 - 도시가스 배관망 수소혼입 해외기술 벤치마킹 및 해외 전문기관과 기술교류를 통한 수소혼입 Pilot설비 기술개발/실증 등 국산화 기술 확보 2. 제도적 측면 - 도시가스 배관망 수소혼입에 따른 배관재료의 수소취성 평가 실증을 통한 도시가스 배관 설계·기술기준 KGS Code(8종) 개정(안) 마련 - 수소혼입(20%) 환경에서 연소기/가스기기별 연소성능 등 안전성 검증 및 실증을 통한 연소기/가스기기별 안전기준 KGS-Code(20종) 개정(안) 마련 - 비금속재료 수소 적합성 평가 및 수소혼입 조건에서 가스계량기오차 성능 검증을 통한 KGS Code(17종) 및 KS규격(1종) 개정(안) 마련 - 도시가스 배관망 수소혼입 전주기(혼합가스 제조 → 배관 공급 → 정압기 → 수요처) Pilot 실증을 통환 도시가스 시설 기술·검사기준(KGS Code 6종) 수소혼입 비율 산정 법령(1종) 등 개정(안) 마련 - 수소혼입 비율에 따른 압력, 수소취성 등 배관품질 변화, 수요처 가스기기 등의 영향도 분석을 통해 안전성 확보 기준 마련 - 수소혼입 안전성 검증 및 영향도 분석을 통한 도시가스사 지역배관 (중압·저압 : 1MPa 미만) 및 가스기기 우선 실증을 통해 안전성 확보 - 2030 NDC*(’21.10) 시나리오 천연가스의 온실가스 배출량 감축 목표* 제시 및 신정부 110대 국정과제 21. 에너지안보 확립 및 에너지 신산업·시장 창출 실천 과제** * (LNG 온실가스 감축 목표) ’18년 61.0백만톤 → ’30년 35.4백만톤 ** 도시가스 배관에 수소혼입 실증(‘23∼’26)을 거쳐 발전용 배관부터 수소 본격 혼입(’27∼) 3. 경제적 측면 - 수소경제 활성화 로드맵 정책(’19.1) 및 수소경제 이행 기본계획(’21.11)의 도시가스 배관 수소혼입 등을 통한 수소공급 확대 - 도시가스 배관 수소혼입 20Vol% 공급시 연간 온실가스 765만톤* 감축 및 기존 도시가스 배관망 활용에 따른 수소배관 신규 투자비용 약 16조1천8백원원** 절감 효과 기대 * 온실가스 감축량 = 천연가스 감소량 278만톤/년×CO2 분자량(44) ÷ 메탄분자량(16) = 765만톤 ** 수소공급 배관 투자비용(12.5억원/km)×도시가스 배관(강관, 29,420km) - 도시가스 배관 투자비용 (7.0억원/Km)×도시가스 배관(강관, 29,420km) = 16조1천8백억원

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