연구개발 과제를 통해 수소혼입가스 공급이 가능한 도시가스 배관망 수소 혼입 공급 실증 설비를 개발·구축하여, 수소혼입 농도에 따른 도시가스 배관망 안전성 확인을 위한 실증을 실시하고, 그 결과를 분석하여 필요 시 관련 법·규정의 개정을 추진하고자 함.
ㅇ(시험설비) 혼합가스(CH4 + H2) 혼입비(H2: 5% ~ 20%vol 등) 조절이 가능한 수소혼입 도시가스 배관망 전주기 실증용 9.9bar, 3Gcal/h급 수소혼입 공급 실증 설비 개발·구축
ㅇ(실증시험) 수소 혼입 공급 실증 설비를 활용하여 수소가스 혼입비율별(5%, 10%, 15%, 20%Vol) 도시가스 배관망 전주기(공급→배관→연소기) 안전성 확인을 위한 6개월 이상의 실증실시
ㅇ(규정개정) 해외 사례 및 본 연구과제를 통한 실증결과를 분석하여 필요 시“수소혼입비 산정, 도시가스 배관 안전기준 및 배관망 수소혼입 품질기준”등의 관련 법·규정 개정추진
연구범위
[1차년도 개발내용]
o 국내외 선행 연구 및 관련 법·규정 분석
o 에너지안전 실증 센터 내 수소 혼입 공급실증 설비 배치를 위한 개념 설계
o 수소 혼입 공급설비의 구축·운영을 위한 협의체 구성
o 도시가스 배관망 수소혼입(5/10/15/20%) 공정시스템 최적화 공정 설계 - 설계기준 (Basis of design) 정립
o 도시가스 배관망 수소혼입 수소 혼입 공급실증 설비 기본/ 상세 설계 - 엔지니어링 공종별 상세 계산서 작성
o 도시가스 배관의 수평, 수직(80m) 설치 조건에서의 층분리 환경 설계
o 모니터링 시스템 설계, 개발환경 구축 및 프로그램 설계
o 도시가스 배관망 수소혼입 실증설비 제어시스템 설계 - 모니터링 모듈, Data 전송 프로토콜, 제어GUI, 제어시스템 data base, 인터락 등 설계
o 수소농도 측정 시스템, 수소 혼입 유량 제어 시스템, 수소 농도 측정 시스템 설계
o 도시가스 배관망 수소혼입 공급실증 설비 설계·운전 안전성 검증 시뮬레이션 모델 개발
o 도시가스 배관 사고/ 누출원 해석 자료 조사 및 분석
o 누출원 개념 정리 가스누출 해석 시나리오 설정
o 기존 센서 항목별 통신 환경 분석
[2차년도 개발내용]
o 수소 혼입 공급실증 설비의 구축 및 인허가 - 조달 발주 제안 요청서 작성, 구축업체 선정, 구축 사양서 승인
o 수소 혼입 설비 테스트 베드 시운전 - 시운전을 통한 실증 설비 성능 검증
o 혼합가스 수직(80m) 층분리 시험을 위한 구조물 제작, 설치
o 수소혼입 정보 가시화 모니터링 시스템 및 DB구축
o 실증 설비 수소 농도 측정/ 유량 제어/ 제어시스템 설계 및 개발
o 도시가스 배관망 수소혼입 공급설비 설계·운전 안전성 시뮬레이션 동적 상세 모델 개발 검증
o 수소혼입 가스운 확산관련 논문 및 자료(문헌) 수집, 분석 - 농도별 확산 거동 특성 이론적 고찰
o 수소혼입 농도별 가스운 확산 모델식 선정 및 시나리오별 해석 - 가스운 확산 시나리오 설정
o 수소 혼입 공급설비 시험 수집 data G/W 소프트웨어 시작품 설계
[3차년도 개발내용]
o 수소 혼입비에 따른 내구성 실증 시험
o 내구성 실증 시험 결과 분석을 통한 수소 혼입 안전성 평가
o 내구성 실증 시험 분석을 통해 관련 필요 시 관련 법·기준 개정(안) 도출
o 수소혼입 정보 가시화 데이터 수집 및 DB화, 운전 조건 최적화
o 실증 설비 연결 연소기/가스기기/정압기 등 내구성 실증 데이터 수집 및 DB화
o 도시가스 배관망 수소혼입 공급설비 열유동 동적 시뮬레이션 모델 개선
o 도시가스 배관망 수소혼입 공급설비 배관 수명 예측 모델 개발
o 도시가스 배관망 수소혼입 공급설비 시뮬레이션 모델을 이용한 디지털 트윈 개발 및
이상감지 모니터링 활용
o 화재 및 폭발 현상 해석 모델 분석
o 수소혼입 농도별 배관의 가스누출에 따른 피해영향 해석
o 혼합가스 연소기/가스기기 수집데이터 G/W 소프트웨어 시제품 개발
[4차년도 개발내용]
o 실증시험 결과에 따른 유관기관 협의, 도시가스 수소혼입 적정성 검토
o 실증 시험 DB 분석, 결과 검토 및 보고서 제출(법령1종, code 6 종 개정(안) 제안)
o 파일럿 플랜트의 사용종료관리 및 활용 계획 제출
o 혼합가스 수직(80m) 층분리 시험을 위한 구조물 해체
o 도시가스 배관망 수소혼입 실증 설비 배관망 네트워크 개발
o 수소혼입 농도별 배관의 가스누출에 따른 피해영향 종합 평가
o 수소 혼입 공급설비 시험 수집 data G/W 소프트웨어 실증시험 통한 수정 및 보완
기대효과
[연구개발성과의 활용방안 및 기대효과]
o 세계 탄소절감 목표에 따른 정부의 2030 국가온실가스 감축목표 (NDC)정책에 기여(탄소감축효과)
o 국내최초 도시가스 배관망 수소혼입에 대한 설계기술 및 시험설비(테스트 베드) 확보
o 도시가스 배관망 수소혼입 정보 가시화/통합관리 시스템 확보
o 수소혼입 공급설비 연결 연소기, 가스기기, 정압기 등 내구성 실증 및 데이터베이스 확보
o 도시가스 배관망 수소혼입 안전성 평가 및 안전기준 개발 (KGS CODE 6종 등)
o 도시가스 수소혼입기술 내재화
o 수소혼입 상용화를 위한 정책 수립의 가이드라인 제시
o 수소혼입 상용화를 위한 안전성/성능/설계 및 품질관리 가이드라인 제시
o 수소혼입 핵심부품 검사기술 확보, 실증 DB 구축 및 평가시스템 구축, 운용성능 및 안전성 향상
2023-에너지안전-통합형-1.pdf
