액화수소 누출에 따른 수소 확산에 대한 시뮬레이션 연구

Numerical Simulation of the Hydrogen Dispersion Due to LH2 Leakage

최근 미래 에너지원으로서의 수소 에너지에 대한 관심이 매우 높아지고 있으며 이와 관련한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 국내에서는 전기 자동차와 더불어 수소 연료전지 자동차에 대한 연구도 활발해지면서 수소활용에 대한 기대치가 높다. 수소를 에너지원으로 사용하기 위한 생산, 저장 및 수송 단계에서는 안전관점에서 고려해야 할 사항이 많다. 수소의 저장방식에 있어서 현재 국내에서 보편적으로 고압수소 저장방식을 사용하고 있으나 일반적으로 고압수소의 경우에는 안전관점에서 고려해야 할 사항이 많다. 그에 반해 액화수소 저장방식은 고압수소에 비해 대기압 기준으로 약 240배 많은 수소를 저장할 수 있어 대용량 저장에 유리하며 저압으로도 저장이 가능하므로 저장과 수송 면에서 장점을 가지고 있다. 향후에는 고압수소와 더불어 액화수소의 수요도 많을 것으로 예상되기 때문에 이에 대한 안전관리 방안에 대해 충분한 연구를 진행할 필요가 있다. 본 연구에서는 노르웨이 Gexcon사에서 개발한 상용코드 FLACS v20.1을 사용하여 액화수소 누출사고가 발생하였을 때 누출된 수소로부터 증발한 수소기체가 확산되는 과정에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 기존 실험연구를 참조하여 액화수소의 누출조건으로는 저장압력 10 barg 에서 3.5 ton 의 액화수소를 저장하고 있는 수소 저장탱크로부터 액체수소가 누출되는 것으로 가정하였다. 또한 액화수소는 1 inch 직경의 파이프를 통해 0.73 kg/s의 속도로 누출되는 것으로 사고 시나리오를 가정하였다. 시뮬레이션을 통해 수소 확산거리, 폭발한계를 이용한 위험거리 산정에 대해 검토하였으며 얻어진 결과는 액화수소 누출 실증실험을 진행한 DNV-GL에서 수행한 실험결과와 비교하여 해석의 예측성능을 검증하였다.