[투데이에너지 시평]
대량의 저렴한 수소 생산, 대규모 수소 공급 체계 및 관련 산업 연결 체계, 수소 전주기 인프라 구축으로 산업 패러다임 변화가 진행되고 있다.
수소 에너지 공급 및 분배시설과 같이 활용되기 위해서는 제한된 도심지 지하공간을 효과적으로 사용하고 안정성을 확보할 수 있는 시공기술, 플랜트 최적 배치 및 구조물 안전성 평가 등과 관련된 인프라 건설기술 개발이 필요하다.
이를 위해 수소에너지의 효과적인 활용을 위해 수소 공급 및 분배시설이 포함되는 수소스테이션의 지상-지하공간 입체화 레이아웃 설계 기술이 요구된다.
필자는 수소 공급 및 분배를 위한 최적 용량 및레이아웃 구성을 위해 시나리오 기반 민감도 분석에 대한 내용을 연구했다.
수소 분배시설의 최적화 레이아웃을 도출하기 위해 요인별 민감도 분석을 진행했으며 이를 위해 설비 배치, 차량동선, 확장성, 지하연계, 용량, 안정성, 경제성 등에 따른 민감도 분석 항목을 변화 요인으로 구성하고 수소 분배시설의 용량별 시나리오 기준에 따른 레이아웃 규모 변화율을 통하여 민감도 분석 결과를 도출하고자 했다.
수소 공급 및 분배시설의 민감도 분석 이전에 시나리오 기반 평가 항목 도출에 따른 평가 항목 기준 및 가중치 설정을 위해 평가 항목에 따른 중요도를 분석했다. 평가 항목에 대한 FAST 다이아 그램을 활용한 매트릭스 기법을 통해 가중치를 설정하고 이에 따른 평가 항목의 중요도 순서를 구성했다. 이에 따라 평가 항목별 비교를 통해 우선 가중치가 결정되며 높은 가중치 순으로 시나 리오 분석에 대한 평가 항목으로 적용했다.
시나리오 분석 방법으로는 설비 배치, 용량에 따른 확장성, 유지보수 및 접근성, 안전 보안성, 차량 경로 등 도출된 변수를 고려하여 수소 공급 설비의 계통 시나리오를 분석하며 각 항목에 따른 설비간 배치 거리, 레이아웃 규모 증감률 등정량적 결과를 도출함에 있어 시나리오 항목 변화에 따른 수소 공급 시설의 증감률을 산출하고 비교하여 민감도 영향을 분석했다.
연구에서 수행된 시나리오 기반 민감도 분석은 수소 분배시설의 레이아웃에 영향을 미치는 주요 인자에 따른 민감도 영향을 분석하고 이에 따른 수소 분배시설의 최적 레이아웃 규모를 도출하기 위한 것으로 수소 사용 용량별(kg/day)에 따른 초기 레이아웃 규모를 기반으로 인자별 레이아웃 증감률을 분석한 것이다.
용량별 초기 레이아웃 구성은 국내 수소 충전소 기준 레이아웃 규모(울산 울주 수소 충전소)를 선정했으며 수소 충전소 지역 및 위치에 따라 데이터값의 편차가 발생할수 있다. 각 시나리오에 따라 레이아웃 규모 증감 면적을 도출하여 항목별 민감도 영향을 토네이도 차트로 나타냈다. 이를 기반으로 수소 분배시설의 최적 레이아웃 구성에 따른 민감도 분석 결과, 수소 분배시설의 확장성이 필요할 경우 수소 분배시설의 용지 확장을 위한 레이아웃 증축에 따른 영향력이 가장 크게 나타났다.
수소 저장시설의 위치에 따른 레이아웃 증감률의 경우 수소 튜브 트레일러 동선 및 디스펜서의 위치, 기타 부대시설의 위치에 영향을 미칠 수 있으며 이에 따른 최소 규모와 최대 규모를 비교했을 경우 증가율은 기존 대비 54.9% 증가한 레이 아웃 규모가 도출되는 것을 알 수 있다.
수소 저장설비의 충전설비(디스펜서)의 경우, 디스펜서의 위치에 따른 수소 차량 동선 및 수소 저장시설의 위치 구성에 따라 레이아웃 규모 증가율은 33.6%로 도출됐다. 이번 연구를 통해 도출된 토네이도 차트를 통해 수소 분배시설의 레이아웃 증감에 영향을 미치는 평가 항목들에 대한 영향을 분석할 수 있었다. 이를 통해 공간 활용률에 대한 정량적 분석 가능, 도출된 시나리오 기반 민감도 분석을 통해 레이아웃 최적 설계안 제시에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
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