연료전지를 이용한 소방비상전원설비의 적용에 관한 연구

신국식 경기대학교 공학대학원 2020 국내석사

국내 건축물은 초고층화, 지하화 등으로 더 복잡하고 더 다양한 형태로 건설되고 있다. 이로 인해 건축물에 필요한 소방비상전원용량 또한 건축물의 규모와 높이, 소방대의 화재진압시간 등을 고려하여 더 많은 소방비상전원용량을 필요로 하고 있다. 국가화재안전기준(NFSC)에서도 소방비상전원용량을 기존 30분에서 60분 이상(50층 이상 건축물)으로 규정하고 있다. 소방비상전원설비의 종류에는 자가발전설비, 축전지, 비상전원수전설비, 전기저장장치가 있으며, 전기저장장치는 최근 소방법에 추가된 비상전원설비로 외부 전기에너지를 저장해 두었다가 필요할때 전기를 공급하는 장치이다. 전기저장장치는 순간적인 전력변화에는 매우 우수하지만 충전용량의 한계로 지속적 전력공급이 어렵다는 단점을 가진다. 자가발전설비는 내연기관을 이용하여 전기를 생산 공급하는 장치로 연료공급에 따라 지속적 전원 공급 및 용량이 큰 소방부하에 적합한 비상전원설비이다. 하지만 화석연료 사용으로 인해 지구온난화 물질인 CO 및 각종 유해물질 발생으로 환경문제를 야기 시킨다. 이에 반해 연료전지는 수소와 산소의 화학에너지를 이용한 전기화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변환시키는 발전설비로 공해물질 배출이 없는 친환경적 청정 에너지이다. 또한 소용량에서 대용량까지 다양한 전력공급에 적합한 발전설비이다. 이에 본 연구에서는 연료전지의 기본이론과 국내외 개발 현황과 발전 현황을 조사․분석하였으며, 국내 건축물에 적용 가능한 연료전지 종류와 성능을 비교 분석하였다. 이를 바탕으로 건축물의 용도에 적합한 연료전지의 종류 및 시스템을 선정하고 소방비상전원설비로서 타당성을 평가하고자 하였다. 연구를 수행한 결과, 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)가 가정용 및 중소형 일반건축물에 가장 적합하였다. 기동시간은 3분∼ 60분으로 개질기 없이 순수한 수소를 사용하는 경우, 기동시간은 3분이고, 개질기를 통해 수소가 공급 된 경우, 기동시간은 60 분이었다. SOFC (Solid Oxide Fuel Cell, 고체산화물 연료전지)는 “800 ℃ 이상의 고온으로 운전되는 특성상 기동시간이 36시간 소요된다. 그러나 발전 효율이 타 종류에 비해 매우 높기 때문에 많은 전력을 사용하는 건물 및 발전소에 적합하였다. 발전시설의 경우 PAFC(Phosphoric Acid Fuel Cell, 인산형 연료전지)와 MCFC(Molten Car bonate Fuel Cell, 용융탄산형 연료전지)가 적합 하였으며 열과 전기를 동시에 사용하는 열병합발전소에 특히 경제성이 높았다. 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 경제적 타당성은 소형열복합발전의 대규모 공동주택이 높은 경제적 효율을 보였다. 반면에 가정용 주택은 경제성이 가장 낮았다. 일반건축물의 경우에는 정부의 신재생에너지 지원제도 등의 지원정책으로 경제적 타당성을 확보했지만, 가정용주택은 정부의 지원제도가 없어 발전에 필요한 가스요금이 전기사용량 요금보다 높아 경제성이 가장 낮았다. 유지 보수 측면에서는 태양광 등 타 신재생에너지 보다 우수한 성능과 고밀도 에너지를 생산하는 시스템으로 용량대비 설치면적이 적어 건물에 매우 유용하였다. 그러나 STACK, 개질기, BOP 와 같은 핵심 부품의 기술력 보완이 필요하였다. 따라서 국내 연료전지의 기동성과 경제성, 유지 보수 및 수명에 대한 지속적인 연구개발을 통해 화재로부터 국민의 생명과 재산을 보호하는 신뢰도 높은 소방비상전원설비로 적용되어야 할 것이다. Domestic buildings are being constructed in more complex and more diverse forms, such as skyscrapers and undergrounds. For this reason, the fire emergency power capacity required for the building also requires more fire emergency power capacity considering the size and height of the building and the fire extinguishing time of the fire brigade. The National Fire Safety Standard (NFSC) also regulates the emergency fire-fighting power supply capacity from 30 minutes to 60 minutes (over 50 stories).Self-power generation facilities, storage batteries, emergency power receiving facilities, and electric storage devices are included in the types of fire emergency power facilities. to be. The electric storage device is very good for instantaneous power change, but has the disadvantage that it is difficult to continuously supply electricity due to the limitation of the charging capacity. The self-powered facility is a device that produces and supplies electricity using an internal combustion engine, and is an emergency power facility suitable for continuous power supply and large-capacity firefighting loads according to fuel supply. However, the use of fossil fuels causes environmental problems due to the generation of global warming materials, CO and various harmful substances. In contrast, a fuel cell is a renewable energy source using hydrogen, and is a power generation facility that generates electricity by generating electricity and heat. It is also a power generation facility suitable for various power supply from small to large capacity. Accordingly, this study investigated and analyzed the basic theory of fuel cells, domestic and foreign development status and power generation status, and compared and analyzed the types and performance of fuel cells applicable to domestic buildings. Based on this, a fuel cell type and system suitable for the purpose of the building were selected and the feasibility of evaluating it as a fire emergency power supply system was evaluated. As a result of the research, a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) was the most suitable fuel cell for home and small to medium-sized general buildings. The starting time was 3 minutes to 60 minutes. When pure hydrogen was used without a reformer, the startup time was 3 minutes, and when hydrogen was supplied through the reformer, the startup time was 60 minutes. SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), “is operated at a high temperature over 800℃ and takes 36 hours to start. However, the power generation efficiency is very high compared to other types, making it suitable for buildings and power plants that use a lot of electricity. For power generation facilities, PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) and MCFC (Molten Car bonate Fuel Cell) were suitable, and economic efficiency was particularly high for a combined heat and power plant that uses heat and electricity simultaneously. The economic feasibility of the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) showed high economic efficiency in the case of small-scale thermal power generation in a large-scale apartment complex. On the other hand, residential homes had the lowest economic feasibility. General buildings and fuel cells for power generation have secured economic feasibility through government policy support, but household houses do not have government support, so the gas cost required for power generation is higher than the electricity consumption rate, which is the lowest economic feasibility. In terms of maintenance, the fuel cell is a system that produces higher performance and higher density energy than other renewable energy such as solar power, which is a very useful power generation facility for buildings and is also suitable as an emergency power supply facility. However, it was necessary to supplement the core parts such as STACK, reformer and BOP. Therefore, it must be applied as a highly reliable fire-fighting emergency power facility that protects people's lives and property from fire and power generation through continuous research and development on the start-up time, economy, maintenance, and life of the domestic fuel cell.

소방전원보존형 자가발전 시스템(EPS-F)의 개발 및 특성 분석에 관한 연구

이원강 전주대학교 일반대학원 2013 국내박사

The purpose of this study is to examine the development and performance characteristics of a dual-purpose emergency power system that serves as a firefighting power source and a standby power source. This emergency power system for reserved firefighting power(EPS-F) is an emergency generator that selects its rating output capacity based on the power load for the firefighting system. Because the EPS-F can supply both the power load for the firefighting system and the power load for the standby system, it can prevent an overload during a fire that occurs simultaneously with a prime power outages and keep the firefighting system operational. Power outages caused by natural disasters, planned power cut-offs for renovations, and power outages due to a fire in the building are likely to occur. In case of a fire during a power outage, an overloaded emergency generator can cause a disastrous situation in which the power supply to the firefighting system is cut off. According to statistics published by the National Emergency Management Agency, the failure of firefighting systems can lead to very high mortality rates. Thus, a stable power supply from an emergency power source composed of a firefighting power source and standby power source is necessary to prevent such disasters. The power load for firefighting systems is the electric load required to supply the firefighting and fire prevention systems installed in a building as required by the safety laws. In case of a fire during a power outage, the power load is used in emergency alarms, evacuation, fire suppression, and firefighting. The power load for the standby system is the electric load required to keep the basic operation of the building running. These two types of power loads are necessary to fulfill the needs of the IT work environment and modern buildings that continue to be taller, bigger, and more complex. This paper analyzed the risk of overload faced by the existing emergency generators and those being developed because of their limited capacity. Traditionally, an emergency generator used in a building should have a load capacity that can supply both the power load for the firefighting system and the standby system. However, it was discovered that many buildings use emergency generators that have the capacity to supply only one or the other system in order to reduce costs. These generators can provide a building with sufficient power load for a standby system during relatively frequent power outages. However, if a fire occurs during a power outage, a standard generator cannot supply both the power load needed for the both firefighting system and the standby system. The emergency power source is drained by both systems and eventually fails to supply either. In the past, this serious danger has been a latent problem that lacked apparent countermeasures. Thus, the field of emergency power sources has been considered a blind spot in terms of fire safety operations. The EPS-F is an economic emergency generator that can resolve the dangers of overload by supplying both the power load needed for a firefighting system and the standby system during a simultaneous fire and prime power outage. Even when the combined power load for both systems exceeds the operating capacity of the generator, it can restrict the supply to the standby system to ensure continuous power supply to the firefighting system and also indicate how the power is being directed. The EPS-F is an In-house power generation system that guarantees fire safety and effective power regulation. 본 논문은 소방전원이 요구되는 소방부하 및 예비전원이 요구되는 비상부하 겸용의 발전기에서 소방부하 기준의 과부하 조건으로 용량을 선정한 비상발전기에 있어서, 화재 및 정전 시에 초래되는 과부하를 방지하여 소방시설 작동을 유지하는 소방전원보존형 자가발전 시스템(EPS-F)의 개발과 그 특성 분석에 관한 연구이다. 자연 재해에 의한 불시 정전 및 개보수를 위한 계획 정전 그리고 화재 시 건축물의 내부 요인 등으로 발생되는 정전은 피할 수 없다. 화재 및 정전 시 비상발전기에 과부하가 초래되면 전원 공급이 중단되어 소방시설의 미 작동에 의한 재난 상황이 초래된다. 소방방재청 통계에 의하면 소방시설의 미작동에 의한 막대한 인명 손실 사례가 보고되고 있다. 소방전원과 예비전원 등으로 구성되는 비상전원의 안정적인 공급은 재해 예방과 밀접한 관계를 갖고 있다. 소방부하는 건축물의 소방안전을 위해 법령에 의해 설치되는 소방시설과 방화 시설의 전력부하이다. 이는 화재 및 정전 시에 소방시설 등에 의한 신속한 경보와 대피, 화재 진압 및 소화활동에 요구되는 전력부하이다. 비상부하는 정전 시 건축물의 기본적인 기능 유지를 위한 시설의 전력부하이다. 이들 부하는 현대 건축물의 다양화, 고층화, 거대화, 심층화, 복합화 및 IT 사무 환경 등의 보편화에 의해 상존하는 화재 위험성 및 사용자의 민감한 요구에 따른 필수적인 부하이다. 따라서 이들 부하에 대응하여 기존에 설계 및 시공되고 있는 비상발전기의 용량 적용사례를 분석하여 과부하를 유발시키는 메커니즘을 제시하였다. 건축물에서 소방부하와 비상부하를 겸용으로 사용하는 비상발전기는 그 두 부하의 합산용량으로 사용하는 것이 과거의 방법이다. 그런데 소방부하 및 비상부하겸용 발전기를 적용하면서 설치비 절감을 목적으로 한쪽 부하 용량을 기준으로 비상발전기의 정격출력용량을 적용하여 시스템을 운용하는 사례가 있다. 이와 같은 시스템으로 설비가 운영되면 사용 빈도가 높은 비화재 정전 시에는 비상부하만 사용되므로 문제가 없다. 그러나 화재 상황의 정전 시에는 소방부하와 비상부하에 모두 비상전원이 공급되어 과부하로 인해 결국에는 비상전원의 공급 중단이 초래된다. 따라서 이와 같은 문제점의 발굴과 해결 대책이 없는 상태로 비상전원이 공급 되었기 때문에 안정적인 소방방재 운용의 한계점이 있었던 것으로 판단된다. 소방전원보존형 자가발전 시스템은 시공비 절감을 위한 과부하 설계 조건에서도 과부하의 위험성 해소를 위해 제공되는 비상발전기로서, 정전 시 또는 화재 상황의 정전 시에 소방부하와 비상부하에 비상전원을 동시에 공급하고, 과부하 발생시에 한하여 비상부하를 자동으로 제어하여 소방부하에 비상전원을 연속 공급하고 그 작동 상태를 표시함으로써 어떠한 경우에도 소방안전 성능 및 효율적인 관리 성능을 보장하는 자가발전설비이다.

비상발전기 운전시 온도분포에 따른 화재위험성

이창훈 가천대학교 일반대학원 2018 국내석사

정전 및 화재의 긴급 상황에 대비하기 위해 소방시설 및 피난, 방화시설에 대한 전원 확보를 위해 법적으로 비상전원설비를 갖추도록 하고 있으며「국가화재안전기준」에서 정하여 운용되고 있다. 하지만 비상전원설비의 작동유무에 따른 설비 내 화재 사례를 통해 또 다른 막대한 재난 손실이 발생할 수 있음을 확인하였다. 비상전원설비중 비상발전기의 미 작동 원인은 용량 산정의 오류, 관리 부실도 있지만 설비 자체 내에서의 운전 중 화재가 가장 높다. 그러므로 비상전원으로 사용되고 있는 발전기 설비의 온도상승에 대한 영향과 그에 따른 화재가능 여부 및 위험성을 알아보고 비상발전기 운전 시 온도분포에 따른 화재위험성에 대해 논하고자 한다. 본 연구에서는 비상발전기의 운전을 통한 실험을 통해 온도분포에 따른 설비 내 화재위험성을 알아보았다. 비상전원설비의 설치 기준인 옥내소화전설치(NFSC-102) 조건부 설치된 장소(연면적 2,000 ㎡, 지상 7층, 지하 연면적 3,000 ㎡), 스프링클러소화설비(NFSC-103)의 기준에 따라 서울시내 3곳을 선정하였다. 소방법 및 여타 전기, 건축법에 따라 발전기를 최대 30분씩 운전하여 비상발전기의 설비 중 운전 시 온도반응에 변화가 예상되는 엔진, 연도, 축전기(배터리) 열화상 카메라를 통해 각각의 위험성을 분석하였다.

공동주택 비상전원의 PCS 및 ESS 적용 연구

유순정 숭실대학교 대학원 2021 국내박사

자원의 고갈 및 온실가스로 인한 지구온난화를 해결하기 위해서 우리나라 뿐만 아니라 세계 각국들은 다양한 정책을 통해 신재생에너지와 전기에너지의 효율적인 사용에 대한 관심과 연구가 늘어나고 있다. 분산형전원과 연계하여 전기에너지의 생산, 저장 및 사용 형태가 새롭게 변화하고 있으며, 에너지저장 시스템(ESS)은 가장 대표적인 사례로서 다양한 형태로 적용 가능한 시스템이다. ESS는 최대전력수요의 저감에 의한 에너지의 효율적인 공급과 출력의 안정화 뿐만 아니라, 운영이 불편하고 환경적으로 문제가 있는 디젤 발전기를 대체하는 비상전원으로도 사용이 가능하다. 그러나 ESS를 비상전원으로 적용하기 위한 구체적인 방법이 부족하여 기존의 비상발전기 용량 산정방식인 PG법을 ESS에 적용하여 PCS용량을 산정하고 있다. 이것은 비상발전기와 PCS의 서로 다른 유·무효전력 공급 특성을 고려하지 않은 것으로 문제점을 내재하고 있다. 소방부하는 대부분 유도전동기를 사용하며, 전동기 기동 시 역률은 20% 정도까지 급격하게 낮아지며, 무효전력의 충분한 공급이 필요하다. 공급이 불충분할 경우 단자전압 확보가 불가능하므로 유도전동기 기동실패 및 모선의 심각한 전압 강하로 이어질 수 있다. 이로 인하여 비상전원의 필요한 시간 내 공급 불가능은 물론 타 모선 전력설비들의 운전 정지를 초래할 수 있다. 최근 디젤발전기를 대체하는 비상전원용 ESS의 배터리 용량 산정방법은 PG법에 의한 발전기 출력용량(kW)의 2시간을 적용하였으며, 이는 구체적인 근거 부족으로 매우 비합리적이라 할 수 있다. 본 논문에서는 비상전원용 ESS의 PCS 용량을 화재안전기준(NFSC)에서 고시한 비상전원의 구비조건을 만족하며 PCS의 무효전력 공급특성을 고려한 계산방법인 PE법을 제안하였다. 또한 비상부하별 법적 최소공급시간을 기초로 하여 효율 및 경년변화율을 고려한 배터리 용량 산정 방안을 제안하였다. 제안한 PE법을 소․중 규모의 공동주택에 적용하여 비상부하 전동기의 기동 시뮬레이션 입증으로 적용 가능성을 확인하였다. 또한 비상용 ESS의 경우 항상 완충상태를 유지해야 하므로 유지관리 측면에서 제한이 많다. 이를 수요관리(DR)용 ESS를 병렬 사용함으로써 화재방지 및 PCS의 공급신뢰도를 향상 시킬 수 있다. 본 연구는 제안한 방안을 통하여 에너지 저장장치(ESS)를 비상전원으로 적용하기 위한 합리적인 용량산정 및 운용방안을 선정함으로써 에너지 저장장치의 보급에 이바지하며 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시켰다. To prevent global warming caused by resource depletion and greenhouse gases, interest and research for making efficient use of electric and renewable energy have increased through environmental policies around the world. In new changes of the electric energy generation, storage, and application in connection with distributed power sources, the energy storage system (ESS) can be utilized for a variety of power system as the most representative example. In order to stabilize the output and reduce the maximum power demand, ESS not only uses energy efficiently, but also a method of using it as an emergency power by replacing a diesel generator is proposed. ESS is not only available for supplying electric energy efficiently due to the reduction of the maximum power demand and for stabilizing the output, but also it can be as an emergency power by replacing a diesel generator. However, since there is no specific calculation method for applying the ESS to distributed system as an emergency power source, the PG method, the existing emergency generator capacity calculation formula, has been applied to the ESS to calculate the PCS capacity. The calculation can occurs some problem that it does not take into account of the different reactive power supply characteristics of the emergency generator (synchronous generator) and the PCS. Most of the fire fighting loads are large loads using squirrel cage fluids Most of the fire-fighting facilities have a large loads like a squirrel case induction motors, and the power factor is lowered to about 0.2 to 0.3 at start. The apparent power increases instantaneously due to the rapidly increased reactive power. This phenomenon causes the terminal voltage to drop sharply and the motor to fail to start. Recently, the battery capacity of the existing emergency power ESS is calculated by applying two hours to the power of the generator (kW), which is an irrational method because of insufficient grounds. This paper proposed the PE method which is one of the calculation methods, that satisfies the requirements for provision of emergency power notified in the Safety Standard (NFSC) and considers the reactive power supply characteristics of PCS. Also, based on the legal minimum supply time for each emergency load, a method for calculating the battery capacity in consideration of efficiency and aging rate was proposed. The proposed PE method was applied to the simulation model of an apartment housing case, and the applicability was verified by performing a start simulation of a large electric motor. ESS utilizing for emergency power has higher initial investment cost than diesel generators, but economic feasibility can be established by applying the ESS used in DR in parallel. In the case of the emergency ESS, the possibility of fire is very high because the state of full charge must be maintained at all times. Using the DR ESS in parallel improves the supply reliability of the PCS and the life time of the batteries and effects to the fire prevention. In this paper, the proposed method have stability and reliability by describing a reasonable plan for applying energy storage devices as emergency power sources, and is expected efficiently to use of electric energy through dissemination and diffusion.

전원용량 초과방지를 위한 소방펌프 안전운전 시스템 연구

이원강 서울시립대학교 도시과학대학원 2009 국내석사

Modern industrial society has become a world where not only complicated industrial buildings exist, but also where an era of diverse structures is sought; there exists a possibility of fire breakouts, anywhere from small to medium size neighborhood business buildings to large buildings that seem to ever increase in height, size, and depth. Therefore, fire extinguishing equipment is placed in each facility to guarantee fire safety either voluntarily or as a result of law enforcement. The fire extinguishing equipment requires the quick activation of fire alarms and effective suppression of the fire to ensure safety. The procedural requirements for fire pumps, which are a vital part of fire equipment, are provided in the National Fire Safety Code. However, it does not provide procedures for the safe usage of multiple devices, which may overpower the capacity of the installed electric power plant or the private electric generators as the emergency power. In addition, because fire control related laws do not regulate the capacity of private electric generators as emergency power, the use of multiple devices may overwhelm the electric power plant. Therefore, the safe operation of fire pumps is becoming more and more necessary. After analyzing and comparing the conditions for using the fire pumps, the most crucial and most power-consuming component of fire extinguishing equipment, and the general characteristics and real situation usage of private electric generators as emergency power and its consequent problems, this dissertation provides the fire pump sequence control and the related plans for improving the National Fire Safety Code. 현대 산업사회는 복잡한 산업시설 뿐 아니라, 건축물의 다양성을 지향하는 시대이며, 중,소형의 근린생활 시설에서부터 고층화, 거대화, 심층화 되는 대형 건축물에 이르기까지 화재 발생의 위험성이 어디나 상존하는 상태이므로 이에 대응한 화재 안전성 확보를 위해 소방시설이 자진설비 또는 주로 법적 강제 요건으로서 구비되도록 하고 있다. 화재 안전을 위해 설치되는 소방시설은 비상시에 신속한 경보와 더불어 유효한 화재 진압 기능이 요구된다. 소방시설의 중추 설비인 소방펌프의 기동조건 등은 화재안전기준에 제시되어 있으나, 설계된 전원설비 또는 비상전원으로서 자가발전기의 용량을 초과할 수 있는 복수 대수의 펌프가 운전될 경우 이의 안전 운전을 위하여 제시되어 있는 조건이 없는 실정이다. 더우기 비상전원으로서 자가발전기 공급전원으로서 소방시설 등의 운전 안전 성능 조건 확보에 요구되는 용량 규정이 소방관련 법령 등에서 결여되어 있어서 근원적으로 전원설비 용량을 초과할 위험성이 잠복되어 있으며, 펌프의 운전 조건에 따라 전원 부하량이 크게 변동하므로 펌프의 안전 운전을 위해 발전기 용량을 초과하지 않도록 운전 시스템이 확보되어야 한다. 이에, 본 연구논문에서 소방시설 중 가장 핵심설비이고 전력 소요가 많은 소방펌프의 운전 조건 및 비상전원으로서 비상발전기에 대한 일반 조건을 조사하고 위험성을 분석하여 그에 따른 과제를 도출하고 전원용량 초과위험의 방지를 위한 소방펌프의 시퀀스 제어방법을 제안하였고, 이와 관련된 화재안전기준의 개정 방안을 제시하였다.

소방용 비상발전기의 현장 부하시험을 위한 ESS 부하시험장치 운용방안에 관한 연구

최승규 한국기술교육대학교 일반대학원 2020 국내박사

소방용 비상발전기는 화재 시 인명과 재산을 보호하는 소방시설에 전원 을 공급하는 중요한 설비이다. 이러한 중요성에 따라 관련법규에서는 의 무적으로 비상발전기에 비상용 부하를 연결하여 시험하도록 규정하고 있 다. 하지만, 비상발전기의 부하시험은 상용전원을 차단해야 하기 때문에 일반 부하에 전원공급이 중단되고 계통의 정전 및 복전에 따른 저압기기 파손, 응 급의료장비를 사용하는 병원의 응급부하 정지 등 심각한 문제가 발생할 가능 성이 있어, 대부분의 현장에서는 육안점검으로, 누수ㆍ누유와 같은 기계적 결 함만을 확인하고, 무부하 상태로 비상발전기의 성능을 시험하고 있는 실정이 다. 한편, 2011년 9월 15일 순환정전 발생 당시 비상발전기의 60%가 작동이 되지 않았으며, 전기기술인협회의 실태 조사보고서에 따르면, 비상발전기의 성능 및 상태 점검 시 부하운전을 실시하고 있는 곳은 7%에 불과한 것으로 보고되고 있다. 이는 실정법에 저촉될 수 있으며, 화재 시와 같은 비상상태에 서 인명과 재산을 보호하는 소방시설의 신뢰성을 심각하게 손상시키는 원인 이 될 수 있어, 비상발전기의 부하시험 방안이 요구되어 지고 있다. 따라서, 본 논문에서는 상기의 문제점을 개선하기 위하여, 상용 전원의 차단 없이 비상발전기에 전기저장장치를 연계하여, 비상용부하의 동작특 성과 동일하게 ESS가 충전동작을 수행함으로서 비상발전기의 성능 및 상 태를 시험할 수 있는 현장부하시험 방안과 운용 알고리즘을 제안한다. 또 한, 전력계통해석 소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 비상발전기, 비상용부하, ESS 부하시험장치로 구성된 비상전원계통을 모델링하고, 20kW급 ESS 부하시험장치를 구현하여 특성을 분석한다. 이를 바탕으로 다양한 시나리오에 따른 시뮬레이션과 시험을 수행하여 본 논문에서 제안 한 비상발전기의 현장부하시험 방안과 ESS 부하시험장치 운용 알고리즘 의 유용성을 확인한다. 그리고 ESS 부하시험장치의 경제성분석을 실시하 여 대행사업자 측면에서의 현장적용 가능성을 평가한다. A emergency generator for fire-fighting is a key equipment to supply power sources into fire-fighting facilities which protect property and human in case of fire accidents. With its necessary role, a rated load test of emergency generator should be mandatorily carried out by connecting emergency load with the generator in accordance with related regulations. However, the no load test for emergency generator has been performed in general, since serious problems including damage of customer device and shut down of critical load can be occurred when main power is cut off. Therefore, in order to overcome these problems, this paper proposes a test method and operation algorithm of load test device with ESS to evaluate performance. And state of emergency generator without interruption of power supply based on charging mode of ESS with same characteristics of emergency load. And also, this paper performs a modeling of emergency power system based on PSCAD/EMTDC S/W and implements 20kW scale ESS load test device. From the simulation results based on the proposed modeling and algorithm, it is confirmed that load test method for emergency generator using ESS are useful and practical tools for field load test in fire-fighting facility.

원자력발전소의 비상전원계통 위험지역 범위 선정에 관한 연구

조태연 경기대학교 공학대학원 2026 국내석사

최근 수소에너지를 활용한 수소충전소, 수소버스, 수소연료전지 등 다양한 산업이 주목받고 있으나, 비상전원으로 사용되는 축전지에서 발생하는 수소의 화재·폭발 위험성은 상대적으로 간과되고 있다. 또한, 비상 발전기 연료인 경유도 폭발하한 및 상한 범위가 좁고, 사고사례가 많지 않다는 이유로 화재·폭발 위험성이 충분히 인지되지 않았다. 그러나 원자력발전소에서는 이러한 사고 발생 시 방사성물질의 누출로 인한 피해가 예상되므로 사전 대비가 필수적이다. 본 연구에서는 원전의 비상전원계통 중에서 수소가스 발생으로 인한 화재·폭발 위험성이 있는 축전지계통과, 외부전원상실사고 또는 안전주입신호 시 비상전원을 공급하는 비상디젤발전기계통(이하 EDG계통)을 대상으로 위험지역 범위를 선정하는 것을 최우선 목표로 하였다. 연구 방법으로는 국내외 방폭기술 현황을 검토하고, 국내 기준(KS C IEC 60079-10-1)과 국제 기준(IEC 60079-10-1)을 참조하였다. 위험지역 범위 산정을 위해 KAC 전산프로그램을 활용하였으며, 수소와 경유의 특성을 분석하고 원전 내 축전지계통 및 EDG계통의 입면도와 평면도를 작성하였다. 또한 국내외 연구 결과를 참조하여 위험지역 범위를 산정하였다. KAC 전산프로그램 계산 결과, 축전지실의 위험지역 범위는 2.1 m로 산정되었으며, 축전지 저장공간이 넓지 않아 실내 전체를 위험지역으로 설정하였다. EDG계통의 경우, 비상디젤발전기실은 3.9m, 연료유저장탱크실은 연료탱크 주변 0.7 m, 연료이송펌프 주변 3.9m로 산정되었다. 범위 내 모든 계통 전기설비는 점화원이 될 수 있으므로 방폭기술을 적용한 설비로 대체하여 화재·폭발 위험에 대비해야 한다. 연구 결과를 바탕으로, 바닷물을 이용한 해수전해시설에서의 NaClO 및 수소생성, 비상디젤발전기(EDG) 가동 불능 시 여러 원전에 전원을 공급하는 대체교류발전기(AAC DG) 등, 원전 내 모든 인화성(가연성) 액체 및 기체의 누출에 따른 화재·폭발 위험을 분석하고, 폭발위험지역 범위를 선정하여 방폭설비를 구축함으로써 사전에 위험을 예방하는 것이 중요함을 확인하였다. 본 연구는 국내 원전에서 처음으로 축전지계통 및 EDG계통의 위험지역 범위를 산정하였으며, 연구 결과를 기반으로 축전지실, 비상디젤발전기실, 연료유저장탱크실에 적합한 방폭설비 설치 등 후속 조치가 이루어진다면, 원전 안전성과 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. Recently, various industries utilizing hydrogen energy, such as hydrogen refueling stations, hydrogen buses, and hydrogen fuel cells, have attracted attention. However, the fire and explosion hazards associated with hydrogen generation in batteries used as emergency power sources have been relatively overlooked. Likewise, diesel fuel for emergency generators has a narrow explosive range and few reported accidents, which has led to insufficient awareness of its fire and explosion risks. In nuclear power plants (NPPs), however, such incidents could result in the release of radioactive materials, making preemptive safety measures essential. This study focuses on determining the hazardous area boundaries of the emergency power systems in NPPs, specifically the battery system, where hydrogen gas generation may pose fire and explosion risks, and the emergency diesel generator (EDG) system, which supplies power in the event of an external power loss or a safety injection signal. The research methodology included reviewing the current state of explosion-proof technologies, referencing domestic (KS C IEC 60079-10-1) and international (IEC 60079-10-1) standards, and utilizing the KAC computer program to estimate hazardous area boundaries. The properties of hydrogen and diesel fuel were analyzed, and elevation and plan views of the battery and EDG systems were prepared. Hazardous area boundaries were determined with reference to both domestic and international studies. Results calculated using the KAC program indicated that the hazardous area for the battery room extends 2.1 meters, and due to the limited space, the entire room was designated as a hazardous area. For the EDG system, the hazardous area was determined as 3.9 meters around the generator room, 0.7 meters around the fuel storage tank, and 3.9 meters around the fuel transfer pump. All electrical equipment within these boundaries, which could serve as potential ignition sources, should be replaced with explosion-proof devices to mitigate fire and explosion risks. Based on these findings, preventive measures were proposed for other systems, including seawater electrolysis facilities producing sodium hypochlorite (NaClO) and hydrogen, and alternative AC generators (AAC DG) that supply power to multiple NPPs during EDG inoperability. By analyzing the release of flammable liquids and gases and establishing hazardous area boundaries, the implementation of explosion-proof equipment can prevent potential accidents. This study is the first in Korea to determine the hazardous areas of battery and EDG systems in NPPs. If the results are applied to install appropriate explosion-proof equipment in battery rooms, EDG rooms, and fuel storage areas, the safety and reliability of NPP operations can be significantly enhanced.

大都市圈域 重要 建築物의 非常時 對應을 위한 에너지 自立 方案

남경목 경북대학교 대학원 2015 국내박사

고도로 발단된 도시에서 각 건물은 집적한 기능을 수행하고 있으며 자연재해의 증가 및 대형화 추세에 대응하기 위한 도시방재능력 강화가 시급한 실정이다. 특히 이상기후의 재난피해는 도시의 에너지 공급, 즉 광역라이프라인을 차단시키는 도시단위의 비상상태를 초래한다는 점에서 엄청난 위험요소이다. 평상시는 광역라이프라인을 통해 에너지수급이 원활하기 이루어지지만, 재난?재해의 발생으로 라이프라인이 차단되게 되면 현대 건축물에 설치되어 있는 설비요소들의 기능저하 및 기능정지로 이어진다. 그러므로 이런 에너지 공급이 차단된 비상시 중요한 도시기능이 집적한 지구에 대해서, 또한 업무시설, 병원, 청사 등의 상대적으로 중요하다고 생각되어지는 용도의 건축물에 대해서 그 기능을 확보하는 것이 매우 중요하다. 또한 건물에서 나아가 도시 및 국가적 차원의 에너지수요와 공급의 패턴을 파악하고 이를 맵(map)화 시켜 평상시의 에너지관리를 효율적으로 다룰 뿐만 아니라 자연재해와 같은 비상시에 이를 적극적으로 대처할 수 있는 방안을 모색할 필요가 있다. 본 논문에서는 대도시권역의 중요 건축물을 정량적으로 산정하고, 비상시의 시나리오에 따른 방재성 확보 방안을 마련하고자 한다. The damages caused by natural disaster are unpredictable. It is almost out of control because its scale is entirely different from what we have experienced before. Individual large buildings may have a capacity comparable to the energy consumption of small towns already .In addition, the energy supply of all facilities in the city is a central supply system such as nuclear power. When this energy supply is cut off by disaster, emergency such as power shortages and supply disruption is caused. This study strived to analyze the importance of keeping metropolitan important buildings and their facilities properly functioning and develop basic materials to build an urban-level management system for securement and supply and demand system of emergency energy during natural disasters. And normal and emergency energy consumption was analyzed. Through Independence of emergency power by those analysis, this study strived to establish a plan for Maintain emergency functions of the city.

부하변동에 따른 비상전원용 축전지의 적정용량 산출에 관한 연구

박해남 한밭大學校 産業大學院 2002 국내석사

고도의 산업 및 정보화 시대가 되면서 OA, FA 및 컴퓨터, 가전 등 일상생활에서 전기는 필수 불가결한 요소가 되었다. 특히 공장의 자동화 및 인텔리전트 빌딩의 구축, 통신장비의 대형화, 병원 및 방송국 등에서 상용전원의 중요성이 대두되고 있다. 상용전원이 불안정한 경우 조명, 통신, 공장가동 등의 불안정성을 가져오며, 이러한 사항을 미연에 방지하기 위해 비상용 예비전원(발전기, UPS, 축전지)설비 등을 사용하고 있다. 재해나 긴박한 상황에서도 양질의 전원을 공급하기 위해서 이러한 예비전원 설비의 유지, 보수관리는 필수 불가결하며, 특히 비상용 전원(축전지)에 대한 효율적인 관리가 필요하다고 본다. 그런데 현재까지 축전지 신규 설치 시에 용량산출 근거가 없어 부하의 용량 증가에 따른 신속한 대응이 미흡하여 관리상의 문제점으로 지적되어 왔다. 본 연구에서는 양질의 통신서비스를 제공하기 위한 통신설비용 비상전원의 안정화에 기여할 축전지의 효율적 관리상황을 알아보고, 축전지의 방전시험을 통해 축전지 용량의 시간대별 방전 량을 조사함으로 서 부하변동에 따른 최적상태의 축전지용량을 산출하였다. In the present age of high industrialization and information, electricity is indispensable in daily life involving OA, FA, computers and home appliances. Particularly, automated factories, construction intelligent buildings, enlarged communication equipment, hospitals, and broadcasting systems, etc. are increasing the importance of ordinary power supply. Unstable ordinary electric power causes the instability of lighting, communication, factory operation, etc. To prevent such situations, people use emergency power reserve facilities (generators, UPS, battery). To supply high quality electricity during disastrous or emergent situations, it is essential to maintain and repair power reserve facilities. Particularly, emergency power sources (battery) must be managed efficiently. However, there has been no base for estimating the optimal capacity when installing new battery, which has caused problems in responding promptly to the rise of load. The present study attempted to find an efficient battery management method for stabilizing power supply to communication equipment to provide high quality communication services, and estimated the optimal capacity of battery according to the variation of load by investigating the discharge of battery electricity by hours.

고층 건축물의 화재 피난 안전성에 관한 연구

임종호 서울과학기술대학교 2017 국내석사

요 약 제 목 : 고층 건축물의 화재 피난 안전성에 관한 연구 최근에 인구의 도시 집중화로 고층 건축물이 증가하고 있는 경향이지만 이러한 고층 건축물에서 화재가 발생하여 심각한 경우 건물의 붕괴도 야기시킬 수 있음을 일부 사례를 통해 경험한 바 있다. 현재 국내·외적으로 고층 건축물에서의 화재로 인한 인명을 보호하기 위해 수평적 개념의 피난기술을 적용하는데 이는 건물 붕괴 등을 고려할 경우 한계점이 있는 것으로 여겨진다. 이에 본 연구에서는 국내·외 고층 건축물의 안전기준에 대해 비교를 통하여 전층 피난 완료시간과 건축물 주요구조부의 내화성능 상관 분석을 통해 피난기준 제시 및 소방활동에 필요한 비상전원 공급시간의 적정성을 분석 및 평가하고자 하였다. 본 연구에서는 전층 수직피난에 대한 제도적 법적 기준 마련을 위해 지하 6층, 지상 35층 고층 건축물의 재실자 76,041명을 대상으로 화재 및 피난 시뮬레이션 Tool를 사용하여 전층 피난 완료시간 3시간 1분을 도출하였다. 이를 건축물 주요구조부의 내화성능과의 상관 분석을 통해 내화성능의 50%(1시간 30분) 이내 또는 최대 내화성능 3시간 이내에 전층 수직피난이 완료되어야 한다는 기준을 제시하였다. 또한, 건축물의 층수만을 기준으로 한 현행 소방시설 비상전원의 최대 60분 공급시간에 대해 전층 피난 완료와 화재진압 소요시간을 고려하여 비상전원 공급을 120분 이상 연장하는 최적화된 설계조건을 제시하였다. 본 연구는 실물화재를 수행할 수 없는 한계를 감안하여 시뮬레이션 Tool를 이용하여 전층 피난 완료시간을 도출하였지만, 향후 실제 대형 건축물 화재에 대한 자료를 수집 분석하여 열과 연기 등의 화염이 발생되는 화재상황에서 전층 피난 완료시간 및 소방대의 화재진압 소요시간과 건축물 주요구조부의 내화성능을 분석하여 이원화되어 있는 피난·방재 관련 건축법 및 소방법의 법규·기준 등이 상호 보완되어 고층 건축물의 재난 및 화재 시 인명피해가 최소화되기를 기대한다. 중심어: 수평 및 수직피난, 건축물 주요구조부의 내화성능, 화재진압 소요시간, 비상전원