풍력발전기 나셀의 화재위험성 및 소화성능 평가방법에 관한 연구 = A Study on the Fire Hazard and Evaluation of Fire Extinguishing Performance in Wind Turbine Nacelle

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 풍력발전기 나셀에서 발생하는 화재에 대해 화재위험성을 분석 하고 풍력발전기 나셀 화재방호대책 마련을 위해 적합한 소화성능을 평가하 는 방법에 관한 연구이다. 전 세계적인 친환경 운동과 정부 기조로 인해 풍력발전기 산업이 성장하 고 있으나 화재에 대한 위험도 커지고 있다. 풍력발전기에서 발생하는 화재 는 설치 위치의 특성상 사람이 상주하지 않기 때문에 화재 진압이 어려우며 사례를 파악한 결과 국내에서 발생한 풍력발전기 화재는 모두 전소하였다. 이에 풍력발전기에서 발생할 수 있는 화재에 대한 시나리오 분석과 FDS 화재시뮬레이션을 이용한 화재위험성을 분석하였다. 풍력발전기는 국내법상 소방대상물이 아니어서 화재방호대책에 대한 기준 이 전무하다. 이에 나셀에서 발생할 수 있는 화재를 조기에 소화하기 위한 설비를 제안하고 나셀 내부에 존재하는 발화원을 소화하는 실험을 통해 검 증하였다. 이후 소화설비가 효과적임을 확인하여 실제 나셀을 이용한 Testbed에서 나셀 화재를 모사하여 소화하는 실험을 통해 제안된 소화설비 를 평가하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 풍력발전기 화재에 대해 국내외 법령과 기준을 분석하여 미비점 및 차이점을 확인하였다. 확인 결과 국내는 현재 풍력발전기의 화재방호에 대 한 성능기준이 미비한 실정으로 법령 및 기준 개정이 필요하다. 국외는 풍 력발전기에 화재방호대책을 권고 또는 규정하고 있어 이를 참고하여 국내 실정에 맞는 풍력발전기 화재안전기준이 제시되어야 한다. 둘째, 풍력발전기의 화재 분석을 위해 사례와 통계 등을 분석하여 풍력발 전기 화재에 적합한 소화약제를 제안하였다. 국내외 통계 및 사례 분석 결 과 및 풍력발전기 화재 시나리오를 바탕으로 다양한 화원에 대한 적응성을 평가한 결과 FK-5-1-12 소화약제가 풍력발전기 화재에 효과적일 것으로 판단된다. 셋째, 풍력발전기 나셀 화재의 위험성을 확인하기 위해 풍력발전기 화재 시나리오를 바탕으로 국외 기준에 나타난 표준가연물을 선정해 화재 시뮬레 이션을 진행하여 초기에 화재를 진압해야 할 필요성을 검증하였다. 넷째, 시뮬레이션을 바탕으로 풍력발전기 나셀 화재의 조기 진압을 위해 단점을 개선한 화재방호대책으로 국소방출방식의 할로겐화합물 소화약제 소 화장치를 제안하여 실험을 진행한 결과 기존 전역방출방식 소화설비보다 우 수한 성능이 나타나는 것을 확인하였다. 다섯째, 제안한 소화설비의 실증실험을 위해 풍력발전기 나셀 Testbed를 구축하여 실제 화재에 적응성이 있는지 평가하였다. 실험 결과 풍력발전기 나셀 화재에 효과적임을 확인하였다. 제안한 소화설비를 풍력발전기 나셀 내부에서 화원을 감지하는 기술과 접 목한다면 이를 바탕으로 풍력발전기 나셀의 초기화재 진압이 가능하며 피해 최소화에 효과적일 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구 배경 1
• 제2절 연구 동향 및 목적 4
• 제3절 연구 방법 6
• 제2장 이론적 고찰 9
• 제1절 풍력발전기 나셀의 화재위험성 9
• 1.1 풍력발전기의 일반사항 9
• 1.2 풍력발전기의 특징과 화재위험성 11
• 제2절 풍력발전기 나셀의 화재 원인 13
• 2.1 풍력발전기 화재 사례 13
• 2.2 풍력발전기 화재 원인별 발화 시나리오 14
• 2.3 풍력발전기 화재의 가연물 종류 17
• 제3절 풍력발전기 화재방호 관련 법령 및 기준 19
• 3.1 국내외 법령 및 기준 19
• 3.2 풍력발전기 나셀 적합 소화약제 선정 22
• 제4절 논의 24
• 제3장 시뮬레이션 및 실험 26
• 제1절 나셀 화재 시뮬레이션 26
• 1.1 일반사항 26
• 1.2 풍력발전기 나셀의 초기화재 가연물 모델링 27
• 1.3 모델링 적용 격자크기 설정 30
• 1.4 출력 31
• 제2절 국소방출방식 소화설비 실험 36
• 2.1 일반사항 36
• 2.2 실험 조건 및 방법 36
• 제3절 나셀 화재 소화실험 39
• 3.1 일반사항 39
• 3.2 실험 조건 및 방법 39
• 제4장 결과 및 고찰 43
• 제1절 나셀 화재 시뮬레이션 43
• 1.1 시뮬레이션 결과 확인 43
• 1.2 온도 43
• 1.3 연기 48
• 1.4 논의 52
• 제2절 국소방출방식 소화설비 실험 57
• 2.1 실험의 일관성 및 환경 파악 57
• 2.2 A급 화재 실험 58
• 2.3 B급 화재 실험 59
• 2.4 논의 60
• 제3절 나셀 화재 소화실험 61
• 3.1 실험의 일관성 및 환경 파악 61
• 3.2 나셀 화재 실험 62
• 3.3 논의 63
• 제5장 결 론 64
• 참고문헌 66
• ABSTRACT 69