| 4차년도 |
- 주관연구기관(현대중공업) : * SCP 모듈 제작성 평가 * 모듈러 LNG 저장탱크 내조 및 외조 최적설계 * 소형(1만~3만입방미터급) 모듈러 LNG 저장탱크 기본 설계 * 모듈러 LNG 저장탱크 실용화 추진 (3차)- 공동연구기관(한국건설기술연구원) : * HPCP 모듈 구조성능 시험평가 * SCP 및 HPCP 모듈 내화성능 시험 평가 * SCP 충전용 콘크리트 및 HPCP용 HPFRCC 동적충격물성 및 내구특성 평가 * 영구동토 조건을 고려한 LNG 저장탱크 기초 설계법 도출- 공동연구기관(한국과학기술원) * HPCP 적용 LNG 저장탱크 수치해석 모델 개발 및 구조형식 최적화 * HPCP 구조계를 반영한 LNG 저장탱크의 3차원 FSSI 해석 * 특수하중을 고려한 외조의 구조안전성 평가 * SCP 구조의 형상불완전 영향 분석 * SCP 구조의 지반부등침하에 의한 거동특성 파악 * HPCP 구조의 형상불완전 영향 분석 * HPCP 구조의 지반부등침하에 의한 거동특성 파악 - 공동연구기관((주)브리콘) * SCP 및 HPCP 내화 성능 시험체 제작 * HPCP 모듈 HPFCRC 타설 및 구조 시험체 제작 * SCP 모듈 open mock-up용 콘크리트 타설 * SCP 모듈 콘크리트 제조 및 타설 시방(안) - 공동연구기관(동남기업(주)) : * 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 open mock-up 적용 * 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 성능개선 * 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 사용 매뉴얼 작성- 위탁연구기관(동국대학교)* SCP 모듈용 콘크리트 충전 성능평가 * HPCP 모듈용 HPFRCC 충전 성능평가
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- 주관연구기관(현대중공업) : * SCP 모듈 제작성 평가 : SCP 모듈간 용접 시방서 및 비파괴 검사 절차 정립 : 단열 시공기준 정립 및 극저온 환경 내구성 검증 : Open mock-up 제작설계 및 시방서 작성 : SCP 모듈 Open mock-up 제작 및 단열 시공 * 모듈러 LNG 저장탱크 내조 및 외조 최적설계 : 구조 경량화를 위한 최적화 및 적합성 평가 : 내조 및 외조 관통 process 설비 설계 * 소형(1만~3만입방미터급) 모듈러 LNG 저장탱크 기본 설계 * 모듈러 LNG 저장탱크 실용화 추진 (3차) : 국제인증용 사용적합성 평가 및 기술 보완 : 모듈러 LNG 저장탱크 3차 경제성 평가 : 모듈형 LNG 저장탱크 EPC 프로세스 개발 : LNG 육상 플랜트 시장 동향 및 모듈형 LNG 저장탱크 원가 경쟁력 분석- 공동연구기관(한국건설기술연구원) : * HPCP 모듈 구조성능 시험평가 : 휨성능, 접합부 휨성능, 압축성능 등 구조시험 : 관련 code 및 설계 요건 비교 분석 * SCP 및 HPCP 모듈 내화성능 시험 평가 : HPCP 충전용 콘크리트 재료 폭열시험 : SCP 및 HPCP 모듈 내화성능 시험평가 : 관련 code 및 설계 요건 비교 분석 * SCP 충전용 콘크리트 및 HPCP용 HPFRCC 동적충격물성 및 내구특성 평가 : SCP 충전용 콘크리트 재료 SEFM 시험 평가를 통한 방호방폭 성능 검증 : HPFRCC 동적충격 재료물성 시험평가 및 시험 평가를 통한 방호방폭 성능 검증 : SCP 충전용 콘크리트 내구특성 시험 평가 : HPFRCC 내구특성 시험평가 * 영구동토 조건을 고려한 LNG 저장탱크 기초 설계법 도출 : 영구동토 대상 LNG 저장탱크이 기초 설계를 위한 설계정수 도출 및 검토 : 영구동토 조건을 고려한 LNG 저장탱크의 기초 설계프로세스 정립 : LNG 저장온도 및 지반조건을 반영한 LNG 저장탱크 기초 설계용 S/W개발- 공동연구기관(한국과학기술원) * HPCP 적용 LNG 저장탱크 수치해석 모델 개발 및 구조형식 최적화 : HPCP 구조 및 특성실험 별 유한요소 해석 * HPCP 구조계를 반영한 LNG 저장탱크의 3차원 FSSI 해석 : 변위기반 유체오소를 이용한 LNG 저장탱크의 FSSI 해석 모델 구축 * 특수하중을 고려한 외조의 구조안전성 평가 : 모듈러 LNG 저장탱크 화재해석 : SCP 모듈 내 콘크리트 장기 변형을 고려한 유한요소 해석 : 구체화된 외부충돌체 모델링 : 충돌하중에 대한 모듈러 LNG 저장탱크의 비선형동적해석 * SCP 구조의 형상불완전 영향 분석 : ISCP로 구성된 전체외조모델 구성 및 설계하중해석 : ISCP 강도 산정 해석 * SCP 구조의 지반부등침하에 의한 거동특성 파악 : 부등침하에 의한 내력해석 및 산정 * HPCP 구조의 형상불완전 영향 분석 : HPCP 모델 구성 및 해석 : 배부름 현상에 의한 IHPCP 모델 구성 * HPCP 구조의 지반부등침하에 의한 거동특성 파악 : 부등침하에 의한 내력해석 및 산정 - 공동연구기관((주)브리콘) * SCP 및 HPCP 내화 성능 시험체 제작 * HPCP 모듈 HPFCRC 타설 및 구조 시험체 제작 : HPCP 모듈 형상별(2D, 3D) 콘크리트 충전 타설 : HPCP 모듈 시험체 종류별 제작 중 형상관리 * SCP 모듈 open mock-up용 콘크리트 타설 : SCP 모듈 open mock-up 콘크리트 양산 제조 : SCP 모듈 open mock-up 콘크리트 타설 방안 개선 : SCP 모듈 open mock-up 형상관리 * SCP 모듈 콘크리트 제조 및 타설 시방(안) : 재료 일반, 콘크리트 제조 및 생산, 품질관리 : 타설, 양생 및 양중 등 항목 작성 - 공동연구기관(동남기업(주)) : * 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 open mock-up 적용 : 충전용 고성능 특수혼화제 적용성 검증 및 개선사항 검토 * 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 성능개선 : 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 성능개선 : 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 재현성 확인 * 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 사용 매뉴얼 작성 : 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 기술자료 작성 : 충전용 콘크리트 고성능 특수 혼화제 사용 매뉴얼 작성- 위탁연구기관(동국대학교)* SCP 모듈용 콘크리트 충전 성능평가 : 충전 콘크리트 구성재료 및 배합특성에 따른 충전 성능 평가 : 충전 콘크리트 레올로지 특성 시험 및 평가* HPCP 모듈용 HPFRCC 충전 성능평가: HPFRCC 구성재료 및 배합특성에 따른 충전 성능 평가 : HPFRCC 콘크리트 레올로지 특성 시험 및 평가
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
- 중소형 모듈러 LNG 저장탱크 설계, 조달 및 건설 기술의 WFT 및 WBT를 달성- KOGAS를 중심으로 대용량 LNG 저장탱크 EPC 기술은 국제 수준의 기술을 확보, 그러나 기존 습식 탱크의 경우 효율성의 문제로 10,000~60,000 ㎥ 정도의 중소형 LNG 저장탱크에 대한 설계 및 시공이 이루어지지 않음- 중소형 모듈러 LNG 저장탱크 EPC 기술을 본 연구과제를 통하여 개발함으로써 우리나라가 세계시장에서 LNG 저장탱크 EPC 기술의 우위를 확보할 수 있음- 지상식 LNG 액화 플랜트의 LNG 저장탱크의 외조 자체 엔지니어링 능력을 확보하고 국제 메이저 개발사의 요구에 능동적으로 대응할 수 있는 기술 유연성을 확보- 지금까지 도서 발전용, LNG 벙커링용, 항만 LNG 위성기지용 저장탱크의 건설에 대한 효과적인 기술 부족으로 인해 신규 건설사업 추진 부진을 기술적 측면에서 해소- 도서지역 항만에 위성 LNG 기지가 들어서야 하는 입지 및 작업 조건을 고려할 때 중소형 모듈라 LNG 저장탱크가 습식으로 건설되는 수직 원통형 저장탱크에 비교하여 품질, 안전성 및 경제성(CAPEX 포함, 공기, 제작비용, 낮은 자연기화율 등) 측면에서 우위 확보
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| 사회 경제적 파급효과 |
1. 사회적 파급효과- 국제적으로 환경오염 규제 강화 되어 내수면 선박에 청정연료 사용을 점차 의무화하고 있어 LNG 벙커링 사업 또한 급부상- 미국의 경우 연안에서 12해리 경제구역에서는 선박 연료로 초저유황(Marine Diesel Oil, MDO)도 규제하려는 움직임이 있음- LNG를 연료로 하는 친환경 선박이 지속적으로 증가할 것으로 예측됨에 따라 LNG 연료 저장을 위한 항만용 LNG 위성 기지의 건설 수요가 증가할 것으로 예측- 최근 환경 규제의 강화와 LNG의 가격 하락으로 발전단가가 기존 디젤발전 대비 약 30% 수준에 이르게 됨으로써 LNG가 전 세계 도서지역에서 발전용 디젤의 대체재로 검토되고 있음- 장기 LNG 수요 전망에 따르면 향후 NOx, SOx, CO₂ 그리고 분진과 같은 환경오염 규제가 강화됨에 따라 향후 LNG 시장은 지속적으로 증가할 것으로 예측됨- 가스 벙커링의 활성화로 도서지역에 필요한 전력송전 네트워크 설치 요구가 감소하고 그동안 송전선로 건설 따른 사회적 불만요인을 감소와 전력요금 상승요인을 저감할 수 있음2. 경제적 파급효과- 핵심기술, 실용화 기술 및 사업 수주의 Fast Track R&BD 성공 모델 창출 - 2030년 국내 LNG 벙커링 수요는 약 250만 톤으로 예측, 도서 발전용을 포함하면 국내 수요가 약 1,000만 톤 전망하고 있음 (2012 가스 포럼). 따라서 2030년까지 국내에서는 50,000㎥ 용량 기준의 200기의 LNG 저장탱크가 필요 - 50,000㎥ 용량의 중소형 LNG 저장탱크의 1기 건설비용(Free On Board 기준, 이하 FOB)은 약 0.4∼0.5억 불/기 정도로 가정하면 중소형 LNG 국내시장 규모는 80~100억불 규모의 수입 대체 효과를 거둘 수 있음- 2018년 이후 2020년까지 10,000∼60,000㎥ 용량의 중소형 LNG 저장탱크 세계 수요는 약 2,000기로 추정. 이중에서 모듈러 방식을 30%로 이중에서 기술선점에 의해 50% 점유율을 가정한다면 80~100억 불의 수출효과 기대 - 또한 2030년까지 중소형 LNG 저장탱크 세계시장 수요 100,000 기로 기대. 동일한 가정의 점유율을 산정한다면 이중에서 모듈러 방식을 30% 가정하고 후발주자와 경쟁으로 점유율을 10%로 가정한다면 연간 300기의 사업 참여가 가능하고 이 경우 연간 120~150억 불의 수출효과를 기대- 중소형 LNG 저장탱크 제작에 중소기업이 참여할 경우 연간 1억 불 이상의 중견기업으로 성장할 기회 마련- 한편, 기존 국내외 LNG 저장탱크 설계 시 해외 컨설팅사 및 해외설계사로 위탁 개발하는 경우가 많았음. 국내 독자기술 개발을 통하여 수입 대체 효과를 기대
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| 활용방안 |
○ 중소형 LNG 저장탱크용 SCP 모듈 구조설계 핵심기술과 활용방안 - Skin Steel Plate(이하, SSP)와 고유동 충전 콘크리트로 구성된 합성구조 Panel을 SCP 기본 모듈로 구성 - 합성거동을 위해서 SSP에 stud를 설치하여 전단연결을 구성 - SCP 모듈은 LNG 저장탱크 내？외부 작용하중에 대한 내하력 확보를 위해 사용재료 제원, SSP의 두께, stud 간격 및 충전 콘크리트 설계기준강도 등을 설계 - 이후 작업성과 모듈연결 적합성 등을 고려하여 panel의 dimension을 설계 - 이상의 기술들은「중소형 LNG 저장탱크용 SCP 구조설계지침」으로 제시하여 SCP 모듈 제품을 제작하는 설계법으로 활용 - SCP 모듈 설계 핵심기술 기술은 관련된 국제 CODE와 제기준을 만족할 수 있게 설계되며 동시에 중소형 LNG 저장탱크 EPC를 통하여 오지 공사 시 공사비 10% 공사기간 15%, 극지 공사 시 공사비 30% 공사기간 35% 절감이 가능한 EPC 기술로 활용 ○ SCP 모듈 적용 중소형 LNG 저장탱크 설계 핵심기술과 활용방안 - 모듈러 LNG 저장탱크는 내조 및 외조의 탱크 모듈과 기타 운전 및 보수를 위한 설비로 구성된 platform 모듈을 shop에서 제작하여 육상 및 해상 운송을 통하여 현장에 설치하는 신개념의 LNG 저장 설비 임 - 모듈러 LNG 저장 탱크는 설치 환경에 대한 제약 조건의 영향을 완전히 100% 배제하기 위해서는 100% 모듈화가 선결조건이며, 이를 위해서는 LNG 저장 탱크의 경량화를 만족하는 동시에 기존의 습식 LNG 저장 탱크 동등 수준 이상의 구조 안전성 확보가 요구됨 - 모듈러 LNG 저장 탱크의 경량화를 위한 SCP와 I-beam을 이용하여 기존 Prestressed 콘크리트 대비 약 40% 이상 경량화가 가능한 구조 설계 기술의 확보와 제작된 LNG 탱크의 육상 및 해상 운송 시 정적 및 동적 구조 안전성 평가에 대한 설계가 선결되어야 함 - 그리고 사용 운전 조건에서 발생 가능한 하중과 지진, LNG 누설과 인접 영역의 화재 그리고 폭발 등의 사고 시나리오 하에서 기존의 습식 LNG 저장 탱크와 동등 수준 이상의 구조 안전성 확보 기술이 요구됨 - 또한 육상 및 해상 운전 조건하에서 발생 가능한 정적 및 동적 하중에 대한 모듈러 탱크의 구조 안전성 확보를 위한 Support 배치 및 Fastening 기준의 정립이 요구됨 - 이상의 기술들은 「SCP 모듈 적용 중소형 LNG 저장 탱크 설계 지침」으로 제시하여 향후 SCP를 이용한 모듈 제품을 제작하는 설계법으로 활용할 수 있도록 할 예정이며, 기존 습식형 LNG 저장 탱크와 신개념의 LNG 저장 탱크의 개발 과정에서도 활용 가능한 수준의 지침을 작성할 예정임 - 이를 위하여 “SCP 모듈 적용 중소형 LNG 저장 탱크 설계 지침”은 DNV GL과 ABSG Consulting 등 국제인증기관으로부터 설계 지침에 따른 사용적합성 검증과 더불어 시공 및 제작에 대한 설계 검증을 확보할 예정임○ SCP 모듈 제작용 고유동 충전 콘크리트 핵심기술과 활용방안 - SCP 모듈 제작에 필요한 고유동 충전 콘크리트는 자기 충전성을 확보하여야 함. 그러나 일반 건설에서 자기 충전성 콘크리트는 철근의 배근 간격이 100mm 내외 철근콘크리트 구조물 공사에 적용되는 것을 의미함 - SCP 모듈은 좁은 간격의 stud가 배치되어 동일한 슬럼프 플로 값을 지니더라도 SCP 모듈 전체에 air cap이 전혀 발생하지 않는 콘크리트를 제조하기 어려움 - 따라서 SCP 모듈 제작용 고유동 충전 콘크리트는 골재 최대치수의 조절, 특수 혼화재의 개발 및 배합설계의 최적화 핵심기술을 개발 - 이상의 SCP 모듈 제작 콘크리트 재료 핵심기술은「SCP 모듈 제작용 고유동 충전 콘크리트 제조 매뉴얼」으로 정리되어 SCP 제작용 콘크리트의 제조 및 생산에 활용 ○ SCP 및 HPCP 모듈 제작 핵심기술과 활용방안 - SCP 모듈 제작은 우선 SSP에 stud를 설치하는 것으로서, stud 간격의 정밀도 및 압접에 의한 SSP의 변형을 제어 - 이후 cross tie를 설치하여 SSP 모듈을 조립할 때 SSP 사이의 일정한 단면 두께를 유지 - SCP는 SSP 사이에 콘크리트가 밀실하게 충전된 것을 전제로 구성된 구조시스템 - SCP 모듈은 2차원 평면과 3차원 입체면으로 구성될 수 있고 stud가 좁은 간격으로 배치 - 충전 콘크리트의 타설 시 SCP 모듈 내부에 충전 유동흐름 저항을 극복하면서 동시에 타설로 인한 SSP의 변형이 없는 자기 충전성 핵심기술을 확보 - SCP 제작 후 패널 단위의 접합 및 후속 작업을 위한 평탄도를 포함한 정도 관리 기술 확보 - 또한 유사한 구조 환경에서 HPCP 모듈의 충전성을 충분히 확보할 수 있는 핵심기술을 확보 - 이상의 SCP 모듈 제작 핵심기술은 「SCP 모듈 제작 매뉴얼」 및 「HPCP 모듈 제작 매뉴얼」으로 제시하여 SCP 모듈 제작법으로 활용
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