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과제기본정보

도시가스그리드 이용 수소이송망의 지진대응형 벨로우즈 신축이음관 적용 저비용 내진성능 보강 연구2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164263-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 적용분야 건설업
2순위 보건·의료 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 도시가스그리드 이용 수소이송망의 지진대응형 벨로우즈 신축이음관 적용 저비용 내진성능 보강 연구
주관연구기관 경희대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 주부석
소속 경희대학교 산학협력단 직위 교수
전화번호 0312013795 FAX 0312028854
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 1,730,000 15,500,000 17,230,000 227,230,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ◆ 본 연구는 지속가능한 수소에너지 공급을 위해 지진, 폭발 및 지반침하 등으로 인한 수소 이송 시스템의 잠재적 위험 요소를 저감 시키고자 벨로우즈 타입 적용 지진 안정성이 향상된 기존 도시가스 배관의 수소이송을 위한 연결부의 저비용 내진 보강 공법에 대한 방안을 제시하고자 함.
◆ 본 연구는 ① 기존 매립배관의 국내외 지진, 폭발 및 지반침하등의 외부 이벤트에 의한 피해사례/원인분석 및 손상네트워크 분석을 수행 파괴모드 정의 ② 수소 이송 배관 시스템의 지진대응형 신축이음 형상연구 및 상세 설계[그림 12], ③ 벨로우즈 타입 신축 이음관의 구조적 내진 성능검증 실험 ④ 극저온 내압가스적용 수소 이송대비 신축이음관의 지진 안전성 평가 ⑤ 벨로우즈 타입 적용 저비용 내진 공법 적용 수소이송 신축이음관의 성능 평가 분석 및 고충실도 시뮬레이션에 의한 내진 성능 및 지진 안전성 평가 실시.
◆ 기존 도시가스 기반 수소이송 에너지의 안정적 공급을 위해 개발된 벨로우즈형 연결부의 실험적 검증과 고충실도 해석 모델을 기반으로 한 지반 운동의 불확실성 요소에 대한 내진 성능 확보 및 보강에 대한 연구를 위해서는 지반-매립배관 상호작용에 의한 배관 라인의 거동분석이 반드시 이루어져야 하며, 이에 따라 결과적으로 가스 누출에 의한 폭발과 같은 2차 피해 예방.
◆ 본 연구에서 제시하고자 하는 기존 도시가스기반 수소 이송 시스템의 벨로우즈 타입 적용 신축이음연결부의 실험적/해석적 성능 평가를 기반으로 수소 이송 시스템에 대한 지진 안전성 적용과 국민 수용성 증대를 위한 기초 자료 확보와 수소가스 이송을 위한 매립 배관의 내진 안정성 설계를 위한 가이드라인 제시 등과 같은 데이터를 확보 할 수 있을 것을 기대함.
◆ 향후 수소이송 네트워크의 상태 진단 및 상태 감시 기술 적용에 있어 파괴 모드 분석과 지진 등 외부 이벤트에 의한 수소 이송 시스템의 안전성에 대한 빅데이터 기반 인공지능 손상도 예측과 스마트유지관리 및 의사결정 시스템을 위한 기초 자료 확보 기여를 기대 함.
최종목표 ● 수소이송망 파이프라인 내진보강 적용 벨로우즈형 신축이음관정적 성능 실험데이터 기반 해석적 모델 구축
● 지진대응형 벨로우즈 신축이음관의 내진성능평가를 위한 구조시험
● 수소이송망 파이프라인 내진보강 적용 벨로우즈형 신축이음관 시험 제작
● 수소이송망 파이프라인 내진보강 적용 벨로우즈형 신축이음관 동적 성능 실험데이터 기반 해석적 모델 구축
● 수소이송망 파이프라인 내진보강 적용 벨로우즈형 신축이음관 내진보강성능평가를 위한 동적성능구조시험
● 수소이송망 파이프라인 내진보강 적용 벨로우즈형 신축이음관 최적모델 제작
연구내용 및 범위 ● 시험기반 내진성능 및 변위순응능력 평가기술 개발
● 국내외 시험기반 매립배관 신축이음관의 내진 성능평가 사례 조사/분석
● 지진대응형 벨로우즈 신축이음관의 조건별 구조성능평가를 위한 정적 시험
● 재료물성 및 비선형특성 확인을 위한 재료시험
● FE 모델 신뢰성 향상을 위한 벨로우즈 신축이음 재료의 극한비선형 거동 분석
● 지진 대응형 신축이음관 설계 조건별 시험 설계/구성 및 시험입력하중의 정의
● 구조성능 및 변위 순응 성능 평가를 위한 정적 구조시험
● 동적하중재하에 의한 지진대응형 벨로우즈 신축관이음 적용 매립배관의 내진성능평가
● 동적 성능평가를 위한 입력하중조건 정의
● 내압가압 지진대응형 벨로우즈 신축이음관의 동적 하중 재하 시험
● 내진성능/보강 평가기술 개발을 위한 동적/정적 시험결과 비교 분석
● 극저온 가스 이송을 고려한 내압 가압 지진대응형 벨로우즈 신축이음관의 내진 성능 및 보강 적용성 분석

● 실험적 데이터 기반 저비용 고효율 내진성능 확보를 위한 도시가스기반 수소이송 벨로우주형 신축이음관 적용 매립배관 해석적 평가
● 국내외 설계기준 및 내진성능평가/해석적 연구 사례 조사
● 벨로우즈 신축이음관 정적 성능 실험 데이터 기반 해석적 모델 구축
● 실험데이터 기반 벨로우즈 신축이음관 인장-압축 시험 기반 3D 고충실도 수치해석 모델 구현
● 정적 시험 기반 벨로우즈 신축이음관 배관 한계상태 평가
● 실험데이터 기반 벨로우즈 신축이음관 동적성능 평가 기반 고충실도 해석 모델 구현
● 지반-구조물(벨로우즈 신축이음관) 상호작용(Soil-Structure Interaction (SSI)) 모델 구현
● 벨로우즈 신축이음관 매립배관 실험적성능 기반 한계상태 평가에 따른 고충실도 해석적 모델 기반 지진 취약도 평가
● 경주/포항 고주파 지진에 따른 벨로우즈 타입 적용 내진 보강에 대한 취약도 변화 기반 지진 안전성 평가

● 저비용 고효율 내진성능 확보를 위한 벨로우즈형 신축이음관 내진 보강 적용연구
● 지진대응형 신축이음 형상 연구, 특성분석과 자료분석 및 상세설계
● 벨로우즈 최적화 형상 개발
● 국내외 신축이음관 관련 제품특성 분석 및 시험평가 관련자료 분석
● 지진대응형 신축이음관의 성능검증을 위한 실험 설계 및 타당성 분석
● 지진대응형 도시가스기반 수소이송망 벨로우즈 신축이음 적용 매립 배관 성능검증
● 벨로우즈 형상 최적 조건 산정/지진파형 적용 실증 평가
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 도시가스 그리드 기반 수소 이송망 적용을 위한 지진대응형 벨로우즈 신축이음관 상세 설계 ◆ 수소이송망 파이프라인 내진보강 적용 지진대응형 신축이음관 성능평가를 위한 정적 구조시험
◆ 국내외 지진대응형 신축이음관 관련 제품특성 조사 및 최적 형상 개발
◆ 지진대응형 신축이음관 고충실도 해석적 모델 구현 및 정적 실험 기반 해석모델의 개선과 해석적 성능 평가
연구성과 기술적 기대성과 ◆ 도시가스그리드를 활용 수소이송관 시스템의 열화/성능기반 내진해석 및 취약도 평가 기반 내진설계기술 확보를 통한 선진 기술 수준의 기술력 확보
◆ 도시가스그리드를 활용 수소이송관 시스템의 각 요소별 상호연계성(Interdependency)에 근거한 실험적/해석적 모델 기반 한계상태 분석 기술 및 지진파의 불확실성에 근거한 보다 신뢰도 높은 방재 시스템 모델 개발 기여
◆ 경제적이고 안전한 벨로우즈형 신축이음관의 지진 안전성 향상기술 및 공법의 개발을 바탕으로 주요 라이프라인인 수도설비의 지진 안전성 향상을 도모하여 발생 가능한 강진으로부터 인명손실과 사회적, 경제적 피해를 최소화 하여 사회기능을 조속히 회복할 수 있는 기반을 조성
사회 경제적 파급효과 ◆ 도시가스그리드를 활용 수소이송관의 안전성 확보를 통한 지진과 같은 재난 발생시 피해 복구 시간 단축(검토 필요) 및 상호연계성에 근거한 파이프라인 안전성 확보
◆ 지진 발생시 도시가스그리드를 활용 수소이송관의 파괴에 의한 누수 및 폭발로 인한 홍수/화재와 같은 2차 피해 방지를 위한 산업적 기술력 확보를 통한 구조물의 안전성 증대
◆ 주철관 등 기존 도시가스관과 비교하여 벨로우즈형 신축이음관의 지진 안전성 향상으로 효율적인 기존 도시가스관의 대체와 국가 인프라의 안전성 강화
◆ 도시가스그리드를 활용 수소이송관의 지진 안전성 평가기술 및 시험 분석기술을 확보하여 국가 인프라의 내진 성능 향상에 기여
활용방안 ◆ 도시가스기반 수소에너지 파이프라인 공급망의 안전성확보를 위한 데이터베이스 구축과 평가시스템 도입, 국내 기술의 국제 표준 전략적 선점을 통한 국가 기술 경쟁력 확보
◆ 도시가스 기반 수소파이프라인의 장수명화를 위한 인공지능, 빅데이터 및 네트워크 기술을 융합하여 운영효율 향상을 위한 통합관리 선진기술을 확보
◆ 결함인지부터 조치방안 결정까지 도시가스-수소 파이프라인 시스템의 점검을 위한 인력 투입의 장시간 소요 비용을 절감 할 수 있는 D.N.A.기반 손상예측-손상인지-솔루션 시스템 구축을 위한 지능화 운영기술 선진화 활용
◆ 지능형 유지관리기술의 향상과 함께 재난·재해 등 외부사건에 대한 대응융합체계를 고도화하여 자연재해·사회재난 대응력 향상을 위한 기반 기술 확보
◆ 스마트 유지관리 선진기술 확보를 통하여 수소에너지 기반시설 분야의 해외 시장 선점을 위한 안전관련 기술의 지원 활용
◆ 도시가스 수준 이상으로 국민이 신뢰 할 수 있는 생산-저장-운송-활용 전 주기적 유지관리를 통한 안전관리 체계 구축 기대.
◆ D.N.A. 기반 수소 배관설비 및 주요설비의 손상도 분석 및 예측 기술 개발에 의한 경제적 비용 절감과 고장 및 사고율 감소 효과 기대
◆ 2040년 연간 43조원의 부가가치와 42만개의 일자리 창출하는 혁신성장의 원동력 기여.
◆ 국민 수소 안전성에 대한 신뢰 확보 및 수소경제를 선도하는 안전관리 기반 구축 기여
◆ 광역자치단체별 균형있는 수소 공급망 확보
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 수소 파이프라인 벨로우즈 내진성능 고충실도
영문 Hydrogen Pipeline Bellows Seismic Performance High Fidelity
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