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노르웨이는 북해의 혹한 환경에서 유·가스 생산 해양플랜트의 운영 시 해양플랜트의 설계, 건조, 시공 및 운용 관련 표준(standard)인 NORSOK을 따르도록 하고 있다. NORSOK은 매우 높은 수준으로 통용되는 해양플랜트 관련 표준으로 국제적으로도 인정받고 있다. 또한 노르웨이 영해내 대륙붕에서의 해양플랜트를 운영하기 위해서는 HSE 관리를 위한 관련법(Regulations relating to health, safety and the environment in the petroleum activities and at certain onshore facilities)을 (Petroleum Safety Authority Norway[2016])준용 해야 한다. 노르웨이는 CCS사업도 이 법의 범위에 들어간다고 판단하고 노르웨이 선급인 DNV를 중심으로 여러 기관과의 협력을 통해 해양 CCS의 HSE 관리를 지원하기 위한 목적으로 CO2RISKMAN이라는 가이드라인을 작성하였다.

CO2RISKMAN에서 제시하는 HSE 관리는 ISO 17776과 마찬가지로 위험의 파악, 위험의 평가, 위험의 저감 또는 제거의 단계로 이루어진다. 이 가이드라인은 CCS 전체 체인에서 CO₂관련 주요 위험을 다루는데 필요한 HSE 관리 프로세스에 대한 내용을 체계적으로 담고 있다. CO2RISKMAN은 Fig. 2에 제시된 바와 같이 4개의 레벨로 구성되어 있는데, 레벨 1은 핵심 목표, 레벨 2는 개요, 레벨 3은 전반적 위험관리, CCS 체인 개요, CO₂ 특성 및 고유 위험, Bow-Tie 방법 등에 대해 제시하고 있다, 레벨 4는 CCS 각 전체 체인에서의 위험 관리에 대해 다루고 있다. 레벨 4에서 CCS 체인은 포집시설, 육상 파이프라인, 해상 파이프라인, 정(well), 해양플랫폼, 임시저장시설, CO₂ 수송선박을 포함하며, 각 체인마다 독립적으로 위험 관리를 할 수 있도록 하고 있다. 이를 바탕으로 전체 CCS 프로젝트를 한 운영사가 담당하지 않아도 일관적이고 체계적인 HSE 관리가 가능토록 한다.

Fig. 2. 
Structure of CO2RISKMAN (DNV[2013]).

그리고 CO2RISKMAN은 HSE 관리시 건설, 운영, 폐쇄 등의 일련의 프로젝트 단계에서 일관성 있게 모든 이해관계자가 실천하도록 하는 것을 강조하고 있다. 프로젝트 단계가 진행되면서 충분한 피드백을 통해 체인간 또는 단계간 위험 관련 정보 및 변동사항이 사업에 반영하도록 하는 것이다. 이러한 단계별 위험관리에 있어 가장 중요한 점은 프로젝트 기획 단계에서 부터 HSE 관리 원칙을 마련해야 한다는 점이다. 또한 CO2RISKMAN에서는 프로세스 단계별 HSE 관리 수행시, 각 체인별로 HSE 관리를 이행하면서 동시에 전체 체인에 적용할 것을 권고하고 있다. CO2RISKMAN에서는 생애주기에 따른 주요 사고 위험(Major Accident Hazard, MAH) 관리 단계를 아래와 같이 제시하고 있다.

• - 1 단계(프로젝트 평가) : 프로젝트의 HSE 목표 설정 및 주요 위험 관리 전략의 수립
• - 2 단계(초기 개념 선택) : 모든 가능한 위험 요인의 파악
• - 3 단계(초기 개념 선택) : 고유의 안전 및 환경 보호 설계 개념 개발 및 실현가능한 방법의 파악
• - 4 단계(개념 선택) : 더 나은 설계의 선택 및 적용
• - 5 단계(정의) : 위의 단계 이후에도 남아있는 위험 저감 방안의 이행
• - 6 단계(후기 정의) : ALARP 수준으로 위험을 낮추기 위한 방안의 제시
• - 7 단계(실행) : 상위의 단계에서 결정한 부분을 반영하는 설계 및 건설
• - 8 단계(운영) : 상위의 단계에서 결정한 부분을 반영하는 프로젝트의 운영
• - 9 단계(중단) : 상위의 단계에서 결정한 부분을 반영하는 프로젝트의 운영의 중단 및 해체

1단계에서는 위험 관리 전략을 수립하는 단계로 비용 효과적으로 최대한의 안전을 확보할 수 있는 목표 설정 및 위험 관리 전략의 선택이 중요한 사항이다. 2단계에서 모든 위험을 파악하고 위험요소목록(Hazard Register)을 작성하고 그 중에서 MAH를 정의한다. 3단계, 4단계에서 고유 안전 설계(Inherently Safer Design) 과정을 거치면서 MAH를 최대한 제거하고, 제거되지 않은 위험은 5단계와 6단계에서 ALARP 수준으로 낮춰진다. 7단계, 8단계, 9단계의 진행에 있어 중요한 부분은 해양 CCS 운영 시 위험요소목록(Hazard Register)에 기반한 안전 관리의 이행이다. 위험요소목록은 설계부터 해체에 이르는 모든 단계에서 일관되게 관리되어야 한다.

이러한 일관성 있는 HSE 관리를 위해 우선적으로 필요한 것은 HSE Philosophy의 확립이다. HSE Philosophy란, 프로젝트를 진행함에 있어 HSE의 목표인 위험의 최소화, 사고 가능성의 최소화, 사고 또는 사건에 의한 결과/영향의 최소화, 가장 효과적인 위험 관리의 달성을 위한 가장 기본이 되는 원칙을 담은 문서이다(UK H.S.E. [2016a]). 또한 HSE Philosophy에서는 프로젝트 수행시 준수해야 할 법 또는 규정을 명확하게 밝히게 된다. 따라서 HSE Philosophy의 확립은 HSE 관리에서 가장 중요한 기반이 된다.

CO2RISKMAN에서는 상기의 HSE 관리 프로세스와는 별도로 CCS 사업에 특화된 주요 고려 사항을 아래와 같이 제시하고 있고 이 사항들은 MAH 파악 시 필수적으로 고려해야한다.

• - 고압 인벤토리
• - 기상 조건
• - 해양 및 해상 위험
• - 저장소 및 정의 상황(conditions), 높은 압력과 온도, 부식성 및 주입의 비예측성
• - 시추 중에의 천부퇴적층에서의 천연가스
• - 원격 조종 및 물류지원
• - 지진 활동
• - 기술적 한계와 불확실성
• - 지질 구조 및 시추와 관련된 지질 조건
• - 주입 및 저장 시 위험 요소
• - 인근 주민에의 피해 가능성
• - 인근 지역에의 환경 피해 가능성

CO2RISKMAN에서는 상기의 위험을 파악하기 위한 가용 기법들로 HAZID(Hazard Identification), HAZOP(Hazard and Operability Study), SWIFT(Structured What If Technique), FMEA(Failure Mode and Effects Analysis), PHA(Preliminary Hazard Analysis) 등을 제시하고 있다. 이러한 기법들을 통해 파악된 위험들의 평가를 위해서는 다양한 분석이 수행되어야 한다. 평가를 위한 주요한 분석들로는 임무 분석(Task and Activity Analyses), 로딩 분석(Loading Analyses), 열화 분석(Deterioration Analyses), 누출 분석(Release Analysis), 가스 확산 분석(Gas Dispersion Analysis), 분출 분석(Blowout Analysis), 영향 분석(Impact Analysis), 환경적 사건 정의 (Environmental Event Definition), 환경 영향 평가(Environmental Impact Assessment), 즉각적인 효과 분석(Immediate Effects Analysis), 소집 및 피난처 분석(Muster and Refuge Analysis), 비상 대응 및 대피 분석(Emergency Response and Evacuation Analysis), 정성적 위험 평가(Qualitative Risk Assessment), 정량적 위험 평가(Quantitative Risk Assessment) 등이 있다.

이렇게 분석된 위험을 대처하기 위한 전략 수립시 CO2RISKMAN에서는 위험의 발생을 방지(preventive)하는 것과 사고 발생 후 결과/영향을 저감(mitigation)시키는 것 중 어느 것이 더 효율적인지 우선적으로 결정해야 한다고 제시하고 있다. 또한 단일 저감 방법을 적용하는 것과 여러 가지의 방법을 동시에 적용하는 방법 중 어느 것이 더 효과적인지 고려하여 위험 대처 방안을 수립해야 한다. 이렇게 수립된 방안이 충분한지 확인하고 부족할 경우 추가 방안을 마련한다. 이때 Bow-Tie 기법을 이용해 위험을 관리하게 된다. Bow-Tie 기법은 결함수 분석(FTA)과 사건수 분석(ETA)을 합친 기법으로써, 어떠한 “사건(Top event)”을 파악함에 있어 Fig. 3에서와 같이 그 사건을 Bow-Tie의 가운데 부분에 놓고 좌측에는 그 사건을 발생시킬 수 있는 위험요소(hazard)을, 우측에는 그 사건으로부터 발생할 가능성이 있는 결과(consequences)를 적게 된다. 위험요인을 줄이거나 없애는 방법(Prevention Barriers)을 Top Event와 Hazard 사이에, 사건이 발생한 이후에 그를 대처하는 방안(Mitigation Barriers)이 Top Event와 Consequence 사이에 기입하는 방식으로 위험을 관리하는 방법이다. Bow-Tie 기법은 프로젝트 개념의 초기분석 및 프로젝트 디자인의 중반단계에서 잘 활용될 수 있으며, 시설의 운영 단계에서 위험을 효과적으로 관리하는 방법으로도 사용된다(DNV[2013]).

Fig. 3. 
Bow-Tie methodology for risk management.

영국은 1988년 7월 북해에서 발생한 해상유전 시추시설인 ‘파이퍼알파(Piper Alpha)호’ 폭발 사고를 계기로 관련 법제를 개선하고 HSE 규정을 보강했다. 영국정부는 안전 관리 관련 법인 Control of Major Accident Hazards Regulations 1999(COMAH)이나 Pipelines Safety Regulations 1996(PSR)하에서 CO₂를 위험 물질로 규정하고 있지 않다. 하지만 CCS 프로젝트와 같이 대량의 CO₂를 취급하는 사업의 경우, CO₂가 누출 사고가 일어나면 에너지, 화학 및 파이프라인 관련 산업과 마찬가지로 대형 사고의 가능성이 있다고 판단하여, Health and Safety at Work etc. Act 1974(HSWA)를 통해 관리하고 있다. HSE 담당부처인 영국의 Health and Safety Executive에서는 HSWA의 하위 법률인 Installations(Safety Case) Regulations 1995(SCR)에 따라 영국의 해역에 위치한 해양 CCS를 포함하여 모든 해양플랜트 설비에 대한 HSE Safety Case를 Health and Safety Executive에 제출하도록 명문화하였다(UK H.S.E.[2016c]).

Safety Case란 프로젝트 책임자(duty holder)가 주요 사고 위험(major accident risks)을 관리할 수 있는 수단 및 능력이 있음을 프로젝트의 책임자 스스로와 정부에게 확인하는 문서이다. Safety Case를 작성함에 있어 특정 양식이 있는 것은 아니지만, 각 프로젝트 책임자(duty holder)는 Safety Case를 통해 모든 가용한 수단을 동원하여 최선을 다해 HSE 관리가 이루어지고 있다는 것을 합리적이고 논리적으로 증명해야 한다. 영국에서 해양 CCS 프로젝트를 수행하는 프로젝트 책임자는 Safety Case를 Health and Safety Executive에 제출해야하며, 제출한 Safety Case는 운영단계를 시작하기 전에 승인(acceptance)을 받아야 한다. 이때의 승인(acceptance)은 영국정부는 Safety Case를 최종적으로 받았다는 승인일 뿐, 이것이 프로젝트 책임자가 향후 발생하는 사고나 위험에 있어 책임이 정부에 이임되는 것이 아니라는 점을 주목해야 한다. 또한, Health and Safety Executive는 Safety Case를 받고 난 뒤 면밀히 검토하여 적극적으로 의견을 개진하여 최선의 HSE 관리가 반영된 Safety Case가 승인이 될 수 있도록 돕는다. Health and Safety Executive가 가지고 있는 Safety Case의 최종본은 현재 운영되고 있는 해양플랜트 설비의 상태에 관한 내용을 바탕으로 해야 하므로, 해양플랜트의 운영 시 발생되는 주요 변동사항은 지속적으로 Safe Case에 반영되어야 한다. 따라서 Safety Case는 살아있는 문서(living document)라 할 수 있고, 정부의 지속적인 관리가 매우 필요한 부분이라고 판단된다.

본 절에서는 해양 CCS Safety Case의 사례로써 영국의 Scottish CCS Project의 Design HSE Case를 분석했다(ScottishPower CCS Consortium[2011]). Scottish CCS project는 Longannet 화력 발전소에서 포집된 CO₂를 육상파이프라인으로 세인트퍼거스(St. Fergus)가스 터미널까지 수송하고, 해저파이프라인을 통해 골든아이 플랫폼(Goldeneye Platform)까지 수송후, 폐가스전인 골든아이 저장소(Goldeneye Reservoir)에 주입하는 프로젝트이다. 연간 200만톤의 CO₂를 주입하여 10년간 총 2천만톤의 CO₂를 저장하는 것을 목적으로 한다. SCR의 적용을 받는 해양 부분은 세인트퍼거스(St. Fergus) 가스 터미널에서 골든아이 저장소까지의 수송 및 저장 부분으로 Shell이 운영을 담당하고 있다. Shell의 경우 HSE관리를 위해 자체적으로 Hazards and Effects Management Process(HEMP)를 운영하고 있다(Natalie Salter[2005]). 따라서 Shell은 HEMP에 기반하여 Design HSE Case를 작성하였다.

HEMP는 Fig. 4와 같이 1) 체계적 위험의 파악, 2) 발생가능성 및 피해의 심각성을 고려한 위험의 평가, 3) 피해를 줄이거나 Fig. 3. Bow-Tie methodology for risk management. 관리하기 위한 위험 저감 방안의 실행, 4) 사건의 발생으로 야기된 피해의 회복의 순서로 위험을 관리한다. Shell은 Bow-Tie 기법을 활용하여 HEMP를 수행한다. 위험의 파악 및 평가의 단계에서는 위험 평가 매트릭스(Risk Assessment Matrix)를 통해 위험의 순위를 정하고 이를 “위험요소목록(Hazard Register)”으로 정리한다. 이 때 각 위험요소별 사고 피해 결과 및 발생가능성을 바탕으로 높은 위험도와 낮은 위험도를 결정한다. 이때 높은 위험도로 파악된 위험은 앞 절에서 언급된 노르웨이의 CO2RISKMAN에서 활용되었던 Bow-Tie 기법을 이용하여 관리된다.

Fig. 4. 
HEMP process run by Shell.

Shell은 HEMP를 통해 Scottish CCS project의 Design HSE Case를 작성하였다. Design HSE Case의 첫 부분에서 세인트퍼거스 가스터미널, 파이프라인, 골든아이 플랫폼, 주입정 조건, 저장소 관련 정보 등 프로젝트 관련 시설의 상세요건을 밝히고 있다. 그 다음 Fig. 4의 첫 번째 단계로써 위험 평가 매트릭스를 도출하였고, HAZID, ENVID(Environmental Issues Identification), HAZOP을 수행하였다. 이후 Fig. 4의 두 번째 단계로써 환경과 관련하여 Environmental Impact Assessment(EIA)를 수행하고, 국제 환경 기준 부합 여부 검토 및 온실가스 및 에너지 효율 보고서를 적용하였다. 그리고 CO₂ 수송·주입·저장 관련 위험 평가를 위하여 가스 확산 분석(Gas dispersion analysis), 배출구 확산 분석(Vent dispersion analysis), 드롭 오브젝트(Dropped Object), 보건 위험 평가(Human risk assessment), 휴먼팩터 엔지니어링(HFE Screening), 피난, 탈출 및 구조 평가(EERA), 임시 구난 시설 평가(TR), MAH 평가, 정량적 위험 평가(Quantitative Risk Assessment, QRA)를 이행하였다. 세 번째 단계로써 MAH를 관리하기 위한 주요 요소로써 Safety Critical Elements(SCEs)를 제시하였다. 네 번째 단계로써 SCEs의 성능을 평가하기 위해 Performance Standards의 파악이 이루어졌다.

주목해야할 점은 Scottish CCS project의 Design HSE Case는 Shell 자체적으로 안전하고 성공적인 프로젝트의 수행을 위해 FEED 단계에서 작업되어졌다는 것이다. Shell은 Design HSE Case에서 정부의 법적 요건을 만족하기 위한 정부 제출용 문서로 Safety Case를 별도로 작성되어 제출할 것임을 밝히고 있다. 이 부분을 통해 Design HSE Case의 작성이 단순히 법적 요건의 만족을 위해 작성된 것이 아니며, HSE 관리는 사업의 성공적 이행에 큰 영향을 주고 있다고 프로젝트 책임자(duty holder)가 인지하고 있음을 유추할 수 있다.

또한, Shell은 Scottish CCS project의 체계적 HSE 관리를 위해서 HSE Philosophy를 작성하였다. HSE Philosophy는 FFED 및 차후의 설계단계에서 HSE 관련 사항을 다루는 상위단계의 문서이기 때문에, 아래의 사항을 포함하고 있다. 작업자에 가능한 안전한 작업환경 제공, 인화성/독성 물질로부터의 위험을 최소화하는 ISD(Inherently Safer Design) 확보, MAH 및 그로 인한 결과로 인한 영향 최소화, 탈출/피난/대피가 필요한 긴급 상황시 인명을 보호하기 위한 원칙, 육상 플랜트에서 위해물질이 누출 시 인근 주민 보호를 위한 사항 관련 원칙을 정리하여, 모든 이해관계자가 일관되게 HSE 관리를 할 수 있도록 하고 있다.

국내에서는 해양 CCS의 안전 관련 연구는 해양환경 누출 영향 평가 또는 파이프라인, 선박, 저장소 등의 체인별로 개별 안전 관련 요소 기술 개발 중심으로 이루어지고 있다(MOF[2015]). 하지만 국내 해양플랜트 생애주기에 걸친 시스템 엔지니어링 관점의 HSE 관련 연구는 거의 이루어 지지 않은 실정이다. 현재 해양플랜트 HSE 관련 기술은 대기업 조선사를 중심으로 오일메이저 및 발주사의 HSE 요건을 만족시키기 위해 자체적으로 건조, 시운전 등의 단계에만 적용하고 있다.

국내의 경우 동해가스전을 제외하고 국내 대륙붕을 대상으로한 유·가스 산업은 없기 때문에 국내 대륙붕에서 이루어지는 해양플랜트를 대상으로 하는 HSE 관련 법 또는 규정 역시 아직 없는 실정이다. 2015년 시행이 시작된 화학물질관리법에서는 CO₂를 폭발이나 화재의 위험이 적은 기체로 분류하고 있기 때문에, 해양 CCS 사업은 유해화학물질의 경우 이행해야 하는 안전관리, 장외영향평가, 사고 대비 대응 등을 수행할 의무가 없다. 다시 말해, 국내에서 해양 CCS 사업을 진행할 경우 적용할 수 있는 HSE 관련 법 또는 규정이 없는 상황이고, 따라서 국내 해양 CCS HSE 관리법의 제정이 필요하다고 할 수 있다.

하지만 해양 CCS HSE 관리법의 제정시, 안전관련 규정을 세부적으로 명시하면, 해당 규정만을 만족시키는 방향으로 해양 CCS 사업이 진행될 수 있고, 이는 궁극적인 해양 CCS 사업의 안전을 담보할 수 없게 된다. 따라서 국내에서 해양 CCS HSE 관리를 위해 신규로 법을 제정한다면 영국의 Safety Case와 같이 프로젝트 책임자(또는 운영자)가 주요 사고 위험을 관리할 수 있는 수단 및 능력이 있음을 정부 및 프로젝트 책임자 스스로에게 입증시킬 수 있는 방향으로 제정되어야 할 것이다.

국내의 해양 CCS 상용화 이전단계인 실증사업의 경우 국가 온실가스 감축 목표를 달성하기 위해 정부 주도로 사업이 진행될 가능성이 높다. 이 경우 정부는 발주처의 역할 뿐만 아니라 영국의 Health and Safety Executive와 같은 HSE 관리부서의 역할을 수행해야 할 것이다. 또한 4.1절에서 언급한 것처럼 정부는 프로젝트 책임자(또는 운영자)가 주요 사고 위험을 관리할 수 있는 수단 및 능력이 있음을 입증하기 위해 정부에 제출한 영국의 Safety Case와 같은 HSE 보고서를 검토 및 승인을 해야 한다.

하지만, HSE 전문가로 구성되지 않은 담당부처가 HSE 관리부서의 역할을 성공적으로 수행하기는 매우 어렵다고 판단된다. 따라서 정부는 전문기관 내지 위원회 등을 설립하여 생애주기 전반에 걸쳐 HSE 관리를 지속적으로 감독하게 해야 한다. 이러한 전문기관 내지 위원회는 프로젝트 책임자가 HSE 보고서를 제출하기 전부터 HSE 관리 방안을 사업 초기 단계부터 긴밀히 협의하도록 하고, 실제 운영전 제출된 HSE 보고서를 면밀히 검토하여 정부로 하여금 승인을 받도록 해야 한다.

국내 해양 CCS 사업의 책임자(또는 운영자)가 작성해야하는 HSE 보고서는 앞 절의 노르웨이와 영국의 CCS 프로젝트에서의 HSE 관리 방안처럼, ISO 31000와 ISO 17776의 위험 관리 프로세스를 기반으로 해야 한다. 본 연구에서는 국내 해양 CCS 실증사업의 HSE 관리 프로세스 수행시 우선적 필요한 사항으로 HSE Philosophy의 수립을 제안하고, 생애주기별 수행되어야 하는 위험 관리 프로세스의 구체적인 HSE 분석 목록 및 내용을 제시하고자 한다.