ESS 화재

1. ESS (Energy Storage System)란 무엇인가?

 

 발전소 등에서 생산된 전기 에너지를 각각의 연계시스템에 저장 후, 전력이 필요할 때 선택적이고 효율적으로 사용할 수 있는 시스템이다.

 

ESS system concept

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2. ESS를 왜 사용하는가?

 

한국 전자통신연구원 (ETRI) 에서 말하는 ESS는 아래와 같다.

 

◎ 전기를 저장해 두었다가 필요한 시기에 사용할 수 있어 에너지 공급의 과부하를 막아주며 안정적인 공급이 가능하다

 

◎ 전기료가 비교적 값싼 경부하시기인 야간에 전력을 저장해두었다가, 전기료가 비싼 피크부하 시기인 주간에 방전하도록 해서 부하 평준화 제공

 

◎ 발전출력 변동이 심한 태양광, 풍력과 같은 신재생 에너지원과 연계되어 출력 품질 향상 

 

 

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3. 문제는 무엇인가?

신재생에너지 보급 확대 정책에 따라 태양광, 풍력 등의 신재생에너지로 사업이 추진되면서 효율적으로 에너지를 저장할 수 있는 ESS 설치를 권장하며 전기세 감면, 세금 감면의 혜택을 부여했다. 한편, 많은 양의 에너지를 사용하는 기업 입장에서는 전기세를 효율적으로 줄일 수 있으며 초기 투자비용 이상의 효과를 얻을 수 있어 너나 할 것 없이 ESS를 설치했다.

 

(원인)

그러나, ESS 화재폭발에 맞게 개정된 UL 9540A 방법에 따른 안전인증이 이뤄지지 않고 메뉴얼적인 안전만 확보한 채 무분별한 보급이 이루어졌다.

 

(결과)

ESS 시장이 활발해지고 보급률이 가파르게 상승하던 시점에 2017년 전북 고창을 시작으로 리튬이온배터리 화재 폭발 사고가 연달아 발생하게 된다. 국내 전문가들도 쉽사리 그 이유를 찾아내지 못한 상황으로 뻔한 안전관리 수칙만 내놓고 있는 상황이다.

 

(대책)

ESS 배터리는 상용화가 쉽고 효율이 좋아 리튬 2차전지 (Lithium secondary battery)가 주로 사용된다. 그러나 고온의 환경 유지, 환기 장애 등의 이유로 폭발 위험의 단점이 있다. 또한, ESS는 BMS(Battery management system), PCS(Power Conditioning system), EMS(Energy management system) 등으로 구성되어있는데 이중 배터리가 가장 화재에 취약하다.

 

지난 2019. 06. 11에 산업통상자원부에서는 리튬이온 화재폭발 방호대책을 발표 했지만 화재 폭발의 정확한 원인 규명하지 못하고 안전인증 강화, 법령 기준 재개정 등의 화재 후 대책만을 제시했다. 이처럼 국내에서는 리튬이온 배터리 화재 대책에 대한 기술개발이 미비한 상황이다.

 

ESS system constituent

현재는 대책이 없다.

 

4. 그렇다면 화재는 왜 일어나는가?

 

화재가 어떻게 일어나는지는 명확하게 밝혀진바 없으나, 화재조사 기관과 해당분야 전문가들의 합동 점검을 통해 몇 가지 원인을 공개했다.

 

 ○ 산업통상자원부 TF 전문가  : ESS 화재의 원인은 "서지" 즉 전기적 충격현상

 

 ○ 기업 연구소(미공개) : 운용 시스템의 결함(오작동)

 

 ○ 에너지기술평가원 : 운용 시스템 오동작 (소프트웨어 문제)

 

 ○ 관련 기관 간담회(LG, 삼성, LS산전) : 시스템 통합제어와 배터리 본체 및 보호장비 설계, 설치 및 운영 미흡

 

 ○ 민관합동 원인 조사 위원회 : ESS 시스템 통합 제어 미흡, 배터리 외부로부터의 비정상적인 충격전압 전류 발생, 배터리 설계 미흡, 설치 및 운영관리 소홀

 

요약해서 보면, 충방전 중 운용 시스템 결함과 외부 충격이 대부분의 의견임을 알 수 있다.

 

 

5. 향후 대책은 무엇인가? 

 

☞ 배터리 팩에 적합한 소방대책 필요 (issue) -> 배터리팩 내부로 약제가 투입할 수있는 방법 개발

 

☞ 법령 제정(ing) -> NFPA 855   ☆중요☆

 

☞ ESS 배터리 화재 폭발 안전 인증 -> UL 9540 A  ☆중요☆

 

☞ 소방분야, ESS 시설분야 합동 전략 수립

 

☞ 관련 분야 실험 연구활동 추진

 

 

※ 향후 본 블로그에서 NFPA 855, FM, UL기준을 살펴보고자 한다.

참고 
1. 전기에너지 저장 시스템 국제 표준화 동향 ETRI 2019
2. ESS 전기안전관리자 가이드북