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원인 불명 ESS 화재, 베일 벗겨지다

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[첨단 헬로티]

 

연이은 화재로 안전 경고등이 켜졌던 ESS 시장이 안정될 전망이다. 산업통상자원부는 지난 6월 11일, ESS 화재사고 원인조사 결과를 발표했다. 산업부는 ‘민관합동 ESS 화재사고 원인조사위원회’를 구성하고, 약 5개월간 면밀한 조사활동을 펼쳤다. 그 결과 ▲전기적 충격에 대한 배터리 보호시스템 미흡 ▲운영환경 관리 미흡 ▲설치 부주의 ▲ESS 통합제어·보호체계 미흡 등 4가지 요인이 화재 원인으로 밝혀졌다.

 

 

 

연이은 ESS 화재, 시장 정체 초래하다


2017년 8월, 전북 고창의 풍력발전 연계용 ESS에서 화재가 발생했다. 이 화재가 시작이었다. 이후 2018년 5월부터 집중적으로 ESS화재가 발생하기 시작했다. 


문제는 원인을 알 수 없다는 것이었다. 총 23건의 화재가 발생하는 동안 원인을 모른 채 관련 업체들은 불안감에 떨어야했다.


ESS 화재와 함께 시장은 얼어붙었다. 화재사고가 발생하기 전 국내 ESS 시장 분위기는 밝았다. 정부의 에너지 전환 정책으로 ESS 시장은 급속도로 성장해 2016년 225MWh에 불과했던 설치규모가 지난해 6월 기준 1,182MWh로 급격히 증가했다.


글로벌 ESS 시장 흐름도 좋았다. SNE리서치는 올해 글로벌 ESS용 리튬이온 전지 시장이 16GWh로 확대되면서 지난해와 비교해 38% 성장할 것이라고 내다봤다.


하지만 ESS 화재는 이러한 좋은 흐름에 브레이크를 놓았다. ESS 화재가 발생한 이후 산업부는 정밀 안전 진단을 받지 않은 ESS에 가동 중단을 권고했다. 정부가 ESS 화재원인을 밝히기 전까지 ESS 발주건수는 제로였다.


지난 5월 23일, SNE리서치는 ‘글로벌 ESS 리튬이온 전지 시장 중장기 전망’이란 보고서를 발표하며, 국내 ESS용 리튬이온 전지 시장 규모는 전년 대비 30% 줄어들 것이라고 전망했다. 지난해보다 38% 성장하는 글로벌 시장과는 완전 다른 분위기인 것이다. 그 원인에는 ESS 화재 사건으로 설치가 예정됐던 ESS 프로젝트들이 지연됐다는 점이 크게 한몫했다.

 

정부가 밝힌 ESS 화재사고 원인


ESS 화재사고로 얼어붙었던 시장 분위기는 정부가 그 원인을 밝히면서 점차 녹아내리고 있다. 실제로 7월에는 10건 이상의 ESS 신규발주가 이뤄진 것으로 조사됐다.


정부는 ESS 화재사고의 원인을 밝히기 위해 지난해 12월 27일, ‘민간합동 ESS 화재사고 원인조사위원회’를 설치하고, 약 5개월간 조사에 들어갔다. 조사위는 전기, 배터리, 화재 등 관련 분야를 망라한 학계, 연구소, 시험인증기관, 소방전문기관, 정부 등 19명의 전문가로 구성됐다.


조사위는 ESS 화재원인을 밝히기 위해 총 80회 이상의 회의와 조사를 진행했다. 23개 화재사고를 만충 후 화재, 충·방전 중 화재, 설치 중 화재로 유형화 해 현장조사, 기업면담 등 다각적인 활동을 했다.


그 결과 정부는 ESS 화재사고의 원인을 ▲전기적 충격에 대한 배터리 보호시스템 미흡 ▲운영환경 관리 미흡 ▲설치 부주의 ▲ESS 통합제어·보호체계 미흡 등 4가지로 꼽았다.

 

① 전기적 충격에 대한 배터리 보호시스템 미흡


전기적 위해요인 중, 지락·단락에 의한 전기충격이 배터리 시스템에 유입될 때, 배터리 보호체계인 랙 퓨즈가 빠르게 단락전류를 차단하지 못하는 점을 확인했다. 이로 인해 절연 성능이 저하된 직류접촉기가 폭발하여 배터리 보호 장치 내에 버스바와 배터리 보호 장치의 외함에서 2차 단락 사고가 발생하면서 배터리에서 화재가 발생할 수 있음을 확인했다.

 

② 운영환경관리 미흡


산지 및 해안가에 설치된 ESS의 경우, 큰 일교차로 인한 결로와 다량의 먼지 등에 노출되기 쉬운 열악한 환경에서 운영되는 경우가 많았다. 이 경우 배터리 모듈 내에 결로의 생성과 건조가 반복되면서 먼지가 눌러 붙고, 이로 인해 셀과 모듈 외함 간 접지부분에서 절연이 파괴되어 화재가 발생할 수 있음을 확인했다.

 

③ 설치 부주의


배터리 보관불량, 오결선 등 ESS 설치 부주의시에 화재가 발생할 수 있음을 확인했다.

 

④ 통합보호·관리체계 미흡


제작주체가 다른 EMS·PMS·BMS가 SI 업체 주도로 유기적으로 연계·운영되지 못하는 등 ESS가 하나의 통합된 시스템으로 설계·보호되지 못했던 점이 하나의 원인으로 밝혀졌다. 이 문제는 사고예방, 화재 시 전체 시스템으로의 확산 방지 및 원활한 사고 원인 조사 등에 있어서 문제요인임을 확인했다.

 

 

이번 화재 조사 결과, 보호시스템이나 관리체계, 운영관리 등이 미흡해 화재가 발생했고, ESS 제품 자체에는 큰 문제가 없는 것으로 밝혀졌다. 산업부 관계자는 “일부 배터리 셀에서 결함이 발견됐고, 이를 모사한 시험을 했으나 배터리 자체 발화로 이어질 수 있는 셀 내부단락은 발견되지 않았다”면서 “다만, 제조결함이 있는 상황에서 배터리 충방전 범위가 넓고, 만충 상태가 지속적으로 유지되는 경우 자체 내부단락으로 인한 발생 가능성은 높아질 수 있다”고 말했다.

 

정부, ESS 안전강화 대책 마련


소 잃고 외양간 고친다는 말이 있다. 지금까지 발생한 총 23건의 ESS 화재사고는 막대한 손실을 가져왔다. 이에 정부는 ESS 안전강화 대책을 실시해 소 읽고 외양간 고치는 일을 방지할 계획이다.


정부는 이번 화재 원인을 토대로 ESS 제조·설치·운영 단계의 안전관리를 강화하고, 소방기준 신설을 통해 화재대응 능력을 제고하는 종합적인 안전강화 대책을 마련한다고 밝혔다. 그 방안으로 정부는 ▲제품 및 시스템 차원의 안전관리 강화 ▲옥외 전용건물 설치 유도 및 안전장치 의무화 ▲ 점검 강화를 통한 운영·관리 단계안정성 제고 ▲ 화재대응 능력 강화를 위한 기준 마련 등을 시행할 예정이다.

 

또한, 기존 사업장에도 안전 조치를 마련해 엄격한 관리 하에서 운영이 될 수 있도록 조치를 취할 방침이다.

 

① 제품 및 시스템 차원의 안전관리 강화


정부는 ESS용 대용량 배터리 및 전력변환장치(PCS)를 안전관이 의무대상으로 하여 ESS 주요 구성품에 대한 안전관리를 강화했다.


올해 8월부터 배터리 셀은 안전인증을 통해 생산송정상의 셀 결함발생 등을 예방하고, 배터리 시스템은 안전 확인 품목으로 관리할 계획이다. 또한, PCS는 올해 말까지 안전 확인 용량범위를 현행 100kW에서 1mW로 높이고, 2021년까지 2MW로 확대하기로 했다.

 

② 옥외 전용건물 설치 유도 및 안전장치 의무화


정부는 ESS설치기준을 개정하여 옥내설치의 경우 용량을 총 600kWh로 제한하고, 옥외에 설치하는 경우에는 별도 전용건물 내 설치하도록 규정해 안전성을 제고할 계획이다.


누전차당장치, 과전압보호장치, 과전류보호장치 등 전기적 충격에 대한 보호 장치 설치를 의무화한다. 또, 모니터링을 강화해 과전압이나 과전류, 누전, 온도상승 등 이상 징후가 탐지될 경우 관리자에게 통보하고, 비상 정지되는 시스템을 갖추도록 할 방침이다.


사고가 발생할 경우 원활한 원인규명을 위해 배터리 상태 등 ESS 운전기록 파일을 안전한 곳에 보관하도록 의무화할 방침이다.

 

③ 점검 강화를 통한 운영·관리 단계 안전성 제고


정기점검주기를 4년에서 1~2년으로 단축한다. 또, 전기안전공사와 관련업체가 공동으로 점검해 실효성을 높이고, 안전과 마련된 설비의 임의 개조·교체에 대한 특별점검을 수시로 실시할 예정이다. 또, 미신고 공사에 대해 처벌하는 규정도 별도로 마련할 방침이다.

 

④ 화재대응 능력 강화를 위한 기준 마련


ESS를 특정소방대상물로 지정하여 소방시설 설치를 의무화 하고, ESS에 특화된 화재안전기준을 올해 9월까지 제정할 방침이다. 또, 소화약제의 최적 활용방안을 마련하고, ESS 화재에 특화된 표준작전절차(SOP)를 제정해 화재 시 조기 진압이 가능하도록 소방대응능력도 강화한다.

 

 

산업부 관계자는 “ESS는 신재생에너지의 간헐성 보완, 전력소비 효율화 등을 위한 수요가 급증하면서 세계 각국에서도 미래 신성장 산업으로 적극 육성하는 분야이며, 그간 우리 ESS 산업은 동 분야 성장에 주도적인 역할을 해왔다”면서 “이번 화재사태로 양적 성장에 치유쳤던 우리 ESS 사업을 되돌아보게 된 계기가 된 만큼, 이번 ESS 안전제도 강화 조치를 기반으로 우리 ESS 산업 생태계의 질적 성장을 위해 분야별경쟁력을 강화하겠다”고 전했다.



















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