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ESS 사고원인 조사결과 및 안전강화 대책 발표
제조·설치·운영·소방 각 단계별 종합안전관리대책 마련
박찬우 기자

산업통상자원부(이하 “산업부”)는 `19.6.11(화) ‘민관합동 ESS 화재사고 원인조사 위원회(이하 “조사위”)’가 실시한 에너지저장장치(이하 “ESS”) 화재사고 원인조사결과를 공개하고, ESS 화재사고 재발 방지를 위한 종합안전관리대책 및 ESS 산업생태계 경쟁력 지원방안을 발표했다.


산업부는 ’18.5월부터 집중적으로 화재가 발생함에 따라, 국민안전을 최우선 목표로 하여, 현장실태조사, 정밀안전진단, 다중이용시설 설치 ESS의 전면 가동중단 등 다각적인 대응조치를 취하여 왔다.


특히, 인명피해 방지를 위한 선제적 조치로 다중이용시설 전면 가동중단과 함께, 과학적이고 객관적인 사고원인 규명을 통한 근본적인 문제해결을 위해 ‘민관합동 ESS 화재사고 원인조사위원회’를 설치(‘18.12.27)하고, 약 5개월간 조사활동을 실시하였다.


 화재사고 원인조사 결과


조사위는 전기, 배터리, 화재 등 19명의 관련 분야 전문가로 구성하였으며, 총 23개 사고현장에 대한 조사와 자료분석, 76개 항목의 시험실증*을 거쳐 조사결과를 발표하였다.


* 한국산업기술시험원 등 9개 기관, 약 90명의 인원이 참여


분석결과, 전체 23건의 화재사고 중 14건은 충전완료 후 대기중에 발생하였으며, 6건은 충방전 중에 났고, 설치·시공중에도 3건이 발생한 것을 확인하였다.


사고원인으로, ➊전기적 충격에 대한 배터리 보호시스템 미흡, ➋운영환경 미흡, ➌설치 부주의, ➍ESS 통합제어·보호체계 미흡 등 4가지 요인(참고1. 화재사고 원인조사 결과)을 확인하였고, ❺일부 배터리 셀에서 제조상 결함을 발견하였다. 이러한 결함을 모사한 실증에서 화재가 발생하진 않았으나, 조사위는 제조결함이 있는 배터리가 가혹한 조건에서 사용된다면 위험해 질 수 있다고 밝혔다.



안전관리 대책


정부는 화재원인을 토대로 ESS 제조·설치·운영 단계의 안전관리를 강화하고, 소방기준 신설을 통해 화재대응 능력을 제고하는 종합적인 안전관리 대책을 시행키로 했다.


➀ 제조기준 : 제품 및 시스템 차원의 안전관리 강화 


(KC인증 강화) ESS용 대용량 배터리 및 전력변환장치(PCS)를 안전관리 의무대상으로 하여 ESS 주요 구성품에 대한 안전관리를 강화하도록 했다.

올해 8월부터 배터리 셀은 안전인증을 통해 생산공정상의 셀 결함발생 등을 예방하고, 배터리 시스템은 안전확인 품목으로 관리할 계획이다.


또한, 현행 안전확인 대상인 PCS는 금년말까지 안전확인 용량범위를 1MW로 높이고, ‘21년까지 2MW까지 추가 확대(현행 100kW)키로 했다.


* (안전인증) 제품시험+공장심사, (안전확인) 제품시험


(KS표준 제정) 국제표준화기구(IEC)에서 논의 중인 국제표준(안)을 토대로 세계에서 처음으로 ESS 전체 시스템*에 대한 KS 표준을 5.31일에 제정하였으며, 나아가, 금번 실증시험을 통해 확보한 다양한 데이터를 활용하여 향후 ESS분야 국제표준 제안 등 표준화 논의에서 선도적 역할을 해나갈 것이다.


* ①전기, ②기계, ③폭발, ④전자기장, ⑤화재, ⑥온도, ⑦화학, ⑧오작동, ⑨환경


(단체표준 채택) 전기산업진흥회, 스마트그리드협회, 전지산업협회, 관련업계 등 민간이 자율적으로 협력하여, 배터리시스템 보호장치 성능사항*, ESS 통합관리 기준** 등을 금년 중 단체표준에 추가하고, 고효율 인증, 보험 등과 연계하여 실효성을 확보토록 할 것이다.


* 직류접촉기(MC) 내구성, 퓨즈 동작 특성 등

** BMS·EMS·PMS 간 통신규약, 배터리·PCS간 보호장치 작동 절차 등


 ➁ 설치기준 : 옥외 전용건물 설치 유도 및 안전장치 의무화


(설치장소별 기준마련) ESS 설치기준을 개정하여 옥내설치의 경우 용량을 총 600kWh로 제한하고, 옥외에 설치하는 경우에는 별도 전용건물 내 설치토록 규정하여 안전성을 제고한다.


(안전장치 및 환경관리) 누전차단장치, 과전압보호장치, 과전류보호장치 등 전기적 충격에 대한 보호장치 설치를 의무화하는 한편, 배터리실 온도·습도 및 분진 관리는 제조자가 권장하는 범위 내에서 관리되도록 기준을 설정할 계획이다.

(모니터링 강화) 이상징후(과전압·과전류, 누전, 온도상승 등)가 탐지될 경우 관리자에게 통보하고, 비상정지되는 시스템을 갖추도록 하며, 사고시 원활한 원인규명을 위해 배터리 상태(전압, 전류, 온도 등) 등 ESS 운전기록을 안전한 곳에 별도 보관토록 의무화된다.


➂ 운영·관리 : 점검 강화를 통한 운영·관리 단계 안전성 제고


(정기점검 강화) 정기점검주기를 단축(4년 → 1∼2년)하고, 전기안전공사와 관련업체가 공동점검을 실시하여 실효성을 높이며, (특별점검 실시) 안전과 관련된 설비의 임의 개조·교체에 대한 특별점검을 수시 실시하고, 미신고 공사에 대해 처벌*하는 규정도 마련한다.


* 변경공사 인가‧신고 대상을 공조시설 변경 등까지 확대(「전기사업법」 및 시행규칙 개정 필요) → 미신고시 1천만원 벌금 또는 1년이하 징역


➃ 소방기준 : 화재대응 능력 강화를 위한 기준 마련


(소방 제도개선) ESS를 특정소방대상물로 지정(「소방시설법」시행령 개정)하여 소방시설 설치를 의무화하고, ESS에 특화된 화재안전기준을 올해 9월까지 제정하며, (화재대응 강화) 소화약제의 최적 활용방안 마련, ESS 화재에 특화된 표준작전절차(SOP) 제정(‘19.下)을 통해 화재시 조기 진압이 가능하도록 소방대응능력도 강화한다.



 
기존 사업장 안전조치 및 재가동


기존 사업장의 안전조치에 대해서는 ‘ESS 안전관리위원회’*(5.17 구성)가 사업장별 특성을 고려한 조치사항을 권고하였으며, 정부는 이러한 권고를 바탕으로 업계와 협업을 통해 아래와 같이 추진한다.


* ESS 안전관리위원회는 사고조사위의 일부 위원 및 전기·소방·건축 전문가로 구성(5.17)하여 4차례 회의를 통해 시설별로 적용할 안전조치를 논의

(공통안전조치) 모든 사업장에 대해서는 전기적 보호장치, 비상정지 장치를 설치토록 하고, 각 사업장에서 온도‧습도‧먼지 등 운영환경이 엄격하게 관리되도록 할 계획이다.


* 공통안전조치는 배터리, EPC 업체를 중심으로 자체적으로 기 진행중(`18.12월~)


(추가안전조치)가동중단 사업장 중 옥내 설치된 시설에 대해서는 공통 안전조치 외에 방화벽 설치, 이격거리 확보 등 추가 조치를 적용한 이후 재가동토록 조치한다.


 ③ (소방특별조사) 가동중단 사업장 중 소방청이 인명피해 우려가 높다고 판단한 ESS시설*에 대해서는 국민안전 확보를 위해 소방특별조사를 실시하고 그 결과에 따라 필요할 경우 옥외이설 등 안전조치를 시행할 예정이다.


* 판매시설, 숙박·체육·병원·교육시설, 업무시설 등


상기 안전조치를 이행하는데 소요되는 비용과 관련하여, 공통안전조치는 각 사업장 ESS 설비의 안전강화를 위한 것이므로, 소유자·업계가 비용을 부담하되, 이미 업계가 자체적으로 조치 중이고, 방화벽 설치 등 추가안전조치는 옥내 설치된 ESS설비의 화재발생시 인명피해 방지를 위한 것으로, 정부가 비용의 일부를 지원할 계획이다.


또한, 소방특별조사에 따른 후속 비용은 조사 결과에 따라 결정되므로, 향후 이해관계자와 비용분담 방안을 협의해 나갈 예정이다.


*정부는 ESS 재활용 방안도 마련할 계획


산업부는 상기 안전조치의 이행여부 확인을 위해, 전기안전공사 등으로 “ESS 안전조치 이행 점검팀”을 구성하여 사업장별 이행사항을 안내하고 확인‧점검할 계획이다.


또한, 정부의 가동중단 권고에 따라 ESS 설비 가동을 자발적으로 중단한 사업장에 대해서는 가동중단 기간에 대하여, 수요관리용 ESS는 전기요금 할인특례 기간(~`20년) 이월을 한전과 협의하여 지원할 예정이며, 재생에너지 연계 ESS에 대해서는 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치를 추가로 부여할 예정이다.


ESS 산업 생태계 경쟁력 강화


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.


* ESS용 리튬이온전지 세계시장규모: ‘17년 4.8GWh → ’25년 20GWh (연평균 37%↑)


하지만, 금번 화재사태로 양적 성장에 치우쳤던 우리 ESS 산업을 되돌아보게 된 계기가 된 만큼, 정부는 금번 ESS의 안전제도 강화 조치를 기반으로 우리 ESS 산업 생태계의 질적 성장을 위해 분야별 경쟁력 강화를 지원할 계획이다.


ESS 핵심 구성품인 배터리 분야에는 화재 위험성이 적고 효율이 높은 차세대 배터리 개발 및 조기 상용화를 지원하고, PCS는 신뢰성 및 안전성 강화기능 향상을 위한 기술개발을 지원한다.


또한, ESS 생태계 전분야 구성원들이 참여하는 (가칭)ESS 협회* 설립을 추진해 업계 소통과 협업 수준을 대폭 제고할 계획이다.


* 전력분야 협·단체별로 ESS 작업절차서(매뉴얼) 마련 및 관계자 교육 실시, 분야별 업계의견 수렴, 산업통계작성, 표준안 마련, 해외사례 조사 등 역할


한편, 미래 신산업으로서 우리 ESS 산업이 지속 성장하기 위해서는 금번 화재사태로 위축된 성장활력 회복이 필요한 만큼, 단기 인센티브를 제공하고, 향후 유망분야에서 새로운 수요 창출을 지원할 예정이다.


화재사태 이후 ESS 설치 중단기간을 고려, 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치 적용*을 6개월 연장한다.


* 태양광 연계 : (현행) `19년까지 5.0, `20년부터 4.0 → (연장) `20.6월까지 5.0, `20.7월부터 4.0 
     풍력 연계 : (현행) `19년까지 4.5, `20년부터 4.0 → (연장) `20.6월까지 4.5, `20.7월부터 4.0

안전조치에 따른 설치비용 증가 부담을 완화하기 위해 기존 보험료를 낮출 수 있는 단체보험 신규 도입을 추진하고, ESS에 대한 ‘고효율 에너지기기 인증제*’ 활용 확대를 지원한다.


* 고효율 에너지기기 인증을 받은 ESS에 대해 투자금액의 3%를(중견기업 5%, 중소기업 10%) 법인세에서 공제중


강화되는 ESS 설치기준 개정완료 전(8월말 예정)까지 신규발주 지연에 대한 업계의 우려에 대해서는, 6월 중순에 ‘사용전 검사’ 기준에 ESS 설치기준 개정사항을 우선 반영해, ESS 신규발주에 차질이 없도록 할 것이다.


중장기적으로는 해외에서도 수요가 확대되고 있는 가정용 ESS 등 신규 비즈니스 모델 개발․적용을 지원할 계획이다.


정부는 금번 화재사태를 계기로, ESS의 안전성을 세계 최고수준으로 끌어올려 지속성장할 수 있도록 최선의 지원을 다할 계획이다.

 


참고 1  ESS 화재 사고원인 조사결과

 

① (배터리 보호시스템 미흡) 전기적 위해요인 중, 지락·단락에 의한 전기충격(과전압/과전류)이 배터리 시스템에 유입될 때, 배터리 보호체계인 랙 퓨즈가 빠르게 단락전류를 차단하지 못하였고, 이로 인해 절연 성능이 저하된 직류접촉기가 폭발하여 배터리보호장치 내에 버스바와 배터리보호장치의 외함에서 2차 단락 사고가 발생하면서 배터리에서 화재가 발생할 수 있음을 확인하였다.


② (운영환경관리 미흡) 산지 및 해안가에 설치된 ESS의 경우, 큰 일교차로 인한 결로와 다량의 먼지 등에 노출되기 쉬운 열악한 환경에서 운영되어, 배터리 모듈내에 결로의 생성과 건조가 반복(Dry Band)되면서 먼지가 눌러 붙고 이로 인해 셀과 모듈 외함간 접지부분에서 절연이 파괴되고 화재가 발생할 수 있음을 확인하였다.


한편, 일부社의 배터리 모듈*은 냉각팬을 사용하는 구조로 냉각팬이 먼지·수분의 이동경로가 될 수 있다.


* 분진에 관한 배터리 관리기준은 존재하나 현장에서 지켜지지 못하는 경우가 다수


③ (설치 부주의) 배터리 보관불량, 오결선 등 ESS 설치 부주의시에 화재가 발생할 수 있음을 확인하였다.


④ (통합보호·관리체계 미흡) 제작주체가 다른 EMS·PMS·BMS가 SI업체 주도로 유기적으로 연계·운영되지 못하는 등, ESS가 하나의 통합된 시스템으로 설계·보호되지 못했던 점이 사고예방, 화재시 전체 시스템으로의 확산 방지 및 원활한 사고원인 조사 등에 있어서 문제요인임을 확인하였다.


⑤ 일부 배터리셀에서 결함이 발견되었고, 이를 모사한 시험을 했으나 배터리 자체 발화로 이어질 수 있는 셀 내부단락은 발견되지 않았다.


다만, 제조결함이 있는 상황에서 배터리 충방전 범위가 넓고 만충상태가 지속적으로 유지되는 경우 자체 내부단락으로 인한 화재발생 가능성이 높아질 수 있다.


참고 2  ESS 화재사고 원인 및 안전대책


 


참고 3  기존 사업장 안전조치 및 재가동 방안

 

모든 사업장은 전기적 보호장치, 비상정지장치 등 공통안전조치를 적용, 가동중단 중인 시설에 대해서는 방화벽 등 보완조치 후 재가동토록 하되, 다중이용시설 등은 소방청의 특별조사 결과에 따라 별도 조치 예정

 

<안전조치 내용 및 재가동 방안>




참고 4  ESS 개요 및 보급 현황


□ (ESS 개요) 태양광/풍력 등에서 발전되거나 전력계통으로부터 공급된 전력을 배터리에 저장한 후, 필요한 때에 공급할 수 있는 시스템


 ㅇ 배터리, 전력변환장치(PCS), 관리 소프트웨어(BMS, PMS, EMS) 등이 전력흐름을 통합적으로 제어·관리해야 하는 새로운 전력설비

 

 


□ (ESS 보급현황) 국내 ESS 보급은 전기요금 할인특례, REC 등 ESS 보급 지원정책에 힘입어 ‘17년부터 급격히 확대


* ‘18년 국내 ESS 시장 규모는 약 3.6GWh로 세계시장의 약 1/3을 차지


연 도

~‘13

'14

'15

'16

'17

'18

합계

사업장 수

30

47

124

74

268

947

1,490

배터리(MWh)

30

36

145

207

723

3,632

4,773

※ 출처 : 한국전기안전공사


ㅇ 설치용도는 총 1,490개 ESS 중 신재생에너지 연계 778개(1,859MWh), 피크저감 등 712개(2,914MWh)로 구성


구 분

신재생에너지 연계

피크저감 등

합 계

태양광

풍력

소 계

피크저감

비상발전 등

소 계

사업장 수

754

24

778

657

55

712

1,490

배터리(MWh)

1,587

272

1,859

2,757

157

2,914

4,773

※ 출처 : 한국전기안전공사



. 화재사고 원인조사 결과


1. ESS 화재사고 현황 및 그간의 대응 조치


‘17.8월 전북 고창의 풍력발전 연계용 ESS화재를 시작으로 ’18.5월부터 집중적으로 발생하여 현재까지 총 23건의 화재가 발생*하였다.


* (‘17.8월) 1건 → (‘18.5월) 1건 → (6월) 2건 → (7월) 3건 → (9월) 3건 → (10월) 1건 → (11월) 4건 → (12월) 2건 → (‘19.1월) 4건 → (5월) 2건

용도별로는 태양광·풍력 연계용 17건, 수요관리용 4건, 주파수 조정용 2건이 발생하였고, 충전을 완료하고 방전대기 시간(만충 후 휴지 시간) 중 화재가 14건, 충·방전 중 6건, 설치·시공 중 3건이 발생하였다.


* 설치위치(산지 14건, 해안가 4건, 기타 공장 등 5건), 건물형태(조립식패널 15건, 컨테이너 4건, 콘크리트 4건), 운영기간(1년 이하 16건, 1~2년 3건, 2년 이상 4건)


산업부는 ESS 화재가 잇따라 발생함에 따라, 국민안전을 최우선 목표로, 1,490개 사업장에 대한 현장실태조사, 정밀안전 진단, 다중이용시설 ESS 전면 가동중단 등 다각적인 대응조치를 취해 왔다.


1 단계(‘18.7~)

 

2 단계(‘18.11~)

 

3 단계(‘18.12~)

 

4 단계(‘19.1~)

민관합동 TF 가동(‘18.8)


현장 실태조사(1,008개소)


안전관리 매뉴얼 배포


안전관리자 교육


제조사 현장 점검

국표원 화재대응반 설치(‘18.11)

 

ESS 화재대응 대책 발표(‘18.11.28)


ESS 사업장 정밀안전진단

 

안전성 강화 제도개선 등

다중이용시설 전면 가동중단 결정(‘18.12.27)


* 340개소 중단 완료(‘19.1.17)

 

민관합동 사고조사설치(‘18.12.27)

강화된 긴급 안전조치 시행(‘19.1.22)


*별도건물에 설치되지 않아인명피해가 우려되는 공장ESS 가동중단, 충전율(SoC)70% 하향 조정 권고

 


특히, 인명피해 방지를 위한 선제적 조치로 다중이용시설 전면 가동중단과 함께, 과학적이고 객관적인 사고원인 규명을 통한 근본적인 문제해결을 위해 ‘민관합동 ESS 화재사고 원인조사위원회’를 설치(‘18.12.27)하고, 약 5개월간 조사활동을 실시하였다.


조사위는 전기, 배터리, 화재 등 관련 분야를 망라한 학계, 연구소, 시험인증기관*, 소방전문기관, 정부 등 19명의 전문가로 구성하였다.


* 갤럭시 노트7 배터리 화재조사를 수행한 한국산업기술시험원을 지원센터로 지정하고 동 전문인력이 조사실무 담당


조사위는 매주 1회 정기회의 및 수시회의*, 현장조사·기업면담 등 총 80회 이상의 회의와 조사를 통해 사고원인 규명활동을 수행하였다.


* 정기회의(21회), 수시회의(20회), 워크숍(3회), 기업면담(30회), 제보청취(5회), 기업간담회(1회) 등


2. 화재사고 원인조사 활동 및 조사결과


가. 조사위원회 활동


조사위는 23개 화재사고를 만충 후 화재, 충방전중 화재, 설치중 화재 등으로 유형화하고 자료·현장조사, 기업면담 등의 다각적인 활동을 통해 원인조사를 실시하였다.
   
소방청 화재현장조사서 등 관련자료* 검토 및 외부전문가와의 논의를 통한 이론적 고찰, 사고현장조사 및 유사사이트 조사, 사고관련 기업 면담조사**, 다양한 제보청취·검토 등 광범위하고도 면밀한 조사활동을 전개하였다.


* 화재조사보고(전기안전공사), 정밀진단조사(민관TF), 자체현장조사 자료, 기업면담 보고서 등


** 배터리 3개사, PCS 8개사, 시공 12개사 등 30회


또한, 화재사고와 직접 관련된 기업 전체를 대상으로 원인추정 내용과 시험실증 계획에 관해 설명하고 의견을 청취하였다.


* 배터리, PCS, SI 업체 등 25개 업체 55명 참석(‘19.3.12, 화학융합시험硏)


나. 사고원인 추정내용


대부분 화재현장이 전소되어 원인규명에 어려움이 있었으나, 조사위는 자료분석, 기업면담, 현장방문 등을 통해 발견한 증거를 바탕으로,  23개 사고를 유형화하고, 외부 전문가들이 참여하는 심도 있는 토론을 거쳐, 관련 정보를 분석·정리·종합하였다.


그리고, 배터리, PCS 제조, ESS 설계·설치·시공 상의 문제점, 사용·운전상의 전기적·환경적 요인 등 모든 직·간접적인 화재 가능성을 검토하여, ❶ 배터리시스템결함 ❷ 전기적 충격 요인에 대한 보호체계 미흡 ❸ 운용환경관리 미흡 및 설치 부주의 ❹ ESS 통합관리체계 부재 등 4가지 요인을 화재 원인으로 추정하였다.


다. 사고원인 규명을 위한 시험·실증


원인 추정내용을 과학적·객관적으로 입증하기 위해 4개 추정원인에 대한 총 76개 시험실증 항목을 설계하고 시험기관, 전기안전공사, 한전 등 9개 기관*, 약 90명의 인원이 참여하여 ESS 구성품(배터리, PCS) 및 시스템 단위로 시험·실증을 실시하였다.


* (배터리, PCS) 한국산업기술시험원, 한국기계전기전자시험硏, 한국화학융합시험硏, 한국건설생활환경시험硏,  한국과학기술연구원, 한국세라믹기술원, 한국전기연구원
   
(시스템) 한국전기안전공사, 한국전력공사


① 배터리 시스템 결함


(해체 분석) 다수의 사고가 동일공장의 비슷한 시기에 생산된 배터리를 사용한 것이 확인됨에 따라 배터리 생산과정의 결함을 확인하기 위한 셀 해체분석을 실시한 결과, 1개社 일부 셀에서 극판접힘, 절단불량, 활물질 코팅 불량 등의 제조 결함을 확인하였다.


※ 사고현장의 배터리와 동일 생산공장, 생산시기의 배터리를 수거하여 실시


 
 
 < 셀 분리 >  < 음극판 접힘 >
 
 
 < 음극판 절단 불량 >  < 양극 활물질 코팅 및 절단면 불량 >


이에, 극판접힘과 절단불량을 모사한 셀을 제작하여 충·방전 반복시험을 180회 이상을 수행하였으나, 발화로 이어질 수 있는 셀 내부의 단락*은 발생하지 않았다.


* 단락 : 전기 양단이 접촉(합선 등)되어 과다한 전류가 흐르는 현상


(외부단락) 배터리 안전성을 확인하기 위한 배터리시스템 단락시험결과, 랙 단락 시험에서 2개社 배터리 보호장치의 직류접촉기가 폭발 또는 융착이 발생하였다.


(물성분석 등) 전문가 및 제보 등을 통해 제기된 사항들을 검증하기 위한 셀 구성물질 분석, 셀간 전압과 온도편차를 제어하는 BMS*의 정상작동여부 확인, 배터리의 완전충전 후 추가 충전에 따른 영향 시험에서는 화재발생 가능요소는 발견되지 않았다.


* BMS(Battery Management System) : 배터리의 성능과 안전을 제어하는 S/W 및 H/W 통합하여 지칭하는 용어

 ② 전기충격에 대한 보호체계 미흡


(직류측 단락) 외부 전기충격 등에서 배터리 보호장치 내 복수 부품이 손상되어 단락되는 현상을 모사한 실증시험 결과, 배터리 랙 보호장치 내에 있는 직류접촉기(DC Contactor)가 폭발하고, 버스바*가 파손되어 배터리 랙 보호장치의 외함을 타격하는 2차 단락사고가 발생하여 동시다발적인 화재가 발생하였다.


* 버스바(Busbar) : 구리로 된 기다란 판으로, 일종의 전선 역할을 수행


 
 
 < 직류접촉기 파손 >  < 버스바 이탈로 아킹 발생 >
 
 
 < 전선 소손 >  < 배터리 랙 화재 발생 >

 


(PCS 교류측 지락*) 전력변환장치(PCS) 내부의 교류측 필터(리액터)가 탄화된 흔적에 따라 교류측 전기가 외함에 닿는 지락사고를 모사한 결과, 배터리측에 전기충격이 발생하였다.


* 지락 : 전로(전선 등)와 대지(접지)간의 절연이 저하되어 전로 또는 기기 외부에 전압·전류가 나타나는 상태


동 시험을 반복 수행한 결과 배터리 랙 보호장치 내의 직류접촉기 절연성능이 떨어질 경우 화재가 발생할 가능성이 확인되었다.


(PCS 부품단락) PCS 내부의 스위칭소자*가 소손되어 PCS 내부의 직류·교류측 양단이 단락되는 고장사고를 가정한 실증 결과,  계통과 배터리측에서 PCS로 유입되는 대전류는 확인되었으나 PCS의 차단기가 작동하여 화재로 이어지지는 않았다.


* 스위칭소자 : 교류를 직류로, 직류를 교류로 바꿔주는 전력반도체

(전자파 내성) PCS의 전자파 방출로 배터리시스템의 오작동 여부를 검증하기 위한 시험에서, 다수 제품이 국제기준* 초과하였으나, 이에 대해 배터리 3社 제품이 충분한 내성을 갖고 있는 것을 확인하였다.


* CISPR 11 : 산업·과학·의료용기기 전자파 방해 특성 


 ③ 운영환경관리 미흡


(수분·분진 시험) 공조기 주변에 용융흔적이 발견된 사례 등을 근거로 수분, 분진, 염수 등의 환경을 배터리 시스템에 모사하여 절연성능 저하 가능성을 시험한 결과, 특정社 배터리에서 모듈 내 절연성능이 저하되면서 화재가 발생하였다.


 
 
 < 수분 및 분진 시험 >  < 분진 및 염수 시험 >


(온도편차시험 등) 벽면, 통로의 온도편차가 배터리 모듈내 온도편차를 발생시키는 사례(온도편차시험)와 주변지역에 떨어진 낙뢰가 암반으로 된 지표면을 통해 배터리실에 유도되어 배터리 보호장치 등에 영향을 미치는 사례(뇌서지)를 검증한 결과 화재가 유발되지 않았다.



④ 통합관리체계 부재


사고현장조사, 기업면담조사 및 시험실증과정에서 ESS의 설계와 운영이 배터리·PCS 등 구성품을 하나로 통합하여 시스템 차원에서 관리·보호가 되지 못하는 사실을 확인하였다.


BMS·PMS·EMS간 정보 공유 체계 미비, PCS와 배터리 간 보호체계 작동순서 부재, PCS 고장수리 후 배터리의 이상 유무 확인 없이 시스템 재가동, 교류와 직류측 지락감지장치 간 충돌 등 여러 현장에서 다수의 통합관리체계 미흡사례를 확인하였다.



ESS 화재 사고원인 조사결과


① (배터리 보호시스템 미흡) 전기적 위해요인 중, 지락·단락에 의한 전기충격(과전압/과전류)이 배터리 시스템에 유입될 때, 배터리 보호체계인 랙 퓨즈가 빠르게 단락전류를 차단하지 못하였고, 이로 인해 절연 성능이 저하된 직류접촉기가 폭발하여 배터리보호장치 내에 버스바와 배터리보호장치의 외함에서 2차 단락 사고가 발생하면서 배터리에서 화재가 발생할 수 있음을 확인하였다.


② (운영환경관리 미흡) 산지 및 해안가에 설치된 ESS의 경우, 큰 일교차로 인한 결로와 다량의 먼지 등에 노출되기 쉬운 열악한 환경에서 운영되어, 배터리 모듈내에 결로의 생성과 건조가 반복(Dry Band)되면서 먼지가 눌러 붙고 이로 인해 셀과 모듈 외함간 접지부분에서 절연이 파괴되고 화재가 발생할 수 있음을 확인하였다.


한편, 일부社의 배터리 모듈*은 냉각팬을 사용하는 구조로 냉각팬이 먼지·수분의 이동경로가 될 수 있다.


* 분진에 관한 배터리 관리기준은 존재하나 현장에서 지켜지지 못하는 경우가 다수


③ (설치 부주의) 배터리 보관불량, 오결선 등 ESS 설치 부주의시에 화재가 발생할 수 있음을 확인하였다.


④ (통합보호·관리체계 미흡) 제작주체가 다른 EMS·PMS·BMS가 SI업체 주도로 유기적으로 연계·운영되지 못하는 등, ESS가 하나의 통합된 시스템으로 설계·보호되지 못했던 점이 사고예방, 화재시 전체 시스템으로의 확산 방지 및 원활한 사고원인 조사 등에 있어서 문제요인임을 확인하였다.


⑤ 일부 배터리셀에서 결함이 발견되었고, 이를 모사한 시험을 했으나 배터리 자체 발화로 이어질 수 있는 셀 내부단락은 발견되지 않았다.


다만, 제조결함이 있는 상황에서 배터리 충방전 범위가 넓고 만충상태가 지속적으로 유지되는 경우 자체 내부단락으로 인한 화재발생 가능성이 높아질 수 있다.



Ⅱ. ESS 안전강화 대책


금번 대책은 ESS의 특성을 반영하여 안전성을 확보하기 위해, 해외기준과 사고조사 결과를 토대로 종합적으로 구성되었으며, ① 화재예방을 위한 안전기준과 관리제도 개선 ② 화재대응과 피해 최소화를 위한 소방기준 마련 ③ 정부와 업계의 협업을 통한 기존시설에 대한 안전조치 시행의 3가지 방향으로 추진한다.


1. ESS 안전제도 개선


❶ 제조-설치-운영 등 全주기의 안전제도를 강화하여 사고예방
❷ 소방시설 등이 의무화되는 특정소방대상물로 지정하여 화재발생시 피해 최소화
❸ ESS 설치기준 개정前이라도 신규발주가 조기에 재개되도록 절차적 지원


< ESS 全주기 안전기준 강화 및 관리제도 개편내용 >




❲안전제도 개선방향❳


사고조사 결과를 반영하여「제품-설치-운영」등 전주기에 걸쳐 안전기준과 관리제도를 개선하여 화재예방의 역량을 강화하고, ESS에 특화된 소방기준, 화재대응 표준운영절차 마련 등 신속한 화재 대응과 피해 최소화를 위한 제도적 기반을 구축할 계획이다.❲KS, KC, 단체표준 : 제품 및 시스템 차원의 안전관리 대폭 강화❳


(KC인증 강화) ESS용 대용량 배터리 및 전력변환장치(PCS)를 안전관리 의무대상으로 하여 ESS 주요 구성품에 대한 안전관리를 강화하도록 했다.

올해 8월부터 배터리 셀은 안전인증을 통해 생산공정상의 셀 결함발생을 예방하고, 배터리 시스템은 안전확인 품목으로 관리할 계획이다.


또한, 현행 안전확인 대상인 PCS는 금년말까지 안전확인 용량범위를 1MW로 높이고, ‘21년까지 2MW까지 추가 확대(현행 100kW)키로 했다.


* (안전인증) 제품시험+공장심사, (안전확인) 제품시험


(KS표준 제정) 국제표준화기구(IEC)에서 논의 중인 국제표준(안)을 토대로 세계에서 처음으로 ESS 전체 시스템*에 대한 KS 표준을 5.31일에 제정하였으며, 나아가, 금번 실증시험을 통해 확보한 다양한 데이터를 활용하여 향후 ESS분야 국제표준 제안 등 표준화 논의에서 선도적 역할을 해나갈 것이다.


* ①전기, ②기계, ③폭발, ④전자기장, ⑤화재, ⑥온도, ⑦화학, ⑧오작동, ⑨환경


(단체표준 채택) 전기산업진흥회, 스마트그리드협회, 전지산업협회, 관련업계 등 민간이 자율적으로 협력하여, 배터리시스템 보호장치 성능사항*, ESS 통합관리 기준** 등 금년 중 단체표준에 추가하고, 고효율 인증, 보험 등과 연계하여 실효성을 확보토록 할 것이다.


* 직류접촉기(MC) 내구성, 퓨즈 동작 특성 등
** BMS·EMS·PMS 간 통신규약, 배터리·PCS간 보호장치 작동 절차 등
❲ESS 설치기준 강화 : 옥내설치 요건 강화, 전기적 보호장치 의무화 등❳


(설치장소별 기준마련) ESS 설치기준을 개정하여 옥내설치의 경우 용량을 총 600kWh로 제한하고, 옥외에 설치하는 경우에는 별도 전용건물 내 설치토록 규정하여 안전성을 제고한다.


*옥내는 설치 총용량을 600kWh으로 제한하여 美기준(총용량 600kWh 제한, UL 인증시 추가설치 가능)보다 엄격하게 하되, 옥외는 美수준(이격거리 1.5m 등) 적용


(안전장치 및 환경관리) 누전차단장치, 과전압보호장치, 과전류보호장치 등 전기적 충격에 대한 보호장치 설치를 의무화하는 한편, 배터리실 온도·습도 및 분진 관리는 제조자가 권장하는 범위 내에서 관리되도록 기준을 설정할 계획이다.


(모니터링 강화) 이상징후(과전압·과전류, 누전, 온도상승 등)가 탐지될 경우 관리자에게 통보하고, 비상정지되는 시스템을 갖추도록 하며, 사고시 원활한 원인규명을 위해 배터리 상태(전압, 전류, 온도 등) 등 ESS 운전기록을 안전한 곳에 별도 보관토록 의무화된다.


❲관리제도 개편 : 법정검사 강화, 임의 개보수시 제재조항 신설 등❳


ESS 설비에 대한 법정검사 주기를 단축(전기안전공사, 현행 4년 → 1∼2년), 전기안전공사와 관련업체가 공동점검을 실시하여 실효성을 높이며, 안전과 관련된 설비의 임의 개보수시 제재 조항 신설* 등을 통해 설치이후 운영단계에서 안전성을 지속적으로 확보해 나갈 계획이다.


*ESS 변경공사 인가‧신고 대상을 현행 이차전지, PCS 대체공사 外 공조시설 변경 등으로 확대(「전기사업법」 개정) → 미신고시 1천만원 벌금 또는 1년이하 징역


또한, 설치환경, 설비 노후도 등을 감안한 안전등급제를 도입하여 맞춤형 안전관리를 추진할 예정이다.(`19년 연구용역 후 `20년 상반기 도입)
❲소방기준 마련 : 특정소방대상물 지정, 화재안전기준 마련 등❳


(소방 제도개선) ESS를 특정소방대상물로 지정(「소방시설법」시행령 개정)하여 소화기구, 경보시설 등 소방설비 설치를 의무화하고, ESS에 특화된 화재안전기준을 올해 9월까지 제정하며,


(화재대응 강화) 기 개발된 소방약제의 최적 활용방안 마련, ESS에 특화된 표준화재대응 절차 제정(‘19.下)을 통해 화재시 조기 진압이 가능하도록 소방대응능력도 강화한다.



2. 기존 사업장 안전조치 및 재가동 방안


모든 사업장은 전기적 보호장치, 비상정지장치 등 공통안전조치를 적용, 가동중단 중인 시설에 대해서는 방화벽 등 보완조치 후 재가동토록 하되, 다중이용시설 등은 소방청의 특별조사 결과에 따라 별도 조치 예정


<안전조치 내용 및 재가동 방안>

 


❲안전조치 방향❳


기존 사업장의 안전조치에 대해서는 ‘ESS 안전관리위원회’*(5.17 구성)가 사업장별 특성을 고려한 조치사항을 권고하였으며, 정부는 이러한 권고를 바탕으로 업계와 협업을 통해 아래와 같이 추진한다.


* ESS 안전관리위원회는 사고조사위의 일부 위원 및 전기·소방·건축 전문가로 구성(5.17)하여 4차례 회의를 통해 시설별로 적용할 안전조치를 논의


 ① (공통안전조치) 모든 사업장에 대해서는 전기적 보호장치, 비상정지 장치를 설치토록 하고, 각 사업장에서 온도‧습도‧먼지 등 운영환경이 엄격하게 관리되도록 할 계획이다.


* 공통안전조치는 배터리, EPC 업체를 중심으로 자체적으로 기 진행중(`18.12월~)


 ② (추가안전조치)가동중단 사업장 중 옥내 설치된 시설에 대해서는 공통 안전조치 외에 방화벽 설치, 이격거리 확보(대피시설과 3m, 타설비와 1.5m) 등 추가 조치를 적용한 이후 재가동토록 조치한다.


 ③ (소방특별조사) 가동중단 사업장 중 소방청이 인명피해 우려가 높다고 판단한 ESS시설*에 대해서는 국민안전 확보를 위해 소방특별조사를 실시하고 그 결과에 따라 필요할 경우 옥외이설 등 안전조치를 시행할 예정이다.


* 판매시설, 숙박·체육·병원·교육시설, 업무시설 등


❲안전조치 비용❳


상기 안전조치를 이행하는데 소요되는 비용과 관련하여, 공통안전조치는 각 사업장 ESS 설비의 안전강화를 위한 것이므로, 소유자·업계가 비용을 부담하되, 이미 업계가 자체적으로 조치 중이고, 방화벽 설치 등 추가안전조치는 옥내 설치된 ESS설비의 화재발생시 인명피해 방지를 위한 것으로, 정부가 비용의 일부를 지원할 계획이다.


또한, 소방특별조사에 따른 후속 비용은 조사 결과에 따라 결정되므로, 향후 이해관계자와 비용분담 방안을 협의해 나갈 예정이다.


*정부는 ESS 재활용 방안도 마련할 계획


❲안전조치 이행점검 및 가동중단 사업장 지원❳


산업부는 상기 안전조치의 이행여부 확인을 위해, 전기안전공사 등으로 “ESS 안전조치 이행 점검팀”을 구성하여 사업장별 이행사항을 안내하고 확인‧점검할 계획이다.


또한, 정부의 가동중단 권고에 따라 ESS 설비 가동을 자발적으로 중단한 사업장에 대해서는 가동중단 기간에 대하여, 수요관리용 ESS는 전기요금 할인특례 기간(~`20년) 이월을 한전과 협의하여 지원할 예정이며, 재생에너지 연계 ESS에 대해서는 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치를 추가로 부여할 예정이다.




Ⅲ. ESS산업 생태계 경쟁력 강화


❲ESS 분야별 경쟁력 강화 지원 ❳


금번 화재사태를 계기로 우리 ESS 산업 생태계의 취약점을 보완하고, 강점을 강화해 생태계의 건전성과 종합적인 경쟁력을 제고한다.


(배터리) 세계 최고수준의 기술력을 지속 유지토록, 화재위험성이 낮고 에너지 밀도가 높은 배터리 개발 및 조기 상용화를 추진한다.


(PCS) 전력변환소자·시스템의 신뢰도 향상 및 계통 접속시 안정성 강화기능 추가 등을 통해 안정적 ESS 운영 기반을 마련한다.


(SI) ESS 시스템 KS 표준에 따른 ESS 현장 설치·운영기준 구체화, 중소업체들에 대한 교육 등을 통해 능력배양을 지원한다.


(ESS 협회*) 통합적 시각에서 배터리, PCS, SI 등 범 ESS 업계 의견을 반영할 수 있는 소통창구 마련을 추진한다.


* (주요기능) 배터리·PCS·SI 등 분야별 업계 의견 수렴, ESS 산업통계작성, 표준안 마련, 제도개선 건의 및 해외사례 조사 등


** 전력분야 협단체별로 ESS 작업절차서(매뉴얼) 마련 및 관계자 교육 실시


❲단기․중장기 수요 창출 지원 ❳


ESS의 안정성 확보를 전제로, 우리 ESS 산업이 금번 화재사태로 위축된 성장활력을 회복할 수 있도록 단기 인센티브를 제공하고, 새로운 분야의 수요 창출을 지속 지원할 예정이다.

화재사태 이후 ESS 설치 중단기간을 고려, 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치 적용*을 6개월 연장한다.


* 태양광 연계 : (현행) ‘19년까지 5.0, ’20년부터 4.0 → (연장) ‘20.6월까지 5.0, ’20.7월부터 4.0 
     풍력 연계 : (현행) ‘19년까지 4.5, ’20년부터 4.0 → (연장) ‘20.6월까지 4.5, ’20.7월부터 4.0


강화되는 ESS 설치기준 개정완료 전(8월말 예정)까지 신규발주 지연에 대한 업계의 우려에 대해서는, 6월 중순에 ‘사용전 검사’ 기준에 ESS 설치기준 개정사항을 우선 반영해, ESS 신규발주에 차질이 없도록 할 것이다.


ESS연계 야간발전사업 제도를 신설, 배전선로 연계 용량이 부족한 지역의 태양광발전사업자가 ESS를 추가 설치하고, 야간발전제도 신청시 계통연계 허용을 추진한다.

* 야간발전제도 계통 안정성 검토 후 시범사업 추진(‘19.10월, 한전)


ESS에 대한 ‘고효율 에너지기기 인증제*’ 활용 확대를 지원해 안전제도 개선에 따른 설치비용 증가 부담을 완화할 계획이다.


* 고효율 에너지기기 인증을 받은 ESS에 대해 투자금액의 3%를(중견기업 5%, 중소기업 10%) 법인세에서 공제중


* 시험계측기 확충, 현장시험 관련 기준 마련 및 고효율기기 인증범위 확대를 위한 관련 제도 개정 추진 (‘19년 하반기)


화재사태 이후 보험료 급등*에 따른 업계 부담완화를 위해 단체보험 개발 등을 통해 보험인수 및 수가인하 지원도 병행한다.


* 보험요율(보험한도액 대비 보험가입액) : (‘18.6월) 0.23% → (‘19.4월) 0.88%


중장기적으로는 가정용·전기차 충전소용 ESS 등 신규수요를 적극 발굴하고, 전기차용 배터리의 ESS 재사용, ESS 배터리의 재사용·재활용 등을 통해 자원재활용 분야 신규 비즈니스 모델 창출 등도 지속 추진할 계획이다.


참고  ESS 화재사고 현황

 

순번

ESS 설비

용량


(MWh)

용도

설치지형

건물형태

사고일

운용기간

사고유형

1

한전고창


실증시험센터

1.46

풍력

해안가

컨테이너

17.08.02

-

설치 중


(보관)

2

경북 경산변전소

8.6

주파수

산지

컨테이너

18.05.02

110개월

수리


점검 중

3

전남 영암풍력

14

풍력

산지

조립식


패널

18.06.02

2


5개월

수리


점검중

4

전북 군산태양광

18.965

태양광

해안가

조립식


패널

18.06.15

6개월

충전 후 휴지 중

5

전남 해남태양광

2.99

태양광

해안가

조립식


패널

18.07.12

7개월

충전 후 휴지 중

6

경남 거창풍력

9.7

풍력

산지

조립식


패널

18.07.21

1


7개월

충전 후 휴지 중

7

세종 아세아제지

18

피크 제어

공장


지대

조립식


패널

18.07.28

-

설치 중


(시공)

8

영동 다니엘태양광

5.989

태양광

산지

조립식


패널

18.09.01

8개월

충전 후 휴지 중

9

태안


연실태양광

6

태양광

해안가

조립식


패널

18.09.07

-

설치 중


(시공)

10

한전


제주본부

0.18

태양광

상업


지역

콘크리트

18.09.14

4

충전 중

11

신용인 변전소

17.7

주파수

공장


주변

컨테이너

18.10.18

2


7개월

수리


점검중

12

영주


광현태양광

3.66

태양광

산지

조립식


패널

18.11.12

9개월

충전 후 휴지 중

13

천안 지산태양광

1.22

태양광

산지

조립식


패널

18.11.12

11개월

충전 후 휴지 중

14

문경 미래솔라

4.16

태양광

산지

조립식


패널

18.11.21

11개월

충전 후 휴지 중

15

거창 위천솔라

1.331

태양광

산지

조립식


패널

18.11.21

7개월

충전 후 휴지 중

16

제천 아세아시멘트

9.316

피크


제어

산지

조립식


패널

18.12.17

1

충전 후 휴지 중

17

삼척


궁촌리태양광

2.662

태양광

산지

지하


콘크리트

18.12.22

1

충전 후 휴지 중

18

양산 고려제강

3.289

피크


제어

공장


지대

콘크리트

19.01.14

10개월

충전 후 휴지 중

19

완도


태양광발전소

5.22

태양광

산지

조립실


패널

19.01.14

1


2개월

충전 중

20

장수 태양광발전소

2.496

태양광

산지

컨테이너

19.01.15

9개월

충전 후 휴지 중

21

울산 대성산업가스

46.757

피크


제어

공장


지대

콘크리트

19.01.21

7개월

충전 후 휴지 중

22

칠곡 디씨에너지

3.66

태양광

산지

조립식


패널

19.05.04

2


3개월

충전 후 휴지 중

23

장수


우주3

1.00

태양광

산지

조립식


패널

19.05.26

1

충전 후


방전 중

기사입력: 2019/06/12 [18:01]  최종편집: ⓒ safekoreanews
 
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