이재윤
(Jae-Yoon Lee)
1iD
정훈
(Hoon Jung)
2iD
김현식
(Hyun-Sik Kim)
3iD
노일래
(Il-Rea Noh)
4iD
이일무
(Il-Moo Lee)
†iD
-
(Reasercher, Korea Electric Engineers Association, Korea)
-
(Reasercher, Seoul University Future Innovation Institute, Korea)
-
(Reasercher, Korea Electric Engineers Association, Korea)
-
(Director, Korea Electric Engineers Association, Korea)
Copyright © The Korean Institute of Illuminating and Electrical Engineers(KIIEE)
Key words
Electrical energy storage system, Electrical safety management, Fire accident, Lithium-ion battery, Operation and maintenance, Solar power gird, Take over
1. 서 론
EESS(Electrical Energy Storage System)는 다양한 전압/전류를 제어하여 필요에 따라 전력 계통을 사용하거나 유휴에너지를
저장 및 사용할 수 있게 하는 시스템을 의미한다[1-3]. 이러한 EESS는 현재 전기안전관리자에게 생소한 설비로 인식되고 있으며, 산업통상부 주관 사고조사위 결과 중 화재 원인 요인으로 작업자 관리 부주의에
대한 결과가 도출되었다. 하지만, 현재까지도 EESS 산업은 설계와 효율성 측면에 초점이 맞춰져 있으며, 화재에 대한 안전 문제를 강조하고 있지만,
여전히 운용/유지관리 측면은 상세히 다루고 있지 않다. 대부분의 전기 관련 화재의 경우 해당 건물의 전기설비를 담당하는 전기안전관리자들이 책임지고
있으며, 전기안전관리자들이 EESS 화재사고에 대한 책임을 갖는 한편, EESS에 대해서 전기안전관리자의 운용관리 및 인수검수에 대한 항목을 명시한
국내외 표준이 없는 상황이다[4]. 또한, EESS 관련 표준을 개발하여 검사기준이나, 설비기준이 아닌 전기안전관리자 시선에서의 관리와 책임을 정립하고 있기 때문에, 현장에서 전기안전관리자가
겪는 불합리한 측면을 해소할 필요가 있다.
따라서, 본 논문에서는 제시하고자 하는 EESS 인수검수 지침을 통해 전기안전관리자에게 EESS가 실제 운영 환경에서 사용될 준비가 되었는지 최종적으로
확인하는 단계로써 검사에 합격한 계약 구성요소가 손상 또는 훼손이 없고 계약서 또는 납품서류 상의 수량대로 납품되었는지 여부를 확인하는 등에 대한
인수검수 시 지침을 제공하고자 한다.
2. 본 론
2.1. EESS 화재사고 사례 현황
EESS의 보급량이 증가하면서 ‘17～’21년 국내 EESS 화재 발생 현황 조사결과, 총 31건의 화재 유형 및 용도 별로 태양광연계형 21건⦁피크
부하 저감용 4건⦁풍력연계형 3건⦁주파수 조정용 2건 순으로 집계되었다. 산업통상자원부는 EESS 화재원인을 조사하기 위해 ‘민관합동 EESS 화재사고
원인조사위원회’를 두 차례 구성하여 여러 가지 추정 원인을 발표하였다(Table 1). 한 편, 2차 조사위 결과 사고 원인을 배터리 자체결함을 주요인으로 추정하였으나, 배터리 제조업체는 국외 EESS 화재사고가 빈번하지 않은 점을
근거로하여 화재 원인은 배터리 결함이 아닌 EESS 운영 관리 또는 설치환경이라고 반박하였다. 이에 따라, 운영관리 실태를 파악하기 위해 정부는 지난
2019년 기설치 EESS 397개소를 안전조치 이행대상으로 선정하였으나, 개소 중 122개소만이 현 안전조치를 이행한 것으로 확인되었다[5]. 이러한 안전조치를 이행에 대한 소극적인 태도는 전기안전관리자에 대한 명확한 O&M(Operation and Maintenance)의 기준이 확립되지
않은 것으로 판단된다. 정부는 제9차 전력수급기본계획, 탄소중립 등 재생에너지를 확대하면서, EESS의 필요성을 강조하고 있지만 화재 원인에 대한
명확한 규명이 없을 뿐만 아니라, 화재방지의 안전조치라는 기초적인 관리도 미흡한 상황으로 판단된다.
Table 1. Results of EESS 1st, 2nd and 3rd Fire Accident Investigation Committee [6-8]
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구분
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1차 조사
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2차 조사
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3차 조사
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주체
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민관합동 조사위원회
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EESS사고 조사단
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전문가 조사단
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시기
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‘19. 1-6
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‘19. 10 - ’20. 2
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‘21. 5 - ’22. 4
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배터리 결함
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백화점식 원인
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배터리 발화
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배터리 발화
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배터리 발화
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가능성
낮음
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가능성
매우 높음
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가능성
매우 높음
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안전대책
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종합적이고 광범위함
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충전율
(SOC) 하향
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충전율
(SOC) 하향
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EESS 운영기록
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대부분 없음
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대부분 있음
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대부분 있음
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불확실성 해소
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원인규명
실패
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과학적 설득력 미비
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제도적 개선
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2.2. 국내외 EESS 기준 및 표준 현황
EESS용 리튬배터리 국제표준은 SBA A 1101이라는 산업용 리튬배터리 성능과 안전성 시험방법에 대한 단체표준을 일본에서 제정하였으며, 이를 국제표준으로
제안하여 IEC 62620(성능)[9]과 62619(안전성)[10]이 제정되었다. 일본은 제안한 표준을 umbrella 표준으로 정의하였으며, EESS는 기존의 다양한 산업용 배터리를 시스템으로 구성한 제품으로 그
대표적인 사례가 UPS(Uninterruptible Power System)이다. IEC 62620과 62619는 가정 백업용인 UPS 기능을 포함하고,
신재생에너지 연계 등 사용 용도가 다양화되어 향후 관련 제품의 기술이 상세해지는 경우 정치형, ESS용, UPS용 AGV(Automated Guided
Vehicle), 철도 등 용도별로 세분화가 필요하다. 따라서, 현재 IEC TC21/SC21A WG5에서 EESS용 리튬배터리의 안전성 표준인 IEC
63056[11]이 개발되어 '20. 2월 제정 완료되었으나, 운용관리에 내용이 포함되어있지 않아 향후 개정이 필요할 것으로 사료된다.
3. EESS 인수검수 요구사항
3.1 일반사항
EESS 인수검수 시 원활한 인수 및 운용관리를 위해 발주자의 감독관 또는 감리업체와의 협의를 통한 인수계획서 수령이 필요하며 인수 범위, 내용,
일정, 장소 등을 확인하여 추가 요청사항이 발생할 경우 발주자 또는 감리업체에 요청해야 한다. 이러한 인수계획서 이외 고려해야 할 사항은 Table 2에 나타낸바 와 같이 운용관리에 차질이 발생하지 않도록 전기안전관리자는 인수검수 절차를 이행해야 하며, 시험계획서, 매뉴얼, 계산서, 시방서 등과
같이 도서의 수령 및 보관의 경우 전자파일 형식의 설계도서, CAD 파일형식의 도면, 준/착공 서류나 도면을 인수 해야한다.
Table 2. EESS Takeover inspection procedure
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No
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내용
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1
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인수 계획서 수령
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2
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인수성능시험 입회
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3
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인수 서류 수령
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4
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인수 서류 검토
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5
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전체적인 EESS 설명 청취
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6
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시운전 및 조작법 교육
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7
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기자재 등의 수량 조사
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8
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유지보수 예비품 인수
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9
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각종 계량기 검침 확인
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10
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주요 하자사항 처리결과 및 처리계획 수령
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11
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인수검수서 작성
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3.2. 성능시험
EESS의 인수성능시험은 발주자의 감독관, EESS 시공사, 감리업체와의 협조하에 동작 기능시험, 출력 지령 기능시험, 운전 모드 변화 시험, 비상정지
기능시험, PCS(Power Control System)/배터리 데이터 모니터링 시험, 배터리 용량보증 시험(PMS(Power Management
System) 자동운전) 등을 포함하는 현장 인수성능시험에 반드시 입회하여야 하며, 부하운전시험을 통하여, 배터리, PCS 등의 주요 설비의 이상
여부를 판단하여야 한다. 이때, 성능시험 시 주의사항으로는 시공사로부터 시험설명이 포함된 시험 절차서 수령법과 시험방법/순서/판정 기준 등을 확인해야
하며, 시험조건/범위/실시 횟수를 확인해야 한다.
3.3. 교육훈련
발주자가 지정한 시공사(분야별 전문가 및 O&M 유경험자 참가) 등에 의해서 EESS 운용관리에 필요한 교육을 충분히 받아야 하며, 발주자가 지정한
동등 이상의 교육기관에서 제공하는 영상 및 시뮬레이션 교육 등이 포함되어야 한다. 또한, 발주자 및 시공사와 협의하여 EESS 교육 대상, 교육 기간,
교육 장소를 결정한 후에 EESS 운영, 사용, 유지관리, 수리 및 대응, 비상계획 수립 및 훈련 관련 교육을 받아야 한다. 현장기반 교육에는 현장
접근 및 탈출, 화재진압시스템 해제, 계통 분리 등 Table 3의 내용이 수록되어 다양한 그림과 계통도를 포함한 교육용 교재를 수록해야 한다. PMS/EMS(Energy Management System)에 대해서
배터리 충방전 상태⦁내부온도, 랙/모듈별 전압 및 SOC(State of Charge) 정보 등 BMS(Battery Management System)에서
제공하는 모든 정보 및 선택된 정보⦁운용값, 계측값, 운전이력, 운전 설정값 및 시간 표시, 차단기 등의 기기 동작 상태 및 전원 입출력 상태 표시⦁경보표시(경보
확인 및 복귀 기능, 경보 레벨 설정, 경보 내역 저장 기능) 및 BMS의 안전전환 교육받아야 한다.
Table 3. Items to receive educational materials
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No
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내용
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1
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시스템에 대한 기본적인 흐름도
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2
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설비에 대한 제어방법과 매뉴얼(계통보호 방법 등)
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3
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설비의 조작 취급요령
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4
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설비 이상시 조치방법
(시운전 시험시 발생된 오류 사례 포함)
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5
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염해 등 특수처리(해당시)
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6
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점검항목, 점검 보수요령(DC 전류 측정 방법 등)
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7
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위험요소 분류(시공시 발생된 사고 사례) 및 안전보건요령(hazard and operability studies 포함)
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8
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비상계획 수립 및 훈련요령
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9
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화재, 수해, 지진 등에 대한 대책
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10
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관련 규정 및 기타사항
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3.4. 취급 도서 및 문서
EESS의 시운전 및 준공에 참여 및 시공사, 감리업자와 협조하여 설비 취급설명서, 설계도면, 설비 운용지침서 등 서류 Table 4를 인계받아 EESS 운용관리에 차질이 발생하지 않도록 준공전 필요한 모든 조치를 이행해야 하고, 서류의 부본 또는 사본을 정리 보관하여야 한다.
기시설에 EESS만 추가된 경우, 발주자가 대여한 기존 도서 및 도면의 보관 여부를 확인해야 한다.
Table 4. EESS document takeover
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No
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내용
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1
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시스템에 대한 기본적인 흐름도
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2
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설비에 대한 제어방법과 매뉴얼(계통보호 방법 등)
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3
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설비의 조작 취급요령
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4
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설비 이상시 조치방법
(시운전 시험시 발생된 오류 사례 포함)
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5
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염해 등 특수처리(해당시)
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6
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점검항목, 점검 보수요령(DC 전류 측정 방법 등)
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7
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위험요소 분류(시공시 발생된 사고 사례) 및 안전보건요령(hazard and operability studies 포함)
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8
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비상계획 수립 및 훈련요령
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9
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화재, 수해, 지진 등에 대한 대책
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10
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관련 규정 및 기타사항
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4. 결 론
최근 EESS의 활용 및 보급이 증가하면서, 화재 및 폭발과 관련된 안전사고도 증가하고 있다. EESS의 화재나 폭발은 단순 사고가 아닌 인명 피해를
줄 수 있는 안전사고로써 예방과 관리가 반드시 요구된다. 또한, EESS에서 화재가 발생하면 배터리를 포함한 설비가 모두 연소하기 때문에 사고 원인에
대한 명확한 원인 규명 없이 추측성 이론들만 무성한 상황이다. 또한, EESS의 경우 화재 발생 시 열폭주 현상, 소화약재개발 미흡 등으로 인해 피해
규모가 확대되는 것을 차단하기 어려운 상황이므로, 사후관리보다 사전예방이 중요하다. 따라서, 안전하고 효율적인 운용을 위해 발주자와 안전관리자 간
인수검수에 대한 지침서가 필요하다고 판단되며, 본 논문에서 제시한 인수검수 지침서를 통해 미래 재생에너지 관련 분야에서 가장 우선시 되어야 하는 EESS의
사고 예방과 동시에 전기안전관리자에게 명확한 업무영역 및 권한 부여에 기틀을 마련할 것으로 기대된다.
이 논문은 한국조명·전기설비학회 2020년도 추계학술대회에서 발표하고 우수추천논문으로 선정된 논문임.
Acknowledgement
본 연구는 산업통상자원부(한국에너지기술평가원)지원을 받아 수행한 ‘ESS 설치공간의 화재 예방‧차단 시스템 및 유지관리 가이드라인 개발’ 관련
연구로써 관계부처에 감사의 글을 드립니다.
References
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Energy Storage Systems,” Journal of the Korea Institute of Information and Communication
Engineering, Vol. 19, No. 3, pp. 596-606, 2015.
C. W. Chan, J. Ling-Chin, and A. P. Roskilly, “A Review of Chemical Heat Pumps, Thermodynamic
Cycles and Thermal Energy Storage Technologies for Low Grade Heat Utilisation,” Applied
Thermal Eng., Vol. 50, No. 11, pp. 1257-1273, 2012.
X. Tan, Q. Li, and H. Wang, “Advances and Trends of Energy Storage Technology in Microgrid,”
Electr. Power Energy Syst., Vol. 44, No. 4, pp. 179-191, 2013.
Qingson Wang, Binbin Mao, Stanislav I. Stoliarov, and Jinhua Sun, “A Review of Lithium
Ion Battery Failure Mechanisms and Fire Prevention Strategies,” Progress in Energy
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Product Safety Policy Division, Ministry of Trade, Industry and Energy “EESS Announcement
of the Results of the 1st and 2nd Accident Investigation Committee and Safety Reinforcement,”
2020.
Haisheng Chen, et al., “Progress in Electrical Energy Storage System: A Critical
Review,” Progress in Natural Science, Vol. 19, No. 3, pp. 291-312, 2009.
Kwang-Muk Park, et al., “A Study on the Fire Risk of ESS through Fire Status and Field
Investigation,” Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 32, No. 6, pp.
91-99, 2018.
IEC 62619 : Safety Requirements for Secondary Lithium Cells and Batteries, for Use
in Industrial Applications, 2019.
IEC 62620 : Secondary Cells and Batteries Containing Alkaline or Other Non-acid Electrolytes
- Secondary Lithium Cells and Batteries for Use in Industrial Applications, 2014.
Ministry of Trade, Industry and Energy : Energy Storage System (ESS) Safety Reinforcement
Measures Press Release, 2022.
IEC 63056 : Secondary Cells and Batteries Containing Alkaline or Other Non-acid Electrolytes
- Safety Requirements for Secondary Lithium Cells and Batteries for Use in Electrical
Energy Storage Systems, 2020.
Biography
He received the B.S. and M.S. degree in electrical engineering from HongIk University
in 2013 and 2015, respectively. He has been a Department Manager in Department of
Research at Korea Electric Engineers Association. His research interests are in power
system engineering.
He received the B.S. degree in electrical engineering from Nam Seoul University,
Korea, in 2018. He received M.S degree in electrical engineering from InHa University,
Korea, in 2020. He has been a researcher in Department of Research at Seoul University
Future Innovation Institute. His research interests include analysis for Power system
and electronic materials.
He received the B.S. degree in electrical engineering from Suwon University, Korea,
in 2015. He has been a researcher in Department of Research at Korea Electric Engineers
Association. His research interests include Microgird and ESS.
He received the B.S. degree in electrical engineering from Soong Sil University,
Korea, in 2005. He has been a director in Department of Research at Korea Electric
Engineers Association. His research interests include Power Grid Distribution.
He received the M.S. and Ph.D. degree in electrical engineering from HongIk University
in 1991, 2001 and 2003, respectively. He has been a Team Leader in Department of Research
at Korea Electric Engineers Association. His research interests include power supply
system for high voltages and power quality of the system.