1. 서 론

환경오염으로 지구 온난화 등 기후변화 문제가 심해짐에 따라 전 세계적으로 2050년 탄소중립을 목표로 태양광·풍력 같은 재생에너지나 원자력 같은 無탄소 에너지 발전 방식을 늘리려 하고 있다. 그러나 無탄소 에너지 발전은 탄소 배출이 없는 대신 발전량 조절이 어려워 실시간 수요에 따른 발전량을 공급하기 어렵다는 한계가 있다.

이 때문에 EESS(Electrical Energy Storage System)의 필요성이 요구된다. EESS란 대량의 이차전지(배터리) 등을 활용해 전기를 충전했다가 필요할 때 방전하는 설비로 에너지 산업의 탄소중립 추진 과정에서 수요 추종이 어려운 無탄소 에너지 발전원의 증가에 따라 수요가 늘어날 것으로 예상된다^[1].

이에 따라 국내에도 2020년 10월 28일, 국회 시정연설에서 2050 탄소중립 목표를 선언하였으며, ‘2050 장기저탄소발전전략’과 ‘2030 국가온실가스감축목표’ 정부안이 확정되었다^[2].

그러나 2050 탄소중립 전략과 맞물려 EESS의 설치 개소 및 설비용량이 2020년까지 대폭 증가한 것에 반해, 2021년에는 127개소, 359MWh에 그치는 등 2020년까지의 증가율에 비해 하락하는 것을 보였다.

그림 1. 글로벌EESS 누적 설치량 전망(좌), 글로벌EESS 연간 시장규모(우) ^[1]

Fig. 1. Global EESS cumulative installation forecast (left), global EESS annual market size (right)

그 원인으로 전력시장 개편 과정에서 EESS 설치 혜택이 축소된 것과 EESS 보급 확대와 동시에 EESS 화재 사고 건수가 늘어남에 따른 국민들의 불안감 증대로 EESS의 신뢰도가 하락하여 수요와 공급이 모두 줄어든 것으로 보인다.

산업통상자원부에서는 ‘ESS 화재사고 원인조사 위원회’를 구성하여 1~3차에 걸쳐 EESS 화재 원인을 상세히 조사하였다. 1차 조사 결과에 따르면 화재사고의 원인을 인재(人災)로 결론짓고 운영환경 관리 미흡 등을 그 원인으로 지목하였으며^[3], 2⋅3차 조사위의 조사결과에서는 배터리 자체의 결함에 따른 화재로 추정된다고 결론지었다.

그림 2. 연도별, 용도별 국내 EESS 신규 설치개소 및 발전량 현황(한국전기안전공사)

Fig. 2. Status of new installation locations and power generation in Korea by year and use

본 연구에서는 EESS 화재 원인으로 지목되었던 배터리 자체의 결함과 운영환경 관리 미흡 중 배터리 자체의 결함은 EESS 소유자가 결함을 발견하고 위해도를 줄이기는 어렵다고 판단하여, 운영환경 관리를 통하여 위해도를 줄이고자 할 때, EESS 운용 안전성에 영향을 줄 수 있는 환경적 요인을 설정하여 관리함으로써 위해도를 최소화할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

2. EESS 운용관리 시 위해요인 항목

2.1 국내 관련 기준 및 표준 조사

한국산업표준 ‘KS C IEC 60364-5-51 건축 전기설비-제5-51부:전기기기의 선정 및 시공-공통규칙’의 ‘512.2 외부 영향’에서는 전기기기가 받을 수 있는 외부 영향과 이에 따라 요구되는 전기기기의 특성을 정하고 있는 것을 확인하였다^[4].

이러한 외부 영향은 EESS 설비에도 적용가능하며, 요구되는 전기기기의 특성을 고려한 선정은 적절한 기능뿐만 아니라 안전보호대책의 신뢰성을 보장하기 위해 필수적으로 고려되어야 할 사항이다. 이에 전기기기에 영향을 미치는 위해요인을 ‘KS C IEC 60364-5-51의 표 51A-외부 영향과 특성’에 따라서 [표 1]으로 요약한다.

2.2 국외 관련 기준 및 표준 조사

국외 문서 ‘DNVGL-RP–0043-Recommended Practice- Safety Operation and Performance of Grid-connected Energy’의 ‘SECTION 8 환경 분석’에서 EESS에 영향을 미칠 수 있는 특징적인 환경 위해요인에 대하여 기술하고 있으며 해당 내용은 아래의 문서들을 참조하여 작성된 것을 확인하였다^[5].

- ISO 가이드 64, 제품 표준의 환경 문제 해결을 위한 가이드, 2008년 제2판

- IEC 62430, 전기 및 전자 제품을 위한 친환경 설계, 1.0판 2009‑02

- IEC 62545, 전기 및 전자 장비에 대한 환경 정보(EIEEE), 에디션 1.0 2008 01.

위 문서들에서는 EESS가 환경에 미치는 영향과 환경이 EESS에 미치는 영향을 구분하여 분석하고 있으며, 해당 내용을 [표 2]에서 EESS 설비의 운용환경 관리를 위한 위해요인 항목과 고려사항으로 요약하였다.

2.3 EESS에 영향을 미치는 위해요인 항목 도출

EESS에 영향을 미치는 위해요인 항목 도출을 위하여 국내·외 표준 및 기준을 조사·분석하여 정리한 결과 [표 3]과 같이 EESS 위해요인 항목이 도출되었다.

표 3 EESS에 영향을 미치는 위해요인 항목

Table 3 Hazardous Factors affecting EESS

고려 조건	EESS 위해요인 항목
환경이 EESS에 미치는 영향	온도
	물과 습기
	주변 압력
	외부 공기 노출(이물질)
	동식물
	지진 또는 진동
	낙뢰

그림 3. EESS 화재사고 원인조사 활동 및 시험실증 결과^[3]

Fig. 3. EESS Causes of Fire Accident Investigation Activities and Test and Demonstration Results

2.4 국내 사고사례를 통한 위해요인 항목 도출

국내에서 발생한 23개 EESS 화재 사고원인에 대하여 ‘ESS 화재사고 원인조사 위원회’에서 조사를 진행하였다. 화재사고 원인조사 활동 및 시험실증 결과 추정되는 사고원인 중 ‘운영환경관리 미흡’으로 인한 EESS 화재는 수분 및 분진 등, 산지 및 해안가에 설치된 경우 큰 일교차로 인한 결로 현상과 다량의 먼지 등에 노출되기 쉬운 가혹한 환경에서 운영되어 배터리 모듈 내에 결로의 생성과 건조가 반복되면서 먼지가 눌어붙을 수 있으며, 이로 인해 셀과 모듈 외함 간 접지부분에서 절연이 파괴되어 화재가 발생할 수 있는 것을 확인하였다^[2]. 그리고 ‘ESS 화재사고 원인조사 위원회’의 화재사고 원인조사 활동 및 시험실증 결과를 통해 [그림 3]과 같이 온도, 물과 습기로 인한 결로 현상이 EESS 화재사고의 주요한 원인중 하나임을 확인하였다.

[2.3장]에서 국내·외 표준 및 기준 조사·분석을 통해 EESS 위해요인으로 도출된[표 3]의 환경적 위해요인의 각 항목별 운용관리 요구사항 중 온⋅습도관리를 통해 결로 현상을 방지하기 위한 대책을 중점적으로 마련하고 그 외 다른 항목들에 대한 운용관리 요구사항에 대한 국내·외 표준 및 가이드라인을 검토하고자 한다.

3.1 EESS 설치지역의 온·습도 데이터 조사^[6]

EESS 설치지역에 대한 결로 현상과 온⋅습도의 관련성을 확인하기 위하여 2022년 7월 기준으로 전국 총 2,729개소에 설치된 EESS 중 96개소(서울경기 9개, 강원영동 5개, 강원영서 9개, 충북 6개, 충남 7개, 경북 15개, 경남 14개, 전북 10개, 전남 17개, 제주 4개 지역)를 대상으로 2017년도부터 2021년도까지 5년간의 온도 및 습도 데이터를 조사하였다.

온ㆍ습도 등의 기후 데이터를 이용하여 결로가 발생한 EESS 설치지역의 평균기온, 평균 최고기온, 최고기온, 평균 최저기온, 최저기온의 5가지 항목으로 나누어 분류하였다.

항목별 분류한 데이터를 토대로 결로가 발생하는 내부와 외부의 온도차를 알아보기 위해 EESS에서 일반적으로 사용되는 공조온도 기준인 23℃를 기준으로 하여, 결로가 발생한 날짜의 기온과 EESS 설치공간의 공조온도와의 온도차를 [TABLE 표 4, 표 5, 표 6, 표 7, 표 8]로 나타냈다.

공조온도와 각 온도 차이의 최솟값에 대하여 항목별로 최소 온도차 결로 발생 월, 최소 온도차, 발생지역, 평균 상대습도에 대하여 분석하였으며, 분석결과는 아래의 [표 9]와 같다.

최고기온에서는 대관령의 공조온도와 최소 온도차가 11.2℃, 평균 상대습도가 91%일 때 결로가 발생했다. 평균 최고기온에서는 제주의 공조온도와 최소 온도차가 17.4℃, 평균 상대습도가 60%일 때 결로가 발생한 것으로 조사되었다.