[에너지현장] ESS 안전 요구사항 KS표준 제정(안) 공청회
2019-03-01

사업 잠정 중단된 ESS 관련 업계 참여도 높아
안전 위해요인 9개 항목 추려내 관리방법 제시
ESS 안전 요구사항 KS표준 제정(안) 공청회

산업통상자원부에 따르면, ESS(에너지저장장치) 화재사고는 2017년 8월 최초 발생 이후 올해 1월까지 21건이 발생했다. 더 큰 화재 발생을 우려한 산자부는 화재 시 대규모 인명피해가 우려되는 다중이용시설의 ESS에 대해서는 불가피하게 가동중단을 요청하기에 이르렀다. 이에 따라 ESS 관련 업계들은 사업의 추진 자체가 어렵게 됐다. 업계의 다급한 상황이 반영된 탓인지, 지난 1월 31일 서울 한국기술센터 국제회의실에서 진행된 <전기에너지저장시스템 안전 요구사항 KS표준(안) 공청회>에는 200여 개의 지정석을 훨씬 뛰어넘는 300여 명의 참석자가 몰려들었다.

글과 사진 김경한 기자

이번 공청회에서 발표한 ‘ESS 안전 요구사항 KS표준 제정(안)‘은 국가기술표준원에서 지난해 8월부터 논의를 시작했으며, 그동안 진행된 해외 관련 표준안을 바탕으로 1월 18일에 마련한 후 이번에 공개한 것이다.

국가기술표준원 양희찬 연구관에 따르면, IEC(국제전기기술위원회)는 2020년 2월까지 국제표준을 완료할 예정이다. 하지만 국제표준이 제정되고 나서도 국가표준을 도입하려면 1년 이상의 시간이 걸리므로 너무 많은 시간을 지체하게 된다. 이에 따라 국가기술표준원은 국제표준이 제정되기 전에 미리 KS표준을 준비해서 신속히 국내에 보급할 목적으로 KS표준안 제정을 추진하면서 이번 공청회를 마련한 것이다.

ESS 안전 위해선 계통 전체 알아야
한국기술교육대학교 노대석 교수가‘ESS 안전 요구사항 KS표준 제정(안)’의 내용을 참석자들에게 상세히 설명하고 있다.
 
‘ESS 안전 요구사항 KS표준 제정(안)‘은 IEC 62933-5-2를 기초로 국내 실정에 맞게 작성한 한국산업표준이다. 이 표준(안)은 계통연계형 ‘전기화학적’ ESS의 설계, 제조, 공급, 운용 및 유지보수에 적용된다. 또한 IEC/TS 629330501부에 제시된 일반 안전에서 다루지 못한 ESS의 전기화학적 저장 서브시스템 사용에서 발생하는 (화재뿐만 아니라) 추가적인 안전규정을 담고 있다. 즉, 현재 알려져 있는 서브시스템 간의 상호작용에 기인하는 전기화학적 ESS의 위해성으로 인해 발생하는 위해 또는 손상의 위험을 줄이기 위해 하나의 시스템으로서 전기화학적 에너지저장시스템의 안전 요구사항을 규정하고 있다.

이번 공청회에서 KS표준(안)을 설명한 한국기술교육대학교 노대석 교수(ESS 표준기술연구회 위원장)는 ESS의 안전을 확보하기 위해서는 계통 전체를 알아야 한다고 강조했다.

노 교수는 “흔히 PCS는 PCS만 완벽하고, 통신은 통신만 완벽하고, 그리드는 그리드만 완벽하면 된다고 생각하지만 이는 잘못된 것”이라며, “ESS 설치 시에 PCS, 배터리, 통신 등 각 시스템을 서로 잘 알아야 안전과 관련된 위해요인을 저감할 수 있다”고 말했다.

ESS 설계 시 요구사항
노대석 교수는 “이번 표준(안)에서 ESS 안전 위해요인을 9가지로 구분하고 각 위험에 대해 ESS 설계 시 요구사항을 규정했다”고 설명했다. 9가지 위해요인은 ▲전기, ▲기계, ▲폭발, ▲전자기장, ▲화재, ▲온도, ▲화학, ▲통신 오작동, ▲환경이며, 이를 바탕으로 한 ‘BESS(배터리에너지저장시스템)의 본질적인 안전 설계’는 다음과 같다.

첫째, 전기적 위해 요인으로부터 보호해야 한다. ELV 이상의 위험 전압을 포함하는 BESS의 서브시스템 및 구성요소의 충전부에는 사람이 접근할 수 없어야 한다. 감전 유발 가능성이 있는 BESS의 부분은 안전하게 차폐 처리되어야 한다. 또한 단일 절연 고장을 통해 위험 전압과 접촉할 수 있는 BESS의 모든 도전성이 있는 부위는 일반적인 전기 표준에 의거해 접지해야 한다. 과전류 보호 기능도 구비돼야 한다.

둘째, 기계적 위해성으로부터 보호해아 한다. 사람들이 접촉할 수 있는 구성요소에는 날카로운 가장자리가 없어야 한다. 가장자리나 모서리가 동작 중에 또는 장비 내의 위치에 따라 직원에게 위해성을 줄 수 있는 경우, 둥글게 처리하거나 매끄럽게 처리해야 한다.

셋째, 폭발로부터 보호해야 한다. 배터리 서브시스템의 가스 또는 열배출 경로에 가연성 물질을 두지 않아야 한다. 폭발 위험 구역에 위치하는 제어 서브시스템 및 그 구성요소는 해당 IEC 60079 시리즈 표준에 준하는 폭발 방지 구조로 설계돼야 한다.

넷째, 전기장, 자기장 및 전자기장에 의한 위해요인으로부터 보호해야 한다. BESS의 안전 관련 서브시스템의 안전 기능은 전기장, 자기장 및 전자기장에 의해 방해받지 않아야 한다. 잡음에 의한 기능 장애로부터도 BESS를 보호해야 한다.

다섯째, 화재 위해요인으로부터 보호해야 한다. 배터리 서브 시스템 및 그 주변은 연쇄 열화학 반응 또는 화재 전이를 방지하는 적절한 이격거리 또는 열적 방벽(Thermal barriers)를 갖추도록 설계돼야 한다. 또한 BESS 내부는 배터리부, 충전장치부(PCS), 회로차단기 및 방전회로부를 방화 구획을 이용해 분리해야 한다.

여섯째, 온도 위해요인으로부터 보호해야 한다. 고온의 구성요소에는 사람이 접근할 수 없어야 한다. 화상을 초래할 가능성이 있는 부분은 안전하게 차폐 처리해야 한다. 그 외에도 금속판과 같은 단열 구획 또는 적절한 물리적 이격거리를 배터리 서브시스템과 제어 서브시스템 사이에 설치해야 한다.

일곱째, 화학적 요인으로부터 보호해야 한다. BESS의 외함 및 전선에 사용되는 재료의 선택은 현지 규정에 따라 열화, 부식, 마모(장기 사용으로 인한) 및 독성을 고려해야 한다. 특정 절연 물질의 전기적 및 기계적 특성의 장기적 열화도 고려해야 한다.

여덟째, 인적 요소에 기인하는 위해요인으로부터 보호해야 한다. BESS 내의 서브시스템 구조는 운용자가 위해 부분, 구간 및 상태를 인식하는 것을 방해하지 않아야 한다. 또한 장비는 기계적 또는 전기적 과부하나 고장, 비정상적인 동작 또는 부주의한 사용으로 인한 화재 또는 감전 위험을 최대한 억제할 수 있도록 설계돼야 한다.

아홉째, 환경에 기인하는 위해요인으로부터 보호해야 한다. BESS는 ▲수분 유입, ▲지진, ▲해양 환경(염수 분무)에 노출되더라도 위해 상황을 방지하도록 설계돼야 한다. 노대석 교수는 환경에 기인하는 위해요인이 향후 점점 더 큰 이슈로 다가올 것으로 분석했다.

비상 시 필요한 ‘가드 및 보호 조치’
표준안은 BESS의 본질적인 안전 설계 외에도 주로 비상사태 발생 시에 진행하는 ‘가드 및 보호 조치’도 필요하다고 명시하고 있다. 안전에 중요한 구성요소가 고장나거나 비정상적으로 동작할 경우, 시스템은 자동으로 안전 상태로 전환돼야 한다는 것이다.

이와 더불어 접근 통제는 ESS의 안전한 운전에 필수적이므로, 적절한 잠금장치와 개인 식별 수단이 시스템 설계에 포함돼야 한다. 조작자가 접근할 수 있는 구역에 본 표준에서 제시한 일반적으로 위험을 유발하는 구역이 포함되는 경우 안전 인터록도 제공돼야 한다.

만약 전원의 차단 및 에너지 손실이 적절하지 않다면, 예상치 못한 동작을 방지하기 위해 또 다른 조치도 취해야 한다.

또한 모든 배터리 서브시스템의 BMS(Battery Management System)는 해당 표준이 요구하는 배터리의 모든 관련 안전 파라미터를 모니터링하고 해당 파라미터를 제어 서브시스템에 보고해야 한다.

표준안에서는 가드 및 보호 조치가 필요한 위해요인으로 ▲전기, ▲기계, ▲폭발, ▲전자기장, ▲화재, ▲온도, ▲화학 등 7가지 항목을 들고 있다.

전기적 위해요인으로부터 보호하기 위해서는 보호장치와 전기회로가 단락으로부터 회로를 보호할 수 있도록 단락 용량을 만족해야 한다. 기계적 위해요인으로는 위험부로의 접근을 막는 보호장치를 갖춘 BESS 외함은 예상되는 기계적 오용으로 인한 기계적 손상을 방지할 수 있을 만큼 견고해야 한다. 폭발 위해요인으로는 배터리 서브시스템에 의해 발생된 인화성 가스의 감지 시스템이 BESS가 설치된 현장에 구비돼야 한다. 화재 위해요인으로는 BESS 위치 내에 화재 감지 시스템, 청각 경보 및 시각 신호를 이용하는 화재경보기 및 소화기가 작업자의 시야 범위 내에 구비돼 있어야 한다. 온도 위해요인으로는 위험한 고온 조건을 방지하기 위한 적절한 온도 모니터링 기능이 있어야 한다. 화학적 위해요인으로는 배터리 서브시스템에서 발생되는 유독 가스 감지 시스템이 BESS 현장에 구비돼 있어야 한다.

수명주기 연장 위해 ‘정기점검’은 필수
이 외에도 표준안에는 ESS 수명주기를 연장하기 위한 ▲운전 및 유지보수 계획, ▲예방 유지보수, ▲시스템 안정성의 측정 및 모니터링, ▲직원 교육을 명시하고 있다. 노대석 교수는 “ESS 설치 후에는 상시점검이 이뤄지지 않고 있으며, 점검 기준안이 하루 속히 마련돼야 한다”고 역설하며, 수명주기 안전관리의 중요성을 강조했다.

먼저, 운전 및 유지보수 계획으로는 안전을 위한 비상 대응 계획을 준비해야 하며, 안전매뉴얼에 BESS 문제의 전달방법, 현지 소방기관, 작업자 및 주변 거주자에 대한 경고, 절연 도구의 올바른 사용에 관한 설명 등을 포함해야 함을 제시했다. 예방 유지 보수로는 정기 유지보수 일정을 제조사 또는 시스템 통합사(SI업체)가 수립해야 하며, 정기 유지보수 일정에는 사용 빈도, 경과 시간 및 주변 환경에 대한 고려가 포함돼야 한다. 시스템의 안정성을 측정하고 모니터링해야 할 BESS 파라미터는 전압, 전류, 온도, 충전 상태 및 방전량을 포함해야 한다. 마지막으로 직원교육으로는 안전 기술 및 정보를 포함한 교육을 진행해야 하며, 설치 단계에서 BESS 제공자 및 서브시스템 제조사는 소유자 및 운용자에게 동작 및 안전 매뉴얼을 제공해야 한다.

표준안 마지막에는 부속서 A~D를 추가해 본서에서 다루지 못한 내용들을 다루고 있다. 그 내용으로는 상용 배터리의 종류, 대규모 화재시험방법 및 환경 위해요인에 대한 보호 시험방법 등을 명시하고 있다.

속 타는 ESS 업계 질문 쏟아져
한 참석자가 KS표준(안)의 진행 상황에 대해 질문하고 있다.

ESS 안전 요구사항 KS표준(안)에 대한 발표가 끝난 후에는 질의응답 시간이 진행됐는데, 현장의 열기를 반응하듯 다양한 제안과 질문이 쏟아져 나왔다.

제안 사항으로는 ESS 화재사태는 출고 후 1년 이상 된 노후배터리로 인한 것이 대부분이라는 의견과 배터리셀 내부에 수소가스가 25%를 차지하면서 폭발하는 것이 열 폭주의 원인이라는 의견이 제시됐다.

질문 사항으로 해양 관련 연구원에서는 부속서의 환경시험에서 해양환경 시험에 대해 다루고 있는데, 이에 대한 구체적인 시험방법이 명시되지 않은 것 같다고 지적했다. 이에 대해 노대석 교수는 앞으로 나라별로 상세한 시험내역이 들어오면, 다양한 시험기관과 함께 합리적인 선에서 결정해 나갈 예정이라고 해명했다.

한 ESS 관련 업체는 “현재 화재사고로 인해 사업이 전반적으로 멈춰있다”고 밝히며 현장의 고충을 털어놨다. 그러면서 “KS표준안 제정 이후, 실행기관의 인증제도나 실행방법 등의 절차가 어떻게 진행될 것인지 궁금하다”고 물었다. 이에 양희찬 연구관(국가기술표준원)은 “이번 표준안은 설계부터, 유지보수, 시험까지 포괄적인 표준으로 시험방법과 같은 구체적인 사항은 없는 상태”라며, “이번 표준안 제정은 이러한 사항을 시험기관들과 연관해서 분석해가며 채워나가기 위한 시발점이라고 보면 된다. 그러므로 시험기관들과 하루 빨리 공유하고 준비하는 작업을 진행해 나가겠다”고 답변했다.

한편, ‘ESS 안전 요구사항 KS표준 제정(안)’은 e나라 표준인증 홈페이지(http://standard.go.kr) - 국가표준 - 표준화 활동 - KS예고고시 - ‘KS_C_NEW_2019_3729 등 1종 제정 예고고시’에서 확인 가능하다. 국가기술표준원은 1월 29일부터 3월 30일까지 60일간 예고고시 기간을 통해 의견을 수렴한 후, 4월 중에 KS표준을 제정할 예정이다. 

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