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세계 최대 규모 ESS 화재 안전성 검증센터…KTC “안전한 ESS 보급 지원”
세계 주요국이 탄소중립과 에너지 효율성을 확보하기 위해 신재생에너지 확대에 박차를 가하고 있는 상황에서 '에너지저장장치(ESS)'에 대한 중요성도 부각되고 있다. 생산된 에너지를 전기로 저장하고 공급하기 위해서는 ESS가 필수적이기 때문이다.
ESS시장의 규모가 급격하게 성장할 것으로 예상되는 가운데 한국기계전기전자시험연구원(이하 KTC)과 한국건설생활환경시험연구원(KCL)은 안전한 ESS 보급을 위해 강원 삼척에 세계 최대 규모의 ESS 화재 안전성 검증센터(이하 검증센터)를 구축했다.
△ESS 화재 안전성 검증센터 30MW급 발열량 측정 장치
국내 유일의 ESS 화재 안전 원스톱 시험·인증 인프라 갖춰
KTC에 따르면 검증센터에는 대형 집진기, 30메가와트(MW)급 발열량 측정 장치, 이동식 스프링클러 시스템, 전기적 위해 평가 장비 등 거대한 규모의 설비들이 갖춰져 있다. 특히 30MW급 발열량 측정 장치 후드는 지름이 15미터(m)에 달한다.
김영탁 KTC 배터리센터 책임연구원은 “검증센터는 정부 핵심 정책지원 사업 중 하나로, 안전한 ESS 사용 환경 조성을 목표로 구축됐다”면서 “정확한 ESS 화재 사고 원인을 규명하고 주요 구성품의 안전 관리를 위해 2020년부터 총 698억원을 들여 조성됐다”고 밝혔다.
이어 “국내에서 유일하게 이차전지 및 ESS 제품의 개발 전 주기에 따른 화재 안전 원스톱 시험·인증 인프라를 갖췄다”며 “그동안 ESS 시험평가 인프라가 국내에 분산돼 있어 전기적 위해 시험, 화재 안전성 시험을 한곳에서 검증할 수 없었으나 검증센터 구축으로 국내 기업이 향후 화재 사고 원인 조사, 모의시험을 같은 장소에서 진행할 수 있게 됐다”고 전했다.
김 책임연구원은 ESS 시스템 화재 발생 예측을 단계별로 시험할 수 있도록 검증센터 내 설비를 구축했고 크게 2단계로 구분된다고 설명했다. 구체적으로 첫째는 화재 방지로, ESS 제품에서 발생할 수 있는 위험 상황을 전기적 위해 시험을 통해 화재 발생 원인을 분석한다.
두 번째 단계는 화재 저감으로, 화재 발생 시 화염의 전이 현상을 관찰하고 효과적인 화재 진압 방법을 실증한다.
김 책임연구원은 화재 방지의 첫 번째 검증이 이뤄지는 전기적 위해 실험실에 대해 “ESS 화재 사고 원인은 크게 두 가지로 나뉜다”며 “설치 및 환경과 같은 외부적 요인 그리고 단락(회로상 두 부분이 접촉되는 현상)·지락(전기를 통하지 않게 하는 절연 능력이 저하돼 기기의 외부 등으로 전류가 흐르는 현상)·과충전과 같은 전기적 위해 요인이다”고 설명했다.
△30MW급 발열량 측정 장치를 설명하는 김영탁 KTC 배터리센터 책임연구원
이어 “ESS는 전력 관리 시스템(PMS), 전력 제어 장치(PCS), 배터리 관리 장치(BMS)와 배터리로 구성돼 있어 전기적 위해 요소의 안전성 검증이 실증 단계에서 매우 중요하다고 볼 수 있다”고 부연했다.
그러면서 “안전한 ESS 보급을 위해서는 화재 발생의 원인이 되는 다양한 요인에 대한 실증시험이 필요하다”며 “ESS의 전기적 위해 요인에 따른 평가를 위한 운영 절차서를 개발해 해당 원인별 실증시험을 위한 체계를 구축하여 분석한다면 ESS의 화재 발생 원인을 사전에 분석하여 대비할 수 있을 것이다”고 밝혔다.
김 책임연구원은 전기적 위해 시험 평가 설비와 관련해서는 ESS 시스템의 고장 상황을 모의해 계통의 안전성을 시험하는 2MW ESS 전원공급장치, ESS의 단락·지락에 대한 분석 및 사고 발생 모의시험이 가능한 단·지락 시험설비, 낙뢰 및 스위칭과 같은 과전압으로 야기되는 이상 현상을 시험하는 서지 시험기, 전지 시스템의 안전성을 시험평가해 KC인증에 활용되는 고전압충방전기를 구축하고 있다고 설명했다.
이어 30MW 규모의 화재 시험장에 대해서 30MW급의 세계 최대 규모의 발열량을 측정할 수 있는 장치가 설치돼 있다고 설명했다.
그는 “순간 최대 40MW까지 측정이 가능하다. 30MW의 화재 규모는 버스 또는 지하철 한 량에 전체적으로 화재가 발생한 경우 발생하는 발열량과 유사하다”면서 “화재 시험장에서는 다양한 화재 원인에 따른 ESS의 실제 화재 실증시험을 진행한다. 화재 발생 원인조사, 화재 규모 평가 및 유해가스 측정 등 대규모 화재에 대한 시뮬레이션이 아닌 실제 시험을 수행할 수 있다"고 밝혔다.
김 책임연구원은 집진 시설에 대해 대형집진 설비는 30MW급 발열량 시험 수행에 필요한 유량을 공급하고 연소 시 발생하는 연기와 유해가스를 제거한다고 전했다. 그는 “고열로 인한 집진기 자체의 화재 발생을 방지하기 위해 집진기는 1차 습식 세정, 2차 건식 필터로 구성돼 있다”며 “습식 세정수 및 건식 필터의 적기 교체를 통해 연소 배출가스 정제 시스템의 효율성을 극대화하고 정기적인 대기 환경 측정을 통해 환경 피해를 지속적으로 예방할 계획이다”고 말했다.
한국형 화재 안전 시험평가 개발…국제 인증까지 한 번에
△ 30MW급 대형 집진기
김 책임연구원은 이달부터 본격적으로 운영될 검증센터가 한국형 화재 안전성 시험평가와 ESS 분야 인증을 촉진하는 중요한 역할을 할 것이라고 강조했다. 글로벌 인증 표준을 기반으로 한국의 실정에 맞는 ESS 설치와 운영에 관한 기준을 보완하고 개발해 국내 제조기업의 ESS 안전성을 보장함으로써 산업 생태계 활성화에 기여할 것이라고 설명했다.
김 책임연구원은 “검증센터는 이차전지 분야 시험에 대한 KOLAS(한국인정기구) 인정을 획득하고 국제공인시험기관 지정과 함께 글로벌 시험인증기관인 TUV 라인란드의 시험소로 지정돼 국내·외 인증 지원을 효율적으로 대응할 수 있는 기반을 마련했다”며 “ESS 수출기업은 검증센터를 통해 국내에서 제품의 시험 및 평가를 받고 국제 인증을 취득할 수 있게 돼 인증 취득을 위한 시간과 운송 비용을 절감할 수 있게 될 것이다”고 밝혔다.
아울러 “ESS 화재 안전성 검증센터는 대용량 ESS의 화재 원인별 열전이 현상 분석 그리고 화재 규모 평가를 위한 진압 실증시험이 가능한 세계적 수준의 인프라를 갖추고 있다”며 “이를 통해 그동안 대용량 ESS 화재시험을 진행할 수 없었던 국내 기업을 적극 지원하여 세계 최고 수준의 안전한 ESS 보급을 촉진하겠다. 또 우리 기업의 수출 경쟁력을 향상, 국민 안전 강화에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 덧붙였다.