[공공뉴스=이민경 기자] 지난 2017년 8월부터 지난달까지 전국에서 발생한 총 23건의 에너지저장장치(ESS) 화재 원인이 일부 배터리 제조 결함과 운영 및 관리 부실에 따른 사고라는 조사 결과가 나왔다.

산업통상자원부(이하 산업부)는 11일 ‘민관합동 ESS 화재사고 원인조사 위원회’(이하 조사위)가 지난해 12월부터 약 5개월에 걸쳐 실시한 ESS 화재사고 원인조사 결과를 공개했다.

이와 함께 ESS 화재사고 재발 방지를 위한 종합안전강화대책 및 ESS 산업생태계 경쟁력 지원방안도 발표했다.

ESS 분야의 학계, 연구소, 시험인증기관 등 19명의 전문가로 구성된 조사위는 총 23개 사고현장에 대한 조사와 자료분석, 76개 항목의 시험실증을 거쳤다.

분석 결과, 전체 23건의 화재사고 중 14건은 충전완료 후 대기중에 발생했으며 6건은 충·방전 과정에서 일어났다. 또 설치·시공중에도 3건이 발생한 것을 확인했다.

ESS화재는 2017년 8월 전북 고창의 풍력발전 연계용 화재를 시작으로 지난해 5월부터 집중적으로 발생했다.

조사위는 사고 원인으로 ▲전기적 충격에 대한 배터리 보호시스템 미흡 ▲운영환경 관리 미흡 ▲설치 부주의 ▲ESS 통합제어·보호체계 미흡 등 4가지를 요인으로 꼽았다.

조사위는 다수의 사고가 동일공장의 비슷한 시기에 생산된 배터리를 사용한 것이 확인됨에 따라 배터리 생산과정의 결함을 확인하기 위한 셀 해체분석을 실시했다. 그 결과 1개사 일부 셀에서 극판접힘, 절단불량, 활물질 코팅 불량 등 제조 결함을 확인했다.

이에 극판접힘과 절단불량을 모사한 셀을 제작해 충·방전 반복 시험을 180회 이상 수행했지만, 발화로 이어질 수 있는 셀 내부의 단락은 발생하지 않았다고 밝혔다.

즉, 배터리 셀 제조 결함이 이번 화재의 직접적인 원인은 아니라는 것이다. 다만 제조결함이 있는 배터리가 가혹한 조건에서 장기간 사용되면 위험요소가 될 수 있다고 봤다.

조사위는 화재의 직접적인 원인을 배터리 보호시스템 미흡과 운영관리 부실로 판단했다.

조사위가 외부 전기충격 등에서 배터리 보호장치 내 복수 부품이 손상돼 단락되는 현상을 모사한 실증시험 결과에서 배터리 랙 보호장치 내에 있는 직류접촉기(DC Contactor)가 폭발하고, 버스바가 파손돼 배터리 랙 보호장치의 외함을 타격하는 2차 단락사고가 발생해 동시다발적인 화재가 발생했다.

전력변환장치(PCS) 내부의 교류측 필터(리액터)가 탄환된 흔적에 따라 교류측 전기가 외함에 닿는 지락사고를 모사한 결과에서는 배터리측에 전기충격이 발생했다.

이 같은 시험을 반복 수행한 결과 배터리 랙 보호장치 내의 직류접촉기 절연성능이 떨어질 경우 화재가 발생할 가능성이 확인됐다.

결국 전기적 충격이 가해졌을 때 배터리 보호장치가 제대로 작동되지 못해 화제가 발생, 이는 제조업체 책임이라는 설명이다.

아울러 조사위는 공조기 주변에 용융흔적이 발견된 사례 등을 근거로 수분, 분진, 염수 등의 환경을 배터리 시스템에 모사해 절연성능 저하 가능성을 시험했고, 특정사 배터리에서 모듈 내 절연성능이 저하되면서 화재가 발생한 것을 확인했다.

ESS는 태양광이나 풍력 등 신재생에너지 설비에 함께 설치된다. 주로 바닷가나 산골짜기 등에 설치되기 때문에 큰 일교차에 따른 결로나 다량의 먼지 등에 노출될 수밖에 없는 상황에서 운영·관리가 미흡했다는 것.

뿐만 아니라 배터리 보관 불량, 오결선 등 ESS 설치 부주의시 화재 발생 가능성이 확인됐고, 부품마다 제작 주체가 달라 ESS가 하나의 통합된 시스템으로 설계·보호되지 못했던 점도 문제 요인으로 지적됐다.

정부는 이 같은 조사 결과에 따라 ESS 안전강화 대책을 내놨다. 화재 원인을 토대로 ESS 제조·설치·운영 단계의 안전관리를 강화하고, 소방기준 신설을 통해 화재대응 능력을 제고하는 종합적인 안전강화 대책을 시행하기로 했다.

먼저 ESS용 대용량 배터리 및 전력변환장치(PCS)를 안전관리 의무대상 지정하고 ESS 주요 구성품에 대한 안전관리를 강화한다.

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

PCS는 금년말까지 안전확인 용량범위를 현행 100kW에서 1MW로 높이고, 2021년까지 2MW로 확대한다는 방침이다.

ESS 설치기준도 개정한다. 옥내설치의 경우 용량을 총 600kWh로 제한하고, 옥외에 설치의 경우에는 별도 전용건물 내 설치하도록 규정해 안전성을 제고한다.

또한 누전차단장치, 과전압보호장치, 과전류보호장치 등 전기적 충격에 대한 보호장치 설치를 의무화한다. 

배터리 만충 후에는 추가충전을 금지하고, 배터리실 온도·습도 및 분진 관리는 제조자가 권장하는 범위 내에서 관리되도록 기준을 설정한다는 계획이다.

모니터링 강화를 위해 이상징후(과전압·과전류, 누전, 온도상승 등)가 탐지될 경우 관리자에게 통보하고, 비상정지되는 시스템을 갖추도록 할 예정.

사고시 원활한 원인규명을 위해 배터리 상태(전압, 전류, 온도 등) 등 ESS 운전기록을 안전한 곳에 별도 보관하도록 의무화하기로 했다.

ESS 설비에 대한 정기점검 주기는 현행 4년에서 1~2년으로 단축하고, 화재에 대비해 ESS를 특정소방대상물로 지정해 소방시설 설치를 의무화한다.

모든 사업장에 대해서는 전기적 보호장치, 비상정지 장치를 설치한다. 또 각 사업장에서 배터리 만충 후 추가충전 금지 등 운영환경 관리도 강화한다.

가동중단 사업장 중 옥내 설치된 시설에 대해서는 공통 안전조치 외에 방화벽 설치, 이격거리 확보 등 추가 조치를 적용한 이후 재가동하도록 했다.

한편, 정부의 가동중단 권고에 따라 ESS 설비 가동을 자발적으로 중단한 사업장에 대한 보상안도 마련했다.

수요관리용 ESS는 전기요금 할인특례 기간 이월을 한전과 협의해 지원할 예정이며, 재생에너지 연계 ESS에 대해서는 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치를 추가로 부여할 방침이다.