리튬 이온 에너지저장장치(Electric Storage System) 설치 및 유지보수에 관한 기술지침(KOSHA GUIDE E-185-2021) - 2장

리튬 이온 에너지저장장치(Electric Storage System) 설치 및 유지보수에 관한 기술지침 - 2장

 

8. 피해 저감시설
8.1 소화 설비
(1) 자동식 스프링클러는 실내 면적이 230 m2 이상인 경우 12.2 LPM/m2(12.2 mm/min) 으로 방출되도록 하며, 이보다 면적이 큰 경우에는 호스릴로 946 LPM(L/min) 유량을 추가하며, 화재가 완전히 진화될 때까지 지속할 수 있도록 최 소 수원을 30분 이상 확보해야 한다.
(2) 적정 수원은 스프링클러와 호스릴로 용수가 공급될 수 있는 충분한 용수량을 산정 하여 확인한다. 30분 초과 예상 시간은 단일 화재 방호지역 내 랙의 숫자에 따라 달라진다. 화재 방호 지역은 방화벽에 의해 구획된 최소 지역의 랙열의 숫자를 통 해 평가한다. 각 ESS 랙 개수에 45분을 곱하여 최종 수원을 계산할 수 있다.
(3) ESS 화재 발생 시 사용할 수 있도록 옥외 소화전의 설치를 권고하며, 이때 필요한 수원은 별도로 산정해야 한다.
(4) 가용할 수 있는 수원이나 소화 설비보다 스프링클러 필요 유량 및 수원이 큰 경우 에는 다음과 같이 설계할 수 있다.
(가) 개구부를 통해 화재가 확대될 경우에는 각 인접 랙 사이에 불연재 벽을 바닥부 터 천장까지 설치하여 화재 확산 가능성을 제거한다. 이때, 랙 상부로부터 0.3 m 이상 연장한 파티션을 설치한다. 가용한 용수량으로 방호되는 랙 개수에 따 라 방화벽 사이에 수평 거리를 결정할 수 있다.
(나) 화재 발생 랙에서 인접 랙으로 열이 전달되는 것을 방지하기 위해 각 랙의 뒷면 에는 금속 파티션을 설치한다. 단, 금속 파티션이 랙 뒷면에 반영되면 추가적인 파티션은 설치하지 않는다.
(5) 모든 ESS 지역에는 연기 감지기와 화재 감지기를 설치한다.
8.2 대기 벤트 시스템
(1) 단독 설비 또는 부속실의 배터리 랙에서 실내 공기가 환기되어 외부로 배출되고 인화성 물질, 연소로 발생하는 독성 가스 등으로 영향을 받지 않는 장소로 배출될 수 있도록 벤트 위치를 설정한다.
(2) 이때 벤트 높이는 KOSHA Guide D-42(수소 벤트스택 및 벤트 배관의 공정설계에 관한 기술지침)의 4.4.1 항을 준용하여 다음 각호의 수치 중 가장 큰 값을 적용한 다.
(가) 바닥으로부터 최소 3 m
(나) 주변 기기의 높이에 0.6 m를 합한 수치
(다) 주변 건축물의 지붕높이에 1.5 m를 합한 수치
8.3 폭연 방출구 시스템
(1) KOSHA Guide D-49(가스폭발 예방을 위한 폭연 방출구 설치에 관한 기술지침)에 따라 실내 폭발 및 소화 설비 방출에 의한 과압 발생 가능성이 있는 경우 폭연 방 출구 시스템을 설치해야 한다.
(2) 단, 실내에서 LEL 25 % 미만의 인화성 기체 농도만 가능하고, 추가적인 과압 발 생 가능성이 없는 경우에는 설치하지 않을 수 있다.
8.4 비상전원
(1) BMS를 포함한 계기와 가스감지기, 화재감지기 및 각종 주요 안전시설에 대해서 2 시간 이상 비상전원으로 유지가 가능해야 한다.
(2) 기존 시설의 비상전원 용량에 포함 또는 분리하여 관리할 수 있다.
9. 운전과 설비관리
9.1 ESS 운영 책임
(1) 기본적으로 ESS가 설치된 사업장은 운영에 대한 책임을 가지고 있으나, 이를 제 공하는 제조사/조립사 및 상시 온라인으로 모니터링하는 관리자 등과 ESS 설비 및 기술에 대한 협의를 상시 수행해야 한다. 만일 이러한 관계자들이 ESS 운영 지 원을 충분히 하지 않는다면 ESS 설치 사업장의 운영사가 주관하여 기술 지원을 요구 및 관리해야 한다.
(2) 만일 대여 또는 공동 운영 등으로 사업자와 운영사가 분리되어 있는 경우에는 ESS가 설치된 사업주의 법적 책임에 따라 운영사는 사업주의 법적 책임에 따른 안전관리를 지원할 수 있도록 최초 계약 시 명확히 하고, 주기적으로 관리 및 이상 현상에 대해서 협의해야 한다.
9.2 시운전 및 정상 운전 중 안전관리
(1) 제조사/조립사 권고사항과 사업장 규정에 따라 배터리, BMS를 설치, 운전 그리고 설비 관리될 수 있도록 한다.
(2) ESS 운전 중 내부 출입 시 전기 감전 위험성을 고려하여 KOSHA Guide E-115 (절연 보호구의 선정 및 사용에 관한 기술지침)에 따라 보호구를 선정한다.
(3) 시운전 중 기본 배터리 시스템 외 모든 모니터링 시스템(BMS/PCS/EMS)과 방호 장비가 적정하게 운전되는지 확인한다.
(가) 과열, 비정상 진동, 비정상 소음 또는 오작동에 대해서 배터리 시스템을 검사한
다. 이것은 시운전 후 정상 운전 중에도 최소 1주일 동안 매일 수행한다.
(나) 적외선 탐지, 배터리 운전현황 확인, 그리고 매개변수 모니터링으로 ESS 수송 및 설치 시 물리적인 손상이 발생되었는지 확인해야 한다.
(4) 운전 및 설비보존 절차서는 ESS 소유자 또는 제조사(조립사 포함)가 다음 사항을 포함하여 ESS 가동 전에 보유 및 담당 직원들에게 교육훈련을 실시해야 한다.
(가) ESS 설치 장소의 위치 및 배치 현황
(나) 시스템의 각 부품에 대한 ESS 상태와 선택 기능에 대한 사양서
(다) ESS에 대한 제조사/조립사의 설비보전 절차와 사업장의 설비보존 절차 및 해 당 절차서에서 요구되는 각 부품 및 교체 주기
(라) ESS를 관리 또는 사업장에 대여 및 모니터링하는 사내·외 관련 담당자 연락처
(마) 권고된 운전 조건 기본값을 포함하여 운전 시 ESS와 관련 설비의 제어 방법이 있는 설명서
(바) 제조사 또는 조립사에 제공되는 필요한 모든 서비스와 설비관리에 대한 가능한 일정 및 기간
9.3 설비관리
(1) 제조사 권고사항과 관련 전기 안전 절차에 따라 전기 시스템의 검사가 수행되어야 한다.
(2) 최소한 다음 사항을 포함하여 BMS에 설비보존 프로그램을 계획 및 실행한다.
(가) 모든 중요 시스템은 선별하여 적정하게 적용 및 운전되고 있는지 확인하는 주 기적인 자체 점검 시스템이 있어야 한다.
(나) 주기적으로 배터리 팩 전환을 실시한다. 이것은 배터리 팩의 기계적 완결성과 케이블 연결부위의 기밀성을 확인할 수 있는 주기적인 교체를 수행하는 것도 포함할 수 있다.
(다) HVAC 설비관리에 주기적인 공기 필터 교체도 포함할 수 있다. 교체 주기는 사 업장의 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 먼지가 많은 지역에서는 필터의 교체 가 더 자주할 수 있다. 추가적으로 냉각수 확인, 압축기/히터 핵심 부품 확인, 덕트/케이블 확인이 포함될 수 있다.
(라) 충전 상태 유지 확인은 예비 배터리 모듈의 주기적인 확인으로 수행한다.
(마) 배터리 팩에서 잔여 용량 (설계 용량을 기준)의 비율로 배터리 수명 상태 (State of health, SOH)를 주기적으로 추적 조사할 수 있다.
(3) 노후 배터리 관리는 배터리 교체 프로그램으로 적용한다. 주기적인 배터리 교체 프로그램은 최소한 다음의 항목들을 포함해야 한다.
(가) ESS 배터리들의 제조사 설계 수명 기대치. 이것은 시스템이 적정하게 수행하 는 기대 수명으로 이 기간에 따라 배터리들이 교체되며, 이것을 통해 배터리 교 체 시간을 결정할 수 있다.
(나) 설계 용량에 기초한 잔여 용량을 가진 ESS 배터리 수명 상태의 정기적 모니터 링. 이 정보는 배터리 수명 상태를 계속해서 추적할 수 있는 BMS로 적용할 수 있다. 설계 시 적용된 매개 변수 외에 운전과 예상치 못한 부품 오작동 또는 고 장으로 설계 한계 내에서 정상 운전할 때보다 배터리 수명이 더 빨리 소진될 수 있다. BMS는 예상 외 사상(Event)을 모니터링하고 시스템의 수명 상태를 해당 ESS에 적용할 수 있다.
(다) 교체 프로그램의 정기적인 검토로 교체 주기를 상시 개정. 만일 BMS의 피드백 에서 배터리의 노후 정도가 가속화되고 있음을 인지할 수 있는 배터리의 수명 상태가 나타난다면 배터리 교체 일정을 재조정해야 한다. 다음 항목들은 조기 교체 필요성을 알 수 있는 항목들을 정의한 것이다.
1) 배터리 시스템의 사상이 발전되는 데이터를 모니터링하여 검토된 중요한 변화들이나 경향
2) 배터리 교체가 필요한 설계상 오류 등의 제조사 조언
3) 교체 필요성을 알려주는 운전상 경험과 관련 사고 이력
4) 가혹한 운전 조건에 노출 정도
(4) 변경관리. ESS의 교체 일정과 예상 수명치에 영향을 주는 주요 변경들을 고려해 야 한다. 변경은 BMS의 교체, 열관리 시스템의 수정 및 적용 또는 운전 모드의 변 화도 포함한다(예. 전력 중계와 전기 공급 용량을 기준으로 운전하는 BMS의 수정 등).
9.4 교육 훈련
(1) ESS 장비의 공급사/제조사/조립사가 최초 사업장 운영사 운전인원 교육 및 훈련 을 제공해야 한다.
(2) 또한, 최소한 년 1회 이상 해당 공급사/제조사/조립사에 의해 주기적으로 해당 사 업장 운영사 인력에게 교육훈련을 실시해야 한다.
9.5 비상대응 및 복구
(1) 최초 비상대응 계획과 훈련은 ESS 제조사 또는 조립사에서 효과적으로 ESS 비상 대응을 수행할 수 있도록 예상 위험 요인을 중심으로 운영사에게 교육훈련을 통해 제공해야 한다.
(2) ESS 운영사는 ESS 보유 사업장 운전 및 설비 인력들과 함께 비상대응과 교육훈 련 시행 계획을 수립하고 유지해야 한다. 이때 ESS의 잠재적 화재 위험성을 반영 하여 비상대응훈련 계획을 수립 및 실시한다.
(3) ESS 단독설비, 관련 건축물 또는 부속실 내부에 인화성 물질을 저장하지 않는다.
(4) ESS가 건축물 부속실 내 설치될 경우 대피로는 국내 법규에 따라 바로 대피할 수 있도록 설치해야 한다.
(5) 화재 시 신속하고 안전한 대피와 비상대응을 위한 문서화된 절차는 다음과 같은 사항을 포함하여 비상대응 계획을 준비해야 한다.
(가) 수동 차단을 포함하여 가동중지 시 동력 차단 또는 화재, 전기 충격, 인체 상해 와 같은 비상 조건하에서 장비/시스템 차단과 비상 상황 이후 재가동을 위한 절 차서
(나) 관련된 알람, 인터록, 그리고 제어 시스템의 검사와 시험을 위한 절차서
(다) 비정상적인 잠재 조건들에서 설비 가동 정지 시 비상 대응 인력, 설비 수리 인 력들이 소화서 신고 등을 포함하여 제공되는 ESS 관리 시스템을 이용할 수 있 는 관련 절차서
(라) 화재, 폭발, 액체 또는 기체의 누출, 중요 구동 부위의 손상 또는 다른 잠재적인 위험 조건들에 대한 비상대응 절차
(마) 수동 방재장비 조치절차
(바) 수동 연기 제연시설(만일 있는 경우)
(사) 배터리 셀의 물질안전정보와 물질안전정보에서 제공되지 않는 위험 요인과 소 화 설비에 대한 물질안전정보(예: 가스계 소화설비 등)
(아) 기타 법규(전기안전관리법 등)에서 요구하는 비상대응절차
(자) 현장에서 수행하는 훈련을 위한 절차 및 일정
(6) 손상된 장비의 제거/폐기와 함께 배터리 재점화 잠재성을 포함한 사고 후 복구 계 획을 수립해야 한다. 리튬 이온 배터리가 포함된 손상된 ESS 장비의 공급 일정도 필요하므로 최초 공정 배치 시에 이러한 가능성을 고려하여 동시에 다량의 장비가 손상되지 않도록 설계해야 한다. 또한, 소화 용수 공급은 신속하게 보충이 될 수 있도록 한다.
(7) 리튬 이온이 포함된 화재는 재점화가 될 수 있으므로 화재에 노출된 리튬 이온 배 터리는 재점화가 발생하지 않도록 냉각해야 한다.
(8) 제조사 또는 조립사(Integrator)는 법규에 따른 철거, 손상된 장비의 제거와 적정한 폐기에 대한 안내를 제공해야 한다.
(9) 대규모 공장은 사고 발생 후 건설과 운전이 동시에 이루어지면서 건설 현장과 운 전 설비가 서로 간섭될 수 있으므로, 두 지역이 적정하게 분리되어야 한다.
9.6 유틸리티
(1) 최악의 환경에서도 HVAC 시스템은 비상전원 공급이 되어야 한다. 최악의 환경이 란 셀 온도가 BMS 제어에도 불구하고 0∼100 ℃ 의 정상 운전범위를 초과하거나 계속해서 상승하는 조건을 말한다.
(2) HVAC 시스템은 ESS 단독설비와 연동하여 가동됨을 확인한다. 일반 냉각기 (냉 각탑 등)의 내부 부품이 고장 시 ESS도 같이 가동정지가 되어야 한다.
9.7 기타 안전시설
(1) 낙뢰 예방 등의 피뢰침 설계 등은 KOSHA Guide E-107 건축물 등의 피뢰설비 설 치에 관한 기술지침에 따라 적용한다.
(2) 침수 등으로 전기 감전 등이 발생하지 않도록 배수가 원활한 지역이나 배수로를 적정하게 설치해야 한다.
(3) 차량, 지게차 등의 운송장비에 의해 추돌 가능성이 있는 지역은 ESS를 보호하기 위한 볼라드(Bollard), 바리케이트와 같은 차량 추돌 방지 장비나 설비를 설치해야 한다.
10. ESS / 배터리 노후 관리
10.1 리튬 이온 배터리 노후화 인자
(1) 충/방전의 횟수
(2) 방전 정도
(3) 충/방전 비율
(4) 충전 상태
(5) 사용 기간
(6) 운전 온도
10.2 노후화 관리 필요사항
(1) 리튬 이온 배터리의 용량은 배터리 수명이 종료될 때 설계와 허용 범위에 따라 약 설계 대비 50∼80 %로 저하된다.
(2) 노후된 배터리의 내부 저항값은 실질적으로 셀에서 고정식 암페어시 비율에서 최 초 값의 2∼3배로 증가하면서 열 폭주 가능성도 증가할 수 있다.
(3) BMS는 노후로 인한 배터리의 조건을 추적하는 설계로 배터리 수명을 측정한다. 배터리의 수명은 배터리의 최초 용량에 상대적인 실제 용량을 기준으로 한다. 내 부 저항, 전체 에너지 방전 용량, 충전 횟수가 같이 고려되어야 한다.
(4) BMS는 수명 정보를 기준으로 교체를 위한 알람을 제공한다. 설정된 교체 기준이 없으면, 최초 배터리 제조사와 협의하여 결정한다.
11. 추가 고려 사항
ESS는 해외 기준 제정 및 산업계 설치 표준에 따라 다음과 같은 사항이 추가로 고려되어야 한다.
11.1 온도 상승 현상 제어
(1) ESS 단독설비의 외면이 철이나 금속으로 제작될 경우, 인접 ESS를 포함한 외부 화재 시 해당 설비 내부로 복사열이나 열전도 등으로 온도 상승 영향을 받을 가능 성이 높다.
(2) 따라서, 최대한 각 단독설비나 건축물에 요구되는 이격거리 준수와 추가 소화설비 설치를 현장 조건을 고려하여 보완할 수 있다.
11.2 할로겐 화합물 약제 취약점
(1) 열 폭주는 높은 열을 방출하며, 플라스틱 재료는 대규모 화재의 원인이 된다. 외부 수계 방재 시설은 내부 방재보다 효과는 낮을 수는 있지만, 인접 ESS 냉각측면에 서는 가장 좋은 방법이다.
(2) 스프링클러 시스템은 ESS에 효과가 높은 소화시설로 고열량에 효과적이다.
(3) 국내에서 보편적으로 사용하는 할로겐 화합물 소화설비는 ESS에 다음과 같은 이 유로 미국 소방협회나 해외 재보험사에서는 추천하지 않으므로, 실제 소화 효과와 법규 요구 사항을 모두 만족할 수 있도록 추가적인 소화 설비를 설치해야 한다.
(가) 냉각 효과 측면에서 구조물을 냉각하여 구조물 자체나 인접한 상주인원들을 보 호하는 것이 중요하다. 스프링클러로 ESS 화재 소화 시 냉각효과를 유지할 수 있다.
(나) 제한된 방출로 인한 재점화 가능성이 있으므로 ESS 화재는 최초 화재가 소화 된 후에도 재점화될 수 있다. 할로겐 화합물 소화설비는 오직 한번 방출 후 사 용할 수 없기 때문에 그 후의 재점화는 방지할 수 없다.
<부록 1> ESS 사고 이력
ESS는 최초 설치 이후 2020년 2월 현재 28건의 사고가 보고되었다. 각 사고 및 관련 기관에 의해 전기 설비 및 운전 조건을 포함하여 지속적으로 개선이 되고 있으나, 사 고 빈도는 과거 사고 이력을 고려 시 아직 높은 상태이다.

순번	지역	용량(MWh)	용도	건물형태	사고일	운용 기간
1	전북 고창	1.46	풍력	컨테이너	2017.8.2	-
2	경북 경산	8.6	주파수	컨테이너	2018.5.2	1년 10개월
3	전남 영암	14	풍력	조립식 패널	2018.6.2	2년 5개월
4	전남 군산	18.965	태양광	조립식 패널	2018.6.15	6개월
5	전남 해남	2.99	태양광	조립식 패널	2018.7.12	7개월
6	경남 거창	9.7	풍력	조립식 패널	2018.7.21	1년 7개월
7	세종	18	수요관리	조립식 패널	2018.7.28	-
8	충북 영동	5.989	태양광	조립식 패널	2018.9.01	8개월
9	충남 태안	6	태양광	조립식 패널	2018.9.7	-
10	제주	0.18	태양광	콘크리트	2018.9.14	4년
11	경기 용인	17.7	주파수	컨테이너	2018.10.18	2년 7개월
12	경북 영주	3.66	태양광	조립식 패널	2018.11.12	9개월
13	충남 천안	1.22	태양광	조립식 패널	2018.11.12	11개월
14	충북 문경	4.16	태양광	조립식 패널	2018.11.21	11개월
15	경남 거창	1.331	태양광	조립식 패널	2018.11.21	7개월
16	충북 제천	9.316	수요관리	조립식 패널	2018.12.17	1년
17	강원 삼척	2.662	태양광	지하 콘크리트	2018.12.22	1년
18	경남 양산	3.289	수요관리	콘크리트	2019.1.14	10개월
19	전남 완도	5.22	태양광	조립실 패널	2019.1.14	1년 2개월
20	전북 장수	2.496	태양광	컨테이너	2019.1.15	9개월
21	울산	46.757	수요관리	콘크리트	2019.1.21	7개월
22	경북 칠곡	3.66	태양광	조립식 패널	2019.5.4	2년 3개월
23	전북 장수	1.027	태양광	조립식 패널	2019.5.26	1년
24	충남 예산	1.54	태양광	조립식	2019.8.30	20개월
25	강원 평창	21.3	풍력	조립식	2019.9.24	32개월
26	경북 군위	1.36	태양광	조립식	2019.9.29	21개월
27	경남 하동	1.33	태양광	조립식	2019.10.21	15개월
28	경남 김해	2.26	태양광	조립식	2019.10.27	18개월