오늘의 궁금증 Q39/ ESS 배터리와 화재에 관한 이야기는 무엇일까?

ESS 배터리에는 무엇이 있을까?

우선 ESS는 예전에 설명했듯이 과잉 생산된 전력을 전력계통에 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기에 전력을 공급하여 에너지 효율을 높이는 시스템입니다.

전력저장원에는 LIB(리튬이온전지). NaS(나트륨황 전지). RFB(레 록스 흐름 전지), Super Capacitor(슈퍼커패시터)등이 있습니다.

현재 국내에서 주로 사용되고 있는 태양광 연계형 ESS배터리는 리튬이온 배터리입니다.

하지만 화재문제등 지속적인 문제로 여러 가지 시도를 하고 있습니다.

레독스 흐름 배터리와 수소에너지 전력저장의 확대를 고려하고 있는 배터리로 가장 유력합니다.

레독스 흐름 전지

레독스 흐름 전지(RFB, Redox - Flow Battery)는 ESS로 사용하기 적합한 이차전지의 종류 중 하나입니다.

전력의 출력을 담당하는 스택, 용량을 담당하는 양극 전해액 탱크와 음극 전해액 탱크, 전해액을 스택에 공급하는 펌프로 구성된 전지입니다.

산화, 환원(Redox) 반응을 통해 전기에너지를 장기간 저장할 수 있기 때문에 레독스라는 이름이 붙었습니다.

하지만 가격과 내구성에 개선이 필요해 아직 널리 사용되고 있지는 않습니다.

수소에너지

수소에너지 전력 저장 방법(HESS - Hydrogen ESS)은 전력에 여유가 있을 때 물을 전기 분해해서 수소를 생산하고 이를 저장해 두며, 전력이 부족할 때는 저장해둔 수소로 연료전지를 가동하여 전기를 공급합니다.

고온 수전해 기술이 가장 높은 효율을 가지지만 아직 연구개발이 더 필요한 상황입니다.

HESS의 발전출력은 연로전지 스택이 결정하고 전력 저장량은 수소 탱크의 크기로 결정합니다.

그러므로 대용량 전력저장 장치를 만들기 위해서는 수소탱크만 더 크게 만들면 되며 저장된 수소는 손실이 없어 장기간 저장도 가능합니다.

하지만, 전력저장 효율이 낮습니다.

ESS 배터리 화재

ESS 화재의 원인으로 배터리가 지목된 경우도 많이 있었습니다.

ESS에 들어가는 리튬이온 배터리는 금속 리튬의 폭발 위험성이 높다는 지적 속에서 개발된 배터리입니다.

리튬은 공기 중에서 쉽게 반응하여 물과 닿으면 불이 붙거나 폭발합니다.

때문에 초기 리튬 계열 배터리들은 금속 리튬을 음극으로 활용했으나 매우 위험해 상용화가 어려웠습니다.

대신 일회용 배터리 위주로 리튬을 활용했습니다.

그 후 금속 리튬 대신 리튬이온을 활용하였습니다.

배터리 구조상 폭발 사고와 관련해 가장 중요한 것은 분리막입니다.

리튬이온 배터리 내부에는 양극과 음극 사이에 분리막이 있습니다.

분리막은 미세한 구멍을 통해 리튬이온은 이동하되 전자가 직접 흐르지 않도록 합니다.

분리막이 손상된 상태에서 충전하게 되면 과전류가 흘러 폭발할 수도 있습니다.

화재의 첫 번째 원인으로는 보호, 운영, 관리 미흡을 더 주요하게 본 반면 추가 조사에서는 배터리 이상을 화재의 원인으로 지목했습니다.

ESS 배터리 모듈의 경우 항온과 항습, 보호 등을 위해 금속 패널로 제작된 외함에 배터리셀을 밀폐하는데 소화약제를 어떻게 효과적으로 발화원에 침투 시키는지가문제입니다.

소화약제 종류에 따라 발화원을 침투시키는 방법 역시 다를 수 있기 때문에 현장 실증을 통해 침투 여부와 소화농도, 방출시간 등을 적절히 설계하는 게 무엇보다 중요합니다.

현재 ESS화재 대책으로 신규 ESS 설비는 설치장소에 따라 충전율을 80%(옥내) 또는 90%(옥외)로 제한하는 방안을 했습니다.

또한 일반인이 출입 가능한 건물 내 소재하고 있는 옥내 ESS 설비의 안정성 확보를 위해 사업주 등이 이전을 희망하는 옥내 ESS 설비의 경우 옥외 이전을 추진하고, 정부가 이를 지원할 계획입니다.

또한, 인명피해를 막기 위한 철거, 이전 등 긴급명령 제도도 신설합니다.