최근 ESS화재 5건 중 4건은 ‘배터리 이상’

[에너지신문] 지난해 8월 이후 발생한 5건의 에너지저장장치(ESS) 화재사고 가운데 4건은 배터리 자체 이상이 화재발생 원인인 것으로 나타났다. 또 나머지 1건은 외부 이물질 접촉 때문이라는 결론이 나왔다.

ESS 화재사고 조사단은 지난해 예산, 평창, 군위, 하동, 김해에서 각각 발생한 5건의 ESS 화재사고 원인조사 결과를 발표했다.

지난해 10월 구성된 조사단은 지난 ‘민관합동 ESS 화재사고 원인조사위원회’ 위원 일부, 국회 및 기업추천 인사 등 관련 전문가로 편성됐다. 현장조사 및 자료분석 실무 담당자 18명이 지원인력으로 투입되는 등 조사경험이 풍부한 전기안전공사와 산업기술시험원이 조사단 활동을 지원했다.

조사단은 지난 조사위 결과, 사고 사업장의 운영기록 등을 분석하고 현장조사, 배터리 해체·분석, 유사 ESS현장 검측, 입체 단층 촬영(3D X-ray CT) 검사 및 검증시험 등 광범위한 조사를 실시했다.

화재 시 배터리 소실로 직접적인 원인을 규명할 수 없는 경우 사고 사업장과 동일시기 동일모델 등으로 설치된 유사 사업장을 분석했으며 조사내용을 토대로 관련기업의 분석내용을 참고했다. 기업의 소명 의견에 대해서도 충분히 검토했다는 게 조사단 측의 설명이다.

조사단이 발표한 ESS 화재사고 현황에 따르면 충남 예산군에서 발생한 화재는운영기록을 통해 배터리가 발화지점인 것으로 분석됐으며 현장에서 수거한 배터리에서 내부발화 시 나타나는 용융흔적을 확인했다. 사고사업장과 동일모델, 동일시기에 설치된 인접 ESS 사업장에서 유사한 운영기록을 보인 배터리를 수거, 해체·분석한 결과 일부 파편이 양극판에 점착돼 있는 것을 확인하고 배터리 분리막에서 리튬-석출물이 형성된 것도 확인했다.

강원 평창군 화재 역시 운영기록을 통해 배터리가 발화지점으로 분석됐다. 과거운영기록에서 충전 시 상한전압과 방전 시 하한전압의 범위를 넘는 충·방전 현상이 발견됐으며 특히 이 경우에 배터리 보호기능도 동작하지 않았던 것을 확인했다.

또한 사고사업장과 동일모델, 동일시기에 설치된 유사 ESS 사업장에서 유사한 운영기록을 보인 배터리를 수거, 해체·분석한 결과 양극판 내부손상이 확인됐으며 분리막에서 구리성분이 검출됐다.

경북 군위의 경우 폐쇄회로영상(CCTV)과 운영기록을 통해 배터리가 발화지점인 것으로 분석됐으며 현장조사에서 수거한 배터리에서 내부 발화시 나타나는 용융흔적도 확인했다. 사고사업장에서 전소되지 않고 남은 배터리 중 유사한 운영기록을 보인 배터리를 해체·분석한 결과 음극활물질 돌기 형성을 확인했다.

경남 하동 화재는 2열로 구성된 ESS 설비 중 한쪽에서 급격한 절연성능 저하가 먼저 발생했으며 이후 다른 쪽의 절연성능도 서서히 저하된 것이 확인됐다. 다만 배터리 이상으로 지목할 수 있는 운영기록은 확인되지 않았고, 화재를 유발할 수 있는 환경영향 가능성도 현장조사 결과 낮은 것으로 판단했다.

경남 김해 사고의 경우 배터리에서 연기가 발생(CCTV영상)하고 시스템 운영기록(EMS)을 통해 배터리가 발화지점인 것으로 분석됐으며 그간의 운영기록을 분석한 결과, 6개월 동안 화재가 발생한 지점의 배터리들 간에 전압편차가 커지는 경향도 확인했다.

사고사업장과 동일모델, 동일시기에 설치된 유사 ESS 사업장에서 유사한 운영기록을 보인 배터리를 수거하여 해체·분석한 결과 양극판 접힘현상이 발견되고, 분리막과 음극판에 갈변·황색반점이 확인돼 이를 정밀 분석한 결과 구리와 나트륨 성분 등이 검출됐다.

조사단은 이번 화재조사 결과 발화지점 배터리가 소실돼 원인분석에 어려움이 있었으나 조사단은 종합적인 조사·분석을 근거로 결과를 도출했다고 밝혔다. 예산, 평창, 군위, 김해는 유사 또는 동일사업장에서 발화지점과 유사한 방전 후 저전압, 큰 전압편차를 보인 배터리 등을 종합적으로 분석, 배터리 이상을 화재원인으로, 하동은 노출된 가압 충전부에 외부 이물이 접촉해 화재가 발생된 것으로 각각 추정했다.

조사단은 지난 조사위의 분석, 실험검증, 현장조사 검토자료 등을 활용함으로써 효과적이고 정밀한 분석이 가능했다고 강조했다. 아울러 조사위 발표 후 진행된 공통안전이행조치 등은 사고 예방과 관련기록 보존에 기여했다고 평가했다.

조사단 관계자는 “문제 발생 시 안전장치의 즉각적인 작동으로 에너지 흐름을 차단했고, 신속한 소방인력의 출동으로 화재확산을 줄였다”며 “시스템·배터리 운영기록, 절연감시기록 등 보존된 정보를 활용해 지난 조사위보다 배터리 이상과 화재발생 간의 관련성을 명확하게 규명할 수 있었다”고 설명했다. 또 “일부 제조사는 자발적으로 블랙박스를 설치하고, 자체적인 조사와 검증시험을 실시하는 등 재발방지를 위해 노력했다”고 덧붙였다.

조사단은 95% 이상의 높은 충전율 조건으로 운영하는 방식과 배터리 이상 현상이 결합돼 화재가 발생한 것으로 추정했으며 충전율을 낮춰 운전하는 등 배터리 유지관리를 강화하는 것이 화재 예방에 기여할 것으로 예측하고 있다.

이와 함께 일부 ESS 사업장에서 배터리 운영기록 저장·보존과 운용에 대한 관리가 미흡해 사고예방과 원인규명에 어려움이 있었다는 점을 고려, 신규뿐만 아니라 기존 ESS에도 시스템·배터리 운영기록을 저장 및 보존하는 장치를 설치하는 것이 필요하다는 입장이다.