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[르포] 삼성SDI ESS 안전성 “화재 걱정 NO, 발생시 100% 진압”

  • 입력 2019.10.24 11:24 | 수정 2019.10.24 13:57
  • 윤병효 기자 (ybh4016@ebn.co.kr)

23일 울산공장 안전성 실험 외부 공개

못 관통하자 흰연기 발생, 인접셀로 전이 안돼

전영현 사장 "100% 화재 진압 자신, 이달내 조치 완료"

전국에 설치된 ESS(에너지저장장치) 사이트 가운데 2017년 8월부터 최근까지 27개의 사이트에서 화재가 발생했다. 민관합동으로 화재 원인 조사를 벌였지만 명확한 원인이 밝혀지지 않아 공공시설 및 다중이용시설에 설치된 306개 사이트는 올 1월부터 현재까지 가동이 중지된 상태다.

ESS(Energy Storage System)는 남는 전력을 저장해 필요할때 사용할 수 있는 차세대 에너지 체계이다. 전력계통에선 주파수조정, 신재생발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감, 부하평준화, 비상전원 등의 기능으로 사용된다. 세계 전력시장이 발전하면서 ESS 시장규모도 올해 약 18GWh에서 2026년 87GWh로 연평균 33.3% 성장이 예상된다.

SNE리서치에 따르면 2018년 기준 글로벌 ESS시장 점유율은 삼성SDI가 46%로 가장 많고, 이어 LG화학이 23%로 뒤를 잇고 있다. 국내 ESS 화재와 이에 대한 대응책은 국내뿐 아니라 세계 시장에서도 매우 중요한 사안인 것이다.

삼성SDI 중대형System개발팀장 허은기 전무(오른쪽)가 ESS용 특수 소화시스템의 효과를 설명하고 있다. 특수 소화시스템이 적용된 ESS 모듈커버에 불을 붙이자 불이 수초 내 꺼져 모듈 커버에 화재 손상이 없었지만(사진 오른쪽) 특수 소화시스템이 적용되지 않은 ESS 모듈커버는 불에 녹아 구멍이 날 정도로 손상을 입었다(사진 왼쪽)삼성SDI 중대형System개발팀장 허은기 전무(오른쪽)가 ESS용 특수 소화시스템의 효과를 설명하고 있다. 특수 소화시스템이 적용된 ESS 모듈커버에 불을 붙이자 불이 수초 내 꺼져 모듈 커버에 화재 손상이 없었지만(사진 오른쪽) 특수 소화시스템이 적용되지 않은 ESS 모듈커버는 불에 녹아 구멍이 날 정도로 손상을 입었다(사진 왼쪽)

삼성SDI 허은기 전무(왼쪽)가 신개념 열 확산 차단재와 이미 적용된 외부 고전압, 고전류 차단 장치들에 대해 설명하고 있다.삼성SDI 허은기 전무(왼쪽)가 신개념 열 확산 차단재와 이미 적용된 외부 고전압, 고전류 차단 장치들에 대해 설명하고 있다.

지난 23일 삼성SDI가 국내외 언론을 초청해 ESS 안전성 실험을 외부에 공개한 것도 이 때문이라 할 수 있다.

삼성SDI 배터리공장은 울산과 천안 2군데이다. 울산에선 전기차나 ESS와 같은 중대형 제품을 생산하고, 천안에선 스마트폰 등 소형제품 및 중대형샘플을 생산한다.

울산공장에는 중대형전지 안전성 실험실이 마련돼 있다. 실험실은 모듈 4곳, 셀 3곳, 제어실, 방치실, 준비실, 진동실험실로 구성돼 있다. 실험 항목은 과충전, 과방전, 단락, 열노출, 압축, 관통, 낙하, 진동, 침수, 전복 등이다.

이번 실험은 관통으로 이뤄졌다. 삼성SDI의 화재 안전 장치를 부착한 모듈과 그렇지 않은 모듈에 날카로운 못을 관통시켜 화재가 어떻게 발생하고 진압되는지를 보여주는 식으로 진행됐다.

삼성SDI 전영현 사장(가운데 오른쪽)과 허은기 전무(가운데 왼쪽)가 안전성 평가동에서 실시한 소화시스템 시연에 참석해 ESS 안전성 대책에 대해 설명하고 있다.삼성SDI 전영현 사장(가운데 오른쪽)과 허은기 전무(가운데 왼쪽)가 안전성 평가동에서 실시한 소화시스템 시연에 참석해 ESS 안전성 대책에 대해 설명하고 있다.

실험실 안은 관통 실험을 할 수 있는 2개 장비가 갖춰져 있고, 벽은 두꺼운 콘트리트와 철문으로 이뤄졌다. 철문은 로켓포도 뚫지 못할 정도라고 관계자는 설명했다.

화재 안전 장치가 설치된 모듈부터 실험이 이뤄졌다. 사람은 실험실 안에서 모두 나오고, 철문으로 굳게 잠겼다. 외부에서 원격조종으로 설비를 움직이고, 외부에선 그 상황을 수 개의 모니터로 볼 수 있었다.

날카로운 못이 모듈을 관통하자 몇 초뒤 폭발 반응이 이뤄졌다. 흰 연기가 걷세게 뿜어져 나왔다. 배터리셀 온도는 반응 전 21~22도 가량에서 7~8분 뒤에는 300도까지 올라갔다. 하지만 불꽃은 발생하지 않았다. 또한 화재 발생 셀의 인접 셀의 온도도 30도밖에 올라가지 않아 불이 옮겨붙지 않는 것을 확인할 수 있었다.

삼성SDI 울산사업장 내 전기차용과 ESS용 배터리를 생산하는 전지2동 전경.삼성SDI 울산사업장 내 전기차용과 ESS용 배터리를 생산하는 전지2동 전경.

이어 안전 장치가 부착되지 않은 기존 모듈에 대한 관통 실험이 이어졌다. 못이 모듈을 관통하자 똑같이 몇초뒤 폭발 반응이 일어났다. 하지만 이번엔 달랐다. 처음엔 연기가 나더니 이내 불꽃이 격하게 발생했다. 불은 모듈 외부를 태우기 시작했다. 셀 온도도 금새 310도까지 올라갔다.

문제는 그 다음이었다. 인접 셀의 온도가 130도까지 올라가더니 2차 폭발이 발생했다. 더 이상의 큰 폭발을 막기 위해 소화제를 뿌려 화재를 진압했다.

화재 안전 장치가 부착된 모듈에서 불꽃치 나지 않고 인접 셀로도 전이가 안된 것은 특수 소화 시스템이 부착됐기 때문이다. 시스템은 2개 화재 방지 제품으로 구성돼 있다.

우선 내열성이 매우 강한 손바닥 크기의 차단막이 셀 중간마다 설치돼 열과 불꽃이 번지는 것을 차단한다. 또 하나는 모듈 내부의 상단에 화재 발생시 이를 진압하는 특수 소재가 장착됐다. 이 소재는 수만개의 캡슐로 구성돼 있는데 불이 닿을 경우 캡슐이 터지면서 불을 끄는 물질이 튀어 나오는 방식으로 작동한다.

삼성SDI는 이 외에도 ESS 화재 이후 자사 제품에 ▲외부 전기적 충격에서 배터리를 보호하기 위한 3단계 안전장치 설치 ▲배터리 운송이나 취급 과정에서 충격 여부를 확인할 수 있는 센서 부착 ▲ESS 설치 및 시공상태 감리 강화와 시공업체에 대한 정기교육 실시 ▲배터리 상태(전압, 전류, 온도 등)의 이상 신호를 감지해 운전 정지 등의 조치를 할 수 있는 펌웨어 업그레이드 등을 이달 내로 조치 완료할 계획이다.

삼성SDI의 특수 소화 시스템은 미국 국제 인증 기관인 UL로부터 최근 강화된 테스트 기준을 만족했다. 삼성SDI는 1,2차 안전 대책이 적용된 ESS 제품을 출하하기 시작했다.

전영현 사장은 "ESS 화재 이후로 신규 수주가 끊겼다가 최근 서서히 다시 수주가 이뤄지고 있다"며 "1,2차 화재 안전 시스템을 통해 ESS 화재는 100% 진압할 수 있다고 자신한다"고 말했다.


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