최근 빈번하게 발생한 ESS(에너지저장장치) 화재가 렉(Rack)에 장착된 배터리 모듈의 전기적 발열과 배터리제어시스템(BMS) 오류로 발생한 것으로 나타났으며, 이에 따른 ESS 충전잔량을 70%로 제한하라는 권고가 막대한 전력손실로 이어질 것이라는 문제가 제기됐다.

자유한국당 김규환 의원(산업통상자원중소벤처기업위원회)이 한국전력공사로부터 제출받은 국립과학수사연구원의 안전감정서에 따르면, 작년 8월 발생한 고창실증시험장 화재는 렉(Rack)에 장착된 배터리 모듈의 전기적 발열에 의해 발화가 시작됐으며, 배터리 제어시스템(BMS)은 전원이 꺼져 있어, 작동자체가 안됐던 것으로 확인됐다.

국과수는 수사 자료상, 화재당시 컨테이너에는 분전반(AC) 주차단기가 꺼짐으로 돼 있었다고 밝혔다. 이는 분전반(DC)에는 전원이 인가되지 않았다는 것을 의미한다. 배터리 모듈은 신제품으로 30%정도만 충전돼 있었던 점을 감안하면, 고밀도 에너지원인 리튬배터리의 ‘전기적 발열’이 화재발생의 주된 원인이라는 분석이다.

실제로 국과수가 화재 설비를 검사한 결과, 분전반(AC)의 주 차단기는 ‘꺼짐’이고, 현장자료 등을 고려할 때, 렉(Rack)의 배터리 모듈 외에는 전원이 인가된 설비는 없다고 밝혔다. 이어 장착된 배터리 모듈은 부스바(Bus bar)와 모듈 측면에서 불특정 다수의 전기적 발열 현상이 식별되고, 동 부위를 중심으로 연소가 확대된 특이점이 있는 것으로 나타났다.

이에 김 의원은 “배터리 모듈에서 전기적 발열이 발생했다는 것은 배터리 취급상의 문제, 자체결함 등의 다양한 요인일 수 있다”고 말하며, “리튬배터리 안전성에 대한 철저한 실태조사가 필요하다”고 강조했다.

또한, 한국전력공사의 경산변전소 사고 조사에 따르면, BMS시스템 구조상의 문제가 있는 것으로 나타났다. 한전은 제품 설계상의 문제를 지적했는데, △메인 부스와 제어케이블간 절연 이격거리 근접문제 △케이블 고정미비 △DC전압 변성 없이 BMS 보드에 직접인가 한 문제가 있다고 밝혔다. 한전은 이로 인해 BMS시스템 박스의 절연열화 발생 및 절연파괴 가능성이 있다고 지적했다.

하지만 한전이 제품설계상의 취약점을 지적한 곳은 2개소(경산, 신화순)에 그쳤으며, BMS 보드에 변성 없이 1000V에 가까운 전압을 직접인가 한 문제에 대해선 규명조차 하지 않는 무책임한 모습을 보이고 있다.

산업부 또한 이 같은 조사결과가 나왔음에도 그간 ESS사고 문제를 숨기는데 급급했으며, 제조사 AS처리, 안전기준 마련, 화재사고 보상처리, 전면 실태조사 등을 민간에 미루며, 책임소지 회피에만 몰두했다.

김규환 의원은, “전기설비는 년도마다 생산되는 모양, 성질, 부품단가, 설계구조, 모든 것이 달라질 수 있다”며, “ESS를 도입할 시점의 설계방식이 모두 다를 수 있는데, 정부는 이에 대한 안전검증 조차하지 않아 사고가 발생했다”고 설명했다.

이는 특정년도에 생산된 BMS가 문제를 발생할 수 있다는 것을 말한다. 실제로 한전은 경산변전소 ESS와 같은 BMS(2015년 설계방식: 절연거리 근접)를 조사한 것으로 드러났다. 하지만 한전이 도입한 ESS중에 ‘경산, 신화순’ 2개소를 조사한 게 전부였다. 이에 산업부가 도입한 1.008개소의 BMS시스템의 오류 및 구조, 리튬배터리 발열 문제점 등을 밝히는 전면 실태조사가 필요하다.

이어 삼성SDI는 ESS 화재로 인한 SOC(충전잔량) 운영조건을 70%이내로 감축하라는 공문을 7월 발송했다. 이는 고밀도에너지원인 리튬배터리의 취약점을 인정한 것으로 보인다. 이로 인한 충전잔량 감축과 30%의 전력손실이 발생하고 있다.

김 의원은 “만약 앞으로 5년간 ESS를 70%까지만 사용할 경우, 3조 1천억원 이상의 손실비용이 발생할 수 있다”고 말했다. 실제로 당분간 이상고온의 계연성, 배터리 자체결함, BMS오류 등의 사고원인이 명확하게 밝혀지지 않으면 충전잔량 70%의 운영조건을 바꾸기는 쉽지 않을 것이다.

산업부가 밝힌 ESS보급 현황을 보면, 전국 1008개소에 2928MW 규모의 ESS 설비가 구축된 것으로 확인된다. 이중 삼성SDI 580개소, LG화학 400개소 기타 등이다. 지금까지 총 7개소(고창, 경산, 영암, 군산, 해남, 거창, 세종 아세아제지)의 ESS 설비에서 화재사고가 발생했다. 재산피해는 200억 원이다.

이에 김 의원은 “리튬이온 배터리는 다른 셀 화학물질에 비해 매우 높은 에너지 밀도를 가지고 있고, 가연성 전해질이 포함돼 있기 때문에 고온의 환경에 노출될 경우 스스로 가열하게 되는 특성이 있다”고 말하며, “전해질 상태 및 충전잔량(SOC)에 따라 다르긴 하나, 단열 환경에서 자기발열 상태가 장시간 지속될 경우 리튬이온 배터리는 결국 열 폭주에 이르게 된다는 점을 간과하고 있다”고 지적했다.

이어 김 의원은, “배터리 모듈 내부에서 단일 셀이 열 폭주가 발생하면 인접 셀에 열이 전달되어 주위의 셀 또한 열 폭주가 발생하는 연쇄반응이 일어나게 된다.”고 말하며, “산업부는 ESS보급에만 몰두할 것이 아니라, 리튬배터리 안전성, BMS오류 등의 문제를 철저히 검증해 화재사고를 사전에 막아야 한다.”고 강조했다.