배터리 에너지 저장은 상업용 태양광 분야에서 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나이며 화재 안전에 대해 가장 엄격하게 규제되는 분야 중 하나입니다. 2018~2022년에 여러 건의 세간의 이목을 끄는 BESS 화재로 인해 규제 기관과 보험사는 요구 사항을 대폭 강화했습니다. 열 폭주와 이를 방지하는 데 필요한 보호 계층을 이해하는 것은 이제 BESS와 협력하는 모든 개발자, EPC 또는 자산 소유자에게 필수적입니다.

열폭주란 무엇인가요?

열 폭주(Thermal runaway)는 리튬 이온 배터리 셀의 자체 가속 가열 과정입니다. 일반적으로 과충전, 내부 단락, 외부 열 또는 기계적 손상으로 인해 셀이 안전한 작동 온도를 초과하면 셀 내부의 발열 화학 반응이 셀이 소멸할 수 있는 것보다 더 빠르게 열을 생성합니다. 온도가 빠르게 상승하여 긍정적인 피드백 루프에서 추가 반응이 발생합니다.

약 80~100°C(화학적 특성에 따라 다름) 이상의 셀 온도에서 SEI(고체 전해질 간기) 층 분해가 시작됩니다. 130~150°C 이상에서는 분리막이 녹아 내부 단락이 발생합니다. 180~270°C 이상(음극 화학에 따라 다름)에서는 음극에서 산소가 방출되고 전해질 증기가 점화됩니다. 그 결과, 기존의 물 진압 장치로는 소화하기 매우 어려운 격렬하고 빠르게 발생하는 화재가 발생합니다.

하나의 고장난 셀에서 발생하는 열이 인접한 셀을 촉발시키는 셀 간 열 폭주 전파는 빽빽하게 채워진 BESS에서 가장 위험한 고장 모드입니다. 단일 셀 오류는 몇 분 안에 전체 모듈, 랙 또는 컨테이너를 통해 연속적으로 퍼질 수 있습니다.

LFP vs NMC: chemistry matters for safety

LFP(리튬 철 인산염) 화학은 고정 보관 시 NMC(니켈 망간 코발트)보다 훨씬 안전합니다.

모든 Sungrow 상업용 BESS 제품은 LFP 화학을 사용합니다. — LFP가 에너지 밀도보다 안전과 수명이 우선시되는 고정식, 상업용 및 유틸리티 규모의 저장에 적합한 화학물질이라는 업계 합의와 일치합니다.

심층 방어: BESS 화재 안전의 4개 계층

레이어 1: 셀 수준 보호(배터리 관리 시스템)

BMS는 각 셀의 전압, 온도 및 충전 상태를 실시간으로 모니터링합니다. 최대/최소 충전 전압, 방전 차단, 온도 제한 등 작동 제한을 적용하고 제한이 초과되면 배터리를 분리합니다. 잘 구현된 BMS는 BESS에서 가장 효과적인 단일 안전 조치입니다.

Layer 2: Gas detection and early warning

열폭주는 화재가 발생하기 전에 불화수소(HF), 일산화탄소 및 휘발성 유기 화합물을 방출합니다. 배터리 인클로저 내부의 조기 경고 가스 감지기는 점화되기 몇 분 전에 이러한 전구체 가스를 감지하여 자동 종료 및 경보를 실행할 수 있습니다. IEC 62933-5-2 및 NFPA 855에서는 상업용 BESS 인클로저의 가스 감지를 요구합니다. 조기 가스 감지는 BMS 다음으로 가장 중요한 안전 추가 기능일 것입니다. — 열 폭주가 전파되기 전에 자동 종료 시간을 제공합니다.

Layer 3: Fire suppression

리튬 화재는 기존의 CO2나 건조 분말 억제 방법으로는 진압할 수 없습니다. 지속적인 발열 반응을 위해서는 셀을 임계값 아래로 냉각하기 위해 물이 필요합니다. Modern BESS fire suppression uses:

레이어 4: 위치 및 분리 거리

NFPA 855 및 IEC 표준은 BESS 장치 간, 그리고 BESS와 점유 건물 간의 최소 이격 거리를 지정합니다. 컨테이너형 실외 BESS(가장 일반적인 상업용 구성)에는 일반적으로 다음이 필요합니다.

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