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컨테이너형 ESS 화재방지를 위한 내부 응결점 개선 관한 연구
Study on Improvement of Dew Point within ESS Container for Fire Prevention 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.15 no.2 = no.44, 2019년, pp.165 - 174  

김운학 (Department of Civil, Safety, and Environmental Engineering, Hankyong Nationnal University) ,  강석원 (Department of Civil, Safety, and Environmental Engineering, Hankyong Nationnal University) ,  신기석 (BOSUNG POWERTEC)

초록
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연구목적: 본 연구에서는 제안되는 ESS 컨테이너 화재사고의 원인들에 대한 상관관계를 확인하였다. 연구방법: 이들의 개선에 필요한 컨테이너 내부의 환경개선을 통하여 컨테이너 화재사고의 저감 가능성에 대한 조사를 시행하였다. 연구결과: 본 연구를 통해 내 외부 온도차에 발생되는 수분응결 조건의 개선과 이를 통한 BMS board의 절연 내력의 변화가 있음을 확인하였다. 연구결론: BMS Board 응결과 절연 내력저하와의 상관 관계를 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Purpose: In this study, we investigated the relationship between the causes of ESS container fire accidents. Method: We investigated the possibility of reducing the container fire accident by improving the air environment of the container which is necessary for improvement of these. Result: Through ...

주제어

#수분함량   #응결   #절연내력  

표/그림 (18)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • ESS는 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선로 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장 후, 전력이 필요한 시기에 선택적·효율적 사용을 목적으로 최근 몇 년간 국내외 집중적으로 설치 운전 중이나 최근 컨테이너형태의 하우징에 ESS를 설치한 시스템 중에서 화재사고가 빈번히 발생되어 오고 있는 실정으로 지금까지 정확한 ESS 사고의 원인을 규명하기 위하여 다수의 기관에서 조사를 시행중이나(Table 1) 정확한 주원인을 규명에 어려움을 겪고 있다. 다수의 원인 중 중요 안전장치인 배터리 제어시스템(BMS, Battery Management System)오류로 발생했다는 의견과 시스템 내·외부 온도변화에 대한 컨테이너 내부의 응결에 대한 배터리 시스템의 절연파괴가 발생으로 인한 원인이라는 의견에 대하여 본 연구에서는 제안되는 컨테이너 화재사고의 원인들에 대한 상관관계를 확인하고 이들의 개선에 필요한 컨테이너 내부의 환경개선을 통하여 컨테이너 화재사고의 저감 가능성에 대한 조사를 시행하였다. 본 연구를 통해 내·외부 온도차에 발생되는 수분응결 조건의 개선과 이를 통한 BMS board의 절연내력 및 통신 에러율 가능성이 있음을 확인하였고, 임계압력 이하의 일정한 압력 하에서 기체의 온도를 내리면 기체에서 액체상으로 변화되는 응축, 액체상에서 고체상으로 변화되는 응고 및 안전구조 또는 준 안정구조를 갖게 되는 다형변화 등이 발생되는데 본 연구에서는 기체상에서 액체상으로 변화에 대하여 연구하였다.
  • 다수의 원인 중 중요 안전장치인 배터리 제어시스템(BMS, Battery Management System)오류로 발생했다는 의견과 시스템 내·외부 온도변화에 대한 컨테이너 내부의 응결에 대한 배터리 시스템의 절연파괴가 발생으로 인한 원인이라는 의견에 대하여 본 연구에서는 제안되는 컨테이너 화재사고의 원인들에 대한 상관관계를 확인하고 이들의 개선에 필요한 컨테이너 내부의 환경개선을 통하여 컨테이너 화재사고의 저감 가능성에 대한 조사를 시행하였다. 본 연구를 통해 내·외부 온도차에 발생되는 수분응결 조건의 개선과 이를 통한 BMS board의 절연내력 및 통신 에러율 가능성이 있음을 확인하였고, 임계압력 이하의 일정한 압력 하에서 기체의 온도를 내리면 기체에서 액체상으로 변화되는 응축, 액체상에서 고체상으로 변화되는 응고 및 안전구조 또는 준 안정구조를 갖게 되는 다형변화 등이 발생되는데 본 연구에서는 기체상에서 액체상으로 변화에 대하여 연구하였다.

가설 설정

  • 실험장치는 기존 100kW급 ESS 함체를 사용하였으며, 대기조건에 대한 환류의 영향을 조사하기 위하여 배터리 모듈은 삽입하지 않은 상태에서 진행하였다. 함체의 정확한 열전도비 저항을 계산을 위한 일정온도 대기를 조성할 수 있는 항온조가 없어 외내부 열전달율이 0.05Kcal/m·h·℃로 전체로 균일하다는 가정 하에서 진행하였으며 실제 이와 동등 이상이다. 함체는 전력변환장치와 배터리 부분이 일체형이긴 하나 완전분리 되어 있으며 이외 내부 순환에 대기 순환의 영향을 확인하기 위한 상부흡입· 측면 배기형의 팬을 설치하여 설치 전후의 응결상태 및 오도변화 추이를 실험하였다(Figs.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
에너지 저장장치란? 에너지 저장장치(ESS, Energy Storage System)는 생산된 전기를 저장장치에 저장했다가 전력이 필요할 때 공급하여 전력 사용효율 향상을 도모하는 기기로 전력저장장치(배터리, 압축공기 등), 전력변환장치, 전력관리시스템 (EMS, Energy Management System) 등 제반 운영시스템으로 운영되고 있다. ESS는 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선로 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장 후, 전력이 필요한 시기에 선택적·효율적 사용을 목적으로 최근 몇 년간 국내외 집중적으로 설치 운전 중이나 최근 컨테이너형태의 하우징에 ESS를 설치한 시스템 중에서 화재사고가 빈번히 발생되어 오고 있는 실정으로 지금까지 정확한 ESS 사고의 원인을 규명하기 위하여 다수의 기관에서 조사를 시행중이나(Table 1) 정확한 주원인을 규명에 어려움을 겪고 있다.
대류순환 시스템이 ESS 시스템에 절연능력 개선이 가능성을 확인하고자 배터리 Rack 하부에 팬을 설치하여 순환여부에 따른 변화 조사를 통해 얻은 결과는 무엇인가? 상부 냉기의 대류 실험을 통해 대기순환 실험에서 팬을 작동한 구간에 발생되는 않았던 응결현상이 팬 작동 정지 직후부터 시작되는 것에서 대기순환 장치는 컨테이너 내부의 포화수증기의 응결을 지연시키거나 억제한다는 것을 확인하였다. 이와 동시에 시행된 BMS Board의 절연내력 측정 실험에서 응결이 발생되어 있는 경우 절연내력이 낮아짐을 확인함으로서 응결과 절연내력저하에 상관관계 확인되었다.
본 연구에서 응결과 절연내력저하에 상관관계를 확인할 수 있는 결과는 무엇인가? 상부 냉기의 대류 실험을 통해 대기순환 실험에서 팬을 작동한 구간에 발생되는 않았던 응결현상이 팬 작동 정지 직후부터 시작되는 것에서 대기순환 장치는 컨테이너 내부의 포화수증기의 응결을 지연시키거나 억제한다는 것을 확인하였다. 이와 동시에 시행된 BMS Board의 절연내력 측정 실험에서 응결이 발생되어 있는 경우 절연내력이 낮아짐을 확인함으로서 응결과 절연내력저하에 상관관계 확인되었다.
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참고문헌 (4)

  1. Hashimoto, T., Kurita, A., Minami, M., Yoshioka, M., Kobayashi, K., Hashimoto, M. (2011). "Development of Grid-stabilization Power-storage Systems Using Lithium-ion Rechargeable Batteries." Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, Vol. 48, No. 3 pp. 48-55. 

  2. MHI to Introduce Large-capacity Lithium-ion Battery Energy Storage System To Power Grid of Orkney Islands in UK (2012). Jointly with SSE, Mitsubishi Heavy Industries Press Information, November 22, 2012 No. 1593. 

  3. Mukai, D., Kobayashi, K., Kurahashi, T., Matsueda, N., Hashizaki, K., Kogure, M. (2012). "Development of Large High-performance Lithium-ion Batteries for Power Storage and Industrial Use." Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, Vol. 49, No. 1 pp. 6-11. 

  4. Shibata, T., Sudo, K., Kanazawa, Y. (2011). "Energy Storage Solutions Utilizing Lithium-ion Batteries." Hitachi Review, Vol. 60, No. 1, pp. 12-16. 

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