초록 ▼

기존 제품 및 서비스와 기술개발 융합결과
태양광발전시스템 및 ESS(주관기관) + 전력관리시템EMS 및 화재예방시스템(공동기관) => 태양광연계 화재예방 및 배터리 성능 최적화 기능이 있는 올인원 ESS 시스템 구축

최종목표
위 그림과 같이 ESS에서 획득 가능한 PV-PCS, ESS-PCS, BMS 등에서 생산되는 모든 데이터를 PMS 장비로 수집하고 수집된 데이터는 파일형태로 변환하여 EMS 서버로 주기적으로 전송, 전송된 빅데이터를 활용하여 배터리의 성능최적화 및 고장 상황을 예측 후 반응할 수 있는 알

기존 제품 및 서비스와 기술개발 융합결과
태양광발전시스템 및 ESS(주관기관) + 전력관리시템EMS 및 화재예방시스템(공동기관) => 태양광연계 화재예방 및 배터리 성능 최적화 기능이 있는 올인원 ESS 시스템 구축

최종목표
위 그림과 같이 ESS에서 획득 가능한 PV-PCS, ESS-PCS, BMS 등에서 생산되는 모든 데이터를 PMS 장비로 수집하고 수집된 데이터는 파일형태로 변환하여 EMS 서버로 주기적으로 전송, 전송된 빅데이터를 활용하여 배터리의 성능최적화 및 고장 상황을 예측 후 반응할 수 있는 알고리즘을 설계하고 EMS에 반영함. 또한, ESS 내부의 실내 온습도 모듈과 열화상 데이터, 아크 소호용 전자식 DC차단 장치의 데이터를 FPS 게이트웨이 단말기로 수집하고 수집된 데이터를 EMS 서버로 전송함으로써 화재 예방 및 즉각 대응이 가능하도록 개발하여 ESS 시장에 배터리 성능 최적화 및 화재예방을 위한 지능형 ESS를 보급

o 지능형 EMS가 구축된 100kW급 ESS 테스트 환경 구축
o 배터리 수명 최적화 및 고장예방 알고리즘
o 빅데이터 수집을 위한 Gateway 단말기(PMS) 및 EMS 서버
o 지능형 EMS 프로그램(웹/Android 모바일)
o 배터리 단자 과열 감시용 열화상 카메라 부착형 단말기 및 프로그램
o 전자식 아크 소호용 DC 차단 장치
o 배터리 보관실내 통신지원 온습도 모듈
o 열화상 단말기, DC 차단장치, 수집용 단말기 및 프로그램

개발내용 및 결과
o 제품1 : EMS(Energy Management System)
ESS(Energy Storage System)에서 획득 가능한 PV-PCS, ESS-PCS, BMS(Battery Management System) 등에서 생산되는 모든 데이터를 PMS 장비로 수집하고 수집된 데이터는 파일형태로 변환하여 EMS 서버로 주기적으로 전송. 전송된 데이터를 활용하여 일정 시간 내 PV 발전량 추이를 분석하고 현재 발전량을 예측하기 위하여 시계열 데이터 예측 알고리즘을 EMS에 반영. 또한, 열화상 카메라를 활용하여 과열을 감지하고 컨테이너 내부 환경 데이터를 게이트웨이 단말기로 수집하여 EMS로 전송함으로써 화재 예방 및 즉각 대응이 가능한 EMS시스템 구축

o 제품2 : ESS HMI 겸 Gateway용 PMS
PV-PCS, ESS-PCS, BMS의 데이터를 ModBUS TCP 또는 ModBUS Serial 통신을 통해 데이터를 수집하여 서버로 전송하고 충방전 컨트롤 및 충방전 스케줄, 전원 차단과 같은 컨트롤 데이터를 전달하는 SW개발 및 단말기(PMS)제작. 배터리실 환경에 따른 온습도 데이터를 획득하기 위해 온습도 모듈을 설치하여 데이터를 분석하고 해결함으로써 이상 현상 발생 시 즉각 대응 가능하도록 관제 시스템 구축

o 제품3 : 열화상카메라(FPS-IR)를 활용한 화재예방시스템(FPS)
FPS(Fire Prevention System)은 태양광 발전 ESS의 배터리실 내부를 촬영한 열화상 데이터, 전자식 DC차단 장치의 게이트웨이 단말기로 수집된 데이터를 EMS(Energy Management System)에 전송하는 역할을 함. FPS-IR(Fire Prevention System-Image Recognition)은 자체 알고리즘을 통해 온도 값을 계산, 해당 정보를 열화상 이미지로 변환하여 FPS(Fire Prevention System)로 실시간 전송. FPS에서 수집된 데이터는 EMS서버로 전송함으로써 원격 화재 예측 및 즉각 대응이 가능하도록 하여 ESS 통합 제어 보호체계를 설계

o 제품4 : 전자식 DC 차단 장치
열화상 카메라를 활용하여 과열을 감지하고 전원 차단 및 상태정보 전송기능을 담당하는 전력 전자스위치에 의한 전자식 회로방식의 DC 차단장치를 개발

기술개발배경
o ESS는 친환경 에너지를 적극적으로 활용할 수 있는 가장 효과적인 방법으로써 태양광, 풍력 등 친환경 에너지 발전 시설에 필수요소로 자리 잡고 있어 세계 ESS 설치 용량 및 현황은 급진적으로 발전할 것으로 판단됨

하지만 최근 커지는 시장에 따라 지속적으로 ESS 배터리 화재사건으로 인하여 ESS 안전성에 심각한 문제가 있다는 것이 큰 이슈로 부각되고 있으며 그 피해액 또한 수억원에서 수십억에 달해 재산상 피해가 커지고 있음

특히, 실내 다중이용시설의 경우 화재 발생 시 대형 인명 피해가 발생 할 수 있어 정부는 끝내 2018년 11월 실내 다중이용 시설 설비에 한하여 시설 보강 및 가동 중단 명령을 내려 현재 가동 중지 중 이며 정부 회의 보고서 및 국립 과학수사 연구원 감정서에서 2019년 2월 7일 1년 반 사이 발생한 ESS 화재 20건 중 7건 이상이 BMS 및 운용시스템 오작동으로 인한 것이라는 추정이 있었음

따라서 본 과제에서는 ESS에서 획득 가능한 빅데이터를 분석하여 실시간 감시를 통해 충방전 상태 감시, 전류/전압, CELL 온도 등의 불안정상황을 사전에 경고, 차단할 수 있다면 ESS 화재의 상당 부분을 미연에 방지 할 수 있을 것으로 판단

또한, 현재 DC 계통에 AC 겸용 차단기를 사용하고 있어 직류회로의 안정성과 신뢰성에 대한 문제가 지속적으로 대두되고 있어 전력전자스위치(FET, IGBT 등)에 의한 전자식 회로방식의 차단장치를 개발함으로써 사고전류 차단시간의 획기적 단축이 가능하며, 직류 아크 소호 능력이 탁월해 획기적인 기술혁신을 도모할 뿐만 아니라 열화상 카메라를 활용한 배터리 아크 감지 및 과열 감지 장비를 개발하여 현장 또는 원격에서 즉각 조치가 가능하도록 보완 시스템을 구축한다면 화재 가능성을 줄일 수 있음

핵심개발기술의 의의
기존 ESS의 전력관리시스템은 현재 발전량과 발전 추이와 같은 현재 상태 위주의 정보만을 제공함으로써 설비의 안전성 및 향 후 발전 예측에 관한 정보는 고려되지 않아 화재 예방 및 장비 운용의 최적화가 적용되지 않음

본 과제에서는 설비의 장비에서 발생되는 모든 데이터와 신규개발을 통해 장착된 FPS, DC 차단기, 온습도 모듈과 같은 설비에서 발생하는 데이터를 빅데이터 서버를 통해 취합하고 취합된 데이터를 자체 설계 및 개발한 예측 알고리즘을 접목하여 안전 설비의 정확한 제어 시점, 배터리의 성능 최적화, 화재 발생 가능성 예측과 같은 미래 지향적인 설비 안전성 모델을 제시

본 과제를 통해 개발된 ESS 안전성 설비들과 EMS, 빅데이터 알고리즘 등을 통해 기존 ESS 전력관리시스템의 신뢰도가 크게 향상

적용분야
o 태양광, 풍력 발전 등의 에너지 저장 장치에 배터리가 요구되는 ESS 전반에 적용 가능
o 환경모듈 데이터를 활용한 냉난방, 환기 공조 시설 제어 시스템을 통하여 다양한 온습도 유지 시설에 활용 가능
o ESS 용 화재 예방 시스템 (열화상 단말기, 아크소호 DC 차단장치, 온습도 모듈)을 활용한 분전시설이나 전기시설에 활용가능

(출처 : 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 주요 연구성과 ... 21
• 국문 요약문 ... 30
• 목차 ... 33
• 표목차 ... 34
• 그림목차 ... 35
• 제 1 장 서론 ... 37
• 제 1 절 주관기관의 소개 및 바우처 사업의 지원 필요성 ... 37
• 제 2 절 필요기술(개발기술) 및 적용 제품/서비스의 개요 ... 41
• 제 3 절 필요기술(개발기술)이 적용된 제품/서비스의 국내외 시장의 현황 ... 45
• 제 4 절 기술개발 시 예상되는 기술적‧경제적 파급효과 ... 52
• 제 2 장 기술개발 내용 및 결과 ... 54
• 제 1 절 필요기술의 기술개발 범위 및 목표 요구사항 ... 54
• 제 2 절 최종 기술개발 목표 및 평가 방법 ... 55
• 제 3 절 기술개발 추진체계, 방법 및 일정 ... 83
• 제 4 절 기술개발 추진계획 대비 실적 및 성과 ... 86
• 제 3 장 주관기관의 사업화 계획 ... 131
• 제 1 절 기술개발 결과물의 적용(예정) 형태 및 기존 제품과의 우수성(차별성) ... 131
• 제 2 절 현재까지의 내재화 및 사업화 실적(계획) ... 135
• 제 3 절 최종 제품/서비스의 시장 전망 및 향후 5년간의 사업화 계획 ... 137
• 1. 최종 제품/서비스의 시장 전망 및 경쟁사 현황 ... 137
• 2. 향후 5년간의 내재화 및 사업화 계획 ... 137
• 3. 투자유치 현황 및 계획 ... 138
• 제 4 절 기대효과 ... 138
• 제 4 장 사업비 사용현황 ... 140
• 1. 비목별 총괄표(주관+공동) ... 140
• 2. 참여연구원 ... 141
• 3. 위탁 및 용역과제 ... 141
• 【별첨 2】자체보안관리진단표 ... 142
• 【별첨 3】성과관련 스토리텔링 자료 ... 144
• 【별첨 4】성과 및 만족도(애로사항) 조사서 ... 146
• 【별첨 5】성과요약 ... 146
• 【별첨 6】과제수행(기관) 관련 각종 홍보자료 첨부(신문, 방송, URL 등) ... 147
• 끝페이지 ... 148