▲ 박문우 한국화재보험협회 방재시험연구원 책임연구원이 풍력발전기 화재 특성에 대해 설명하고 있다.   © 최누리 기자

     

[FPN 최누리 기자] = “풍력발전기 화재는 설비 특성과 환경적인 제약 조건으로 대응이 힘들다. 이를 반영한 소방시설 설치 기준을 만들고 화재에 대응할 수 있는 기술을 개발해야 한다. 이런 노력이 뒷받침돼야 화재 안전성을 확보하고 신재생에너지 산업 발전을 이룰 수 있다”

     

세계풍력에너지협의회의 ‘세계 풍력 보고서 2023’에 따르면 올해부터 2027년까지 세계 풍력발전 682GW가 설치될 것으로 전망된다. 지난해까지 세계에 설치된 풍력발전(906GW) 수준을 고려하면 2027년엔 누적 1588GW가 보급될 것으로 추산된다. 우리나라는 2020년 이후 풍력과 태양광 등 신재생에너지를 중심으로 한 전력 공급 계획을 세우면서 그 중요성이 커졌다. 

     

풍력발전소ㆍ단지 보급이 확대되면서 관련 화재 역시 발생하고 있다. 풍력발전기는 보통 100m 이상 높이에 설치된다. 이곳에 불이 나면 접근이 어려워 자연 진화되는 경우가 대부분이다. 

     

전문가들은 풍력발전기 화재 시 막대한 재산피해는 물론 인명피해가 발생할 수 있는 만큼 대책 마련이 필요하다는 지적을 내놓는다. 특히 육상 풍력발전기에서 불이 나면 대형 산불이나 민가 피해로 이어질 수 있다. 

     

<FPN/소방방재신문>이 박문우 한국화재보험협회 방재시험연구원 책임연구원을 만나 풍력발전기 화재 특성을 짚어보고 안전성 확보를 위한 방안에 관해 이야기를 나눴다. 

     

소방기술사인 그는 4년간 한국전력기술에서 원자력발전소 화재방호계통 설계 엔지니어로 근무한 이후 방재시험연구원에서 신재생에너지와 에너지저장장치(ESS), 전기차 등 다양한 화재 분야를 연구하고 있다. 다음은 박문우 책임연구원과의 일문일답. 

 

Q. 풍력발전기 증가와 함께 관련 화재가 발생하고 있다. 이 때문에 화재 안전성에 대한 우려의 목소리가 나온다. 

풍력발전기는 풍력 터빈을 이용해 바람의 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치다. 

     

구조는 ▲날개 역할을 하는 ‘블레이드’ ▲전기ㆍ제어장치를 둘러싼 구조물인 ‘나셀’ ▲주축의 저속회전을 발전용 고속회전으로 변환하는 ‘증속기’ ▲증속기에서 전달받은 회전력을 전기로 변화하는 ‘발전기’ ▲블레이드 회전력을 증속기와 발전기에 전달하는 ‘회전축’ ▲블레이드를 바람 방향에 맞추기 위해 나셀을 회전시키는 ‘요잉시스템’ ▲풍력발전기 지지 구조물인 ‘타워’ 등으로 구성된다. 

     

블레이드는 보통 15~25 RPM(분당회전수)의 회전속도로 연간 수백만 번을 회전한다. 비행기가 이륙하는 힘과 비슷한 세기를 가진 바람과 충돌하는 셈이다. 블레이드를 잡아주는 허브와 연결된 회전축이 저속으로 증속기를 구동시키고 다시 고속으로 회전하는 회전축을 통해 발전기를 작동시켜 전기를 생산한다. 

     

풍력발전기는 강한 풍속으로 브레이크 패드가 파열되거나 브레이크 또는 베어링 내부의 윤활유 또는 인화성 물질이 착화되는 등의 이유로 화재가 발생할 수 있다. 육상 풍력발전기는 보통 지상 100m 이상 높이에 설치돼 화재가 발생해도 접근이 어려워 대부분 전소되는 게 특징이다. 

     

또 내부에 소화설비가 충분히 갖춰지지 않아 초기 진압이 어렵다. 소화설비가 설치됐어도 나셀 내ㆍ외부 간 공기 유동이 자유로워 소화약제가 발화점에 도달하기 어렵기에 제 기능을 발휘하긴 힘들다. 

     

소방헬기를 지원받아 화재를 진압하려 해도 기상 여건에 따라 진화작업에 제약이 생길 수 있다. 육상 풍력발전기의 경우 나셀 높이까지 방사가 가능한 소방차가 부족할 뿐 아니라 강한 바람이 불면 산불로 번질 수 있는 위험성이 존재한다. 

 

Q. 대표적인 풍력발전기 화재에 대한 설명을 부탁드린다. 

2010년 10월 제주시 구좌읍 행원리 풍력발전단지에 설치된 풍력발전기 15개 중 600㎾급 2호기에서 화재가 발생해 증속기 등이 전소됐다. 불은 오후 3시 50분께 꺼졌지만 제어기능을 상실한 블레이드가 평소보다 빠른 속도로 돌면서 10m 높이 타워 중간 부분이 부러졌다. 부러진 기둥은 주변 시설물을 덮치는 2차 사고로 이어졌다. 

     

한국기계연구원의 원인 분석 자료를 보면 최초 회전속도 조절을 위해 블레이드 각도를 제어하는 피치시스템 노후화가 사고 원인으로 지목됐다. 또 1997년 설치된 이후 사고 발생까지 약 13년간 설비가 노후화됐지만 관리되지 않았다. 특히 2차 피해를 줄이기 위한 매뉴얼도 부족했다. 즉 장비 노후화와 운영관리 미비가 원인인 셈이다. 

 

Q. 풍력발전기 화재 관련 국내ㆍ외 제도나 법률 차이는?     

국내에선 소방과 전기 관련법에 따라 방호설비를 설치하지만 명확한 설치ㆍ성능 기준이 제시되지 않았다. 이에 제조사나 설치업체의 자체 기준을 적용해 현장에 갖춰지고 있다. 

     

풍력발전기는 ‘소방시설 설치 및 관리에 관한 법률’ 시행령에 따라 특정소방대상물에 포함된다. 다만 ‘별표 4 특정소방대상물의 관계인이 특정소방대상물에 설치ㆍ관리해야 하는 소방시설의 종류’에서는 제외됐다. 

     

‘전기설비기술기준의 판단기준’의 경우 500㎾ 이상 풍력발전기는 나셀 내부에 화재가 발생하면 이를 감지하고 소화할 수 있는 ‘화재방호설비’를 설치하도록 규정하고 있다. 그러나 명확한 기술ㆍ성능 기준이 제시되지 않았다.  

     

반면 유럽소방협회연합에선 풍력발전기 화재예방지침(CFPA-E Guideline)에 따라 화재 감지ㆍ진압 설비에 대한 구체적인 기술ㆍ성능기준을 제시하는 등 풍력발전기 화재에 대비하고 있다. 

     

미국은 대부분 NFPA 850 13.5.3 기준을 기반으로 풍력발전기를 설계한다. 화재방호 설계에 대해선 화재위험성평가를 기반으로 한 구체적인 적용 방안을 제시한다는 점에서 국내와 차이를 보인다. 

 

Q. 풍력발전기 화재 안전성을 높이기 위해 어떤 대책이 필요하다고 생각하나. 

풍력발전기 화재ㆍ설치 특성을 고려한 소방대책이 필요하다. 풍력발전기에 주로 사용되는 고체에어로졸은 가성비 측면에서 우수하지만 NFPA 850에서 강조하는 재발화 방지ㆍ연장 방출엔 취약하다. 특정 소화장치 1개로 해결할 수 있는 화재 특성이 아니기에 화재위험평가에 의한 대책이 수반돼야 한다.

     

또 나셀 공간은 전역 방출로 화재방호가 가능할 순 있겠지만 종속기나 유압계통 등은 외함 등으로 차폐돼 국소 방출 방식으로 별도 방호해야 한다. 

     

무엇보다 풍력발전기는 대부분 오지나 해상에 설치돼 이곳에 유지ㆍ관리 관계자가 접근하기 어렵다. 이와 함께 사람 인지능력 수준의 화재 식별 능력을 갖춘 새로운 기술을 접목할 필요가 있다. 이는 비화재보 최소화와 소화성능 극대화를 위한 화재방호 대책인 셈이다.

     

예를 들어 인공지능(AI) 기술을 접목해 실화재 판별 능력을 높이고 초기 소화와 연장 방출로 재발화를 방지할 수 있는 설비를 검토해야 한다. 

 

최누리 기자 nuri@fpn119.co.kr    

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