Tehnologije brezprekinitvenega napajanja (UPS) se že vrsto let uporabljajo v različnih aplikacijah za podporo neprekinjenega delovanja ključnih bremen med prekinitvami napajanja iz omrežja. Ti sistemi so bili uporabljeni na številnih različnih lokacijah za zagotavljanje dodatne odpornosti pred prekinitvami omrežja, ki ovirajo delovanje definiranih bremen. Sistemi UPS se pogosto uporabljajo za zaščito računalnikov, računalniške opreme in telekomunikacijske opreme. Z nedavnim razvojem novih energetskih tehnologij so se sistemi za shranjevanje energije (ESS) hitro razširili. ESS, zlasti tisti, ki uporabljajo baterijske tehnologije, se običajno napajajo iz obnovljivih virov, kot sta sončna ali vetrna energija, in omogočajo shranjevanje energije, proizvedene iz teh virov, za uporabo ob različnih časih.

Trenutni ameriški standard ANSI za UPS je UL 1778, standard za sisteme brezprekinitvenega napajanja. in CSA-C22.2 št. 107.3 za Kanado. UL 9540, standard za sisteme in opremo za shranjevanje energije, je ameriški in kanadski nacionalni standard za ESS. Čeprav imajo tako zreli izdelki UPS kot hitro razvijajoči se ESS nekaj skupnega v tehničnih rešitvah, delovanju in namestitvi, obstajajo pomembne razlike. Ta dokument bo pregledal kritične razlike, orisal veljavne varnostne zahteve izdelkov, povezane z vsakim, in povzel, kako se razvijajo kode pri obravnavanju obeh vrst namestitve.

PredstavljamoUPS

Nastanek

Sistem UPS je električni sistem, zasnovan za zagotavljanje trenutnega začasnega napajanja na podlagi izmeničnega toka za kritične obremenitve v primeru okvare električnega omrežja ali drugih načinov okvare omrežnega vira napajanja. UPS je dimenzioniran tako, da zagotavlja takojšnje nadaljevanje vnaprej določene količine energije za določen čas. To omogoča sekundarnemu viru napajanja, npr. generatorju, da se poveže in nadaljuje z rezervnim napajanjem. UPS lahko varno izklopi nebistvene obremenitve, medtem ko še naprej zagotavlja napajanje pomembnejših obremenitev opreme. Sistemi UPS že vrsto let zagotavljajo to kritično podporo za različne aplikacije. UPS bo uporabljal shranjeno energijo iz integriranega vira energije. To je običajno akumulatorska baterija, superkondenzator ali mehansko gibanje vztrajnika kot vir energije.

Tipičen UPS, ki za napajanje uporablja baterijsko banko, je sestavljen iz naslednjih glavnih komponent:

Usmernik/polnilnik – ta del UPS-a prevzame napajanje z izmeničnim tokom, ga popravi in ​​proizvede enosmerno napetost, ki se uporablja za polnjenje baterij.

• Pretvornik – V primeru izpada električnega omrežja bo pretvornik pretvoril enosmerno moč, shranjeno v baterijah, v čisto izhodno moč izmeničnega toka, primerno za podprto opremo.

• Preklopno stikalo – avtomatska in trenutna preklopna naprava, ki prenaša moč iz različnih virov, npr. omrežja, UPS pretvornika in generatorja, na kritično obremenitev.

• Banka baterij – Shranjuje energijo, ki jo UPS potrebuje za izvajanje predvidene funkcije.

Trenutni standardi za sisteme UPS

• Trenutni ameriški standard ANSI za UPS je UL 1778/C22.2 št. 107.3, standard za sisteme brezprekinitvenega napajanja, ki opredeljuje UPS kot »kombinacijo pretvornikov, stikal in naprav za shranjevanje energije (kot so baterije), ki tvorijo napajanje. sistem za vzdrževanje kontinuitete napajanja bremena v primeru izpada vhodnega napajanja.«

• V razvoju sta novi izdaji IEC 62040-1 in IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (z uporabo UL/CSA 62477-1 kot referenčnega standarda) bo usklajen s temi standardi.

Predstavljamo shranjevanje energije sistemi (ESS)

ESS postajajo vse bolj priljubljeni kot odgovor na številne izzive, s katerimi se sooča razpoložljivost in

zanesljivost na današnjem energetskem trgu. ESS, zlasti tisti, ki uporabljajo baterije, pomagajo ublažiti spremenljivo razpoložljivost obnovljivih virov, kot sta sončna ali vetrna energija. ESS so zanesljiv vir napajanja v času največje porabe in lahko pomagajo pri upravljanju obremenitve, nihanjih moči in drugih funkcijah, povezanih z omrežjem. ESS se uporabljajo za komunalne, komercialne, industrijske in stanovanjske namene.

Trenutni standardi za ESS

UL 9540, standard za sisteme in opremo za shranjevanje energije, je ameriški in kanadski nacionalni standard za ESS.

• UL 9540, prvič objavljen leta 2016, vključuje več tehnologij za ESS, vključno s sistemi za shranjevanje energije v baterijah (BESS). UL 9540 zajema tudi druge tehnologije shranjevanja: mehansko ESS, npr. shranjevanje na vztrajniku v kombinaciji z generatorjem, kemično ESS, npr. shranjevanje vodika v kombinaciji s sistemom gorivnih celic, in toplotno ESS, npr. shranjevanje latentne toplote v kombinaciji z generatorjem.
• UL 9540, njegova druga izdaja, opredeljuje sistem za shranjevanje energije kot "opremo, ki sprejema energijo in nato zagotavlja sredstva za shranjevanje te energije v neki obliki za kasnejšo uporabo za oskrbo z električno energijo, ko je to potrebno." Druga izdaja UL 9540 nadalje zahteva, da je BESS podvržen UL 9540A, standardni preskusni metodi za ocenjevanje širjenja toplotnega ognja v sistemih za shranjevanje energije na baterije, če je to potrebno za izpolnjevanje izjem v kodah.
• UL 9540 je trenutno v svoji tretji izdaji.

Primerjava ESS z UPS

Funkcije in dimenzije

ESS je po konstrukciji podoben UPS-u, vendar se razlikuje po uporabi. Tako kot UPS tudi ESS vključuje mehanizem za shranjevanje energije, kot so baterije, oprema za pretvorbo energije, npr. inverterji, ter različna druga elektronika in krmilniki. Za razliko od UPS-a pa lahko ESS deluje vzporedno z omrežjem, kar ima za posledico večjo krožnost sistema, kot bi jo kdajkoli doživel UPS. ESS lahko interaktivno sodeluje z omrežjem ali v samostojnem načinu ali oboje, odvisno od vrste uporabljenega sistema za pretvorbo električne energije. ESS lahko deluje celo kot funkcija UPS. Tako kot UPS je tudi ESS lahko v različnih velikostih, od majhnega stanovanjskega sistema, ki ima manj kot 20 kWh energije, do uporabnih aplikacij, ki uporabljajo sisteme energetskih vsebnikov z več megavati z več baterijskimi policami znotraj vsebnika.

Kemična sestava in varnost

Tipične baterije, ki se uporabljajo v UPS, so bile vedno svinčeno-kislinske ali nikelj-kadmijeve baterije. Za razliko od UPS, BESS že od začetka uporablja tehnologije, kot so litij-ionske baterije, ker imajo litij-ionske baterije boljšo zmogljivost cikla in večjo energijsko gostoto, kar lahko zagotovi več energije v manjšem fizičnem odtisu. Litij-ionske baterije imajo tudi veliko nižje zahteve glede vzdrževanja kot tradicionalne baterije. Toda trenutno se litij-ionske baterije vse bolj uporabljajo tudi v aplikacijah UPS.

Vendar pa je resna nesreča v Arizoni leta 2019, v katero je bil vpleten ESS, ki se uporablja v komunalnih aplikacijah, povzročila resne poškodbe več prvih posredovalcev in pritegnila pozornost različnih zainteresiranih strani, vključno z regulatorji in zavarovalniškimi agencijami. Za zagotovitev, da tega rastočega področja ne bodo ovirali varnostni incidenti, ki se jim je mogoče izogniti, je treba razviti ustrezne specifikacije in standarde za ESS. Da bi spodbudili razvoj ustreznih varnostnih specifikacij in standardov za ESS, je ameriško ministrstvo za energijo (DOE) leta 2015 začelo prvi letni forum o varnosti in zanesljivosti ESS.

Prvi forum DOE ESS je prispeval k velikemu obsegu dela na specifikacijah in standardih ESS. Najbolj omembe vreden je razvoj NEC št. 706 in razvoj NFPA 855, standarda za instalacije stacionarnih sistemov za shranjevanje energije, ki neposredno vpliva na standard za stacionarne baterijske sisteme v ICC IFC in NFPA 1. Danes imata NEC in NFPA 855 posodobljen tudi za različice 2023.

Trenutno stanje standardov ESS in UPS

Cilj vseh dejavnosti razvoja pravil in standardov je ustrezno obravnavanje varnosti teh sistemov. Na žalost so trenutni standardi ustvarili nekaj zmede v industriji.

1.NFPA 855. Ključni dokument, ki vpliva na namestitev BESS in UPS, je različica NFPA 855 iz leta 2020, standard za namestitev stacionarnih sistemov za shranjevanje energije. NFPA 855 opredeljuje shranjevanje energije kot "sklop ene ali več naprav, ki so sposobne shranjevati energijo za prihodnjo oskrbo lokalnih električnih obremenitev, komunalnih omrežij ali omrežne podpore." Ta definicija vključuje aplikacije za UPS in ESS. Poleg tega NFPA 855 in požarni kode zahtevajo, da so ESS ovrednoteni in certificirani po UL 9540. Vendar je bil UL 1778 vedno tradicionalni varnostni standard za izdelke UPS. Sistem je bil neodvisno ocenjen glede skladnosti z veljavnimi varnostnimi zahtevami in podpira varno namestitev. Zato je zahteva UL 9540 povzročila nekaj zmede v industriji.

2. UL 9540A. UL 9540A zahteva začetek od nivoja baterije in preizkušanje korak za korakom do prehoda nivoja namestitve. Zaradi teh zahtev za sisteme UPS veljajo tržni standardi, ki v preteklosti niso bili potrebni.

3.UL 1973. UL 1973 je varnostni standard baterijskega sistema za ESS in UPS. Vendar različica UL 1973-2018 ne vključuje preskusnih določb za svinčeno-kislinske baterije, kar je prav tako izziv za sisteme UPS, ki uporabljajo tradicionalno baterijsko tehnologijo, kot so svinčeno-kislinske baterije.

Povzetek

Trenutno tako NEC (National Electrical Code) kot NFPA 855 pojasnjujeta te definicije.

• Na primer, različica NFPA 855 iz leta 2023 pojasnjuje, da so določene svinčeno-kislinske in nikelj-kadmijeve baterije (600 V ali manj) navedene v UL 1973.
• Poleg tega za sisteme svinčenih baterij, certificirane in označene v skladu z UL 1778, ni treba certificirati v skladu z UL 9540, če se uporabljajo kot rezervno napajanje.

Da bi rešili problem pomanjkanja preskusnih standardov za svinčeno-kislinske in nikelj-kadmijeve baterije v UL 1973, je bil Dodatek H (Ocena alternativ za ventilsko regulirane ali prezračevane svinčeno-kislinske ali nikelj-kadmijeve baterije) posebej dodan k tretja izdaja UL 1973, izdana februarja 2022.

Te spremembe predstavljajo pozitiven razvoj za razlikovanje zahtev glede varne namestitve UPS in ESS. Nadaljnje delo vključuje posodobitev člena 480 NEC, da se bolje obravnavajo zahteve glede namestitve za tehnologije, ki niso svinčeno-kislinske in nikelj-kadmijeve. Poleg tega je treba standard NFPA 855 dodatno posodobiti, da bo zagotovil večjo jasnost predpisov o požarni zaščiti, zlasti glede različnih tehnologij, ki se uporabljajo v stacionarnih aplikacijah, ne glede na to, ali gre za UPS ali ESS.

Avtor upa, da bodo nadaljnje spremembe izboljšale varnost industrije, ne glede na to, ali se uporablja tradicionalni UPS ali ESS. Ko vidimo, da se rešitve za shranjevanje energije močno in hitro širijo, je obravnava intrinzične varnosti izdelkov ključnega pomena za sprostitev varnostnih inovacij in izpolnjevanje potreb družbe.