Tehnologije neprekidnog napajanja (UPS) korištene su u različitim aplikacijama dugi niz godina za podršku kontinuiranog rada ključnih potrošača tijekom prekida napajanja iz mreže. Ovi sustavi korišteni su na mnogo različitih lokacija kako bi se osigurala dodatna otpornost na mrežne smetnje koje ometaju rad definiranih opterećenja. UPS sustavi često se koriste za zaštitu računala, računalne opreme i telekomunikacijske opreme. S nedavnom evolucijom novih energetskih tehnologija, sustavi za pohranu energije (ESS) brzo su se proširili. ESS, posebno oni koji koriste tehnologije baterija, obično se opskrbljuju iz obnovljivih izvora kao što su solarna energija ili energija vjetra i omogućuju pohranjivanje energije proizvedene iz tih izvora za korištenje u različitim vremenima.

Trenutačni američki ANSI standard za UPS je UL 1778, standard za sustave neprekidnog napajanja. i CSA-C22.2 br. 107.3 za Kanadu. UL 9540, standard za sustave i opremu za pohranu energije, američki je i kanadski nacionalni standard za ESS. Dok i zreli UPS proizvodi i ESS koji se brzo razvijaju imaju neke sličnosti u tehničkim rješenjima, radu i instalaciji, postoje važne razlike. Ovaj će dokument pregledati kritične razlike, navesti primjenjive zahtjeve za sigurnost proizvoda koji su povezani sa svakim i sažeti kako se kodeksi razvijaju u rješavanju obje vrste instalacija.

PredstavljamoUPS

Formiranje

UPS sustav je električni sustav dizajniran za pružanje trenutnog privremenog napajanja temeljenog na izmjeničnoj struji za kritična opterećenja u slučaju kvara električne mreže ili drugih načina kvara glavnog izvora napajanja. UPS je dimenzioniran da omogući trenutni nastavak unaprijed određene količine energije u određenom trajanju. Ovo omogućuje sekundarnom izvoru napajanja, npr. generatoru, da se uključi i nastavi s rezervnim napajanjem. UPS može sigurno isključiti nebitna opterećenja dok nastavlja opskrbljivati ​​energijom važnija opterećenja opreme. UPS sustavi godinama pružaju ovu ključnu podršku za razne aplikacije. UPS će koristiti pohranjenu energiju iz integriranog izvora energije. To je obično baterija, superkondenzator ili mehanički pokret zamašnjaka kao izvora energije.

Tipični UPS koji koristi banku baterija za napajanje sastoji se od sljedećih glavnih komponenti:

Ispravljač/punjač – Ovaj dio UPS-a preuzima AC mrežno napajanje, ispravlja ga i proizvodi istosmjerni napon koji se koristi za punjenje baterija.

• Inverter – U slučaju nestanka mrežnog napajanja, pretvarač će pretvoriti istosmjernu struju pohranjenu u baterijama u čistu izlaznu izmjeničnu struju prikladnu za podržanu opremu.

• Prijenosna sklopka – automatski i trenutni sklopni uređaj koji prenosi snagu iz različitih izvora, npr. mreže, UPS pretvarača i generatora, do kritičnog opterećenja.

• Banka baterija – Pohranjuje energiju potrebnu UPS-u za obavljanje predviđene funkcije.

Trenutni standardi za UPS sustave

• Trenutačni američki ANSI standard za UPS je UL 1778/C22.2 br. 107.3, standard za sustave neprekidnog napajanja, koji definira UPS kao "kombinaciju pretvarača, prekidača i uređaja za pohranu energije (kao što su baterije) koji čine napajanje sustav za održavanje kontinuiteta napajanja opterećenja u slučaju nestanka ulazne struje.”

• U razvoju su nova izdanja IEC 62040-1 i IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (koristeći UL/CSA 62477-1 kao referentni standard) bit će usklađen s ovim standardima.

Predstavljamo skladištenje energije sustavi (ESS)

ESS-ovi dobivaju na snazi ​​kao odgovor na brojne izazove s kojima se suočava dostupnost i

pouzdanost na današnjem energetskom tržištu. ESS, osobito oni koji koriste tehnologije baterija, pomažu u ublažavanju varijabilne dostupnosti obnovljivih izvora kao što su solarna energija ili energija vjetra. ESS su pouzdan izvor napajanja tijekom vršnih razdoblja korištenja i mogu pomoći u upravljanju opterećenjem, fluktuacijama snage i drugim funkcijama povezanim s mrežom. ESS se koriste za komunalne, komercijalne, industrijske i stambene primjene.

Trenutni standardi za ESS

UL 9540, standard za sustave i opremu za pohranu energije, američki je i kanadski nacionalni standard za ESS.

• Prvi put objavljen 2016., UL 9540 uključuje više tehnologija za ESS uključujući sustave za pohranu baterije (BESS). UL 9540 također pokriva druge tehnologije skladištenja: mehanički ESS, npr. pohranjivanje na zamašnjaku upareno s generatorom, kemijsko ESS, npr. pohranjivanje vodika upareno sa sustavom gorivih ćelija, i toplinsko ESS, npr. latentno pohranjivanje topline upareno s generatorom.
• UL 9540, njegovo drugo izdanje, definira sustav za pohranu energije kao "Opremu koja prima energiju i zatim pruža sredstva za pohranu te energije u nekom obliku za kasniju upotrebu kako bi se opskrbila električnom energijom kada je to potrebno." Drugo izdanje UL 9540 nadalje zahtijeva da BESS bude podvrgnut UL 9540A, standardnoj metodi ispitivanja za procjenu širenja toplinske vatre u sustavima za pohranu energije na baterije, ako je potrebno ispuniti iznimke u kodovima.
• UL 9540 trenutno je u trećem izdanju.

Usporedba ESS-a s UPS-om

Funkcije i dimenzije

ESS je po konstrukciji sličan UPS-u, ali se razlikuje po upotrebi. Poput UPS-a, ESS uključuje mehanizam za pohranu energije kao što su baterije, oprema za pretvorbu energije, npr. pretvarači, te razna druga elektronika i kontrole. Međutim, za razliku od UPS-a, ESS može raditi paralelno s mrežom, što rezultira većim ciklusima sustava nego što bi UPS ikada doživio. ESS može interaktivno surađivati ​​s mrežom ili u samostalnom načinu rada, ili oboje, ovisno o vrsti korištenog sustava za pretvorbu energije. ESS može čak funkcionirati kao UPS funkcija. Poput UPS-a, ESS može doći u različitim veličinama od malog stambenog sustava koji ima manje od 20 kWh energije do komunalnih aplikacija koje koriste sustave spremnika energije od više megavata s više polica za baterije unutar spremnika

Kemijski sastav i sigurnost

Tipične kemije baterija koje se koriste u UPS-u uvijek su bile olovne ili nikal-kadmijeve baterije. Za razliku od UPS-a, BESS od početka koristi tehnologije kao što su litij-ionske baterije jer litij-ionske baterije imaju bolje performanse ciklusa i veću gustoću energije, što može pružiti više energije uz manji fizički otisak. Litij-ionske baterije također imaju mnogo manje zahtjeve za održavanjem od tradicionalnih baterijskih tehnologija. Ali trenutno se litij-ionske baterije također sve više koriste u UPS aplikacijama.

Međutim, ozbiljna nesreća u Arizoni 2019. koja je uključivala ESS koji se koristio u komunalnim aplikacijama rezultirala je ozbiljnim ozljedama nekoliko osoba koje su prve hitne pomoći i privukla pozornost različitih dionika, uključujući regulatore i osiguravajuće agencije. Kako bi se osiguralo da ovo rastuće područje ne ometaju sigurnosni incidenti koji se mogu izbjeći, potrebno je razviti odgovarajuće specifikacije i standarde za ESS. Kako bi potaknuli razvoj odgovarajućih sigurnosnih specifikacija i standarda za ESS, Ministarstvo energetike SAD-a (DOE) pokrenulo je prvi godišnji forum o sigurnosti i pouzdanosti ESS-a 2015. godine.

Prvi DOE ESS Forum pridonio je velikoj količini rada na ESS specifikacijama i standardima. Najviše vrijedi spomenuti razvoj NEC br. 706 i razvoj NFPA 855, standarda za instalacije stacionarnih sustava za pohranu energije, koji izravno utječe na standard za stacionarne baterijske sustave u ICC IFC i NFPA 1. Danas NEC i NFPA 855 imaju također je ažuriran za verzije 2023.

Trenutno stanje ESS i UPS standarda

Cilj svih aktivnosti razvoja pravila i standarda je adekvatno rješavanje sigurnosti ovih sustava. Nažalost, trenutni standardi stvorili su određenu zbrku u industriji.

1.NFPA 855. Ključni dokument koji utječe na instalaciju BESS i UPS je verzija iz 2020. NFPA 855, Standard za instalaciju stacionarnih sustava za pohranu energije. NFPA 855 definira skladištenje energije kao "sklop jednog ili više uređaja sposobnih za pohranjivanje energije za buduću opskrbu lokalnih električnih potrošača, komunalnih mreža ili podrške mreži." Ova definicija uključuje aplikacije za UPS i ESS. Osim toga, NFPA 855 i protupožarni kodovi zahtijevaju da ESS-ovi budu ocijenjeni i certificirani prema UL 9540. Međutim, UL 1778 je uvijek bio tradicionalni sigurnosni standard proizvoda za UPS. Sustav je neovisno ocijenjen za usklađenost s primjenjivim sigurnosnim zahtjevima i podržava sigurnu instalaciju. Stoga je zahtjev UL 9540 izazvao određenu zabunu u industriji.

2. UL 9540A. UL 9540A zahtijeva početak od razine baterije i testiranje korak po korak do prolaska razine instalacije. Ovi zahtjevi rezultiraju time da UPS sustavi podliježu tržišnim standardima koji u prošlosti nisu bili potrebni.

3.UL 1973. UL 1973 je sigurnosni standard baterijskog sustava za ESS i UPS. Međutim, verzija UL 1973-2018 ne uključuje odredbe o ispitivanju olovnih baterija, što je također izazov za UPS sustave koji koriste tradicionalnu baterijsku tehnologiju kao što su olovne baterije.

Sažetak

Trenutačno i NEC (National Electrical Code) i NFPA 855 pojašnjavaju ove definicije.

• Na primjer, verzija NFPA 855 iz 2023. pojašnjava da su određene olovno-kiselinske i nikal-kadmijeve baterije (600 V ili manje) navedene u UL 1973.
• Osim toga, sustavi olovnih baterija certificirani i označeni prema UL 1778 ne moraju biti certificirani prema UL 9540 kada se koriste kao rezervno napajanje.

Kako bi se riješio problem nedostatka ispitnih standarda za olovno-kiselinske i nikal-kadmijeve baterije u UL 1973., Dodatak H (Procijenite alternative olovno-kiselinskim ili nikal-kadmijevim baterijama s ventilom reguliranim ventilom) posebno je dodan u treće izdanje UL 1973 objavljeno u veljači 2022.

Ove promjene predstavljaju pozitivan razvoj kako bi se razlikovali zahtjevi sigurne instalacije UPS-a i ESS-a. Daljnji rad uključuje ažuriranje članka 480 NEC-a kako bi se bolje riješili zahtjevi za ugradnju za tehnologije koje nisu olovno-kisela i nikal-kadmijeva. Dodatno, standard NFPA 855 potrebno je dodatno ažurirati kako bi pružio veću jasnoću propisa o zaštiti od požara, posebno u pogledu različitih tehnologija koje se koriste u stacionarnim aplikacijama, bilo da se radi o UPS-u ili ESS-u.

Autor se nada da će kontinuirane promjene poboljšati sigurnost industrije, bez obzira na to koristi li se tradicionalni UPS ili ESS. Budući da vidimo da se rješenja za pohranu energije šire na značajne i brze načine, rješavanje intrinzične sigurnosti proizvoda ključno je za otključavanje sigurnosnih inovacija i ispunjavanje potreba društva.