Technológie neprerušiteľného napájania (UPS) sa už mnoho rokov používajú v rôznych aplikáciách na podporu nepretržitej prevádzky kľúčových záťaží počas prerušenia napájania zo siete. Tieto systémy boli použité na mnohých rôznych miestach, aby poskytli dodatočnú odolnosť voči prerušeniam siete, ktoré interferujú s prevádzkou definovaných záťaží. Systémy UPS sa často používajú na ochranu počítačov, počítačových zariadení a telekomunikačných zariadení. S nedávnym vývojom nových energetických technológií sa systémy skladovania energie (ESS) rýchlo rozšírili. EZS, najmä tie, ktoré využívajú batériové technológie, sú zvyčajne dodávané z obnoviteľných zdrojov, ako je solárna alebo veterná energia, a umožňujú skladovanie energie vyrobenej týmito zdrojmi na použitie v rôznych časoch.

Aktuálny americký štandard ANSI pre UPS je UL 1778, štandard pre systémy neprerušiteľného napájania. a CSA-C22.2 č. 107.3 pre Kanadu. UL 9540, štandard pre systémy a zariadenia na ukladanie energie, je americký a kanadský národný štandard pre ESS. Zatiaľ čo vyspelé produkty UPS a rýchlo sa vyvíjajúce vyrábané ESS majú určité spoločné technické riešenia, operácie a inštaláciu, existujú dôležité rozdiely. Tento dokument zhodnotí kritické rozdiely, načrtne príslušné požiadavky na bezpečnosť produktov spojené s každým a zhrnie, ako sa kódy vyvíjajú pri riešení oboch typov inštalácií.

Predstavujeme saUPS

Formácia

Systém UPS je elektrický systém navrhnutý tak, aby poskytoval okamžitú dočasnú energiu založenú na striedavom prúde pre kritické záťaže v prípade zlyhania elektrickej siete alebo iných režimov zlyhania sieťového zdroja. UPS je dimenzovaný tak, aby poskytoval okamžité pokračovanie vopred určeného množstva energie počas konkrétnej doby. To umožňuje sekundárnemu zdroju energie, napr. generátoru, pripojiť sa a pokračovať v zálohovaní energie. UPS môže bezpečne vypnúť nepodstatné záťaže a zároveň pokračovať v napájaní dôležitejších záťaží zariadení. Systémy UPS poskytujú túto kritickú podporu pre rôzne aplikácie už mnoho rokov. UPS bude využívať uloženú energiu z integrovaného zdroja energie. Typicky je to batéria, superkondenzátor alebo mechanický pohyb zotrvačníka ako zdroj energie.

Typický UPS využívajúci na napájanie batériovú jednotku pozostáva z nasledujúcich hlavných komponentov:

Usmerňovač/nabíjačka – Táto časť UPS odoberá striedavé napájanie zo siete, usmerňuje ho a vytvára jednosmerné napätie používané na nabíjanie batérií.

• Invertor – V prípade výpadku sieťového napájania menič premení jednosmerný prúd uložený v batériách na čistý striedavý výkon vhodný pre podporované zariadenie.

• Prepínač – Automatické a okamžité spínacie zariadenie, ktoré prenáša energiu z rôznych zdrojov, napr. zo siete, UPS invertora a generátora, do kritickej záťaže.

• Batériová banka – Ukladá energiu potrebnú na to, aby UPS vykonávala svoju zamýšľanú funkciu.

Súčasné normy pre systémy UPS

• Aktuálnym štandardom US ANSI pre UPS je UL 1778/C22.2 č. 107.3, štandard pre systémy neprerušiteľného napájania, ktorý definuje UPS ako „kombináciu konvertorov, spínačov a zariadení na ukladanie energie (ako sú batérie), ktoré tvoria napájací zdroj. systém na udržanie kontinuity napájania záťaže v prípade výpadku vstupného napájania."

• Vo vývoji sú nové vydania IEC 62040-1 a IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (používajúca UL/CSA 62477-1 ako referenčnú normu) bude harmonizovaná s týmito normami.

Predstavujeme sa skladovanie energie systémy (ESS)

ESS získavajú na sile ako odpoveď na množstvo výziev, ktorým čelia dostupnosť a

spoľahlivosť na dnešnom energetickom trhu. ESS, najmä tie, ktoré využívajú batériové technológie, pomáhajú zmierniť premenlivú dostupnosť obnoviteľných zdrojov, ako je solárna alebo veterná energia. ESS sú zdrojom spoľahlivého napájania počas špičkových časov používania a môžu pomáhať pri riadení záťaže, kolísaní výkonu a iných funkciách súvisiacich so sieťou. EZS sa používajú pre úžitkové, komerčné, priemyselné a rezidenčné aplikácie.

Súčasné normy pre ESS

UL 9540, štandard pre systémy a zariadenia na ukladanie energie, je americký a kanadský národný štandard pre ESS.

• UL 9540, ktorý bol prvýkrát publikovaný v roku 2016, zahŕňa viaceré technológie pre ESS vrátane systémov na ukladanie energie z batérií (BESS). UL 9540 pokrýva aj ďalšie technológie akumulácie: mechanický ESS, napr. akumulácia zotrvačníka spárovaná s generátorom, chemická ESS, napr. sklad vodíka spárovaná so systémom palivových článkov a tepelná ESS, napr. akumulácia latentného tepla spárovaná s generátorom.
• UL 9540, jej druhé vydanie, definuje systém skladovania energie ako „zariadenie, ktoré prijíma energiu a potom poskytuje prostriedky na uloženie tejto energie v nejakej forme na neskoršie použitie, aby v prípade potreby dodala elektrickú energiu“. Druhé vydanie UL 9540 ďalej vyžaduje, aby bol BESS podrobený UL 9540A, štandardnej testovacej metóde na hodnotenie šírenia tepelného nekontrolovaného požiaru v systémoch na ukladanie energie z batérií, ak sa to vyžaduje na splnenie výnimiek v kódoch.
• UL 9540 je v súčasnosti vo svojom treťom vydaní.

Porovnanie ESS s UPS

Funkcie a rozmery

ESS má podobnú konštrukciu ako UPS, ale líši sa v jeho použití. Podobne ako UPS, aj ESS obsahuje mechanizmus na ukladanie energie, ako sú batérie, zariadenia na konverziu energie, napr. invertory a rôzne ďalšie elektronické a ovládacie prvky. Na rozdiel od UPS však môže ESS fungovať paralelne so sieťou, čo vedie k väčšej cyklizácii systému, než akú by kedy UPS zažil. ESS môže interaktívne spolupracovať so sieťou alebo v samostatnom režime, prípadne v oboch, v závislosti od typu použitého systému konverzie energie. ESS môže dokonca fungovať ako funkcia UPS. Podobne ako UPS, aj ESS môže mať rôzne veľkosti od malého rezidenčného systému s menej ako 20 kWh energie až po úžitkové aplikácie využívajúce multimegawattové energetické kontajnerové systémy s viacerými batériovými stojanmi v kontajneri.

Chemické zloženie a bezpečnosť

Typické chemické zloženie batérií používané v UPS boli vždy olovené alebo nikel-kadmiové batérie. Na rozdiel od UPS používa BESS od začiatku technológie, ako sú lítium-iónové batérie, pretože lítium-iónové batérie majú lepší výkon cyklu a vyššiu hustotu energie, čo môže poskytnúť viac energie pri menšej fyzickej stope. Lítium-iónové batérie majú tiež oveľa nižšie nároky na údržbu ako tradičné technológie batérií. V súčasnosti sa však lítium-iónové batérie čoraz častejšie používajú aj v aplikáciách UPS.

Vážna nehoda v Arizone v roku 2019, ktorá sa týkala ESS používaného v aplikáciách verejných služieb, však viedla k vážnym zraneniam niekoľkých osôb prvej reakcie a pritiahla pozornosť rôznych zainteresovaných strán vrátane regulačných orgánov a poisťovacích agentúr. Aby sa zabezpečilo, že túto rastúcu oblasť nebudú brzdiť bezpečnostné incidenty, ktorým sa dá vyhnúť, je potrebné vypracovať vhodné špecifikácie a normy pre ESS. S cieľom podporiť vývoj vhodných bezpečnostných špecifikácií a noriem pre ESS spustilo Ministerstvo energetiky USA (DOE) v roku 2015 prvé výročné fórum o bezpečnosti a spoľahlivosti ESS.

Prvé fórum DOE ESS prispelo k veľkému množstvu práce na špecifikáciách a normách ESS. Najpozoruhodnejší je vývoj NEC No. Aktualizované aj pre verzie 2023.

Aktuálny stav štandardov ESS a UPS

Cieľom všetkých aktivít tvorby pravidiel a noriem je adekvátne riešiť bezpečnosť týchto systémov. Bohužiaľ, súčasné normy spôsobili v tomto odvetví určitý zmätok.

1.NFPA 855. Kľúčovým dokumentom ovplyvňujúcim inštaláciu BESS a UPS je verzia NFPA 855 pre rok 2020, štandard pre inštaláciu stacionárnych systémov na ukladanie energie. NFPA 855 definuje skladovanie energie ako „zostava jedného alebo viacerých zariadení schopných uchovávať energiu pre budúce dodávky do miestnych elektrických záťaží, rozvodných sietí alebo podpory siete“. Táto definícia zahŕňa aplikácie pre UPS a ESS. Okrem toho NFPA 855 a požiarne kódy vyžadujú, aby boli ESS vyhodnotené a certifikované podľa UL 9540. Avšak UL 1778 bola vždy tradičným štandardom bezpečnosti produktov pre UPS. Systém bol nezávisle vyhodnotený z hľadiska zhody s platnými bezpečnostnými požiadavkami a podporuje bezpečnú inštaláciu. Preto požiadavka UL 9540 spôsobila v priemysle určitý zmätok.

2. UL 9540A. UL 9540A vyžaduje začať od úrovne batérie a testovať krok za krokom, kým neprejde úrovňou inštalácie. Tieto požiadavky vedú k tomu, že systémy UPS podliehajú marketingovým štandardom, ktoré sa v minulosti nevyžadovali.

3.UL 1973. UL 1973 je bezpečnostný štandard batériového systému pre ESS a UPS. Verzia UL 1973-2018 však neobsahuje ustanovenia o testovaní olovených batérií, čo je tiež výzva pre systémy UPS využívajúce tradičnú technológiu batérií, ako sú olovené batérie.

Zhrnutie

V súčasnosti NEC (National Electrical Code) aj NFPA 855 objasňujú tieto definície.

• Napríklad verzia NFPA 855 z roku 2023 objasňuje, že špecifické olovené a nikel-kadmiové batérie (600 V alebo menej) sú uvedené v UL 1973.
• Okrem toho systémy olovených batérií certifikované a označené podľa UL 1778 nemusia byť certifikované podľa UL 9540, keď sa používajú ako záložný zdroj.

Aby sa vyriešil problém nedostatku testovacích štandardov pre olovené a nikel-kadmiové batérie v UL 1973, bol do prílohy špecificky pridaný dodatok H (Vyhodnotiť alternatívy k ventilom riadeným alebo ventilovaným oloveným alebo nikel-kadmiovým batériám). tretie vydanie UL 1973 vydané vo februári 2022.

Tieto zmeny predstavujú pozitívny vývoj s cieľom odlíšiť požiadavky na bezpečnú inštaláciu UPS a EZS. Ďalšia práca zahŕňa aktualizáciu článku 480 NEC, aby sa lepšie riešili inštalačné požiadavky pre technológie iné ako olovo-kyselina a nikel-kadmium. Okrem toho je potrebné ďalej aktualizovať normu NFPA 855, aby sa zabezpečila väčšia jasnosť predpisov o požiarnej ochrane, najmä pokiaľ ide o rôzne technológie používané v stacionárnych aplikáciách, či už ide o UPS alebo ESS.

Autor dúfa, že pokračujúce zmeny zlepšia bezpečnosť odvetvia bez ohľadu na to, či sa používa tradičný UPS alebo ESS. Ako vidíme, že riešenia na skladovanie energie sa množia významným a rýchlym spôsobom, riešenie vnútornej bezpečnosti produktov je rozhodujúce pre odblokovanie bezpečnostných inovácií a splnenie potrieb spoločnosti.