Tehnologiile de alimentare neîntreruptibilă (UPS) au fost utilizate în diverse aplicații de mulți ani pentru a sprijini funcționarea continuă a sarcinilor cheie în timpul întreruperilor de alimentare de la rețea. Aceste sisteme au fost utilizate în multe locații diferite pentru a oferi imunitate suplimentară la întreruperile rețelei care interferează cu funcționarea sarcinilor definite. Sistemele UPS sunt adesea folosite pentru a proteja computerele, instalațiile informatice și echipamentele de telecomunicații. Odată cu evoluția recentă a noilor tehnologii energetice, sistemele de stocare a energiei (ESS) au proliferat rapid. ESS, în special cele care utilizează tehnologii cu baterii, sunt de obicei furnizate din surse regenerabile, cum ar fi energia solară sau eoliană și permit stocarea energiei produse de aceste surse pentru a fi utilizată în momente diferite.

Actualul standard ANSI din SUA pentru UPS este UL 1778, Standardul pentru sistemele de alimentare neîntreruptibilă. și CSA-C22.2 nr. 107.3 pentru Canada. UL 9540, Standardul pentru sistemele și echipamentele de stocare a energiei, este standardul național american și canadian pentru ESS. În timp ce atât produsele UPS mature, cât și ESS-ul care evoluează rapid produs au unele puncte comune în soluțiile tehnice, operațiuni și instalare, există diferențe importante. Această lucrare va trece în revistă diferențierile critice, va sublinia cerințele aplicabile de siguranță a produsului asociate cu fiecare și va rezuma modul în care codurile evoluează în abordarea ambelor tipuri de instalații.

PrezentareaUPS

Formare

Un sistem UPS este un sistem electric conceput pentru a furniza energie instantanee, temporară, bazată pe curent alternativ, pentru sarcini critice, în cazul defectării rețelei electrice sau a altor moduri de defectare a sursei de alimentare. UPS-ul este dimensionat pentru a oferi o continuare instantanee a unei cantități predeterminate de putere pentru o anumită durată. Acest lucru permite unei surse de alimentare secundare, de exemplu, un generator, să intre online și să continue cu alimentarea de rezervă. UPS-ul poate opri în siguranță încărcăturile neesențiale, continuând să furnizeze energie pentru încărcăturile echipamentelor mai importante. Sistemele UPS oferă acest suport critic pentru diverse aplicații de mulți ani. Un UPS va utiliza energia stocată dintr-o sursă de energie integrată. Acesta este de obicei un banc de baterii, un supercondensator sau mișcarea mecanică a unui volant ca sursă de energie.

Un UPS tipic care utilizează o bancă de baterii pentru alimentarea sa constă din următoarele componente principale:

Redresor/încărcător – Această secțiune UPS preia rețeaua de curent alternativ, o redresează și produce o tensiune DC folosită pentru a încărca bateriile.

• Invertor – În cazul unei întreruperi de alimentare, invertorul va converti puterea de curent continuu stocată în baterii într-o ieșire de curent alternativ curată, potrivită pentru echipamentul acceptat.

• Comutator de transfer – Un dispozitiv de comutare automată și instantanee care transferă puterea de la diverse surse, de exemplu rețeaua, invertorul UPS și generatorul, la o sarcină critică.

• Banc de baterii – Stochează energia necesară pentru ca UPS-ul să își îndeplinească funcția prevăzută.

Standardele actuale pentru sisteme UPS

• Actualul standard ANSI din SUA pentru UPS este UL 1778/C22.2 Nr. 107.3, Standardul pentru sistemele de alimentare neîntreruptibilă, care definește un UPS ca „o combinație de convertoare, comutatoare și dispozitive de stocare a energiei (cum ar fi baterii) care constituie o putere. sistem pentru menținerea continuității puterii la o sarcină în caz de întrerupere a curentului de intrare.”

• În curs de dezvoltare sunt noi ediții ale IEC 62040-1 și IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (folosind UL/CSA 62477-1 ca standard de referință) va fi armonizat cu aceste standarde.

Prezentarea stocarea energiei sisteme (ESS)

ESS-urile câștigă teren ca răspuns la o serie de provocări cu care se confruntă disponibilitatea și

fiabilitate pe piața actuală a energiei. ESS, în special cele care utilizează tehnologii cu baterii, ajută la atenuarea disponibilității variabile a surselor regenerabile, cum ar fi energia solară sau eoliană. ESS reprezintă o sursă de energie fiabilă în perioadele de vârf și poate ajuta la gestionarea sarcinii, fluctuațiile de putere și alte funcții legate de rețea. ESS sunt utilizate pentru aplicații utilitare, comerciale, industriale și rezidențiale.

Standardele actuale pentru ESS

UL 9540, Standardul pentru sistemele și echipamentele de stocare a energiei, este standardul național american și canadian pentru ESS.

• Publicat pentru prima dată în 2016, UL 9540 include mai multe tehnologii pentru ESS, inclusiv sistemele de stocare a energiei bateriei (BESS). UL 9540 acoperă, de asemenea, alte tehnologii de stocare: ESS mecanic, de exemplu, stocarea în volantă asociată cu un generator, ESS chimică, de exemplu, stocarea hidrogenului asociată cu un sistem de celule de combustie, și ESS termică, de exemplu, stocarea căldurii latente asociată cu un generator.
• UL 9540, a doua ediție definește un sistem de stocare a energiei ca „Echipament care primește energie și apoi oferă un mijloc de a stoca acea energie într-o anumită formă pentru a fi utilizată ulterioară pentru a furniza energie electrică atunci când este necesar”. A doua ediție a UL 9540 necesită, în plus, ca un BESS să fie supus UL 9540A, Metoda de testare standard pentru evaluarea propagării termice a incendiului în sistemele de stocare a energiei bateriei, dacă este necesar pentru a îndeplini excepțiile din coduri.
• UL 9540 este în prezent la a treia ediție.

Compararea ESS cu UPS

Funcții și dimensiune

Un ESS este similar în construcție cu un UPS, dar diferă în ceea ce privește utilizarea sa. La fel ca UPS, ESS include un mecanism de stocare a energiei, cum ar fi baterii, echipamente de conversie a puterii, de exemplu, invertoare și diverse alte componente electronice și comenzi. Spre deosebire de UPS, totuși, un ESS poate funcționa în paralel cu rețeaua, ceea ce duce la o mai mare ciclizare a sistemului decât ar experimenta vreodată un UPS. Un ESS poate colabora interactiv cu rețeaua sau într-un mod autonom, sau ambele, în funcție de tipul de sistem de conversie a puterii utilizat. Un ESS poate funcționa chiar și ca funcționalitate UPS. La fel ca UPS, ESS poate veni într-o varietate de dimensiuni, de la un sistem rezidențial mic care are mai puțin de 20 kWh de energie până la aplicații de utilități care utilizează sisteme de containere de energie de mai mulți megawați cu mai multe rafturi de baterii în interiorul containerului.

Compoziția chimică și siguranța

Compozițiile chimice tipice ale bateriilor utilizate în UPS au fost întotdeauna bateriile cu plumb-acid sau nichel-cadmiu. Spre deosebire de UPS, BESS folosește de la început tehnologii precum bateriile litiu-ion, deoarece bateriile litiu-ion au performanțe mai bune ale ciclului și o densitate de energie mai mare, ceea ce poate furniza mai multă energie într-o amprentă fizică mai mică. Bateriile cu litiu-ion au, de asemenea, cerințe de întreținere mult mai mici decât tehnologiile tradiționale ale bateriilor. Dar în prezent, bateriile litiu-ion sunt tot mai utilizate și în aplicațiile UPS.

Cu toate acestea, un accident grav în Arizona în 2019, care a implicat un ESS utilizat în aplicații de utilități, a dus la răni grave mai multor primii care au intervenit și a atras atenția diferitelor părți interesate, inclusiv autorităților de reglementare și agențiilor de asigurări. Pentru a se asigura că acest domeniu în creștere nu este împiedicat de incidente de siguranță evitabile, trebuie elaborate specificații și standarde adecvate pentru ESS. Pentru a încuraja dezvoltarea unor specificații și standarde de siguranță adecvate pentru ESS, Departamentul de Energie al SUA (DOE) a lansat primul forum anual privind siguranța și fiabilitatea ESS în 2015.

Primul forum DOE ESS a contribuit la o cantitate mare de muncă privind specificațiile și standardele ESS. Cel mai demn de remarcat este dezvoltarea NEC Nr. 706 și dezvoltarea NFPA 855, un standard pentru instalațiile de sisteme staționare de stocare a energiei, care afectează direct standardul pentru sistemele de baterii staționare din ICC IFC și NFPA 1. Astăzi, NEC și NFPA 855 au a fost actualizat și pentru versiunile 2023.

Starea actuală a standardelor ESS și UPS

Scopul tuturor activităților de dezvoltare a normelor și standardelor este de a aborda în mod adecvat securitatea acestor sisteme. Din păcate, standardele actuale au creat o oarecare confuzie în industrie.

1.NFPA 855. Documentul cheie care afectează instalarea BESS și UPS este versiunea 2020 a NFPA 855, Standard pentru instalarea sistemelor staționare de stocare a energiei. NFPA 855 definește stocarea energiei ca „un ansamblu de unul sau mai multe dispozitive capabile să stocheze energie pentru alimentarea viitoare a sarcinilor electrice locale, rețelelor de utilități sau suportului rețelei”. Această definiție include aplicații pentru UPS și ESS. În plus, NFPA 855 și codurile de incendiu necesită ca ESS-urile să fie evaluate și certificate conform UL 9540. Cu toate acestea, UL 1778 a fost întotdeauna standardul tradițional de siguranță a produselor pentru UPS. Sistemul a fost evaluat independent pentru conformitatea cu cerințele de siguranță aplicabile și acceptă o instalare sigură. Prin urmare, cerința UL 9540 a provocat o oarecare confuzie în industrie.

2. UL 9540A. UL 9540A necesită pornirea de la nivelul bateriei și testarea pas cu pas până la trecerea nivelului de instalare. Aceste cerințe fac ca sistemele UPS să fie supuse unor standarde de marketing care nu erau necesare în trecut.

3.UL 1973. UL 1973 este standardul de siguranță al sistemului de baterii pentru ESS și UPS. Cu toate acestea, versiunea UL 1973-2018 nu include prevederi de testare pentru bateriile cu plumb-acid, ceea ce reprezintă, de asemenea, o provocare pentru sistemele UPS care utilizează tehnologia tradițională a bateriilor, cum ar fi bateriile cu plumb-acid.

Rezumat

În prezent, atât NEC (National Electrical Code) cât și NFPA 855 clarifică aceste definiții.

• De exemplu, versiunea 2023 a NFPA 855 clarifică faptul că bateriile specifice plumb-acid și nichel-cadmiu (600 V sau mai puțin) sunt listate în UL 1973.
• În plus, sistemele de baterii plumb-acid certificate și marcate conform UL 1778 nu trebuie să fie certificate conform UL 9540 atunci când sunt utilizate ca sursă de alimentare de rezervă.

Pentru a rezolva problema lipsei de standarde de testare pentru bateriile cu plumb-acid și nichel-cadmiu în UL 1973, a fost adăugat în mod special Anexa H (Evaluarea alternativelor la bateriile cu plumb-acid sau nichel-cadmiu reglate prin supapă sau ventilate) a treia ediție a UL 1973 lansată în februarie 2022.

Aceste modificări reprezintă o evoluție pozitivă pentru a diferenția cerințele de instalare în siguranță a UPS și ESS. Lucrările ulterioare includ actualizarea articolului 480 NEC pentru a aborda mai bine cerințele de instalare pentru alte tehnologii decât plumb-acid și nichel-cadmiu. În plus, standardul NFPA 855 trebuie actualizat în continuare pentru a oferi o mai mare claritate cu privire la reglementările de protecție împotriva incendiilor, în special în ceea ce privește diferitele tehnologii utilizate în aplicațiile staționare, indiferent dacă acestea sunt UPS sau ESS.

Autorul speră că schimbările continue vor îmbunătăți siguranța industriei, indiferent dacă se folosește un UPS sau un ESS tradițional. Întrucât vedem că soluțiile de stocare a energiei proliferează în moduri semnificative și rapide, abordarea siguranței intrinseci a produselor este esențială pentru a debloca inovația în materie de siguranță și pentru a satisface nevoile societății.