Tehnologije besprekidnog napajanja (UPS) koriste se u različitim aplikacijama dugi niz godina kako bi podržale kontinuirani rad ključnih opterećenja tokom prekida napajanja iz mreže. Ovi sistemi su korišćeni na mnogo različitih lokacija kako bi se obezbedila dodatna otpornost na prekide u mreži koji ometaju rad definisanih opterećenja. UPS sistemi se često koriste za zaštitu računara, računarskih objekata i telekomunikacione opreme. Sa nedavnom evolucijom novih energetskih tehnologija, sistemi za skladištenje energije (ESS) su se brzo proširili. ESS, posebno oni koji koriste baterijske tehnologije, obično se napajaju iz obnovljivih izvora kao što su solarna energija ili energija vjetra i omogućavaju skladištenje energije proizvedene iz ovih izvora za korištenje u različito vrijeme.

Trenutni američki ANSI standard za UPS je UL 1778, standard za sisteme neprekidnog napajanja. i CSA-C22.2 br. 107.3 za Kanadu. UL 9540, Standard za sisteme i opremu za skladištenje energije, je američki i kanadski nacionalni standard za ESS. Iako i zreli UPS proizvodi i ESS koji se brzo razvijaju imaju neke sličnosti u tehničkim rješenjima, radu i instalaciji, postoje važne razlike. Ovaj rad će pregledati kritične diferencijacije, izložiti primjenjive zahtjeve za sigurnost proizvoda koji su povezani sa svakim i rezimirati kako se kodeksi razvijaju u rješavanju oba tipa instalacija.

PredstavljamoUPS

Formacija

UPS sistem je električni sistem dizajniran da obezbedi trenutnu privremenu struju zasnovanu na naizmeničnom strujom za kritična opterećenja u slučaju kvara električne mreže ili drugih načina kvara na izvoru električne energije. UPS je dimenzionisan da obezbedi trenutni nastavak unapred određene količine energije za određeno vreme. Ovo omogućava sekundarnom izvoru energije, npr. generatoru, da se uključi i nastavi sa rezervnim napajanjem. UPS može bezbedno isključiti nebitna opterećenja dok nastavlja da obezbeđuje napajanje važnijim opterećenjima opreme. UPS sistemi već dugi niz godina pružaju ovu kritičnu podršku za različite aplikacije. UPS će koristiti uskladištenu energiju iz integriranog izvora energije. Ovo je obično baterija, superkondenzator ili mehaničko kretanje zamašnjaka kao izvora energije.

Tipičan UPS koji koristi bateriju za svoje napajanje sastoji se od sljedećih glavnih komponenti:

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

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

• Prekidač za prenos – Automatski i trenutni prekidač koji prenosi snagu iz različitih izvora, npr. mreže, UPS invertera i generatora, na kritično opterećenje.

• Baterija – skladišti energiju potrebnu da UPS obavlja svoju predviđenu funkciju.

Trenutni standardi za UPS sisteme

• Trenutni američki ANSI standard za UPS je UL 1778/C22.2 br. 107.3, Standard za sisteme neprekidnog napajanja, koji definiše UPS kao „kombinaciju pretvarača, prekidača i uređaja za skladištenje energije (kao što su baterije) koji čine napajanje sistem za održavanje kontinuiteta napajanja do opterećenja u slučaju nestanka ulaznog napajanja.”

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

Predstavljamo skladištenje energije sistemi (ESS)

ESS-ovi postaju sve popularniji kao odgovor na brojne izazove s kojima se suočava dostupnost i

pouzdanost na današnjem energetskom tržištu. ESS, posebno oni koji koriste baterijske tehnologije, pomažu u ublažavanju promjenjive dostupnosti obnovljivih izvora kao što su solarna energija ili energija vjetra. ESS je izvor pouzdanog napajanja tokom vršnog vremena upotrebe i može pomoći u upravljanju opterećenjem, fluktuacijama snage i drugim funkcijama vezanim za mrežu. ESS se koriste za komunalne, komercijalne, industrijske i stambene aplikacije.

Trenutni standardi za ESS

UL 9540, Standard za sisteme i opremu za skladištenje energije, je američki i kanadski nacionalni standard za ESS.

• Prvi put objavljen 2016. godine, UL 9540 uključuje više tehnologija za ESS uključujući sisteme za pohranu energije baterija (BESS). UL 9540 takođe pokriva druge tehnologije skladištenja: mehanički ESS, npr. skladištenje zamašnjaka upareno sa generatorom, hemijsko skladištenje vodonika, na primer, skladištenje vodonika upareno sa sistemom gorivih ćelija, i termalni ESS, npr. skladištenje latentne toplote upareno sa generatorom.
• UL 9540, njegovo drugo izdanje, definiše sistem za skladištenje energije kao „opremu koja prima energiju, a zatim obezbeđuje sredstva za skladištenje te energije u nekom obliku za kasniju upotrebu kako bi se snabdevala električnom energijom kada je to potrebno“. Drugo izdanje UL 9540 dalje zahtijeva da BESS bude podvrgnut UL 9540A, standardnoj metodi ispitivanja za procjenu širenja toplotnog odbjeglog požara u sistemima za pohranu energije baterija, ako je potrebno kako bi se ispunili izuzeci u kodovima.
• UL 9540 je trenutno u trećem izdanju.

Poređenje ESS-a sa UPS-om

Funkcije i dimenzija

ESS je po konstrukciji sličan UPS-u, ali se razlikuje po upotrebi. Poput UPS-a, ESS uključuje mehanizam za skladištenje energije kao što su baterije, oprema za pretvaranje energije, npr. pretvarači, i razna druga elektronika i kontrole. Za razliku od UPS-a, međutim, ESS može raditi paralelno sa mrežom, što rezultira većim ciklusom rada sistema nego što bi UPS ikada iskusio. ESS može sarađivati ​​interaktivno sa mrežom ili u samostalnom režimu, ili oboje, u zavisnosti od tipa sistema za konverziju energije koji se koristi. ESS može čak raditi i kao UPS funkcionalnost. Poput UPS-a, ESS može doći u različitim veličinama od malog stambenog sistema koji ima manje od 20 kWh energije do komunalnih aplikacija koje koriste sisteme energetskih kontejnera od više megavata s više postolja za baterije unutar kontejnera.

Hemijski sastav i sigurnost

Tipične hemije baterija koje se koriste u UPS-u su uvijek bile olovno-kiselinske ili nikl-kadmijumske baterije. Za razliku od UPS-a, BESS od početka koristi tehnologije kao što su litijum-jonske baterije jer litijum-jonske baterije imaju bolje performanse ciklusa i veću gustinu energije, što može pružiti više energije uz manji fizički otisak. Litijum-jonske baterije takođe imaju mnogo niže zahteve za održavanje od tradicionalnih tehnologija baterija. Ali trenutno se litijum-jonske baterije takođe sve više koriste u UPS aplikacijama.

Međutim, ozbiljna nesreća u Arizoni 2019. godine koja je uključivala ESS koji se koristi u komunalnim aplikacijama dovela je do ozbiljnih ozljeda nekoliko onih koji su prvi odgovorili i privukla pažnju 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 podstakao 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 doprinio je velikom broju radova na ESS specifikacijama i standardima. Najistaknutiji je razvoj NEC br. 706 i razvoj NFPA 855, standarda za instalacije stacionarnih sistema za skladištenje energije, koji direktno utiče na standard za stacionarne sisteme baterija u ICC IFC i NFPA 1. Danas NEC i NFPA 855 imaju također je ažuriran za verzije 2023.

Trenutni status ESS i UPS standarda

Cilj svih aktivnosti razvoja pravila i standarda je da se na odgovarajući način pozabave bezbednošću ovih sistema. Nažalost, trenutni standardi su stvorili određenu konfuziju u industriji.

1.NFPA 855. Ključni dokument koji utiče na instalaciju BESS-a i UPS-a je verzija NFPA 855, standarda za instalaciju stacionarnih sistema za skladištenje energije iz 2020. godine. NFPA 855 definira skladištenje energije kao „sklop jednog ili više uređaja koji su sposobni pohranjivati ​​energiju za buduće napajanje lokalnih električnih opterećenja, komunalnih mreža ili podrške za mrežu. Ova definicija uključuje aplikacije za UPS i ESS. Dodatno, NFPA 855 i kodovi za požar zahtijevaju da ESS budu procijenjeni i certificirani prema UL 9540. Međutim, UL 1778 je uvijek bio tradicionalni standard sigurnosti proizvoda za UPS. Sustav je neovisno ocijenjen za usklađenost sa 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 nivoa baterije i testiranje korak po korak do prolaska nivoa instalacije. Ovi zahtjevi rezultiraju time da UPS sistemi podliježu marketinškim standardima koji nisu bili potrebni u prošlosti.

3.UL 1973. UL 1973 je sigurnosni standard za sistem baterija za ESS i UPS. Međutim, verzija UL 1973-2018 ne uključuje odredbe za testiranje olovnih baterija, što je također izazov za UPS sisteme koji koriste tradicionalnu tehnologiju baterija kao što su olovne baterije.

Rezime

Trenutno, i NEC (Nacionalni električni kodeks) i NFPA 855 pojašnjavaju ove definicije.

• Na primjer, verzija NFPA 855 iz 2023. pojašnjava da su specifične olovno-kiselinske i nikl-kadmijumske baterije (600 V ili manje) navedene u UL 1973.
• Osim toga, sistemi 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 standarda za ispitivanje olovno-kiselinskih i nikl-kadmijumskih baterija u UL 1973, Dodatak H (Procjena alternativa ventilom reguliranim ili ventiliranim olovnim ili nikl-kadmijum baterijama) je posebno dodan u treće izdanje UL 1973 objavljeno u februaru 2022.

Ove promjene predstavljaju pozitivan razvoj kako bi se razlikovali zahtjevi za sigurnu instalaciju UPS-a i ESS-a. Dalji rad uključuje ažuriranje NEC člana 480 kako bi se bolje odgovorili zahtjevi za instalaciju za tehnologije koje nisu olovne kiseline i nikl-kadmijuma. Dodatno, standard NFPA 855 treba dodatno ažurirati kako bi se pružila veća jasnoća propisa o zaštiti od požara, posebno u pogledu različitih tehnologija koje se koriste u stacionarnim aplikacijama, bilo da su UPS ili ESS.

Autor se nada da će kontinuirane promjene poboljšati sigurnost industrije, bez obzira da li se koristi tradicionalni UPS ili ESS. Kako vidimo da se rješenja za skladištenje energije šire na značajan i brz način, rješavanje intrinzične sigurnosti proizvoda ključno je za otključavanje sigurnosnih inovacija i zadovoljavanje potreba društva.