Technologie nepřerušitelného napájení (UPS) se již mnoho let používají v různých aplikacích k podpoře nepřetržitého provozu klíčových zátěží během přerušení dodávky energie ze sítě. Tyto systémy byly použity na mnoha různých místech, aby zajistily dodatečnou odolnost proti přerušením sítě, které interferují s provozem definovaných zátěží. Systémy UPS se často používají k ochraně počítačů, počítačových zařízení a telekomunikačních zařízení. S nedávným vývojem nových energetických technologií se systémy skladování energie (ESS) rychle rozmohly. EZS, zejména ty využívající bateriové technologie, jsou obvykle zásobovány obnovitelnými zdroji, jako je solární nebo větrná energie, a umožňují skladování energie vyrobené těmito zdroji pro použití v různých časech.

Aktuální americký standard ANSI pro UPS je UL 1778, standard pro systémy nepřerušitelného napájení. a CSA-C22.2 č. 107.3 pro Kanadu. UL 9540, standard pro systémy a zařízení pro ukládání energie, je americký a kanadský národní standard pro ESS. Zatímco jak vyspělé produkty UPS, tak rychle se vyvíjející vyráběné ESS mají určité společné technické řešení, provoz a instalaci, existují důležité rozdíly. Tento dokument přezkoumá kritické rozdíly, nastíní použitelné požadavky na bezpečnost produktů související s každým a shrne, jak se vyvíjejí předpisy při řešení obou typů instalací.

PředstavujemeUPS

Formace

Systém UPS je elektrický systém navržený k poskytování okamžitého dočasného napájení střídavým proudem pro kritické zátěže v případě selhání elektrické sítě nebo jiných režimů selhání síťového zdroje. UPS je dimenzována tak, aby poskytovala okamžité pokračování předem stanoveného množství energie po určitou dobu. To umožňuje sekundárnímu zdroji energie, např. generátoru, připojit se k síti a pokračovat v zálohování napájení. UPS může bezpečně vypnout nepodstatné zátěže a přitom nadále dodávat energii důležitějším zátěžím zařízení. Systémy UPS poskytují tuto kritickou podporu pro různé aplikace již mnoho let. UPS bude využívat uloženou energii z integrovaného zdroje energie. Typicky je to bateriová banka, superkondenzátor nebo mechanický pohyb setrvačníku jako zdroje energie.

Typický UPS využívající k napájení bateriovou banku se skládá z následujících hlavních součástí:

Usměrňovač/nabíječka – Tato sekce UPS odebírá AC síťové napájení, usměrňuje jej a vytváří stejnosměrné napětí používané k nabíjení baterií.

• Střídač – V případě výpadku síťového napájení střídač přemění stejnosměrný proud uložený v bateriích na čistý střídavý výkon vhodný pro podporované zařízení.

• Přepínač – Automatické a okamžité spínací zařízení, které přenáší energii z různých zdrojů, např. ze sítě, UPS invertoru a generátoru, do kritické zátěže.

• Baterie – Uchovává energii potřebnou k tomu, aby UPS plnila svou zamýšlenou funkci.

Současné normy pro systémy UPS

• Současný americký standard ANSI pro UPS je UL 1778/C22.2 č. 107.3, standard pro systémy nepřerušitelného napájení, který definuje UPS jako „kombinaci konvertorů, spínačů a zařízení pro ukládání energie (jako jsou baterie) tvořící systém pro udržení kontinuity napájení zátěže v případě výpadku vstupního napájení."

• Ve vývoji jsou nová vydání IEC 62040-1 a IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (používající UL/CSA 62477-1 jako referenční normu) bude harmonizována s těmito normami.

Představujeme skladování energie systémy (ESS)

Systémy ESS získávají na síle jako odpověď na řadu problémů, kterým čelí dostupnost a

spolehlivost na dnešním energetickém trhu. ESS, zejména ty, které využívají bateriové technologie, pomáhají zmírňovat proměnlivou dostupnost obnovitelných zdrojů, jako je solární nebo větrná energie. ESS jsou zdrojem spolehlivého napájení ve špičce a mohou pomoci se správou zátěže, kolísáním výkonu a dalšími funkcemi souvisejícími se sítí. EZS se používají pro inženýrské, komerční, průmyslové a rezidenční aplikace.

Současné normy pro ESS

UL 9540, standard pro systémy a zařízení pro ukládání energie, je americký a kanadský národní standard pro ESS.

• UL 9540, který byl poprvé publikován v roce 2016, zahrnuje několik technologií pro ESS včetně systémů pro ukládání energie z baterií (BESS). UL 9540 také pokrývá další technologie skladování: mechanické ESS, např. akumulace setrvačníku spárované s generátorem, chemické ESS, např. vodíkové úložiště spárované se systémem palivových článků, a tepelné ESS, např. akumulace latentního tepla spárované s generátorem.
• UL 9540, jeho druhé vydání, definuje systém skladování energie jako „zařízení, které přijímá energii a pak poskytuje prostředky pro uložení této energie v nějaké formě pro pozdější použití, aby v případě potřeby dodala elektrickou energii“. Druhé vydání UL 9540 dále vyžaduje, aby BESS podléhal UL 9540A, standardní zkušební metodě pro hodnocení šíření tepelného nekontrolovaného požáru v bateriových systémech skladování energie, pokud je to vyžadováno pro splnění výjimek v kódech.
• UL 9540 je v současné době ve svém třetím vydání.

Porovnání ESS s UPS

Funkce a rozměry

ESS má podobnou konstrukci jako UPS, ale liší se v použití. Stejně jako UPS obsahuje ESS mechanismus pro ukládání energie, jako jsou baterie, zařízení pro přeměnu energie, např. invertory, a různé další elektroniky a ovládací prvky. Na rozdíl od UPS však může ESS pracovat paralelně se sítí, což má za následek větší cyklování systému, než jaké by kdy UPS zažil. ESS může interaktivně spolupracovat se sítí nebo v samostatném režimu, případně v obou, v závislosti na typu použitého systému přeměny energie. ESS může dokonce fungovat jako funkce UPS. Stejně jako UPS může být ESS v různých velikostech od malého rezidenčního systému, který má méně než 20 kWh energie, až po utilitní aplikace využívající multimegawattové energetické kontejnerové systémy s více bateriovými stojany v kontejneru.

Chemické složení a bezpečnost

Typické chemické složení baterií používané v UPS byly vždy olověné nebo nikl-kadmiové baterie. Na rozdíl od UPS používá BESS od začátku technologie, jako jsou lithium-iontové baterie, protože lithium-iontové baterie mají lepší výkon cyklu a vyšší hustotu energie, což může poskytnout více energie na menší fyzické stopě. Lithium-iontové baterie mají také mnohem nižší nároky na údržbu než tradiční technologie baterií. V současné době se však v aplikacích UPS stále častěji používají lithium-iontové baterie.

Vážná nehoda v Arizoně v roce 2019 zahrnující ESS používané v aplikacích veřejných služeb však vedla k vážným zraněním několika záchranářů a přitáhla pozornost různých zúčastněných stran, včetně regulačních orgánů a pojišťovacích agentur. Aby se zajistilo, že toto rostoucí pole nebude brzdit bezpečnostní incidenty, kterým se lze vyhnout, je třeba pro ESS vypracovat vhodné specifikace a normy. Aby podpořilo vývoj příslušných bezpečnostních specifikací a norem pro ESS, zahájilo americké ministerstvo energetiky (DOE) v roce 2015 první výroční fórum o bezpečnosti a spolehlivosti ESS.

První fórum DOE ESS přispělo k velkému množství práce na specifikacích a standardech ESS. Nejpozoruhodnější je vývoj NEC č. 706 a vývoj NFPA 855, standardu pro instalace stacionárních systémů skladování energie, který přímo ovlivňuje standard pro stacionární bateriové systémy v ICC IFC a NFPA 1. Dnes mají NEC a NFPA 855 byla také aktualizována pro verze 2023.

Aktuální stav standardů ESS a UPS

Cílem všech aktivit tvorby pravidel a norem je adekvátně řešit bezpečnost těchto systémů. Bohužel současné standardy vytvořily v tomto odvětví určitý zmatek.

1.NFPA 855. Klíčovým dokumentem ovlivňujícím instalaci BESS a UPS je verze NFPA 855 pro rok 2020, Standard pro instalaci stacionárních systémů skladování energie. NFPA 855 definuje skladování energie jako „sestavu jednoho nebo více zařízení schopných ukládat energii pro budoucí dodávky do místních elektrických zátěží, rozvodných sítí nebo podpory sítě“. Tato definice zahrnuje aplikace pro UPS a ESS. NFPA 855 a požární kódy navíc vyžadují, aby ESS byly vyhodnoceny a certifikovány podle UL 9540. UL 1778 však vždy byla tradičním produktovým bezpečnostním standardem pro UPS. Systém byl nezávisle vyhodnocen z hlediska souladu s platnými bezpečnostními požadavky a podporuje bezpečnou instalaci. Požadavek UL 9540 proto způsobil v průmyslu určitý zmatek.

2. UL 9540A. UL 9540A vyžaduje začít od úrovně baterie a testovat krok za krokem, dokud neprojde úrovní instalace. Tyto požadavky vedou k tomu, že systémy UPS podléhají marketingovým standardům, které v minulosti nebyly vyžadovány.

3.UL 1973. UL 1973 je bezpečnostní standard bateriového systému pro ESS a UPS. Verze UL 1973-2018 však nezahrnuje ustanovení o testování olověných baterií, což je také výzva pro systémy UPS využívající tradiční technologii baterií, jako jsou olověné baterie.

Shrnutí

V současné době NEC (National Electrical Code) i NFPA 855 tyto definice upřesňují.

• Například verze NFPA 855 z roku 2023 objasňuje, že specifické olověné a nikl-kadmiové baterie (600 V nebo méně) jsou uvedeny v UL 1973.
• Kromě toho systémy olověných baterií certifikované a označené podle UL 1778 nemusí být certifikovány podle UL 9540, pokud se používají jako záložní zdroj.

Aby se vyřešil problém chybějících zkušebních norem pro olověné a nikl-kadmiové baterie v UL 1973, byl do přílohy výslovně přidán dodatek H (Vyhodnocení alternativ ventilem řízených nebo ventilovaných olověných nebo nikl-kadmiových baterií). třetí vydání UL 1973 vydané v únoru 2022.

Tyto změny představují pozitivní vývoj pro odlišení požadavků na bezpečnou instalaci UPS a ESS. Další práce zahrnují aktualizaci článku 480 NEC, aby se lépe řešily požadavky na instalaci pro jiné technologie než olovo-kyselina a nikl-kadmium. Kromě toho je třeba normu NFPA 855 dále aktualizovat, aby poskytla větší jasnost předpisům o požární ochraně, zejména pokud jde o různé technologie používané ve stacionárních aplikacích, ať už jde o UPS nebo ESS.

Autor doufá, že pokračující změny zlepší bezpečnost průmyslu, bez ohledu na to, zda se používá tradiční UPS nebo ESS. Jak vidíme, jak se řešení pro skladování energie množí významným a rychlým způsobem, řešení vnitřní bezpečnosti produktů je zásadní pro odblokování bezpečnostních inovací a splnění potřeb společnosti.