Nepertraukiamo maitinimo šaltinio (UPS) technologijos jau daugelį metų buvo naudojamos įvairiose srityse, siekiant palaikyti nuolatinį pagrindinių apkrovų veikimą, kai nutrūksta elektros tiekimas iš tinklo. Šios sistemos buvo naudojamos daugelyje skirtingų vietų, kad būtų užtikrintas papildomas atsparumas tinklo pertrūkiams, kurie trukdo veikti apibrėžtoms apkrovoms. UPS sistemos dažnai naudojamos kompiuteriams, kompiuterių įrangai ir telekomunikacijų įrangai apsaugoti. Pastaruoju metu vystantis naujoms energijos technologijoms, energijos kaupimo sistemos (ESS) sparčiai išplito. ESS, ypač naudojantys baterijų technologijas, paprastai tiekiami iš atsinaujinančių šaltinių, pvz., saulės arba vėjo energijos, ir leidžia kaupti iš šių šaltinių pagamintą energiją, skirtą naudoti skirtingu laiku.

Dabartinis JAV UPS ANSI standartas yra UL 1778, nepertraukiamo maitinimo sistemų standartas. ir CSA-C22.2 Nr. 107.3 Kanadai. UL 9540, energijos kaupimo sistemų ir įrangos standartas, yra Amerikos ir Kanados nacionalinis ESS standartas. Nors tiek brandūs UPS produktai, tiek sparčiai besivystantis gaminamas ESS turi tam tikrų techninių sprendimų, veikimo ir įrengimo bendrų bruožų, yra svarbių skirtumų. Šiame dokumente bus apžvelgti esminiai skirtumai, apibendrinti taikomi gaminių saugos reikalavimai, susiję su kiekvienu su ja, ir apibendrinta, kaip kodeksai tobulinami, kai naudojami abiejų tipų įrenginiai.

PristatomeUPS

Formavimas

UPS sistema yra elektros sistema, skirta suteikti momentinę laikiną kintamosios srovės maitinimą kritinėms apkrovoms, įvykus elektros tinklo gedimui ar kitiems tinklo maitinimo šaltinio gedimo režimams. UPS yra tokio dydžio, kad užtikrintų momentinį iš anksto nustatyto energijos kiekio tęsimą tam tikrą laiką. Tai leidžia antriniam energijos šaltiniui, pvz., generatoriui, prisijungti ir tęsti atsarginį energijos tiekimą. UPS gali saugiai išjungti neesmines apkrovas ir toliau tiekti maitinimą svarbesnėms įrangos apkrovoms. UPS sistemos jau daugelį metų teikia šią svarbią paramą įvairioms programoms. UPS naudos sukauptą energiją iš integruoto energijos šaltinio. Paprastai tai yra akumuliatoriaus bankas, superkondensatorius arba mechaninis smagračio, kaip energijos šaltinio, judėjimas.

Įprastą UPS, kurio tiekimui naudojamas akumuliatorių bankas, sudaro šie pagrindiniai komponentai:

Lygintuvas / įkroviklis – ši UPS dalis paima kintamosios srovės maitinimo šaltinį, išlygina jį ir gamina nuolatinę įtampą, naudojamą akumuliatoriams įkrauti.

• Inverteris – nutrūkus maitinimo šaltiniui, keitiklis akumuliatoriuose sukauptą nuolatinės srovės energiją pavers švaria kintamosios srovės galia, tinkančia palaikomai įrangai.

• Perjungimo jungiklis – automatinis ir momentinis perjungimo įtaisas, kuris perduoda energiją iš įvairių šaltinių, pvz., tinklo, UPS keitiklio ir generatoriaus, į kritinę apkrovą.

• Baterijų bankas – kaupia energiją, reikalingą UPS, kad galėtų atlikti numatytą funkciją.

Dabartiniai standartai UPS sistemoms

• Dabartinis JAV UPS ANSI standartas yra UL 1778/C22.2 Nr. 107.3, Nepertraukiamo maitinimo sistemų standartas, kuriame UPS apibrėžiamas kaip „keitiklių, jungiklių ir energijos kaupimo įrenginių (pvz., baterijų) derinys, sudarantis maitinimą. sistema, užtikrinanti energijos tiekimo tęstinumą apkrovai nutrūkus įvesties maitinimui.

• Kuriami nauji IEC 62040-1 ir IEC 62477-1 leidimai. UL/CSA 62040-1 (naudojant UL/CSA 62477-1 kaip atskaitos standartą) bus suderintas su šiais standartais.

Pristatome energijos kaupimas sistemos (ESS)

ESS vis labiau populiarėja kaip atsakas į daugybę iššūkių, su kuriais susiduriama dėl prieinamumo ir

patikimumas šiandieninėje energijos rinkoje. ESS, ypač naudojant baterijų technologijas, padeda sumažinti kintamą atsinaujinančių šaltinių, pvz., saulės ar vėjo energijos, prieinamumą. ESS yra patikimas energijos šaltinis didžiausio naudojimo metu ir gali padėti valdyti apkrovą, galios svyravimus ir kitas su tinklu susijusias funkcijas. ESS naudojami komunalinėms, komercinėms, pramoninėms ir gyvenamosioms reikmėms.

Dabartiniai ESS standartai

UL 9540, energijos kaupimo sistemų ir įrangos standartas, yra Amerikos ir Kanados nacionalinis ESS standartas.

• Pirmą kartą paskelbtas 2016 m., UL 9540 apima kelias ESS technologijas, įskaitant akumuliatoriaus energijos kaupimo sistemas (BESS). UL 9540 taip pat apima kitas saugojimo technologijas: mechaninę ESS, pvz., smagračio saugyklą, suporuotą su generatoriumi, cheminę ESS, pvz., vandenilio saugyklą, suporuotą su kuro elementų sistema, ir šiluminę ESS, pvz., latentinę šilumos saugyklą, suporuotą su generatoriumi.
• UL 9540, jo antrasis leidimas, apibrėžia energijos kaupimo sistemą kaip „įrangą, kuri gauna energiją ir suteikia galimybę tam tikra forma kaupti tą energiją, kad būtų galima naudoti vėliau, kad prireikus būtų tiekiama elektros energija“. Antrasis UL 9540 leidimas taip pat reikalauja, kad BESS būtų taikomas UL 9540A – standartinis bandymo metodas, skirtas įvertinti šiluminės ugnies plitimą akumuliatoriaus energijos kaupimo sistemose, jei reikia, kad būtų laikomasi kodeksų išimčių.
• UL 9540 šiuo metu yra trečiasis leidimas.

ESS palyginimas su UPS

Funkcijos ir matmenys

ESS savo konstrukcija yra panaši į UPS, tačiau skiriasi savo naudojimu. Kaip ir UPS, ESS apima energijos kaupimo mechanizmą, pvz., baterijas, galios konvertavimo įrangą, pvz., keitiklius, ir įvairią kitą elektroniką bei valdiklius. Tačiau skirtingai nei UPS, ESS gali veikti lygiagrečiai su tinklu, o tai lemia didesnį sistemos ciklą, nei kada nors patirtų UPS. ESS gali interaktyviai bendradarbiauti su tinklu arba atskiru režimu, arba abiem, priklausomai nuo naudojamos energijos konvertavimo sistemos tipo. ESS netgi gali veikti kaip UPS funkcija. Kaip ir UPS, ESS gali būti įvairių dydžių – nuo ​​mažų gyvenamųjų namų sistemos, kuri naudoja mažiau nei 20 kWh energijos, iki komunalinių paslaugų, naudojančių kelių megavatų energijos konteinerių sistemas su keliais akumuliatorių stovais konteineryje.

Cheminė sudėtis ir sauga

Tipiškos UPS baterijų cheminės medžiagos visada buvo švino rūgšties arba nikelio ir kadmio baterijos. Skirtingai nuo UPS, BESS nuo pat pradžių naudoja tokias technologijas kaip ličio jonų baterijos, nes ličio jonų baterijos pasižymi geresnėmis ciklo charakteristikomis ir didesniu energijos tankiu, o tai gali suteikti daugiau energijos esant mažesniam fiziniam pėdsakui. Ličio jonų akumuliatoriams taip pat keliami daug mažesni priežiūros reikalavimai nei tradicinėms baterijų technologijoms. Tačiau šiuo metu ličio jonų baterijos taip pat vis dažniau naudojamos UPS programose.

Tačiau 2019 m. Arizonoje įvykusi rimta avarija, susijusi su komunalinėse paslaugose naudojamu ESS, sukėlė rimtų sužalojimų keliems pirmiesiems atsakingiesiems asmenims ir patraukė įvairių suinteresuotųjų šalių, įskaitant reguliavimo institucijas ir draudimo agentūras, dėmesį. Siekiant užtikrinti, kad šiai augančiai sričiai netrukdytų išvengiami saugos incidentai, reikia parengti atitinkamas ESS specifikacijas ir standartus. Siekdamas paskatinti kurti atitinkamas ESS saugos specifikacijas ir standartus, JAV Energetikos departamentas (DOE) 2015 m. pradėjo pirmąjį metinį forumą apie ESS saugą ir patikimumą.

Pirmasis DOE ESS forumas prisidėjo prie didelio darbo su ESS specifikacijomis ir standartais. Labiausiai verta dėmesio NEC Nr. 706 ir stacionarių energijos kaupimo sistemų įrenginių standarto NFPA 855 sukūrimas, kuris tiesiogiai veikia stacionarių baterijų sistemų standartą ICC IFC ir NFPA 1. Šiandien NEC ir NFPA 855 turi taip pat atnaujinta 2023 m. versijoms.

Dabartinė ESS ir UPS standartų būklė

Visų taisyklių ir standartų kūrimo veiklos tikslas yra tinkamai atsižvelgti į šių sistemų saugumą. Deja, dabartiniai standartai sukėlė tam tikrą painiavą pramonėje.

1.NFPA 855. Pagrindinis dokumentas, turintis įtakos BESS ir UPS įrengimui, yra NFPA 855, stacionarių energijos kaupimo sistemų diegimo standartas, 2020 m. versija. NFPA 855 apibrėžia energijos kaupimą kaip „vieno ar daugiau įrenginių, galinčių kaupti energiją, kad ateityje būtų galima tiekti vietines elektros apkrovas, komunalinius tinklus ar tinklo atramą, rinkinys“. Šis apibrėžimas apima UPS ir ESS taikomąsias programas. Be to, pagal NFPA 855 ir gaisro kodus reikalaujama, kad ESS būtų įvertintas ir sertifikuotas pagal UL 9540. Tačiau UL 1778 visada buvo tradicinis UPS gaminių saugos standartas. Sistema buvo nepriklausomai įvertinta, ar ji atitinka taikomus saugos reikalavimus ir palaiko saugų montavimą. Todėl UL 9540 reikalavimas sukėlė tam tikrą painiavą pramonėje.

2. UL 9540A. UL 9540A reikalauja pradėti nuo baterijos lygio ir žingsnis po žingsnio testuoti iki įdiegimo lygio. Dėl šių reikalavimų UPS sistemoms taikomi rinkodaros standartai, kurių anksčiau nebuvo reikalaujama.

3.UL 1973. UL 1973 yra ESS ir UPS baterijų sistemos saugos standartas. Tačiau UL 1973–2018 versijoje nėra švino rūgšties akumuliatorių tikrinimo nuostatų, o tai taip pat yra iššūkis UPS sistemoms, naudojančioms tradicines akumuliatorių technologijas, pvz., švino rūgšties baterijas.

Santrauka

Šiuo metu šiuos apibrėžimus paaiškina ir NEC (Nacionalinis elektros kodeksas), ir NFPA 855.

• Pavyzdžiui, 2023 m. NFPA 855 versija paaiškina, kad konkrečios švino rūgšties ir nikelio-kadmio baterijos (600 V ar mažesnės) yra išvardytos UL 1973.
• Be to, švino rūgšties akumuliatorių sistemos, sertifikuotos ir pažymėtos pagal UL 1778, nebūtina sertifikuoti pagal UL 9540, kai jos naudojamos kaip atsarginis maitinimo šaltinis.

Siekiant išspręsti problemą, susijusią su švino rūgšties ir nikelio-kadmio baterijų bandymo standartų trūkumo UL 1973, H priedas (Įvertinti vožtuvu reguliuojamų arba ventiliuojamų švino rūgšties arba nikelio-kadmio akumuliatorių alternatyvas) buvo specialiai įtrauktas į trečiasis UL 1973 leidimas, išleistas 2022 m. vasario mėn.

Šie pakeitimai yra teigiamas pokytis, siekiant atskirti saugaus UPS ir ESS įrengimo reikalavimus. Tolesnis darbas apima NEC 480 straipsnio atnaujinimą, kad būtų geriau atsižvelgta į kitų nei švino rūgšties ir nikelio kadmio technologijų įrengimo reikalavimus. Be to, NFPA 855 standartas turi būti toliau atnaujintas, kad būtų aiškesni priešgaisrinės apsaugos reglamentai, ypač dėl įvairių technologijų, naudojamų stacionariose programose, nesvarbu, ar tai UPS, ar ESS.

Autorius tikisi, kad nuolatiniai pokyčiai pagerins pramonės saugumą, nepaisant to, ar naudojamas tradicinis UPS ar ESS. Matome, kad energijos kaupimo sprendimai sparčiai plinta, todėl esminės produktų saugos problemos yra labai svarbios siekiant atskleisti saugos naujoves ir patenkinti visuomenės poreikius.