Les tecnologies d'alimentació ininterrompuda (UPS) s'han utilitzat en diverses aplicacions durant molts anys per donar suport al funcionament continuat de les càrregues clau durant les interrupcions de l'alimentació de la xarxa. Aquests sistemes s'han utilitzat en molts llocs diferents per proporcionar immunitat addicional davant les interrupcions de la xarxa que interfereixen amb el funcionament de càrregues definides. Els sistemes SAI s'utilitzen sovint per protegir ordinadors, instal·lacions informàtiques i equips de telecomunicacions. Amb l'evolució recent de les noves tecnologies energètiques, els sistemes d'emmagatzematge d'energia (ESS) han proliferat ràpidament. Els ESS, especialment aquells que utilitzen tecnologies de bateries, solen ser subministrats per fonts renovables com l'energia solar o eòlica i permeten emmagatzemar l'energia produïda per aquestes fonts per utilitzar-la en diferents moments.

L'estàndard ANSI actual dels EUA per a SAI és UL 1778, l'estàndard per a sistemes d'alimentació ininterrompuda. i CSA-C22.2 núm. 107.3 per al Canadà. UL 9540, l'estàndard per a sistemes i equips d'emmagatzematge d'energia, és l'estàndard nacional nord-americà i canadenc per a ESS. Tot i que tant els productes UPS madurs com els ESS en ràpida evolució que es produeixen tenen alguns aspectes comuns en solucions tècniques, operacions i instal·lacions, hi ha diferències importants. En aquest document es revisaran les diferenciacions crítiques, es descriuen els requisits de seguretat del producte aplicables associats a cadascun i es resumirà com estan evolucionant els codis per abordar ambdós tipus d'instal·lacions.

PresentacióUPS

Formació

Un sistema UPS és un sistema elèctric dissenyat per proporcionar energia instantània temporal basada en corrent altern per a càrregues crítiques en cas de fallada de la xarxa elèctrica o altres modes de fallada de la font d'alimentació. El SAI està dimensionat per proporcionar una continuació instantània d'una quantitat predeterminada de potència durant una durada específica. Això permet que una font d'alimentació secundària, per exemple, un generador, estigui en línia i continuï amb una reserva d'alimentació. El SAI pot apagar de manera segura les càrregues no essencials mentre continua proporcionant energia a les càrregues d'equips més importants. Els sistemes SAI proporcionen aquest suport fonamental per a diverses aplicacions durant molts anys. Un SAI utilitzarà l'energia emmagatzemada d'una font d'energia integrada. Normalment és un banc de bateries, un supercondensador o el moviment mecànic d'un volant com a font d'energia.

Un SAI típic que utilitza un banc de bateries per al seu subministrament consta dels components principals següents:

Rectificador/carregador: aquesta secció del SAI pren la xarxa de CA, la rectifica i produeix una tensió de CC que s'utilitza per carregar les bateries.

• Inversor: en cas d'avaria de la xarxa elèctrica, l'inversor convertirà l'energia de CC emmagatzemada a les bateries en una sortida d'alimentació de CA neta adequada per a l'equip compatible.

• Interruptor de transferència: un dispositiu de commutació automàtic i instantani que transfereix energia des de diverses fonts, per exemple, la xarxa elèctrica, l'inversor del SAI i el generador, a una càrrega crítica.

• Banc de bateries: emmagatzema l'energia necessària perquè el SAI compleixi la funció prevista.

Normes actuals per a sistemes SAI

• L'estàndard ANSI dels EUA actual per a SAI és UL 1778/C22.2 núm. 107.3, l'estàndard per a sistemes d'alimentació ininterrompuda, que defineix un SAI com "una combinació de convertidors, interruptors i dispositius d'emmagatzematge d'energia (com ara bateries) que constitueixen una potència. sistema per mantenir la continuïtat de la potència a una càrrega en cas de fallada d'alimentació."

• En desenvolupament hi ha noves edicions de IEC 62040-1 i IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (utilitzant UL/CSA 62477-1 com a estàndard de referència) s'harmonitzarà amb aquestes normes.

Presentació emmagatzematge d'energia sistemes (ESS)

Els ESS estan guanyant força com a resposta a una sèrie de reptes que s'enfronten a la disponibilitat i

fiabilitat en el mercat energètic actual. L'ESS, especialment els que utilitzen tecnologies de bateries, ajuden a mitigar la disponibilitat variable de fonts renovables com l'energia solar o eòlica. Els ESS són una font d'energia fiable durant les hores punta d'ús i poden ajudar amb la gestió de la càrrega, les fluctuacions de potència i altres funcions relacionades amb la xarxa. Els ESS s'utilitzen per a aplicacions comercials, industrials i residencials.

Normes actuals per a ESS

UL 9540, l'estàndard per a sistemes i equips d'emmagatzematge d'energia, és l'estàndard nacional nord-americà i canadenc per a ESS.

• Publicat per primera vegada el 2016, UL 9540 inclou múltiples tecnologies per a ESS, inclosos els sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria (BESS). La UL 9540 també cobreix altres tecnologies d'emmagatzematge: ESS mecànic, per exemple, emmagatzematge del volant combinat amb un generador, ESS químic, per exemple, emmagatzematge d'hidrogen combinat amb un sistema de pila de combustible, i ESS tèrmic, per exemple, emmagatzematge de calor latent emparellat amb un generador.
• UL 9540, la seva segona edició defineix un sistema d'emmagatzematge d'energia com "un equip que rep energia i després proporciona un mitjà per emmagatzemar aquesta energia d'alguna forma per al seu ús posterior per subministrar energia elèctrica quan sigui necessari". La segona edició de la UL 9540 també requereix que un BESS estigui sotmès a UL 9540A, el mètode de prova estàndard per a l'avaluació de la propagació tèrmica d'incendis en sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria, si és necessari per complir les excepcions dels codis.
• UL 9540 es troba actualment en la seva tercera edició.

Comparant ESS amb UPS

Funcions i dimensió

Un ESS és similar en construcció a un SAI, però difereix en el seu ús. Igual que el SAI, l'ESS inclou un mecanisme d'emmagatzematge d'energia, com ara bateries, equips de conversió d'energia, per exemple, inversors i altres components electrònics i controls. A diferència del SAI, però, un ESS pot funcionar en paral·lel amb la xarxa, la qual cosa resulta en un cicle més gran del sistema del que mai experimentaria un SAI. Un ESS pot col·laborar de manera interactiva amb la xarxa o en un mode autònom, o ambdós, depenent del tipus de sistema de conversió d'energia emprat. Un ESS pot fins i tot funcionar com a funcionalitat de l'UPS. Igual que UPS, ESS pot venir en una varietat de mides, des d'un petit sistema residencial que tingui menys de 20 kWh d'energia fins a aplicacions de serveis públics que utilitzen sistemes de contenidors d'energia de diversos megawatts amb múltiples bastidors de bateries dins del contenidor.

Composició química i seguretat

Les químiques típiques de les bateries utilitzades en els SAI sempre han estat les bateries de plom-àcid o de níquel-cadmi. A diferència de l'UPS, BESS utilitza tecnologies com les bateries d'ions de liti des del principi perquè les bateries d'ió de liti tenen un millor rendiment del cicle i una densitat d'energia més alta, que pot proporcionar més energia en una petjada física més petita. Les bateries d'ió de liti també tenen requisits de manteniment molt més baixos que les tecnologies de bateries tradicionals. Però actualment, les bateries d'ions de liti també s'utilitzen cada cop més en aplicacions de SAI.

Tanmateix, un accident greu a Arizona el 2019 que va implicar un ESS utilitzat en aplicacions de serveis públics va provocar lesions greus a diversos socorristes i va cridar l'atenció de diverses parts interessades, inclosos els reguladors i les agències d'assegurances. Per garantir que aquest camp en creixement no es vegi obstaculitzat per incidents de seguretat evitables, cal desenvolupar especificacions i estàndards adequats per a ESS. Per fomentar el desenvolupament d'especificacions i estàndards de seguretat adequats per a ESS, el Departament d'Energia dels EUA (DOE) va llançar el primer fòrum anual sobre seguretat i fiabilitat de l'ESS el 2015.

El primer Fòrum DOE ESS va contribuir a una gran quantitat de treball sobre especificacions i estàndards ESS. El més destacable és el desenvolupament del NEC núm. 706 i el desenvolupament de la NFPA 855, un estàndard per a instal·lacions de sistemes d'emmagatzematge d'energia estacionari, que afecta directament l'estàndard dels sistemes de bateries estacionaris a ICC IFC i NFPA 1. Actualment, NEC i NFPA 855 tenen també s'ha actualitzat per a les versions de 2023.

Estat actual dels estàndards ESS i UPS

L'objectiu de totes les activitats de desenvolupament de normes i estàndards és abordar adequadament la seguretat d'aquests sistemes. Malauradament, els estàndards actuals han creat certa confusió a la indústria.

1.NFPA 855. El document clau que afecta la instal·lació de BESS i UPS és la versió 2020 de la NFPA 855, Estàndard per a la instal·lació de sistemes d'emmagatzematge d'energia estacionari. La NFPA 855 defineix l'emmagatzematge d'energia com "un conjunt d'un o més dispositius capaços d'emmagatzemar energia per al subministrament futur a càrregues elèctriques locals, xarxes de serveis públics o suport de xarxa". Aquesta definició inclou aplicacions per a UPS i ESS. A més, la NFPA 855 i els codis d'incendis requereixen que els ESS siguin avaluats i certificats segons UL 9540. No obstant això, UL 1778 sempre ha estat l'estàndard tradicional de seguretat del producte per a SAI. El sistema s'ha avaluat de manera independent per complir amb els requisits de seguretat aplicables i admet una instal·lació segura. Per tant, el requisit de la UL 9540 ha provocat certa confusió a la indústria.

2. UL 9540A. La UL 9540A requereix començar des del nivell de bateria i provar pas a pas fins a superar el nivell d'instal·lació. Aquests requisits fan que els sistemes UPS estiguin subjectes a estàndards de màrqueting que no eren requerits en el passat.

3.UL 1973. UL 1973 és l'estàndard de seguretat del sistema de bateries per a ESS i UPS. Tanmateix, la versió UL 1973-2018 no inclou proves de proves per a bateries de plom-àcid, que també és un repte per als sistemes SAI que utilitzen la tecnologia de bateries tradicional, com ara les bateries de plom-àcid.

Resum

Actualment, tant el NEC (National Electrical Code) com la NFPA 855 estan aclarint aquestes definicions.

• Per exemple, la versió 2023 de la NFPA 855 aclareix que les bateries específiques de plom-àcid i níquel-cadmi (600 V o menys) estan enumerades a UL 1973.
• A més, els sistemes de bateries de plom-àcid certificats i marcats segons UL 1778 no necessiten estar certificats segons UL 9540 quan s'utilitzen com a font d'alimentació de reserva.

Per tal de resoldre el problema de la manca d'estàndards de prova per a bateries de plom-àcid i níquel-cadmi a la UL 1973, es va afegir específicament a l'apèndix H (Avaluar alternatives a les bateries de plom-àcid o níquel-cadmi regulades per vàlvules o ventilades). tercera edició de la UL 1973 publicada el febrer de 2022.

Aquests canvis representen un desenvolupament positiu per tal de diferenciar els requisits d'instal·lació segura de SAI i ESS. El treball addicional inclou l'actualització de l'article 480 del NEC per abordar millor els requisits d'instal·lació de tecnologies diferents del plom-àcid i el níquel-cadmi. A més, l'estàndard NFPA 855 s'ha d'actualitzar encara més per oferir una major claredat sobre les normes de protecció contra incendis, especialment pel que fa a les diferents tecnologies utilitzades en aplicacions estacionàries, ja siguin UPS o ESS.

L'autor espera que els canvis continuats millorin la seguretat de la indústria, independentment de si s'utilitza un SAI o ESS tradicional. Com veiem que les solucions d'emmagatzematge d'energia proliferen de manera significativa i ràpida, abordar la seguretat intrínseca dels productes és fonamental per desbloquejar la innovació en matèria de seguretat i satisfer les necessitats de la societat.