As tecnoloxías de subministración de enerxía ininterrompida (UPS) utilizáronse en varias aplicacións durante moitos anos para soportar o funcionamento continuado das cargas clave durante as interrupcións da enerxía da rede. Estes sistemas utilizáronse en moitos lugares diferentes para proporcionar inmunidade adicional ás interrupcións da rede que interfiran co funcionamento das cargas definidas. Os sistemas UPS úsanse a miúdo para protexer ordenadores, instalacións informáticas e equipos de telecomunicacións. Coa recente evolución das novas tecnoloxías enerxéticas, os sistemas de almacenamento de enerxía (ESS) proliferaron rapidamente. Os ESS, especialmente aqueles que utilizan tecnoloxías de baterías, adoitan ser subministrados por fontes renovables como a enerxía solar ou eólica e permiten o almacenamento da enerxía producida por estas fontes para o seu uso en diferentes momentos.

O estándar ANSI actual dos EUA para UPS é UL 1778, o estándar para sistemas de enerxía ininterrompida. e CSA-C22.2 no 107.3 para Canadá. UL 9540, o estándar para sistemas e equipos de almacenamento de enerxía, é o estándar nacional estadounidense e canadense para ESS. Aínda que tanto os produtos UPS maduros como os ESS en rápida evolución que se producen teñen algo en común en solucións técnicas, operacións e instalación, hai diferenzas importantes. Este documento revisará as diferenciacións críticas, esbozará os requisitos de seguridade dos produtos aplicables asociados a cada un e resumirá como están a evolucionar os códigos para abordar ambos tipos de instalacións.

PresentandoUPS

Formación

Un sistema UPS é un sistema eléctrico deseñado para proporcionar enerxía instantánea e temporal baseada en corrente alterna para cargas críticas en caso de falla da rede eléctrica ou doutros modos de falla da fonte de alimentación. O UPS está dimensionado para proporcionar unha continuación instantánea dunha cantidade predeterminada de potencia durante un período específico. Isto permite que unha fonte de enerxía secundaria, por exemplo, un xerador, entre en liña e continúe coa alimentación de reserva. O SAI pode apagar de forma segura as cargas non esenciais mentres continúa proporcionando enerxía a cargas de equipos máis importantes. Os sistemas UPS levan moitos anos proporcionando este soporte crítico para varias aplicacións. Un UPS utilizará a enerxía almacenada dunha fonte de enerxía integrada. Este é normalmente un banco de baterías, un supercondensador ou o movemento mecánico dun volante como fonte de enerxía.

Un UPS típico que utiliza un banco de baterías para o seu abastecemento consta dos seguintes compoñentes principais:

Rectificador/cargador: esta sección de UPS toma a alimentación de CA, rectíciaa e produce unha tensión de CC usada para cargar as baterías.

• Inversor: en caso de falla de subministración de rede, o inversor converterá a enerxía de CC almacenada nas baterías nunha saída de enerxía de CA limpa axeitada para o equipo compatible.

• Interruptor de transferencia: un dispositivo de conmutación automático e instantáneo que transfire enerxía desde varias fontes, por exemplo, a rede, o inversor do SAI e o xerador, a unha carga crítica.

• Banco de baterías: almacena a enerxía necesaria para que o SAI realice a función prevista.

Normas actuais para sistemas UPS

• O estándar ANSI actual de EE. UU. para UPS é UL 1778/C22.2 No 107.3, o estándar para sistemas de enerxía ininterrompida, que define un UPS como "unha combinación de conversores, interruptores e dispositivos de almacenamento de enerxía (como baterías) que constitúen unha alimentación eléctrica. sistema para manter a continuidade da alimentación a unha carga en caso de falla de alimentación de entrada.

• En desenvolvemento están novas edicións da IEC 62040-1 e IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (usando UL/CSA 62477-1 como estándar de referencia) harmonizarase con estas normas.

Presentando almacenamento de enerxía sistemas (ESS)

As ESS están a gañar forza como a resposta a unha serie de desafíos aos que se enfrontan a dispoñibilidade e

fiabilidade no mercado enerxético actual. ESS, especialmente aqueles que utilizan tecnoloxías de baterías, axudan a mitigar a dispoñibilidade variable de fontes renovables como a enerxía solar ou eólica. Os ESS son unha fonte de enerxía fiable durante as horas punta de uso e poden axudar na xestión da carga, as flutuacións de enerxía e outras funcións relacionadas coa rede. ESS utilízanse para aplicacións de servizos públicos, comerciais, industriais e residenciais.

Normas actuais para ESS

UL 9540, o estándar para sistemas e equipos de almacenamento de enerxía, é o estándar nacional estadounidense e canadense para ESS.

• Publicado por primeira vez en 2016, UL 9540 inclúe varias tecnoloxías para ESS, incluíndo sistemas de almacenamento de enerxía da batería (BESS). A UL 9540 tamén abarca outras tecnoloxías de almacenamento: ESS mecánica, por exemplo, almacenamento no volante combinado cun xerador, ESS químico, por exemplo, almacenamento de hidróxeno combinado cun sistema de pila de combustible, e ESS térmico, por exemplo, almacenamento de calor latente combinado cun xerador.
• UL 9540, a súa segunda edición define un sistema de almacenamento de enerxía como "Equipo que recibe enerxía e, a continuación, proporciona un medio para almacenar esa enerxía dalgunha forma para o seu uso posterior co fin de subministrar enerxía eléctrica cando sexa necesario". A segunda edición da UL 9540 require ademais que un BESS estea sometido a UL 9540A, o Método de proba estándar para avaliar a propagación térmica do lume en fuga en sistemas de almacenamento de enerxía en baterías, se é necesario para cumprir coas excepcións dos códigos.
• UL 9540 está actualmente na súa terceira edición.

Comparando ESS con UPS

Funcións e dimensión

Un ESS é similar na construción a un UPS pero difire no seu uso. Do mesmo xeito que o UPS, ESS inclúe un mecanismo de almacenamento de enerxía como baterías, equipos de conversión de enerxía, por exemplo, inversores e outros dispositivos electrónicos e controis. Non obstante, a diferenza do UPS, un ESS pode funcionar en paralelo coa rede, o que resulta nun ciclo do sistema maior do que experimentaría un UPS. Un ESS pode colaborar de forma interactiva coa rede ou nun modo autónomo, ou ambos, dependendo do tipo de sistema de conversión de enerxía empregado. Un ESS pode incluso funcionar como funcionalidade de UPS. Do mesmo xeito que UPS, ESS pode vir nunha variedade de tamaños, desde un pequeno sistema residencial que teña menos de 20 kWh de enerxía ata aplicacións de servizos públicos que utilizan sistemas de contedores de enerxía de varios megavatios con varios bastidores de batería dentro do recipiente.

Composición química e seguridade

As químicas típicas das baterías utilizadas nos SAI sempre foron as de chumbo-ácido ou de níquel-cadmio. A diferenza do UPS, BESS utiliza tecnoloxías como as baterías de ión-litio desde o principio porque as baterías de ión-litio teñen un mellor rendemento do ciclo e unha maior densidade de enerxía, o que pode proporcionar máis enerxía nunha pegada física menor. As baterías de ión-litio tamén teñen requisitos de mantemento moito máis baixos que as tecnoloxías tradicionais de baterías. Pero actualmente, as baterías de iones de litio tamén se usan cada vez máis en aplicacións de UPS.

Non obstante, un grave accidente en Arizona en 2019 que implicou un ESS empregado en aplicacións de servizos públicos provocou feridas graves a varios socorristas e atraeu a atención de varias partes interesadas, incluíndo reguladores e axencias de seguros. Para garantir que este campo en crecemento non se vexa obstaculizado por incidentes de seguridade evitables, é necesario desenvolver especificacións e estándares adecuados para ESS. Para fomentar o desenvolvemento de especificacións e estándares de seguridade adecuados para ESS, o Departamento de Enerxía dos Estados Unidos (DOE) lanzou o primeiro foro anual sobre seguridade e fiabilidade de ESS en 2015.

O primeiro Foro DOE ESS contribuíu a unha gran cantidade de traballo sobre especificacións e estándares ESS. O máis destacable é o desenvolvemento do NEC no 706 e o ​​desenvolvemento do NFPA 855, un estándar para instalacións de sistemas de almacenamento de enerxía estacionario, que afecta directamente ao estándar para sistemas de baterías estacionarias en ICC IFC e NFPA 1. Hoxe, NEC e NFPA 855 teñen tamén se actualizou para as versións de 2023.

Estado actual dos estándares ESS e UPS

O obxectivo de todas as actividades de desenvolvemento de normas e estándares é abordar adecuadamente a seguridade destes sistemas. Desafortunadamente, os estándares actuais crearon certa confusión na industria.

1.NFPA 855. O documento clave que afecta á instalación de BESS e UPS é a versión 2020 da NFPA 855, Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems. A NFPA 855 define o almacenamento de enerxía como "un conxunto dun ou máis dispositivos capaces de almacenar enerxía para o abastecemento futuro de cargas eléctricas locais, redes de servizos públicos ou soporte da rede". Esta definición inclúe aplicacións para UPS e ESS. Ademais, a NFPA 855 e os códigos contra incendios requiren que os ESS sexan avaliados e certificados segundo a UL 9540. Non obstante, a UL 1778 sempre foi o estándar tradicional de seguridade dos produtos para UPS. O sistema foi avaliado de forma independente para o cumprimento dos requisitos de seguridade aplicables e admite unha instalación segura. Polo tanto, o requisito da UL 9540 causou certa confusión na industria.

2. UL 9540A. A UL 9540A require comezar desde o nivel de batería e probar paso a paso ata pasar o nivel de instalación. Estes requisitos fan que os sistemas UPS estean suxeitos a estándares de mercadotecnia que non eran necesarios no pasado.

3.UL 1973. UL 1973 é o estándar de seguridade do sistema de batería para ESS e UPS. Non obstante, a versión UL 1973-2018 non inclúe disposicións de proba para baterías de chumbo-ácido, o que tamén supón un desafío para os sistemas UPS que utilizan tecnoloxía de batería tradicional, como as baterías de chumbo-ácido.

Resumo

Actualmente, tanto o NEC (National Electrical Code) como a NFPA 855 están aclarando estas definicións.

• Por exemplo, a versión 2023 da NFPA 855 aclara que as baterías específicas de chumbo-ácido e níquel-cadmio (600 V ou menos) están listadas na UL 1973.
• Ademais, os sistemas de baterías de chumbo-ácido certificados e marcados segundo UL 1778 non precisan estar certificados segundo UL 9540 cando se usan como fonte de alimentación de reserva.

Para resolver o problema da falta de estándares de proba para baterías de chumbo-ácido e níquel-cadmio na UL 1973, engadiuse específicamente ao apéndice H (Avaliar alternativas ás baterías de chumbo-ácido ou níquel-cadmio reguladas por válvulas ou ventiladas). terceira edición de UL 1973 lanzada en febreiro de 2022.

Estes cambios representan un desenvolvemento positivo para diferenciar os requisitos de instalación segura de UPS e ESS. Outros traballos inclúen a actualización do artigo 480 do NEC para abordar mellor os requisitos de instalación de tecnoloxías distintas do chumbo-ácido e o níquel-cadmio. Ademais, o estándar NFPA 855 debe actualizarse aínda máis para proporcionar unha maior claridade sobre as normas de protección contra incendios, especialmente no que se refire ás diversas tecnoloxías utilizadas en aplicacións estacionarias, xa sexan UPS ou ESS.

O autor espera que os cambios continuos melloren a seguridade da industria, independentemente de que se utilice un UPS ou ESS tradicional. Como vemos que as solucións de almacenamento de enerxía proliferan de forma significativa e rápida, abordar a seguridade intrínseca dos produtos é fundamental para desbloquear a innovación en materia de seguridade e satisfacer as necesidades da sociedade.