فناوری‌های منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) برای سال‌ها در کاربردهای مختلف برای پشتیبانی از عملکرد مداوم بارهای کلیدی در هنگام قطع برق از شبکه استفاده می‌شوند. این سیستم‌ها در مکان‌های مختلف مورد استفاده قرار گرفته‌اند تا مصونیت بیشتری در برابر قطع‌های شبکه که در عملکرد بارهای تعریف‌شده تداخل ایجاد می‌کنند، ایجاد کنند. سیستم های یو پی اس اغلب برای محافظت از کامپیوترها، امکانات کامپیوتری و تجهیزات مخابراتی استفاده می شوند. با تکامل اخیر فناوری های جدید انرژی، سیستم های ذخیره انرژی (ESS) به سرعت گسترش یافته اند. ESS، به‌ویژه آنهایی که از فناوری‌های باتری استفاده می‌کنند، معمولاً توسط منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی یا بادی تأمین می‌شوند و ذخیره انرژی تولید شده توسط این منابع را برای استفاده در زمان‌های مختلف امکان‌پذیر می‌سازند.

استاندارد فعلی ANSI ایالات متحده برای UPS UL 1778، استاندارد سیستم های برق اضطراری است. و CSA-C22.2 شماره 107.3 برای کانادا. UL 9540، استاندارد سیستم‌ها و تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی، استاندارد ملی آمریکا و کانادا برای ESS است. در حالی که هر دو محصولات UPS بالغ و ESS به سرعت در حال توسعه تولید شده دارای برخی از اشتراکات در راه حل های فنی، عملیات و نصب هستند، تفاوت های مهمی وجود دارد. این مقاله تمایزات حیاتی را بررسی می‌کند، الزامات ایمنی محصول قابل‌اجرا مرتبط با هر یک را تشریح می‌کند و چگونگی تکامل کدها در پرداختن به هر دو نوع تاسیسات را خلاصه می‌کند.

معرفی کردنیو پی اس

تشکیل

یک سیستم UPS یک سیستم الکتریکی است که برای تامین برق موقت مبتنی بر جریان متناوب آنی برای بارهای بحرانی در صورت خرابی شبکه برق یا سایر حالت‌های خرابی منبع تغذیه طراحی شده است. اندازه یو پی اس به گونه ای است که تداوم آنی مقدار توان از پیش تعیین شده را برای مدت زمان مشخصی فراهم می کند. این اجازه می دهد تا یک منبع برق ثانویه، به عنوان مثال، یک ژنراتور، آنلاین شود و به پشتیبان گیری برق ادامه دهد. UPS ممکن است با خیال راحت بارهای غیر ضروری را خاموش کند و در عین حال به تامین برق بارهای تجهیزات مهمتر ادامه دهد. سیستم‌های UPS سال‌هاست که این پشتیبانی حیاتی را برای برنامه‌های مختلف ارائه می‌کنند. یک یو پی اس از انرژی ذخیره شده از یک منبع انرژی یکپارچه استفاده می کند. این معمولاً بانک باتری، ابرخازن یا حرکت مکانیکی چرخ طیار به عنوان منبع انرژی است.

یک یو پی اس معمولی که از بانک باتری برای تامین آن استفاده می کند از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:

یکسو کننده/شارژر – این بخش UPS منبع تغذیه AC را می گیرد، آن را اصلاح می کند و یک ولتاژ DC تولید می کند که برای شارژ باتری ها استفاده می شود.

• اینورتر - در صورت قطع برق، اینورتر برق DC ذخیره شده در باتری ها را به خروجی برق AC تمیز مناسب برای تجهیزات پشتیبانی می کند.

• سوئیچ انتقال - یک دستگاه کلیدزنی اتوماتیک و آنی که توان را از منابع مختلف، به عنوان مثال، شبکه اصلی، اینورتر UPS و ژنراتور، به یک بار بحرانی انتقال می دهد.

• بانک باتری – انرژی مورد نیاز UPS را برای انجام عملکرد مورد نظر خود ذخیره می کند.

استانداردهای فعلی برای سیستم های یو پی اس

• استاندارد فعلی ANSI ایالات متحده برای UPS UL 1778/C22.2 شماره 107.3 است، استاندارد برای سیستم های برق اضطراری، که UPS را به عنوان "ترکیبی از مبدل ها، سوئیچ ها و دستگاه های ذخیره انرژی (مانند باتری ها) تعریف می کند. سیستمی برای حفظ تداوم برق به یک بار در صورت قطع برق ورودی.

• نسخه های جدید IEC 62040-1 و IEC 62477-1 در دست توسعه هستند. UL/CSA 62040-1 (با استفاده از UL/CSA 62477-1 به عنوان استاندارد مرجع) با این استانداردها هماهنگ خواهد شد.

معرفی کردن ذخیره انرژی سیستم ها (ESS)

ESSها به عنوان پاسخی به تعدادی از چالش‌هایی که در دسترس بودن و در دسترس بودن با آن روبرو هستند، در حال جلب توجه هستند

قابلیت اطمینان در بازار انرژی امروز ESS، به‌ویژه آنهایی که از فناوری‌های باتری استفاده می‌کنند، به کاهش در دسترس بودن متغیر منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی یا بادی کمک می‌کنند. ESS منبع توان قابل اعتماد در زمان اوج استفاده است و می تواند به مدیریت بار، نوسانات برق و سایر عملکردهای مرتبط با شبکه کمک کند. ESS برای برنامه های کاربردی، تجاری، صنعتی و مسکونی استفاده می شود.

استانداردهای فعلی برای ESS

UL 9540، استاندارد سیستم‌ها و تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی، استاندارد ملی آمریکا و کانادا برای ESS است.

• اولین بار در سال 2016 منتشر شد، UL 9540 شامل چندین فناوری برای ESS از جمله سیستم های ذخیره انرژی باتری (BESS) است. UL 9540 سایر فناوری‌های ذخیره‌سازی را نیز پوشش می‌دهد: ESS مکانیکی، به عنوان مثال، ذخیره‌سازی چرخ طیار جفت‌شده با ژنراتور، ESS شیمیایی، به‌عنوان مثال، ذخیره‌سازی هیدروژن جفت شده با سیستم سلول سوختی، و ESS حرارتی، به‌عنوان مثال، ذخیره‌سازی گرمای نهان همراه با ژنراتور.
• UL 9540، ویرایش دوم آن، سیستم ذخیره‌سازی انرژی را به‌عنوان «تجهیزاتی که انرژی دریافت می‌کند و سپس وسیله‌ای برای ذخیره آن انرژی به شکلی برای استفاده بعدی به منظور تأمین انرژی الکتریکی در صورت نیاز فراهم می‌کند» تعریف می‌کند. ویرایش دوم UL 9540 همچنین مستلزم آن است که BESS تحت UL 9540A، روش تست استاندارد برای ارزیابی انتشار حریق گرمایی در سیستم‌های ذخیره انرژی باتری قرار گیرد، در صورتی که برای رعایت استثنائات در کدها لازم باشد.
• UL 9540 در حال حاضر در نسخه سوم خود است.

مقایسه ESS با UPS

توابع و ابعاد

یک ESS از نظر ساخت شبیه به یک UPS است اما در کاربرد آن متفاوت است. مانند UPS، ESS شامل یک مکانیسم ذخیره انرژی مانند باتری ها، تجهیزات تبدیل نیرو، به عنوان مثال، اینورترها، و سایر وسایل الکترونیکی و کنترل است. با این حال، بر خلاف UPS، یک ESS ممکن است به موازات شبکه کار کند، که منجر به چرخش بیشتر سیستم نسبت به یک UPS می شود. یک ESS می‌تواند به صورت تعاملی با شبکه یا در حالت مستقل یا هر دو، بسته به نوع سیستم تبدیل توان بکار رفته، همکاری کند. یک ESS حتی ممکن است به عنوان عملکرد UPS کار کند. مانند UPS، ESS می تواند در اندازه های مختلف از یک سیستم مسکونی کوچک که کمتر از 20 کیلووات ساعت انرژی دارد تا برنامه های کاربردی با استفاده از سیستم های کانتینر انرژی چند مگاواتی با چندین قفسه باتری در داخل ظرف باشد.

ترکیب شیمیایی و ایمنی

شیمی باتری معمولی مورد استفاده در UPS همیشه باتری های سرب اسید یا نیکل کادمیوم بوده است. برخلاف UPS، BESS از همان ابتدا از فناوری‌هایی مانند باتری‌های لیتیوم یونی استفاده می‌کند، زیرا باتری‌های لیتیوم یون عملکرد چرخه بهتر و چگالی انرژی بالاتری دارند که می‌تواند انرژی بیشتری را در یک ردپای فیزیکی کوچک‌تر فراهم کند. باتری‌های لیتیوم یونی نیز نسبت به فناوری‌های سنتی باتری نیاز به تعمیر و نگهداری بسیار کمتری دارند. اما در حال حاضر، باتری های لیتیوم یونی نیز به طور فزاینده ای در کاربردهای UPS استفاده می شوند.

با این حال، یک تصادف جدی در آریزونا در سال 2019 که شامل یک ESS مورد استفاده در برنامه‌های کاربردی بود، منجر به صدمات جدی به چندین پاسخ‌دهنده اولیه شد و توجه سهامداران مختلف از جمله تنظیم‌کننده‌ها و آژانس‌های بیمه را به خود جلب کرد. برای اطمینان از اینکه این زمینه در حال رشد توسط حوادث ایمنی قابل اجتناب با مشکل مواجه نمی شود، باید مشخصات و استانداردهای مناسب برای ESS ایجاد شود. برای تشویق توسعه مشخصات ایمنی و استانداردهای مناسب برای ESS، وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) اولین انجمن سالانه ایمنی و قابلیت اطمینان ESS را در سال 2015 راه اندازی کرد.

اولین انجمن DOE ESS به حجم زیادی از کار روی مشخصات و استانداردهای ESS کمک کرد. قابل توجه ترین توسعه NEC No. همچنین برای نسخه های 2023 به روز شده است.

وضعیت فعلی استانداردهای ESS و UPS

هدف همه فعالیت‌های توسعه قوانین و استانداردها رسیدگی به امنیت این سیستم‌ها است. متأسفانه استانداردهای فعلی سردرگمی در صنعت ایجاد کرده است.

1.NFPA 855. سند کلیدی مؤثر بر نصب BESS و UPS نسخه 2020 NFPA 855، استاندارد برای نصب سیستم‌های ذخیره انرژی ثابت است. NFPA 855 ذخیره انرژی را اینگونه تعریف می کند: "مجموعه ای از یک یا چند دستگاه که قادر به ذخیره انرژی برای تامین آتی بارهای الکتریکی محلی، شبکه های شهری یا پشتیبانی شبکه هستند." این تعریف شامل برنامه های کاربردی برای UPS و ESS می شود. علاوه بر این، NFPA 855 و کدهای آتش نشانی نیاز به ارزیابی ESS و تایید UL 9540 دارند. با این حال، UL 1778 همیشه استاندارد ایمنی محصول سنتی برای UPS بوده است. این سیستم به طور مستقل از نظر انطباق با الزامات ایمنی قابل اجرا ارزیابی شده است و از نصب ایمن پشتیبانی می کند. بنابراین، الزام UL 9540 باعث سردرگمی در صنعت شده است.

2. UL 9540A. UL 9540A نیاز به شروع از سطح باتری و آزمایش مرحله به مرحله تا عبور از سطح نصب دارد. این الزامات منجر به این می شود که سیستم های UPS تابع استانداردهای بازاریابی هستند که در گذشته مورد نیاز نبودند.

3.UL 1973. UL 1973 استاندارد ایمنی سیستم باتری برای ESS و UPS است. با این حال، نسخه UL 1973-2018 شامل مقررات آزمایش باتری های سرب اسیدی نمی شود، که همچنین برای سیستم های UPS با استفاده از فناوری باتری سنتی مانند باتری های سرب اسید، چالشی است.

خلاصه

در حال حاضر، هم NEC (کد ملی برق) و هم NFPA 855 این تعاریف را روشن می کنند.

• برای مثال، نسخه 2023 NFPA 855 روشن می‌کند که باتری‌های خاص سرب اسید و نیکل کادمیوم (600 ولت یا کمتر) در UL 1973 فهرست شده‌اند.
• علاوه بر این، سیستم های باتری سرب اسیدی که طبق UL 1778 گواهی و علامت گذاری شده اند، در صورت استفاده به عنوان منبع تغذیه پشتیبان، نیازی به تایید UL 9540 ندارند.

به منظور حل مشکل فقدان استانداردهای آزمایش باتری های سرب اسید و نیکل کادمیوم در UL 1973، ضمیمه H (ارزیابی جایگزین های باتری های سرب اسیدی یا نیکل کادمیومی با شیر تنظیم یا هواکش) به طور خاص به نسخه سوم UL 1973 در فوریه 2022 منتشر شد.

این تغییرات نشان دهنده یک پیشرفت مثبت به منظور متمایز کردن الزامات نصب ایمن UPS و ESS است. کارهای بیشتر شامل به روز رسانی NEC ماده 480 برای رسیدگی بهتر به الزامات نصب برای فناوری هایی غیر از سرب-اسید و نیکل-کادمیم است. علاوه بر این، استاندارد NFPA 855 باید بیشتر به روز شود تا وضوح بیشتری در مورد مقررات حفاظت در برابر آتش، به ویژه در مورد فن آوری های مختلف مورد استفاده در برنامه های ثابت، خواه UPS یا ESS باشد.

نویسنده امیدوار است که تغییرات مداوم، بدون توجه به استفاده از UPS سنتی یا ESS، ایمنی صنعت را بهبود بخشد. از آنجایی که می بینیم راه حل های ذخیره انرژی به روش های قابل توجه و سریع گسترش می یابند، پرداختن به ایمنی ذاتی محصولات برای باز کردن قفل نوآوری ایمنی و رفع نیازهای جامعه حیاتی است.