Mae technolegau cyflenwad pŵer di-dor (UPS) wedi'u defnyddio mewn amrywiol gymwysiadau ers blynyddoedd lawer i gefnogi gweithrediad parhaus llwythi allweddol yn ystod ymyriadau pŵer o'r grid. Mae'r systemau hyn wedi'u defnyddio mewn llawer o wahanol leoliadau i ddarparu imiwnedd ychwanegol rhag ymyriadau grid sy'n ymyrryd â gweithrediad llwythi diffiniedig. Defnyddir systemau UPS yn aml i ddiogelu cyfrifiaduron, cyfleusterau cyfrifiadurol ac offer telathrebu. Gydag esblygiad diweddar technolegau ynni newydd, mae systemau storio ynni (ESS) wedi cynyddu'n gyflym. Mae ESS, yn enwedig y rhai sy'n defnyddio technolegau batri, fel arfer yn cael eu cyflenwi gan ffynonellau adnewyddadwy fel pŵer solar neu wynt ac yn galluogi storio ynni a gynhyrchir gan y ffynonellau hyn i'w ddefnyddio ar wahanol adegau.

Safon ANSI gyfredol yr Unol Daleithiau ar gyfer UPS yw UL 1778, y Safon ar gyfer Systemau Pŵer Di-dor. a CSA-C22.2 Rhif 107.3 ar gyfer Canada. UL 9540, y Safon ar gyfer Systemau ac Offer Storio Ynni, yw safon genedlaethol America a Chanada ar gyfer ESS. Er bod y cynhyrchion UPS aeddfed a'r ESS sy'n datblygu'n gyflym a gynhyrchir yn gyffredin mewn datrysiadau technegol, gweithrediadau a gosod, mae gwahaniaethau pwysig. Bydd y papur hwn yn adolygu'r gwahaniaethau critigol, yn amlinellu'r gofynion diogelwch cynnyrch cymwys sy'n gysylltiedig â phob un ac yn crynhoi sut mae codau'n esblygu wrth fynd i'r afael â'r ddau fath o osodiad.

CyflwynoUPS

Ffurfiant

Mae system UPS yn system drydanol sydd wedi'i chynllunio i ddarparu pŵer ar unwaith dros dro yn seiliedig ar gerrynt eiledol ar gyfer llwythi critigol os bydd y grid trydan yn methu neu os bydd y prif gyflenwad pŵer yn methu â ffynonellau eraill. Mae'r UPS o faint i ddarparu parhad ar unwaith o swm penodol o bŵer am gyfnod penodol. Mae hyn yn caniatáu i ffynhonnell pŵer eilaidd, ee generadur, ddod ar-lein a pharhau â'r pŵer wrth gefn. Gall yr UPS gau llwythi nad ydynt yn hanfodol yn ddiogel wrth barhau i ddarparu pŵer i lwythi offer pwysicach. Mae systemau UPS wedi bod yn darparu'r gefnogaeth hanfodol hon ar gyfer amrywiol gymwysiadau ers blynyddoedd lawer. Bydd UPS yn defnyddio ynni wedi'i storio o ffynhonnell ynni integredig. Mae hyn fel arfer yn fanc batri, uwch-gynhwysydd neu symudiad mecanyddol olwyn hedfan fel ffynhonnell ynni.

Mae UPS nodweddiadol sy'n defnyddio banc batri ar gyfer ei gyflenwad yn cynnwys y prif gydrannau canlynol:

Rectifier / charger - Mae'r adran UPS hon yn cymryd y prif gyflenwad AC, yn ei gywiro ac yn cynhyrchu foltedd DC a ddefnyddir i wefru'r batris.

• Gwrthdröydd – Os bydd y prif gyflenwad yn methu, bydd y gwrthdröydd yn trosi'r pŵer DC sydd wedi'i storio yn y batris yn allbwn pŵer AC glân sy'n addas ar gyfer yr offer a gynhelir.

• Swits trosglwyddo – Dyfais switsio awtomatig ac ar unwaith sy'n trosglwyddo pŵer o wahanol ffynonellau, ee prif gyflenwad, gwrthdröydd UPS a generadur, i lwyth critigol.

• Banc batri – Yn storio'r ynni sydd ei angen er mwyn i'r UPS gyflawni ei swyddogaeth arfaethedig.

Safonau cyfredol ar gyfer systemau UPS

• Safon ANSI gyfredol yr Unol Daleithiau ar gyfer UPS yw UL 1778/C22.2 Rhif 107.3, y Safon ar gyfer Systemau Pŵer Di-dor, sy'n diffinio UPS fel “cyfuniad o drawsnewidwyr, switshis a dyfeisiau storio ynni (fel batris) sy'n ffurfio pŵer. system ar gyfer cynnal parhad pŵer i lwyth rhag ofn y bydd pŵer mewnbwn yn methu.”

• Yn cael eu datblygu mae rhifynnau newydd o IEC 62040-1 ac IEC 62477-1. Bydd UL/CSA 62040-1 (gan ddefnyddio UL/CSA 62477-1 fel Safon gyfeirio) yn cael ei gysoni â'r safonau hyn.

Cyflwyno storio ynni systemau (ESS)

Mae ESSs yn cael eu denu fel yr ateb i nifer o heriau sy'n wynebu argaeledd a

dibynadwyedd yn y farchnad ynni heddiw. Mae ESS, yn enwedig y rhai sy'n defnyddio technolegau batri, yn helpu i liniaru argaeledd amrywiol ffynonellau adnewyddadwy fel pŵer solar neu wynt. Mae ESS yn ffynhonnell pŵer dibynadwy yn ystod amseroedd defnydd brig a gallant gynorthwyo gyda rheoli llwythi, amrywiadau pŵer a swyddogaethau eraill sy'n gysylltiedig â grid. Defnyddir ESS ar gyfer cymwysiadau cyfleustodau, masnachol, diwydiannol a phreswyl.

Safonau cyfredol ar gyfer ESS

UL 9540, y Safon ar gyfer Systemau ac Offer Storio Ynni, yw safon genedlaethol America a Chanada ar gyfer ESS.

• Cyhoeddwyd gyntaf yn 2016, mae UL 9540 yn cynnwys technolegau lluosog ar gyfer ESS gan gynnwys systemau storio ynni batri (BESS). Mae UL 9540 hefyd yn ymdrin â thechnolegau storio eraill: ESS mecanyddol, ee, storfa olwyn hedfan wedi'i pharu â generadur, ESS cemegol, ee, storio hydrogen wedi'i baru â system celloedd tanwydd, ac ESS thermol, ee, storio gwres cudd wedi'i baru â generadur.
• Mae UL 9540, ei ail argraffiad, yn diffinio system storio ynni fel “Offer sy'n derbyn ynni ac yna'n darparu modd i storio'r egni hwnnw mewn rhyw ffurf i'w ddefnyddio'n ddiweddarach er mwyn cyflenwi ynni trydanol pan fo angen.” Mae ail argraffiad UL 9540 ymhellach yn ei gwneud yn ofynnol i BESS fod yn destun UL 9540A, y Dull Prawf Safonol ar gyfer Gwerthuso Lluosogi Tân sy'n Rhedeg Thermol mewn Systemau Storio Ynni Batri, os oes angen i fodloni eithriadau yn y codau.
• Mae UL 9540 yn ei drydydd argraffiad ar hyn o bryd.

Cymharu ESS ag UPS

Swyddogaethau a dimensiwn

Mae ESS yn debyg o ran adeiladwaith i UPS ond mae'n wahanol o ran ei ddefnydd. Fel UPS, mae ESS yn cynnwys mecanwaith storio ynni fel batris, offer trosi pŵer, ee, gwrthdroyddion, ac amrywiol electroneg a rheolyddion eraill. Yn wahanol i'r UPS, fodd bynnag, gall ESS weithredu ochr yn ochr â'r grid, sy'n arwain at fwy o feicio yn y system nag y byddai UPS byth yn ei brofi. Gall ESS gydweithio'n rhyngweithiol â'r grid neu mewn modd annibynnol, neu'r ddau, yn dibynnu ar y math o system trosi pŵer a ddefnyddir. Gall ESS hyd yn oed weithio fel swyddogaeth UPS. Fel UPS, gall ESS ddod mewn amrywiaeth o feintiau o system breswyl fach sy'n llai na 20 kWh o ynni i gymwysiadau cyfleustodau gan ddefnyddio systemau cynhwysydd ynni aml-megawat gyda raciau batri lluosog yn y cynhwysydd

Cyfansoddiad cemegol a diogelwch

Mae'r cemegau batri nodweddiadol a ddefnyddir mewn UPS bob amser wedi bod yn fatris asid plwm neu nicel-cadmiwm. Yn wahanol i UPS, mae BESS yn defnyddio technolegau fel batris lithiwm-ion o'r dechrau oherwydd bod gan fatris lithiwm-ion berfformiad beicio gwell a dwysedd ynni uwch, a all ddarparu mwy o ynni mewn ôl troed corfforol llai. Mae gan fatris lithiwm-ion hefyd ofynion cynnal a chadw llawer is na thechnolegau batri traddodiadol. Ond ar hyn o bryd, mae batris lithiwm-ion hefyd yn cael eu defnyddio'n gynyddol mewn cymwysiadau UPS.

Fodd bynnag, arweiniodd damwain ddifrifol yn Arizona yn 2019 yn cynnwys ESS a ddefnyddiwyd mewn cymwysiadau cyfleustodau at anafiadau difrifol i nifer o ymatebwyr cyntaf a denodd sylw amrywiol randdeiliaid, gan gynnwys rheoleiddwyr ac asiantaethau yswiriant. Er mwyn sicrhau nad yw'r maes tyfu hwn yn cael ei rwystro gan ddigwyddiadau diogelwch y gellir eu hosgoi, mae angen datblygu manylebau a safonau priodol ar gyfer ESS. Er mwyn annog datblygiad manylebau a safonau diogelwch priodol ar gyfer ESS, lansiodd Adran Ynni yr UD (DOE) y fforwm blynyddol cyntaf ar Ddiogelwch a Dibynadwyedd ESS yn 2015.

Cyfrannodd Fforwm cyntaf DOE ESS at lawer iawn o waith ar fanylebau a safonau ESS. Y mwyaf nodedig yw datblygiad NEC Rhif 706 a datblygiad NFPA 855, safon ar gyfer gosodiadau system storio ynni llonydd, sy'n effeithio'n uniongyrchol ar y safon ar gyfer systemau batri llonydd yn ICC IFC a NFPA 1. Heddiw, mae gan NEC a NFPA 855 hefyd wedi'i ddiweddaru ar gyfer fersiynau 2023.

Statws presennol safonau ESS ac UPS

Nod yr holl weithgareddau datblygu rheolau a safonau yw mynd i'r afael yn ddigonol â diogelwch y systemau hyn. Yn anffodus, mae safonau cyfredol wedi creu rhywfaint o ddryswch yn y diwydiant.

1.NFPA 855. Y ddogfen allweddol sy'n effeithio ar osod BESS ac UPS yw fersiwn 2020 o NFPA 855, Safon ar gyfer Gosod Systemau Storio Ynni llonydd. Mae NFPA 855 yn diffinio storio ynni fel “cynulliad o un neu fwy o ddyfeisiau sy'n gallu storio ynni ar gyfer cyflenwad yn y dyfodol i lwythi trydan lleol, gridiau cyfleustodau, neu gefnogaeth grid.” Mae'r diffiniad hwn yn cynnwys ceisiadau am UPS ac ESS. Yn ogystal, mae NFPA 855 a chodau tân yn ei gwneud yn ofynnol i ESSs gael eu gwerthuso a'u hardystio i UL 9540. Fodd bynnag, UL 1778 fu'r safon diogelwch cynnyrch traddodiadol erioed ar gyfer UPS. Mae'r system wedi'i gwerthuso'n annibynnol i weld a yw'n cydymffurfio â'r gofynion diogelwch perthnasol ac mae'n cefnogi gosodiad diogel. Felly, mae gofyniad UL 9540 wedi achosi rhywfaint o ddryswch yn y diwydiant.

2. UL 9540A. Mae UL 9540A yn gofyn am ddechrau o lefel y batri a phrofi gam wrth gam nes pasio'r lefel gosod. Mae'r gofynion hyn yn golygu bod systemau UPS yn ddarostyngedig i safonau marchnata nad oedd eu hangen yn y gorffennol.

3.UL 1973. UL 1973 yw'r safon diogelwch system batri ar gyfer ESS ac UPS. Fodd bynnag, nid yw fersiwn UL 1973-2018 yn cynnwys darpariaethau profi ar gyfer batris asid plwm, sydd hefyd yn her i systemau UPS sy'n defnyddio technoleg batri traddodiadol megis batris asid plwm.

Crynodeb

Ar hyn o bryd, mae'r NEC (Cod Trydanol Cenedlaethol) ac NFPA 855 yn egluro'r diffiniadau hyn.

• Er enghraifft, mae fersiwn 2023 o NFPA 855 yn egluro bod batris asid plwm a nicel-cadmiwm penodol (600 V neu lai) wedi'u rhestru yn UL 1973.
• Yn ogystal, nid oes angen i systemau batri asid plwm sydd wedi'u hardystio a'u marcio yn ôl UL 1778 gael eu hardystio yn ôl UL 9540 pan gânt eu defnyddio fel cyflenwad pŵer wrth gefn.

Er mwyn datrys y broblem o ddiffyg safonau prawf ar gyfer batris asid plwm a nicel-cadmiwm yn UL 1973, ychwanegwyd Atodiad H (Gwerthuso dewisiadau amgen i fatris asid plwm neu nicel-cadmiwm a reoleiddir gan falfiau) yn benodol at y trydydd argraffiad o UL 1973 a ryddhawyd ym mis Chwefror 2022.

Mae'r newidiadau hyn yn ddatblygiad cadarnhaol er mwyn gwahaniaethu rhwng gofynion gosod diogel UPS ac ESS. Mae gwaith pellach yn cynnwys diweddaru Erthygl 480 NEC i fynd i'r afael yn well â gofynion gosod ar gyfer technolegau heblaw asid plwm a nicel-cadmiwm. Yn ogystal, mae angen diweddaru safon NFPA 855 ymhellach i ddarparu mwy o eglurder ar reoliadau amddiffyn rhag tân, yn enwedig o ran y technolegau amrywiol a ddefnyddir mewn cymwysiadau llonydd, p'un a ydynt yn UPS neu ESS.

Mae'r awdur yn gobeithio y bydd newidiadau parhaus yn gwella diogelwch y diwydiant, ni waeth a ddefnyddir UPS neu ESS traddodiadol. Wrth i ni weld atebion storio ynni yn cynyddu mewn ffyrdd sylweddol a chyflym, mae mynd i'r afael â diogelwch cynhenid ​​cynhyrchion yn hanfodol i ddatgloi arloesedd diogelwch a chwrdd ag anghenion cymdeithas.