Kesintisiz güç kaynağı (UPS) teknolojileri, şebekeden gelen enerji kesintileri sırasında ana yüklerin sürekli çalışmasını desteklemek amacıyla çeşitli uygulamalarda uzun yıllardan beri kullanılmaktadır. Bu sistemler, tanımlanmış yüklerin çalışmasına müdahale eden şebeke kesintilerine karşı ek bağışıklık sağlamak için birçok farklı yerde kullanılmıştır. UPS sistemleri genellikle bilgisayarları, bilgisayar tesislerini ve telekomünikasyon ekipmanlarını korumak için kullanılır. Yeni enerji teknolojilerinin son zamanlardaki gelişimiyle birlikte, enerji depolama sistemleri (ESS) hızla çoğaldı. ESS, özellikle de pil teknolojilerini kullananlar, genellikle güneş veya rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklardan sağlanır ve bu kaynaklar tarafından üretilen enerjinin farklı zamanlarda kullanılmak üzere depolanmasına olanak tanır.

UPS için mevcut ABD ANSI standardı, Kesintisiz Güç Sistemleri Standardı olan UL 1778'dir. ve Kanada için CSA-C22.2 No. 107.3. Enerji Depolama Sistemleri ve Ekipmanları Standardı olan UL 9540, ESS'ye yönelik Amerika ve Kanada ulusal standardıdır. Hem olgun UPS ürünleri hem de üretilen hızla gelişen ESS, teknik çözümler, operasyonlar ve kurulum açısından bazı ortak noktalara sahipken, önemli farklılıklar da mevcut. Bu belgede kritik farklılıklar gözden geçirilecek, her biriyle ilişkili geçerli ürün güvenliği gereksinimlerinin ana hatları çizilecek ve her iki kurulum türüne yönelik kuralların nasıl geliştiği özetlenecektir.

TanıtımıGÜÇ KAYNAĞI

Formasyon

UPS sistemi, elektrik şebekesi arızası veya diğer şebeke güç kaynağı arızası durumlarında kritik yükler için anlık geçici alternatif akım bazlı güç sağlamak üzere tasarlanmış bir elektrik sistemidir. UPS, belirli bir süre boyunca önceden belirlenen miktardaki gücün anında devamını sağlayacak şekilde boyutlandırılmıştır. Bu, örneğin bir jeneratör gibi ikincil bir güç kaynağının çevrimiçi olmasına ve güç yedeklemesine devam etmesine olanak tanır. UPS, daha önemli ekipman yüklerine güç sağlamaya devam ederken, gerekli olmayan yükleri de güvenli bir şekilde kapatabilir. UPS sistemleri bu kritik desteği yıllardır çeşitli uygulamalar için sağlamaktadır. UPS, entegre bir enerji kaynağından depolanan enerjiyi kullanacaktır. Bu genellikle pil bankası, süper kapasitör veya enerji kaynağı olarak volanın mekanik hareketidir.

Beslemesi için bir akü bankası kullanan tipik bir UPS aşağıdaki ana bileşenlerden oluşur:

Doğrultucu/şarj cihazı – Bu UPS bölümü AC ana beslemesini alır, düzeltir ve aküleri şarj etmek için kullanılan bir DC voltajı üretir.

• İnvertör – Şebeke beslemesinin kesilmesi durumunda, invertör, pillerde depolanan DC gücünü, desteklenen ekipmana uygun temiz AC güç çıkışına dönüştürecektir.

• Transfer anahtarı – Şebeke, UPS invertörü ve jeneratör gibi çeşitli kaynaklardan gelen gücü kritik bir yüke aktaran otomatik ve anlık bir anahtarlama cihazı.

• Akü bankası – UPS'nin amaçlanan işlevini yerine getirmesi için gereken enerjiyi depolar.

Mevcut standartlar UPS sistemleri için

• UPS için mevcut ABD ANSI standardı, UPS'i “bir güç kaynağı oluşturan dönüştürücüler, anahtarlar ve enerji depolama cihazlarının (aküler gibi) bir kombinasyonu” olarak tanımlayan Kesintisiz Güç Sistemleri Standardı olan UL 1778/C22.2 No. 107.3'tür. Giriş gücü kesintisi durumunda yüke giden gücün sürekliliğini sağlayan sistem.

• IEC 62040-1 ve IEC 62477-1'in yeni basımları geliştirilme aşamasındadır. UL/CSA 62040-1 (referans Standart olarak UL/CSA 62477-1 kullanılarak) bu standartlarla uyumlu hale getirilecektir.

Tanıtımı enerji depolama sistemler (ESS)

ESS'ler, kullanılabilirliğin karşı karşıya olduğu bir dizi zorluğa yanıt olarak ilgi kazanıyor ve

Günümüz enerji piyasasında güvenilirlik. ESS, özellikle de pil teknolojilerini kullananlar, güneş veya rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir kaynakların değişken kullanılabilirliğinin azaltılmasına yardımcı olur. ESS, yoğun kullanım zamanlarında güvenilir bir güç kaynağıdır ve yük yönetimi, güç dalgalanmaları ve şebekeyle ilgili diğer işlevlere yardımcı olabilir. ESS kamu hizmetleri, ticari, endüstriyel ve konut uygulamaları için kullanılır.

ESS için mevcut standartlar

Enerji Depolama Sistemleri ve Ekipmanları Standardı olan UL 9540, ESS'ye yönelik Amerika ve Kanada ulusal standardıdır.

• İlk olarak 2016'da yayınlanan UL 9540, pil enerji depolama sistemleri (BESS) de dahil olmak üzere ESS'ye yönelik birçok teknolojiyi içerir. UL 9540 ayrıca diğer depolama teknolojilerini de kapsar: mekanik ESS, örneğin bir jeneratörle eşleştirilmiş volan depolaması, kimyasal ESS, örneğin bir yakıt hücresi sistemiyle eşleştirilmiş hidrojen depolaması ve termal ESS, örneğin bir jeneratörle eşleştirilmiş gizli ısı depolaması.
• UL 9540, ikinci baskısı, bir enerji depolama sistemini "Enerjiyi alan ve daha sonra ihtiyaç duyulduğunda elektrik enerjisi sağlamak için bu enerjiyi daha sonra kullanmak üzere bir biçimde depolamak için bir araç sağlayan ekipman" olarak tanımlar. UL 9540'ın ikinci baskısı ayrıca, kodlardaki istisnaları karşılamak için bir BESS'in, Pil Enerji Depolama Sistemlerinde Isıl Kaçak Yangın Yayılımının Değerlendirilmesine Yönelik Standart Test Yöntemi olan UL 9540A'ya tabi tutulmasını gerektirir.
• UL 9540 şu anda üçüncü baskısındadır.

ESS'nin UPS ile karşılaştırılması

Fonksiyonlar ve boyut

ESS, yapı olarak UPS'e benzer ancak kullanımı farklıdır. UPS gibi ESS de piller, invertörler gibi güç dönüştürme ekipmanları ve diğer çeşitli elektronik ve kontroller gibi bir enerji depolama mekanizması içerir. Bununla birlikte, UPS'in aksine, bir ESS şebekeye paralel olarak çalışabilir ve bu da sistemin bir UPS'in deneyimleyebileceğinden daha fazla çevrim yapmasına neden olur. Bir ESS, kullanılan güç dönüştürme sisteminin türüne bağlı olarak şebekeyle etkileşimli olarak veya bağımsız modda veya her ikisinde de işbirliği yapabilir. Bir ESS, UPS işlevi olarak bile çalışabilir. UPS gibi ESS de, 20 kWh'den daha az enerjiye sahip küçük bir konut sisteminden, konteyner içinde birden fazla akü rafı bulunan multi-megawatt enerji konteyneri sistemlerini kullanan kamu hizmeti uygulamalarına kadar çeşitli boyutlarda olabilir.

Kimyasal bileşim ve güvenlik

UPS'te kullanılan tipik akü kimyaları her zaman kurşun-asit veya nikel-kadmiyum akülerdir. BESS, UPS'in aksine, lityum iyon piller gibi teknolojileri en başından beri kullanıyor çünkü lityum iyon piller daha iyi çevrim performansına ve daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip, bu da daha küçük bir fiziksel ayak iziyle daha fazla enerji sağlayabiliyor. Lityum-iyon piller ayrıca geleneksel pil teknolojilerine göre çok daha düşük bakım gereksinimlerine sahiptir. Ancak şu anda UPS uygulamalarında lityum iyon piller de giderek daha fazla kullanılıyor.

Bununla birlikte, 2019 yılında Arizona'da kamu hizmeti uygulamalarında kullanılan bir ESS'nin dahil olduğu ciddi bir kaza, birçok ilk müdahale ekibinin ciddi yaralanmasına neden oldu ve düzenleyiciler ve sigorta acenteleri de dahil olmak üzere çeşitli paydaşların dikkatini çekti. Büyüyen bu alanın önlenebilir güvenlik olayları nedeniyle engellenmemesini sağlamak amacıyla ESS için uygun spesifikasyonların ve standartların geliştirilmesi gerekmektedir. ESS için uygun güvenlik spesifikasyonlarının ve standartlarının geliştirilmesini teşvik etmek amacıyla ABD Enerji Bakanlığı (DOE), 2015 yılında ESS Güvenliği ve Güvenilirliğine ilişkin ilk yıllık forumunu başlattı.

İlk DOE ESS Forumu, ESS spesifikasyonları ve standartları üzerine büyük miktarda çalışmaya katkıda bulundu. Bunlardan en dikkat çekeni, ICC IFC ve NFPA 1'deki sabit batarya sistemleri standardını doğrudan etkileyen, NEC No. 706'nın geliştirilmesi ve sabit enerji depolama sistemi kurulumları için bir standart olan NFPA 855'in geliştirilmesidir. Günümüzde NEC ve NFPA 855, ayrıca 2023 sürümleri için güncellendi.

ESS ve UPS standartlarının mevcut durumu

Tüm kural ve standart geliştirme faaliyetlerinin amacı, bu sistemlerin güvenliğini yeterince ele almaktır. Ne yazık ki mevcut standartlar sektörde bazı kafa karışıklıkları yarattı.

1.NFPA 855. BESS ve UPS kurulumunu etkileyen temel belge, Sabit Enerji Depolama Sistemlerinin Kurulumu Standardı olan NFPA 855'in 2020 versiyonudur. NFPA 855, enerji depolamayı “gelecekte yerel elektrik yüklerine, şebeke şebekelerine veya şebeke desteğine tedarik edilmek üzere enerji depolayabilen bir veya daha fazla cihazın bir araya getirilmesi” olarak tanımlıyor. Bu tanım UPS ve ESS uygulamalarını içermektedir. Ayrıca NFPA 855 ve yangın kuralları, ESS'lerin UL 9540'a göre değerlendirilmesini ve sertifikalandırılmasını gerektirir. Ancak UL 1778, UPS için her zaman geleneksel ürün güvenliği standardı olmuştur. Sistem, geçerli güvenlik gereksinimlerine uygunluk açısından bağımsız olarak değerlendirilmiştir ve güvenli kurulumu desteklemektedir. Bu nedenle UL 9540 gerekliliği sektörde bazı kafa karışıklıklarına neden olmuştur.

2.UL 9540A. UL 9540A, pil seviyesinden başlamayı ve kurulum seviyesini geçene kadar adım adım test etmeyi gerektirir. Bu gereklilikler, UPS sistemlerinin geçmişte gerekli olmayan pazarlama standartlarına tabi olmasıyla sonuçlanmaktadır.

3.UL 1973. UL 1973, ESS ve UPS için akü sistemi güvenlik standardıdır. Bununla birlikte, UL 1973-2018 sürümü, kurşun-asit akülere yönelik test hükümlerini içermemektedir; bu, aynı zamanda kurşun-asit aküler gibi geleneksel akü teknolojisini kullanan UPS sistemleri için de bir zorluk teşkil etmektedir.

Özet

Şu anda hem NEC (Ulusal Elektrik Yasası) hem de NFPA 855 bu tanımlara açıklık getirmektedir.

• Örneğin, NFPA 855'in 2023 versiyonu, belirli kurşun-asit ve nikel-kadmiyum pillerin (600 V veya daha az) UL 1973'te listelendiğini açıklığa kavuşturmaktadır.
• Ayrıca UL 1778'e göre sertifikalandırılmış ve işaretlenmiş kurşun-asit akü sistemlerinin, yedek güç kaynağı olarak kullanıldığında UL 9540'a göre sertifikalandırılmasına gerek yoktur.

UL 1973'te kurşun-asit ve nikel-kadmiyum piller için test standartlarının bulunmaması sorununu çözmek amacıyla, Ek H (Valf ayarlı veya havalandırmalı kurşun-asit veya nikel-kadmiyum pillere alternatifleri değerlendirin) özellikle UL 1973'e eklenmiştir. UL 1973'ün üçüncü baskısı Şubat 2022'de yayınlandı.

Bu değişiklikler, UPS ve ESS'nin güvenli kurulum gereksinimlerini farklılaştırmaya yönelik olumlu bir gelişmeyi temsil etmektedir. Daha ileri çalışmalar, kurşun-asit ve nikel-kadmiyum dışındaki teknolojiler için kurulum gereksinimlerinin daha iyi karşılanması amacıyla NEC Madde 480'in güncellenmesini içermektedir. Ek olarak, NFPA 855 standardının, özellikle UPS veya ESS olsun, sabit uygulamalarda kullanılan çeşitli teknolojilerle ilgili olarak yangından korunma düzenlemelerine daha fazla netlik sağlamak üzere daha fazla güncellenmesi gerekmektedir.

Yazar, geleneksel UPS veya ESS kullanılmasına bakılmaksızın, sürekli değişikliklerin endüstrinin güvenliğini artıracağını umuyor. Enerji depolama çözümlerinin önemli ve hızlı bir şekilde çoğaldığını gördüğümüz için, ürünlerin yapısal güvenliğinin ele alınması, güvenlik alanında yenilikçiliğin ortaya çıkarılması ve toplumun ihtiyaçlarının karşılanması açısından kritik öneme sahiptir.