Teknolojia za ugavi wa umeme usiokatizwa (UPS) zimetumika katika matumizi mbalimbali kwa miaka mingi ili kusaidia kuendelea kwa uendeshaji wa mizigo muhimu wakati wa kukatizwa kwa nishati kutoka kwa gridi ya taifa. Mifumo hii imetumika katika maeneo mengi tofauti ili kutoa kinga ya ziada kutokana na kukatizwa kwa gridi inayoingilia utendakazi wa mizigo iliyoainishwa. Mifumo ya UPS mara nyingi hutumiwa kulinda kompyuta, vifaa vya kompyuta na vifaa vya mawasiliano ya simu. Kwa mabadiliko ya hivi majuzi ya teknolojia mpya za nishati, mifumo ya kuhifadhi nishati (ESS) imeongezeka kwa kasi. ESS, hasa zile zinazotumia teknolojia ya betri, kwa kawaida hutolewa na vyanzo vinavyoweza kurejeshwa kama vile nishati ya jua au upepo na kuwezesha uhifadhi wa nishati inayozalishwa na vyanzo hivi kwa matumizi kwa nyakati tofauti.

Kiwango cha sasa cha US ANSI kwa UPS ni UL 1778, Kiwango cha Mifumo ya Nishati Isiyokatizwa. na CSA-C22.2 No. 107.3 kwa Kanada. UL 9540, Kiwango cha Mifumo na Vifaa vya Kuhifadhi Nishati, ndicho kiwango cha kitaifa cha Marekani na Kanada cha ESS. Ingawa bidhaa za UPS zilizoiva na ESS zinazozalishwa kwa kasi zinafanana katika suluhu za kiufundi, uendeshaji na usakinishaji, kuna tofauti muhimu. Karatasi hii itakagua utofautishaji muhimu, kubainisha mahitaji yanayotumika ya usalama wa bidhaa yanayohusiana na kila moja na kufupisha jinsi misimbo inavyobadilika katika kushughulikia aina zote mbili za usakinishaji.

KuanzishaUPS

Malezi

Mfumo wa UPS ni mfumo wa umeme ulioundwa ili kutoa nishati ya sasa inayopishana ya muda papo hapo kwa mizigo muhimu iwapo gridi ya umeme itakatika au njia nyinginezo za kukatika kwa chanzo kikuu cha nishati. UPS ina ukubwa ili kutoa muendelezo wa papo hapo wa kiasi cha nishati kilichoamuliwa mapema kwa muda mahususi. Hii inaruhusu chanzo cha pili cha nishati, kwa mfano, jenereta, kuja mtandaoni na kuendelea na chelezo ya nishati. UPS inaweza kuzima mizigo isiyo ya lazima kwa usalama huku ikiendelea kutoa nguvu kwa mizigo muhimu zaidi ya vifaa. Mifumo ya UPS imekuwa ikitoa usaidizi huu muhimu kwa programu mbalimbali kwa miaka mingi. UPS itatumia nishati iliyohifadhiwa kutoka kwa chanzo jumuishi cha nishati. Hii kwa kawaida ni benki ya betri, supercapacitor au mwendo wa mitambo wa flywheel kama chanzo cha nishati.

UPS ya kawaida inayotumia benki ya betri kwa usambazaji wake ina vifaa kuu vifuatavyo:

Kirekebishaji/chaja - Sehemu hii ya UPS inachukua usambazaji wa mtandao wa AC, kuirekebisha na kutoa voltage ya DC inayotumiwa kuchaji betri.

• Kibadilishaji cha umeme – Ikitokea hitilafu ya usambazaji wa mtandao mkuu, kibadilishaji kigeuzi kitabadilisha nishati ya DC iliyohifadhiwa kwenye betri kuwa pato safi la AC linalofaa kwa vifaa vinavyotumika.

• Swichi ya kuhamisha - Kifaa cha kubadili kiotomatiki na papo hapo ambacho huhamisha nishati kutoka kwa vyanzo mbalimbali, kwa mfano, mains, kibadilishaji umeme cha UPS na jenereta, hadi kwenye mzigo muhimu.

• Benki ya betri - Huhifadhi nishati inayohitajika kwa UPS kutekeleza kazi inayokusudiwa.

Viwango vya sasa kwa mifumo ya UPS

• Kiwango cha sasa cha US ANSI kwa UPS ni UL 1778/C22.2 No. 107.3, Kiwango cha Mifumo ya Nishati Isiyokatizwa, ambayo inafafanua UPS kama "mchanganyiko wa vibadilishaji fedha, swichi na vifaa vya kuhifadhi nishati (kama vile betri) vinavyojumuisha nishati. mfumo wa kudumisha mwendelezo wa nguvu kwa mzigo katika kesi ya kushindwa kwa nguvu ya pembejeo.

• Chini ya maendeleo kuna matoleo mapya ya IEC 62040-1 na IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (kwa kutumia UL/CSA 62477-1 kama Kiwango cha marejeleo) itaoanishwa na viwango hivi.

Kuanzisha hifadhi ya nishati mifumo (ESS)

ESSs zinapata nguvu kama jibu la changamoto kadhaa zinazokabili upatikanaji na

kuegemea katika soko la nishati ya kisasa. ESS, hasa zile zinazotumia teknolojia ya betri, husaidia kupunguza upatikanaji tofauti wa vyanzo vinavyoweza kurejeshwa kama vile nishati ya jua au upepo. ESS ni chanzo cha nishati inayotegemewa wakati wa kilele cha matumizi na inaweza kusaidia na usimamizi wa mzigo, kushuka kwa nguvu na kazi zingine zinazohusiana na gridi ya taifa. ESS hutumiwa kwa matumizi ya matumizi, biashara, viwanda na makazi.

Viwango vya sasa vya ESS

UL 9540, Kiwango cha Mifumo na Vifaa vya Kuhifadhi Nishati, ndicho kiwango cha kitaifa cha Marekani na Kanada cha ESS.

• Iliyochapishwa kwa mara ya kwanza mnamo 2016, UL 9540 inajumuisha teknolojia nyingi za ESS ikijumuisha mifumo ya uhifadhi wa nishati ya betri (BESS). UL 9540 pia inashughulikia teknolojia zingine za uhifadhi: ESS ya kiufundi, kwa mfano, uhifadhi wa flywheel uliooanishwa na jenereta, kemikali ya ESS, kwa mfano, hifadhi ya hidrojeni iliyounganishwa na mfumo wa seli ya mafuta, na ESS ya joto, kwa mfano, hifadhi ya joto iliyofichwa iliyounganishwa na jenereta.
• UL 9540, toleo lake la pili linafafanua mfumo wa kuhifadhi nishati kama "Kifaa kinachopokea nishati na kisha kutoa njia ya kuhifadhi nishati hiyo kwa namna fulani kwa matumizi ya baadaye ili kusambaza nishati ya umeme inapohitajika." Toleo la pili la UL 9540 linahitaji zaidi kwamba BESS itolewe kwa UL 9540A, Mbinu ya Kawaida ya Kutathmini Uenezaji wa Moto Uliopozwa na Joto katika Mifumo ya Hifadhi ya Nishati ya Betri, ikihitajika ili kutimiza masharti yasiyofuata kanuni katika misimbo.
• UL 9540 kwa sasa iko katika toleo lake la tatu.

Kulinganisha ESS na UPS

Kazi na mwelekeo

ESS ni sawa katika ujenzi na UPS lakini inatofautiana katika matumizi yake. Kama UPS, ESS inajumuisha utaratibu wa kuhifadhi nishati kama vile betri, vifaa vya kubadilisha nishati, kwa mfano, vibadilishaji umeme, na vifaa na vidhibiti vingine mbalimbali. Tofauti na UPS, hata hivyo, ESS inaweza kufanya kazi sambamba na gridi ya taifa, ambayo husababisha uendeshaji mkubwa wa baiskeli wa mfumo kuliko UPS ingeweza kufanya. ESS inaweza kushirikiana kwa maingiliano na gridi ya taifa au katika hali ya pekee, au zote mbili, kulingana na aina ya mfumo wa kubadilisha nishati uliotumika. ESS inaweza hata kufanya kazi kama utendaji wa UPS. Kama UPS, ESS inaweza kuja kwa ukubwa tofauti kutoka kwa mfumo mdogo wa makazi ambao ni chini ya kWh 20 za nishati hadi matumizi ya matumizi kwa kutumia mifumo ya kontena ya nishati ya megawati nyingi na rafu nyingi za betri ndani ya kontena.

Muundo wa kemikali na usalama

Kemia za kawaida za betri zinazotumiwa katika UPS zimekuwa betri za asidi ya risasi au nikeli-cadmium. Tofauti na UPS, BESS hutumia teknolojia kama vile betri za lithiamu-ioni tangu mwanzo kwa sababu betri za lithiamu-ioni zina utendakazi bora wa mzunguko na msongamano wa juu wa nishati, ambayo inaweza kutoa nishati zaidi katika alama ndogo halisi. Betri za lithiamu-ion pia zina mahitaji ya chini sana ya matengenezo kuliko teknolojia ya kawaida ya betri. Lakini kwa sasa, betri za lithiamu-ioni pia zinazidi kutumika katika programu za UPS.

Walakini, ajali mbaya huko Arizona mnamo 2019 iliyohusisha ESS iliyotumiwa katika matumizi ya shirika ilisababisha majeraha mabaya kwa washiriki kadhaa wa kwanza na kuvutia umakini wa wadau mbalimbali, ikiwa ni pamoja na wadhibiti na mashirika ya bima. Ili kuhakikisha kuwa uwanja huu unaokua hauzuiliwi na matukio ya usalama yanayoweza kuepukika, vipimo na viwango vinavyofaa vinahitaji kutayarishwa kwa ajili ya ESS. Ili kuhimiza uundaji wa vipimo na viwango vinavyofaa vya usalama kwa ESS, Idara ya Nishati ya Marekani (DOE) ilizindua kongamano la kwanza la kila mwaka kuhusu Usalama na Kuegemea ESS mwaka wa 2015.

Mkutano wa kwanza wa DOE ESS ulichangia kiasi kikubwa cha kazi kwenye vipimo na viwango vya ESS. La kukumbukwa zaidi ni uundaji wa NEC Nambari 706 na uundaji wa NFPA 855, kiwango cha usakinishaji wa mfumo wa uhifadhi wa nishati, ambao huathiri moja kwa moja kiwango cha mifumo ya betri iliyosimama katika ICC IFC na NFPA 1. Leo, NEC na NFPA 855 zina pia imesasishwa kwa matoleo ya 2023.

Hali ya sasa ya viwango vya ESS na UPS

Lengo la shughuli zote za ukuzaji wa kanuni na viwango ni kushughulikia ipasavyo usalama wa mifumo hii. Kwa bahati mbaya, viwango vya sasa vimeleta mkanganyiko katika tasnia.

1.NFPA 855. Hati muhimu inayoathiri usakinishaji wa BESS na UPS ni toleo la 2020 la NFPA 855, Kiwango cha Ufungaji wa Mifumo ya Kuhifadhi Nishati Isiyotumika. NFPA 855 inafafanua uhifadhi wa nishati kama "mkusanyiko wa kifaa kimoja au zaidi chenye uwezo wa kuhifadhi nishati kwa ugavi wa siku zijazo kwa mizigo ya ndani ya umeme, gridi za matumizi, au usaidizi wa gridi ya taifa." Ufafanuzi huu unajumuisha programu za UPS na ESS. Zaidi ya hayo, NFPA 855 na misimbo ya zimamoto zinahitaji ESS kutathminiwa na kuthibitishwa kwa UL 9540. Hata hivyo, UL 1778 imekuwa kiwango cha kawaida cha usalama wa bidhaa kwa UPS. Mfumo umetathminiwa kwa kujitegemea kwa kufuata mahitaji husika ya usalama na inasaidia usakinishaji salama. Kwa hivyo, hitaji la UL 9540 limesababisha machafuko katika tasnia.

2. UL 9540A. UL 9540A inahitaji kuanzia kiwango cha betri na majaribio ya hatua kwa hatua hadi kupita kiwango cha usakinishaji. Mahitaji haya husababisha mifumo ya UPS kuwa chini ya viwango vya uuzaji ambavyo havikuhitajika hapo awali.

3.UL 1973. UL 1973 ni kiwango cha usalama cha mfumo wa betri kwa ESS na UPS. Hata hivyo, toleo la UL 1973-2018 halijumuishi masharti ya majaribio ya betri za asidi ya risasi, ambayo pia ni changamoto kwa mifumo ya UPS inayotumia teknolojia ya kawaida ya betri kama vile betri za asidi ya risasi.

Muhtasari

Kwa sasa, NEC (Msimbo wa Kitaifa wa Umeme) na NFPA 855 zinafafanua fasili hizi.

• Kwa mfano, toleo la 2023 la NFPA 855 linafafanua kuwa betri za risasi-asidi na nikeli-cadmium mahususi (600 V au chini) zimeorodheshwa katika UL 1973.
• Zaidi ya hayo, mifumo ya betri ya asidi ya risasi iliyoidhinishwa na kutiwa alama kulingana na UL 1778 haihitaji kuthibitishwa kulingana na UL 9540 inapotumika kama chanzo cha nishati mbadala.

Ili kutatua tatizo la ukosefu wa viwango vya majaribio ya betri za asidi ya risasi na nikeli-cadmium katika UL 1973, Kiambatisho H (Tathmini njia mbadala za asidi ya risasi zinazodhibitiwa na hewa au asidi ya risasi au nikeli-cadmium) iliongezwa mahsusi kwenye toleo la tatu la UL 1973 iliyotolewa Februari 2022.

Mabadiliko haya yanawakilisha maendeleo chanya ili kutofautisha mahitaji ya usakinishaji salama wa UPS na ESS. Kazi zaidi ni pamoja na kusasisha Kifungu cha 480 cha NEC ili kushughulikia vyema mahitaji ya usakinishaji wa teknolojia isipokuwa asidi ya risasi na nikeli-cadmium. Zaidi ya hayo, kiwango cha NFPA 855 kinahitaji kusasishwa zaidi ili kutoa ufafanuzi zaidi kuhusu kanuni za ulinzi wa moto, hasa kuhusu teknolojia mbalimbali zinazotumiwa katika utumaji programu zisizobadilika, iwe ni UPS au ESS.

Mwandishi anatumai kuwa mabadiliko yanayoendelea yataboresha usalama wa tasnia, bila kujali ikiwa UPS ya kitamaduni au ESS inatumiwa. Tunapoona suluhu za uhifadhi wa nishati zikiongezeka kwa njia muhimu na za haraka, kushughulikia usalama wa ndani wa bidhaa ni muhimu ili kufungua uvumbuzi wa usalama na kukidhi mahitaji ya jamii.