เทคโนโลยีเครื่องสำรองไฟ (UPS) ถูกนำมาใช้ในการใช้งานต่างๆ เป็นเวลาหลายปี เพื่อรองรับการทำงานอย่างต่อเนื่องของโหลดหลักในระหว่างการหยุดชะงักของพลังงานจากโครงข่าย ระบบเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในสถานที่ที่แตกต่างกันหลายแห่งเพื่อให้มีภูมิคุ้มกันเพิ่มเติมจากการหยุดชะงักของกริดที่รบกวนการทำงานของโหลดที่กำหนดไว้ ระบบ UPS มักใช้เพื่อปกป้องคอมพิวเตอร์ สิ่งอำนวยความสะดวกด้านคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์โทรคมนาคม ด้วยวิวัฒนาการล่าสุดของเทคโนโลยีพลังงานใหม่ ระบบกักเก็บพลังงาน (ESS) ได้ขยายตัวอย่างรวดเร็ว ESS โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ใช้เทคโนโลยีแบตเตอรี่ โดยทั่วไปจะได้รับการจัดหาจากแหล่งหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม และช่วยให้สามารถกักเก็บพลังงานที่ผลิตโดยแหล่งเหล่านี้เพื่อใช้ในเวลาที่ต่างกัน

มาตรฐาน ANSI ของสหรัฐอเมริกาในปัจจุบันสำหรับ UPS คือ UL 1778 ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับระบบไฟฟ้าสำรอง และ CSA-C22.2 หมายเลข 107.3 สำหรับแคนาดา UL 9540 ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับระบบและอุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน เป็นมาตรฐานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาและแคนาดาสำหรับ ESS แม้ว่าทั้งผลิตภัณฑ์ของ UPS ที่เติบโตเต็มที่และ ESS ที่พัฒนาอย่างรวดเร็วที่ผลิตขึ้นมามีความเหมือนกันในโซลูชันทางเทคนิค การดำเนินงาน และการติดตั้ง แต่ก็มีความแตกต่างที่สำคัญ เอกสารนี้จะทบทวนความแตกต่างที่สำคัญ สรุปข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง และสรุปว่ารหัสมีการพัฒนาอย่างไรในการจัดการกับการติดตั้งทั้งสองประเภท

แนะนำตัวยูพีเอส

การก่อตัว

ระบบ UPS คือระบบไฟฟ้าที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อจ่ายพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับชั่วคราวแบบทันทีสำหรับโหลดที่สำคัญในกรณีที่โครงข่ายไฟฟ้าขัดข้องหรือโหมดแหล่งจ่ายไฟหลักอื่น ๆ ขัดข้อง UPS มีขนาดเพื่อให้สามารถจ่ายไฟต่อเนื่องตามปริมาณที่กำหนดไว้ล่วงหน้าตามระยะเวลาที่กำหนด ซึ่งช่วยให้แหล่งพลังงานสำรอง เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า สามารถออนไลน์และสำรองพลังงานต่อไปได้ UPS อาจปิดโหลดที่ไม่จำเป็นอย่างปลอดภัยในขณะที่ยังคงจ่ายไฟให้กับโหลดอุปกรณ์ที่สำคัญกว่าต่อไป ระบบของ UPS ให้การสนับสนุนที่สำคัญนี้สำหรับการใช้งานต่างๆ มาเป็นเวลาหลายปี UPS จะใช้พลังงานที่เก็บไว้จากแหล่งพลังงานแบบบูรณาการ โดยทั่วไปจะเป็นแบตเตอรี ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ หรือการเคลื่อนไหวทางกลของมู่เล่เป็นแหล่งพลังงาน

UPS ทั่วไปที่ใช้แบตเตอรีแบตเตอรีในการจ่ายไฟประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้:

วงจรเรียงกระแส/เครื่องชาร์จ – ส่วนนี้ของ UPS จะใช้แหล่งจ่ายไฟหลัก AC แก้ไขและสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่

• อินเวอร์เตอร์ – ในกรณีที่แหล่งจ่ายไฟหลักขัดข้อง อินเวอร์เตอร์จะแปลงไฟ DC ที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ให้เป็นเอาต์พุตไฟ AC ที่สะอาดซึ่งเหมาะสมกับอุปกรณ์ที่รองรับ

• สวิตช์ถ่ายโอน – อุปกรณ์สวิตช์อัตโนมัติและทันทีที่จะถ่ายโอนพลังงานจากแหล่งต่างๆ เช่น ไฟหลัก อินเวอร์เตอร์ของ UPS และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไปยังโหลดวิกฤต

• แบตเตอรีแบงค์ – จัดเก็บพลังงานที่จำเป็นสำหรับ UPS เพื่อทำหน้าที่ตามที่ตั้งใจไว้

มาตรฐานปัจจุบัน สำหรับระบบยูพีเอส

• มาตรฐาน ANSI ของสหรัฐอเมริกาในปัจจุบันสำหรับ UPS คือ UL 1778/C22.2 No. 107.3 ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับระบบไฟฟ้าสำรอง ซึ่งให้คำจำกัดความของ UPS ว่าเป็น “การรวมกันของตัวแปลง สวิตช์ และอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน (เช่น แบตเตอรี่) ที่ประกอบเป็นกำลังไฟฟ้า ระบบรักษาความต่อเนื่องของกำลังไฟฟ้าต่อโหลดในกรณีที่ไฟฟ้าเข้าขัดข้อง”

• อยู่ระหว่างการพัฒนาคือ IEC 62040-1 และ IEC 62477-1 ฉบับใหม่ UL/CSA 62040-1 (โดยใช้ UL/CSA 62477-1 เป็นมาตรฐานอ้างอิง) จะสอดคล้องกับมาตรฐานเหล่านี้

แนะนำตัว การจัดเก็บพลังงาน ระบบ (ESS)

ESS กำลังได้รับความสนใจในฐานะคำตอบสำหรับความท้าทายหลายประการที่เผชิญกับความพร้อมใช้งานและ

ความน่าเชื่อถือในตลาดพลังงานในปัจจุบัน ESS โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทคโนโลยีที่ใช้เทคโนโลยีแบตเตอรี่ ช่วยลดความพร้อมใช้งานของแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม ESS เป็นแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้ในช่วงเวลาที่มีการใช้งานสูงสุด และสามารถช่วยในการจัดการโหลด ความผันผวนของพลังงาน และฟังก์ชันอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับโครงข่าย ESS ใช้สำหรับการใช้งานด้านสาธารณูปโภค การพาณิชย์ อุตสาหกรรม และที่อยู่อาศัย

มาตรฐานปัจจุบันสำหรับ ESS

UL 9540 ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับระบบและอุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน เป็นมาตรฐานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาและแคนาดาสำหรับ ESS

• UL 9540 เผยแพร่ครั้งแรกในปี 2016 มีเทคโนโลยีหลายอย่างสำหรับ ESS รวมถึงระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) UL 9540 ยังครอบคลุมถึงเทคโนโลยีการจัดเก็บอื่นๆ ได้แก่ ESS เชิงกล เช่น ที่เก็บมู่เล่ที่จับคู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ESS ทางเคมี เช่น การเก็บไฮโดรเจนที่จับคู่กับระบบเซลล์เชื้อเพลิง และ ESS ความร้อน เช่น การเก็บความร้อนแฝงที่จับคู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• UL 9540 ฉบับพิมพ์ครั้งที่สองให้คำจำกัดความระบบกักเก็บพลังงานว่า “อุปกรณ์ที่รับพลังงานแล้วให้วิธีการกักเก็บพลังงานนั้นในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งเพื่อใช้ในภายหลังเพื่อจ่ายพลังงานไฟฟ้าเมื่อจำเป็น” UL 9540 ฉบับที่สองยังกำหนดให้ BESS ต้องอยู่ภายใต้ UL 9540A ซึ่งเป็นวิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการประเมินการแพร่กระจายของไฟที่เกิดจากความร้อนในระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ หากจำเป็นเพื่อให้เป็นไปตามข้อยกเว้นในรหัส
• ปัจจุบัน UL 9540 อยู่ในฉบับพิมพ์ครั้งที่ 3

เปรียบเทียบ ESS กับ UPS

ฟังก์ชั่นและมิติ

ESS มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับ UPS แต่มีการใช้งานต่างกัน เช่นเดียวกับ UPS ESS มีกลไกการจัดเก็บพลังงาน เช่น แบตเตอรี่ อุปกรณ์แปลงพลังงาน เช่น อินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการควบคุมอื่นๆ มากมาย อย่างไรก็ตาม ESS อาจทำงานขนานกับโครงข่ายซึ่งต่างจาก UPS ตรง ซึ่งส่งผลให้มีการหมุนเวียนของระบบมากกว่าที่ UPS เคยสัมผัสมา ESS สามารถทำงานร่วมกันแบบโต้ตอบกับกริดหรือในโหมดสแตนด์อโลน หรือทั้งสองอย่าง ขึ้นอยู่กับประเภทของระบบการแปลงพลังงานที่ใช้ ESS อาจทำงานเป็นฟังก์ชันของ UPS ได้ด้วย เช่นเดียวกับ UPS ESS มีหลายขนาดตั้งแต่ระบบที่อยู่อาศัยขนาดเล็กที่ใช้พลังงานน้อยกว่า 20 kWh ไปจนถึงการใช้งานด้านสาธารณูปโภคโดยใช้ระบบคอนเทนเนอร์พลังงานหลายเมกะวัตต์พร้อมชั้นวางแบตเตอรี่หลายชั้นภายในคอนเทนเนอร์

องค์ประกอบทางเคมีและความปลอดภัย

เคมีของแบตเตอรี่โดยทั่วไปที่ใช้ใน UPS มักเป็นแบตเตอรี่กรดตะกั่วหรือนิกเกิลแคดเมียม BESS ต่างจาก UPS ตรงที่ใช้เทคโนโลยี เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนตั้งแต่แรกเริ่ม เนื่องจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีประสิทธิภาพวงจรที่ดีกว่าและมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า ซึ่งสามารถให้พลังงานได้มากขึ้นโดยใช้ขนาดทางกายภาพที่น้อยลง แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังมีข้อกำหนดในการบำรุงรักษาต่ำกว่าเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบเดิมมาก แต่ในปัจจุบัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังถูกนำมาใช้มากขึ้นในการใช้งานของ UPS

อย่างไรก็ตาม อุบัติเหตุร้ายแรงในรัฐแอริโซนาในปี 2019 ที่เกี่ยวข้องกับ ESS ที่ใช้ในแอปพลิเคชันด้านสาธารณูปโภค ส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บสาหัสต่อผู้เผชิญเหตุกลุ่มแรกหลายราย และดึงดูดความสนใจของผู้มีส่วนได้ส่วนเสียต่างๆ รวมถึงหน่วยงานกำกับดูแลและหน่วยงานประกันภัย เพื่อให้แน่ใจว่าพื้นที่ที่กำลังเติบโตนี้ไม่ถูกขัดขวางจากเหตุการณ์ด้านความปลอดภัยที่สามารถหลีกเลี่ยงได้ จำเป็นต้องมีการพัฒนาข้อกำหนดและมาตรฐานที่เหมาะสมสำหรับ ESS เพื่อสนับสนุนการพัฒนาข้อกำหนดและมาตรฐานด้านความปลอดภัยที่เหมาะสมสำหรับ ESS กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) จึงได้จัดการประชุมประจำปีครั้งแรกเกี่ยวกับความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของ ESS ในปี 2015

ฟอรัม DOE ESS ครั้งแรกมีส่วนช่วยในการทำงานจำนวนมากเกี่ยวกับข้อกำหนดและมาตรฐาน ESS สิ่งที่น่าสังเกตมากที่สุดคือการพัฒนา NEC No. 706 และการพัฒนา NFPA 855 ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับการติดตั้งระบบจัดเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อมาตรฐานสำหรับระบบแบตเตอรี่แบบอยู่กับที่ใน ICC IFC และ NFPA 1 ในปัจจุบัน NEC และ NFPA 855 มี ได้รับการอัปเดตสำหรับเวอร์ชัน 2023 ด้วย

สถานะปัจจุบันของมาตรฐาน ESS และ UPS

เป้าหมายของกิจกรรมการพัฒนากฎและมาตรฐานทั้งหมดคือการจัดการความปลอดภัยของระบบเหล่านี้อย่างเพียงพอ น่าเสียดายที่มาตรฐานปัจจุบันได้สร้างความสับสนในอุตสาหกรรม

1.NFPA 855 เอกสารสำคัญที่ส่งผลต่อการติดตั้ง BESS และ UPS คือ NFPA 855 เวอร์ชันปี 2020 ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับการติดตั้งระบบกักเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่ NFPA 855 ให้คำจำกัดความการจัดเก็บพลังงานว่าเป็น "การประกอบอุปกรณ์ตั้งแต่หนึ่งชิ้นขึ้นไปที่สามารถกักเก็บพลังงานสำหรับจ่ายไฟฟ้าในท้องถิ่น โครงข่ายไฟฟ้า หรือโครงข่ายรองรับในอนาคต" คำจำกัดความนี้รวมถึงแอปพลิเคชันสำหรับ UPS และ ESS นอกจากนี้ NFPA 855 และรหัสอัคคีภัยกำหนดให้ ESS ได้รับการประเมินและรับรองตาม UL 9540 อย่างไรก็ตาม UL 1778 ถือเป็นมาตรฐานความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์แบบดั้งเดิมสำหรับ UPS มาโดยตลอด ระบบได้รับการประเมินอย่างอิสระว่าเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้อง และสนับสนุนการติดตั้งที่ปลอดภัย ดังนั้นข้อกำหนดของ UL 9540 จึงทำให้เกิดความสับสนในอุตสาหกรรม

2. ยูแอล 9540A. UL 9540A กำหนดให้เริ่มจากระดับแบตเตอรี่และการทดสอบทีละขั้นตอนจนกระทั่งผ่านระดับการติดตั้ง ข้อกำหนดเหล่านี้ส่งผลให้ระบบของ UPS อยู่ภายใต้มาตรฐานทางการตลาดที่ไม่จำเป็นในอดีต

3.UL 1973 UL 1973 คือมาตรฐานความปลอดภัยของระบบแบตเตอรี่สำหรับ ESS และ UPS อย่างไรก็ตาม เวอร์ชัน UL 1973-2018 ไม่รวมถึงข้อกำหนดในการทดสอบแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ซึ่งเป็นความท้าทายสำหรับระบบ UPS ที่ใช้เทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม เช่น แบตเตอรี่ตะกั่วกรด

สรุป

ปัจจุบันทั้ง NEC (National Electrical Code) และ NFPA 855 กำลังชี้แจงคำจำกัดความเหล่านี้

• ตัวอย่างเช่น NFPA 855 เวอร์ชันปี 2023 ชี้แจงว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดและนิกเกิลแคดเมียมเฉพาะ (600 V หรือน้อยกว่า) มีการระบุอยู่ใน UL 1973
• นอกจากนี้ ระบบแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่ได้รับการรับรองและทำเครื่องหมายตาม UL 1778 ไม่จำเป็นต้องได้รับการรับรองตาม UL 9540 เมื่อใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟสำรอง

เพื่อแก้ปัญหาการขาดมาตรฐานการทดสอบสำหรับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดและนิกเกิลแคดเมียมใน UL 1973 จึงได้มีการเพิ่มภาคผนวก H (ประเมินทางเลือกอื่นสำหรับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดหรือนิกเกิลแคดเมียมที่ควบคุมโดยวาล์วหรือช่องระบาย) ลงใน UL 1973 ฉบับที่สามที่เผยแพร่ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2565

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้แสดงถึงการพัฒนาเชิงบวกเพื่อแยกแยะข้อกำหนดในการติดตั้งที่ปลอดภัยของ UPS และ ESS การทำงานเพิ่มเติมรวมถึงการอัปเดต NEC Article 480 เพื่อตอบสนองความต้องการการติดตั้งสำหรับเทคโนโลยีอื่นที่ไม่ใช่กรดตะกั่วและนิกเกิลแคดเมียมได้ดียิ่งขึ้น นอกจากนี้ จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงมาตรฐาน NFPA 855 เพิ่มเติมเพื่อให้มีความชัดเจนมากขึ้นเกี่ยวกับกฎระเบียบการป้องกันอัคคีภัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับเทคโนโลยีต่างๆ ที่ใช้ในการใช้งานแบบอยู่กับที่ ไม่ว่าจะเป็น UPS หรือ ESS

ผู้เขียนหวังว่าการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องจะปรับปรุงความปลอดภัยของอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะใช้ UPS หรือ ESS แบบเดิมก็ตาม เนื่องจากเราเห็นโซลูชันการจัดเก็บพลังงานแพร่หลายในวิธีที่สำคัญและรวดเร็ว การจัดการกับความปลอดภัยภายในของผลิตภัณฑ์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปลดล็อกนวัตกรรมด้านความปลอดภัยและตอบสนองความต้องการของสังคม