Las tecnologías de suministro de energía ininterrumpida (UPS) se han utilizado en diversas aplicaciones durante muchos años para respaldar el funcionamiento continuo de cargas clave durante interrupciones de energía de la red. Estos sistemas se han utilizado en muchas ubicaciones diferentes para proporcionar inmunidad adicional contra interrupciones de la red que interfieren con el funcionamiento de cargas definidas. Los sistemas UPS se utilizan a menudo para proteger computadoras, instalaciones informáticas y equipos de telecomunicaciones. Con la reciente evolución de nuevas tecnologías energéticas, los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) han proliferado rápidamente. Los ESS, en particular los que utilizan tecnologías de baterías, normalmente se suministran mediante fuentes renovables como la energía solar o eólica y permiten el almacenamiento de la energía producida por estas fuentes para su uso en diferentes momentos.

El estándar ANSI estadounidense actual para UPS es UL 1778, el estándar para sistemas de energía ininterrumpida. y CSA-C22.2 No. 107.3 para Canadá. UL 9540, la norma para sistemas y equipos de almacenamiento de energía, es la norma nacional estadounidense y canadiense para ESS. Si bien tanto los productos UPS maduros como los ESS producidos en rápida evolución tienen algunos puntos en común en soluciones técnicas, operaciones e instalación, existen diferencias importantes. Este documento revisará las diferenciaciones críticas, describirá los requisitos de seguridad del producto aplicables asociados con cada una y resumirá cómo están evolucionando los códigos para abordar ambos tipos de instalaciones.

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Formación

Un sistema UPS es un sistema eléctrico diseñado para proporcionar energía instantánea temporal basada en corriente alterna para cargas críticas en caso de falla de la red eléctrica u otros modos de falla de la fuente de alimentación principal. El UPS está dimensionado para proporcionar una continuación instantánea de una cantidad predeterminada de energía durante un período específico. Esto permite que una fuente de energía secundaria, por ejemplo, un generador, se conecte y continúe con el respaldo de energía. El UPS puede apagar de manera segura cargas no esenciales mientras continúa brindando energía a cargas de equipos más importantes. Los sistemas UPS han brindado este soporte crítico para diversas aplicaciones durante muchos años. Un UPS utilizará energía almacenada de una fuente de energía integrada. Normalmente se trata de un banco de baterías, un supercondensador o el movimiento mecánico de un volante como fuente de energía.

Un UPS típico que utiliza un banco de baterías para su suministro consta de los siguientes componentes principales:

Rectificador/cargador: esta sección del UPS toma el suministro de red de CA, lo rectifica y produce un voltaje de CC que se utiliza para cargar las baterías.

• Inversor: en caso de una falla en el suministro de red, el inversor convertirá la energía CC almacenada en las baterías en una salida de energía CA limpia adecuada para el equipo compatible.

• Interruptor de transferencia: un dispositivo de conmutación automático e instantáneo que transfiere energía desde varias fuentes, por ejemplo, red eléctrica, inversor UPS y generador, a una carga crítica.

• Banco de baterías: almacena la energía necesaria para que el UPS realice la función prevista.

Estándares actuales para sistemas UPS

• El estándar ANSI actual de EE. UU. para UPS es UL 1778/C22.2 No. 107.3, el Estándar para sistemas de energía ininterrumpida, que define un UPS como “una combinación de convertidores, interruptores y dispositivos de almacenamiento de energía (como baterías) que constituyen una fuente de energía”. sistema para mantener la continuidad de la energía a una carga en caso de falla de energía de entrada”.

• Se están desarrollando nuevas ediciones de IEC 62040-1 e IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (utilizando UL/CSA 62477-1 como estándar de referencia) se armonizará con estos estándares.

Presentando almacenamiento de energía sistemas (ESS)

Los ESS están ganando terreno como respuesta a una serie de desafíos que enfrentan la disponibilidad y

confiabilidad en el mercado energético actual. Los ESS, en particular aquellos que utilizan tecnologías de baterías, ayudan a mitigar la disponibilidad variable de fuentes renovables como la energía solar o eólica. Los ESS son una fuente de energía confiable durante las horas pico de uso y pueden ayudar con la gestión de carga, las fluctuaciones de energía y otras funciones relacionadas con la red. Los ESS se utilizan para aplicaciones de servicios públicos, comerciales, industriales y residenciales.

Estándares actuales para ESS

UL 9540, la norma para sistemas y equipos de almacenamiento de energía, es la norma nacional estadounidense y canadiense para ESS.

• Publicada por primera vez en 2016, UL 9540 incluye múltiples tecnologías para ESS, incluidos los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS). UL 9540 también cubre otras tecnologías de almacenamiento: ESS mecánico, por ejemplo, almacenamiento en volante emparejado con un generador, ESS químico, por ejemplo, almacenamiento de hidrógeno emparejado con un sistema de pila de combustible, y ESS térmico, por ejemplo, almacenamiento de calor latente emparejado con un generador.
• UL 9540, su segunda edición, define un sistema de almacenamiento de energía como "Equipo que recibe energía y luego proporciona un medio para almacenar esa energía de alguna forma para su uso posterior con el fin de suministrar energía eléctrica cuando sea necesario". La segunda edición de UL 9540 requiere además que un BESS esté sujeto a UL 9540A, el método de prueba estándar para evaluar la propagación térmica desbocada de incendios en sistemas de almacenamiento de energía en baterías, si es necesario para cumplir con las excepciones en los códigos.
• UL 9540 se encuentra actualmente en su tercera edición.

Comparando ESS con UPS

Funciones y dimensión

Un ESS es similar en construcción a un UPS pero difiere en su uso. Al igual que UPS, ESS incluye un mecanismo de almacenamiento de energía tal como baterías, equipos de conversión de energía, por ejemplo, inversores y varios otros dispositivos electrónicos y controles. Sin embargo, a diferencia del UPS, un ESS puede operar en paralelo con la red, lo que resulta en mayores ciclos del sistema que los que jamás experimentaría un UPS. Un ESS puede colaborar interactivamente con la red o en modo independiente, o ambos, dependiendo del tipo de sistema de conversión de energía empleado. Un ESS puede incluso funcionar como funcionalidad UPS. Al igual que UPS, ESS puede venir en una variedad de tamaños, desde un pequeño sistema residencial con menos de 20 kWh de energía hasta aplicaciones de servicios públicos que utilizan sistemas de contenedores de energía de varios megavatios con múltiples bastidores de baterías dentro del contenedor.

Composición química y seguridad.

Las químicas típicas de las baterías utilizadas en UPS siempre han sido baterías de plomo-ácido o níquel-cadmio. A diferencia de UPS, BESS utiliza tecnologías como las baterías de iones de litio desde el principio porque las baterías de iones de litio tienen un mejor rendimiento de ciclo y una mayor densidad de energía, lo que puede proporcionar más energía en una huella física más pequeña. Las baterías de iones de litio también tienen requisitos de mantenimiento mucho menores que las tecnologías de baterías tradicionales. Pero actualmente, las baterías de iones de litio también se utilizan cada vez más en aplicaciones UPS.

Sin embargo, un accidente grave en Arizona en 2019 que involucró a un ESS utilizado en aplicaciones de servicios públicos provocó lesiones graves a varios socorristas y atrajo la atención de varias partes interesadas, incluidos reguladores y agencias de seguros. Para garantizar que este campo en crecimiento no se vea obstaculizado por incidentes de seguridad evitables, es necesario desarrollar especificaciones y estándares apropiados para ESS. Para fomentar el desarrollo de especificaciones y estándares de seguridad apropiados para ESS, el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) lanzó el primer foro anual sobre seguridad y confiabilidad de ESS en 2015.

El primer Foro DOE ESS contribuyó a una gran cantidad de trabajo sobre especificaciones y estándares de ESS. Lo más destacable es el desarrollo del NEC No. 706 y el desarrollo de la NFPA 855, una norma para instalaciones de sistemas de almacenamiento de energía estacionarios, que afecta directamente a la norma para sistemas de baterías estacionarias en ICC IFC y NFPA 1. Hoy en día, NEC y NFPA 855 tienen También se ha actualizado para las versiones 2023.

Estado actual de los estándares ESS y UPS

El objetivo de todas las actividades de desarrollo de reglas y estándares es abordar adecuadamente la seguridad de estos sistemas. Desafortunadamente, los estándares actuales han creado cierta confusión en la industria.

1.NFPA 855. El documento clave que afecta la instalación de BESS y UPS es la versión 2020 de NFPA 855, Norma para la instalación de sistemas estacionarios de almacenamiento de energía. NFPA 855 define el almacenamiento de energía como "un conjunto de uno o más dispositivos capaces de almacenar energía para el suministro futuro a cargas eléctricas locales, redes de servicios públicos o soporte de red". Esta definición incluye aplicaciones para UPS y ESS. Además, NFPA 855 y los códigos contra incendios exigen que los ESS se evalúen y certifiquen según UL 9540. Sin embargo, UL 1778 siempre ha sido el estándar de seguridad de producto tradicional para UPS. El sistema ha sido evaluado de forma independiente para determinar el cumplimiento de los requisitos de seguridad aplicables y admite una instalación segura. Por lo tanto, el requisito de UL 9540 ha causado cierta confusión en la industria.

2.UL 9540A. UL 9540A requiere comenzar desde el nivel de la batería y probar paso a paso hasta pasar el nivel de instalación. Estos requisitos hacen que los sistemas UPS estén sujetos a estándares de marketing que no eran requeridos en el pasado.

3.UL 1973. UL 1973 es el estándar de seguridad del sistema de baterías para ESS y UPS. Sin embargo, la versión UL 1973-2018 no incluye disposiciones de prueba para baterías de plomo-ácido, lo que también es un desafío para los sistemas UPS que utilizan tecnología de baterías tradicional, como las baterías de plomo-ácido.

Resumen

Actualmente, tanto el NEC (Código Eléctrico Nacional) como la NFPA 855 están aclarando estas definiciones.

• Por ejemplo, la versión 2023 de NFPA 855 aclara que baterías específicas de plomo-ácido y níquel-cadmio (600 V o menos) están incluidas en UL 1973.
• Además, los sistemas de baterías de plomo-ácido certificados y marcados según UL 1778 no necesitan estar certificados según UL 9540 cuando se utilizan como fuente de alimentación de respaldo.

Para resolver el problema de la falta de estándares de prueba para baterías de plomo-ácido y níquel-cadmio en UL 1973, se agregó específicamente el Apéndice H (Evaluar alternativas a las baterías de plomo-ácido o níquel-cadmio reguladas por válvula o ventiladas) a la Tercera edición de UL 1973 lanzada en febrero de 2022.

Estos cambios representan un avance positivo para diferenciar los requisitos de instalación segura de UPS y ESS. El trabajo adicional incluye actualizar el artículo 480 del NEC para abordar mejor los requisitos de instalación para tecnologías distintas del plomo-ácido y el níquel-cadmio. Además, es necesario actualizar aún más la norma NFPA 855 para brindar mayor claridad sobre las regulaciones de protección contra incendios, particularmente en lo que respecta a las diversas tecnologías utilizadas en aplicaciones estacionarias, ya sean UPS o ESS.

El autor espera que los cambios continuos mejoren la seguridad de la industria, independientemente de si se utiliza un UPS tradicional o un ESS. A medida que vemos que las soluciones de almacenamiento de energía proliferan de manera significativa y rápida, abordar la seguridad intrínseca de los productos es fundamental para desbloquear la innovación en seguridad y satisfacer las necesidades de la sociedad.