무정전 전원 공급 장치(UPS) 기술은 그리드의 전력이 중단되는 동안 주요 부하의 지속적인 작동을 지원하기 위해 수년 동안 다양한 애플리케이션에서 사용되었습니다. 이러한 시스템은 정의된 부하의 작동을 방해하는 전력망 중단으로부터 추가적인 내성을 제공하기 위해 다양한 위치에서 사용되었습니다. UPS 시스템은 종종 컴퓨터, 컴퓨터 시설 및 통신 장비를 보호하는 데 사용됩니다. 최근 에너지 신기술이 발전하면서 에너지저장장치(ESS)가 급속히 확산되고 있다. ESS, 특히 배터리 기술을 사용하는 ESS는 일반적으로 태양광이나 풍력과 같은 재생 가능 에너지원을 통해 공급되며 이러한 에너지원으로 생산된 에너지를 저장하여 다양한 시간에 사용할 수 있습니다.

UPS에 대한 현재 미국 ANSI 표준은 무정전 전원 시스템 표준인 UL 1778입니다. 캐나다의 경우 CSA-C22.2 No. 107.3. 에너지 저장 시스템 및 장비 표준인 UL 9540은 ESS에 대한 미국 및 캐나다 국가 표준입니다. 성숙한 UPS 제품과 빠르게 발전하는 ESS는 모두 기술 솔루션, 운영 및 설치 측면에서 일부 공통점을 갖고 있지만 중요한 차이점이 있습니다. 이 문서에서는 중요한 차이점을 검토하고, 각각과 관련된 적용 가능한 제품 안전 요구 사항을 간략하게 설명하며, 두 가지 유형의 설치를 해결하는 데 있어 코드가 어떻게 발전하고 있는지 요약합니다.

소개UPS

형성

UPS 시스템은 전기 그리드 오류 또는 기타 주 전원 오류 모드가 발생할 경우 중요한 부하에 순간적인 임시 교류 기반 전력을 제공하도록 설계된 전기 시스템입니다. UPS는 특정 기간 동안 미리 결정된 전력량을 즉시 지속할 수 있는 크기입니다. 이를 통해 발전기와 같은 보조 전원이 온라인 상태가 되어 전원 백업을 계속할 수 있습니다. UPS는 보다 중요한 장비 부하에 계속해서 전력을 공급하면서 불필요한 부하를 안전하게 차단할 수 있습니다. UPS 시스템은 수년 동안 다양한 애플리케이션에 대한 이러한 중요한 지원을 제공해 왔습니다. UPS는 통합 에너지원의 저장된 에너지를 활용합니다. 이는 일반적으로 배터리 뱅크, 슈퍼커패시터 또는 에너지원인 플라이휠의 기계적 움직임입니다.

전원 공급을 위해 배터리 뱅크를 사용하는 일반적인 UPS는 다음과 같은 주요 구성 요소로 구성됩니다.

정류기/충전기 – 이 UPS 섹션은 AC 주 전원 공급 장치를 가져와 이를 정류하고 배터리 충전에 사용되는 DC 전압을 생성합니다.

• 인버터 – 주전원 공급에 문제가 있는 경우 인버터는 배터리에 저장된 DC 전력을 지원되는 장비에 적합한 깨끗한 AC 전력 출력으로 변환합니다.

• 전환 스위치 – 주전원, UPS 인버터 및 발전기 등 다양한 소스에서 중요한 부하로 전력을 전환하는 자동 순간 전환 장치입니다.

• 배터리 뱅크 – UPS가 의도한 기능을 수행하는 데 필요한 에너지를 저장합니다.

현재 표준 UPS 시스템용

• 현재 UPS에 대한 미국 ANSI 표준은 무정전 전원 시스템 표준인 UL 1778/C22.2 No. 107.3입니다. 이 표준에서는 UPS를 "전원을 구성하는 변환기, 스위치 및 에너지 저장 장치(예: 배터리)의 조합"으로 정의합니다. 입력 전원 장애 시 부하에 대한 전원의 연속성을 유지하기 위한 시스템입니다."

• IEC 62040-1 및 IEC 62477-1의 새 버전이 개발 중입니다. UL/CSA 62040-1(UL/CSA 62477-1을 참조 표준으로 사용)은 이러한 표준과 조화를 이룹니다.

소개 에너지 저장 시스템(ESS)

ESS는 가용성 및 가용성 문제에 대한 해답으로 주목을 받고 있습니다.

오늘날 에너지 시장의 신뢰성. ESS, 특히 배터리 기술을 사용하는 ESS는 태양광이나 풍력과 같은 재생 가능 에너지원의 가변적인 가용성을 완화하는 데 도움이 됩니다. ESS는 피크 사용 시간 동안 안정적인 전력 공급원이며 부하 관리, 전력 변동 및 기타 그리드 관련 기능을 지원할 수 있습니다. ESS는 유틸리티, 상업, 산업 및 주거용 애플리케이션에 사용됩니다.

ESS의 현재 표준

에너지 저장 시스템 및 장비 표준인 UL 9540은 ESS에 대한 미국 및 캐나다 국가 표준입니다.

• 2016년에 처음 발표된 UL 9540에는 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)을 비롯한 다양한 ESS 기술이 포함되어 있습니다. UL 9540은 또한 발전기와 결합된 플라이휠 저장과 같은 기계적 ESS, 연료 전지 시스템과 결합된 수소 저장과 같은 화학적 ESS, 발전기와 결합된 잠열 저장과 같은 열 ESS 등 다른 저장 기술도 다룹니다.
• UL 9540 제2판에서는 에너지 저장 시스템을 "에너지를 받은 다음 필요할 때 전기 에너지를 공급하기 위해 나중에 사용할 수 있도록 어떤 형태로든 해당 에너지를 저장하는 수단을 제공하는 장비"로 정의합니다. UL 9540의 제2판에서는 코드의 예외 사항을 충족해야 하는 경우 BESS에 배터리 에너지 저장 시스템의 열폭주 화재 전파를 평가하기 위한 표준 테스트 방법인 UL 9540A를 적용하도록 요구합니다.
• UL 9540은 현재 제3판입니다.

ESS와 UPS 비교

기능 및 치수

ESS는 UPS와 구성이 유사하지만 용도가 다릅니다. UPS와 마찬가지로 ESS에는 배터리, 전력 변환 장비(예: 인버터), 기타 다양한 전자 장치 및 제어 장치와 같은 에너지 저장 메커니즘이 포함되어 있습니다. 그러나 UPS와 달리 ESS는 그리드와 병렬로 작동할 수 있으며, 이로 인해 UPS가 경험했던 것보다 시스템 순환이 더 커집니다. ESS는 사용되는 전력 변환 시스템 유형에 따라 그리드나 독립형 모드 또는 둘 다에서 대화식으로 협업할 수 있습니다. ESS는 UPS 기능으로 작동할 수도 있습니다. UPS와 마찬가지로 ESS는 에너지가 20kWh 미만인 소규모 주거용 시스템부터 컨테이너 내에 여러 개의 배터리 랙이 있는 다중 메가와트 에너지 컨테이너 시스템을 사용하는 유틸리티 애플리케이션에 이르기까지 다양한 크기로 제공될 수 있습니다.

화학 성분 및 안전성

UPS에 사용되는 일반적인 배터리 화학 물질은 항상 납산 또는 니켈-카드뮴 배터리였습니다. UPS와 달리 BESS는 리튬이온 배터리가 더 나은 사이클 성능과 더 높은 에너지 밀도를 갖고 있어 더 작은 물리적 공간에서 더 많은 에너지를 제공할 수 있기 때문에 처음부터 리튬이온 배터리와 같은 기술을 사용합니다. 또한 리튬 이온 배터리는 기존 배터리 기술보다 유지 관리 요구 사항이 훨씬 낮습니다. 그러나 현재 리튬 이온 배터리는 UPS 애플리케이션에도 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

그러나 2019년 애리조나에서 유틸리티 애플리케이션에 사용된 ESS와 관련된 심각한 사고로 인해 최초 대응자 여러 명이 심각한 부상을 입었고 규제 기관 및 보험 기관을 포함한 다양한 이해 관계자의 관심을 끌었습니다. 이러한 성장 분야가 피할 수 있는 안전 사고로 인해 방해를 받지 않도록 하려면 ESS에 대한 적절한 사양 및 표준을 개발해야 합니다. ESS에 대한 적절한 안전 사양 및 표준 개발을 장려하기 위해 미국 에너지부(DOE)는 2015년 ESS 안전 및 신뢰성에 관한 첫 번째 연례 포럼을 시작했습니다.

첫 번째 DOE ESS 포럼은 ESS 사양 및 표준에 대한 많은 작업에 기여했습니다. 가장 주목할만한 것은 NEC No. 706의 개발과 고정식 에너지 ​​저장 시스템 설치 표준인 NFPA 855의 개발입니다. 이는 ICC IFC 및 NFPA 1의 고정식 배터리 시스템 표준에 직접적인 영향을 미칩니다. 오늘날 NEC와 NFPA 855는 2023 버전에도 업데이트되었습니다.

ESS 및 UPS 표준 현황

모든 규칙 및 표준 개발 활동의 목표는 이러한 시스템의 보안을 적절하게 해결하는 것입니다. 불행하게도 현재 표준은 업계에 약간의 혼란을 야기했습니다.

1.NFPA 855. BESS 및 UPS 설치에 영향을 미치는 주요 문서는 고정식 에너지 ​​저장 시스템 설치 표준인 NFPA 855의 2020 버전입니다. NFPA 855는 에너지 저장을 "향후 지역 전기 부하, 유틸리티 그리드 또는 그리드 지원에 공급하기 위해 에너지를 저장할 수 있는 하나 이상의 장치 어셈블리"로 정의합니다. 이 정의에는 UPS 및 ESS에 대한 애플리케이션이 포함됩니다. 또한 NFPA 855 및 화재 규정에 따라 ESS는 UL 9540에 따라 평가 및 인증되어야 합니다. 그러나 UL 1778은 항상 UPS의 전통적인 제품 안전 표준이었습니다. 시스템은 해당 안전 요구 사항을 준수하는지 독립적으로 평가되었으며 안전한 설치를 지원합니다. 따라서 UL 9540의 요구 사항은 업계에서 약간의 혼란을 야기했습니다.

2.UL 9540A. UL 9540A는 배터리 수준에서 시작하여 설치 수준을 통과할 때까지 단계별로 테스트하도록 요구합니다. 이러한 요구 사항으로 인해 UPS 시스템은 과거에는 필요하지 않았던 마케팅 표준을 따르게 되었습니다.

3.UL 1973. UL 1973은 ESS 및 UPS에 대한 배터리 시스템 안전 표준입니다. 그러나 UL 1973-2018 버전에는 납산 배터리에 대한 테스트 조항이 포함되어 있지 않습니다. 이는 납산 배터리와 같은 기존 배터리 기술을 사용하는 UPS 시스템에도 적용되는 과제입니다.

요약

현재 NEC(National Electrical Code)와 NFPA 855에서는 이러한 정의를 명확히 하고 있습니다.

• 예를 들어, NFPA 855의 2023 버전에서는 특정 납산 및 니켈 카드뮴 배터리(600V 이하)가 UL 1973에 등재되어 있음을 명시합니다.
• 또한 UL 1778에 따라 인증되고 표시된 납산 배터리 시스템은 백업 전원 공급 장치로 사용될 때 UL 9540에 따라 인증될 필요가 없습니다.

UL 1973의 납산 및 니켈-카드뮴 배터리에 대한 테스트 표준이 부족한 문제를 해결하기 위해 부록 H(밸브 조절 또는 통풍형 납산 또는 니켈-카드뮴 배터리에 대한 대안 평가)가 특별히 추가되었습니다. UL 1973의 제3판이 2022년 2월에 출시되었습니다.

이러한 변화는 UPS와 ESS의 안전 설치 요구 사항을 차별화하기 위한 긍정적인 발전을 의미합니다. 추가 작업에는 납산 및 니켈 카드뮴 이외의 기술에 대한 설치 요구 사항을 더 잘 해결하기 위해 NEC Article 480을 업데이트하는 작업이 포함됩니다. 또한 NFPA 855 표준은 특히 UPS이든 ESS이든 고정식 애플리케이션에 사용되는 다양한 기술과 관련하여 화재 방지 규정을 보다 명확하게 제공하기 위해 추가로 업데이트되어야 합니다.

저자는 전통적인 UPS를 사용하든 ESS를 사용하든 관계없이 지속적인 변화가 업계의 안전을 향상시키기를 바랍니다. 에너지 저장 솔루션이 중요하고 빠른 방식으로 확산됨에 따라 제품의 본질 안전을 해결하는 것은 안전 혁신을 실현하고 사회의 요구를 충족하는 데 매우 중요합니다.