無停電電源装置 (UPS) テクノロジーは、送電網からの電力が遮断されている間も主要な負荷の継続動作をサポートするために、長年にわたりさまざまなアプリケーションで使用されてきました。これらのシステムは、定義された負荷の動作を妨げる送電網の中断に対する追加の耐性を提供するために、さまざまな場所で使用されています。 UPS システムは、コンピュータ、コンピュータ設備、通信機器を保護するためによく使用されます。最近の新エネルギー技術の進化に伴い、エネルギー貯蔵システム (ESS) が急速に普及しました。 ESS、特にバッテリー技術を使用する ESS は、通常、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源によって供給され、これらのエネルギー源によって生成されたエネルギーを貯蔵して、さまざまなタイミングで使用することができます。

UPS に関する現在の米国 ANSI 規格は、無停電電源システムの規格である UL 1778 です。カナダの場合は CSA-C22.2 No. 107.3。 UL 9540 (エネルギー貯蔵システムおよび機器の規格) は、ESS に関する米国およびカナダの国家規格です。成熟した UPS 製品と急速に進化する ESS の両方に、技術ソリューション、運用、設置の点で共通点がありますが、重要な違いもあります。このホワイトペーパーでは、重要な違いを確認し、それぞれに関連する該当する製品安全要件の概要を説明し、両方のタイプの設置に対処する際に規格がどのように進化しているかを要約します。

ご紹介UPS

形成

UPS システムは、送電網障害またはその他の主電源障害モードが発生した場合に、重要な負荷に瞬間的な一時的な交流ベースの電力を提供するように設計された電気システムです。 UPS は、特定の期間にわたって所定量の電力を瞬時に継続できるように設計されています。これにより、二次電源 (発電機など) がオンラインになり、電源バックアップを継続できるようになります。 UPS は、より重要な機器負荷に電力を供給し続けながら、重要でない負荷を安全にシャットダウンできます。 UPS システムは、長年にわたってさまざまなアプリケーションに対してこの重要なサポートを提供してきました。 UPS は、統合されたエネルギー源から蓄積されたエネルギーを利用します。これは通常、バッテリーバンク、スーパーキャパシタ、またはエネルギー源としてのフライホイールの機械的動作です。

電源にバッテリ バンクを使用する一般的な UPS は、次の主要コンポーネントで構成されます。

整流器/充電器 – この UPS セクションは、AC 主電源を受け取り、それを整流し、バッテリーの充電に使用する DC 電圧を生成します。

• インバータ – 主電源に障害が発生した場合、インバータはバッテリに蓄えられた DC 電力を、サポートされている機器に適したクリーンな AC 電力出力に変換します。

• 転送スイッチ – 主電源、UPS インバータ、発電機などのさまざまな電源から重要な負荷に電力を転送する自動瞬時スイッチング デバイス。

• バッテリ バンク – UPS が意図した機能を実行するために必要なエネルギーを蓄えます。

現在の規格 UPSシステム用

• UPS に関する現在の米国 ANSI 規格は、無停電電源システムの規格である UL 1778/C22.2 No. 107.3 です。この規格では、UPS を「電源を構成するコンバータ、スイッチ、エネルギー貯蔵装置 (バッテリなど) の組み合わせ」と定義しています。入力電源障害が発生した場合に負荷への電力の連続性を維持するためのシステムです。」

• IEC 62040-1 および IEC 62477-1 の新しい版が開発中です。 UL/CSA 62040-1 (UL/CSA 62477-1 を参照規格として使用) は、これらの規格と調和する予定です。

ご紹介 エネルギー貯蔵 システム (ESS)

ESS は、可用性と

今日のエネルギー市場における信頼性。 ESS、特にバッテリー技術を使用するものは、太陽光や風力などの再生可能エネルギーの利用可能性の変動を軽減するのに役立ちます。 ESS は、使用のピーク時に信頼性の高い電力源であり、負荷管理、電力変動、その他の送電網関連機能を支援します。 ESS は、公共用途、商業用途、産業用途、住宅用途に使用されます。

ESS の現在の規格

UL 9540 (エネルギー貯蔵システムおよび機器の規格) は、ESS に関する米国およびカナダの国家規格です。

• 2016 年に初めて発行された UL 9540 には、バッテリー エネルギー貯蔵システム (BESS) を含む ESS 用の複数の技術が含まれています。 UL 9540 は他の貯蔵技術も対象としています。機械的 ESS (発電機と組み合わせたフライホイール貯蔵など)、化学 ESS (燃料電池システムと組み合わせた水素貯蔵など)、および熱 ESS (発電機と組み合わせた潜熱貯蔵など)。
• UL 9540、その第 2 版では、エネルギー貯蔵システムを「エネルギーを受け取り、必要なときに電気エネルギーを供給するために、後で使用するためにそのエネルギーを何らかの形式で貯蔵する手段を提供する機器」と定義しています。 UL 9540 の第 2 版では、規定の例外を満たす必要がある場合、BESS が UL 9540A (バッテリーエネルギー貯蔵システムにおける熱暴走火災伝播を評価するための標準試験方法) に従うことがさらに要求されています。
• UL 9540 は現在第 3 版です。

ESS と UPS の比較

機能と寸法

ESS は UPS と構造は似ていますが、使用方法が異なります。 UPS と同様に、ESS にはバッテリー、電力変換装置 (インバーターなど)、その他のさまざまな電子機器や制御装置などのエネルギー貯蔵機構が含まれています。ただし、UPS とは異なり、ESS はグリッドと並行して動作する可能性があるため、UPS が経験するよりも大きなシステムのサイクルが発生します。 ESS は、使用される電力変換システムのタイプに応じて、グリッドと対話的に連携することも、スタンドアロン モードで連携することも、その両方で連携することもできます。 ESS は UPS 機能としても機能する場合があります。 UPS と同様に、ESS もエネルギー量 20 kWh 未満の小規模な住宅用システムから、コンテナ内に複数のバッテリ ラックを備えたマルチメガワットのエネルギー コンテナ システムを使用するユーティリティ アプリケーションまで、さまざまなサイズで提供できます。

化学成分と安全性

UPS で使用される典型的なバッテリーの化学的性質は、常に鉛酸バッテリーまたはニッケルカドミウムバッテリーでした。 UPSとは異なり、BESSは最初からリチウムイオン電池などの技術を使用しています。これは、リチウムイオン電池は優れたサイクル性能と高いエネルギー密度を備えており、より小さな物理的設置面積でより多くのエネルギーを供給できるためです。リチウムイオン電池は、従来の電池技術に比べてメンテナンスの必要性もはるかに低くなります。しかし現在、UPS アプリケーションでもリチウムイオン電池の使用が増えています。

しかし、2019年にアリゾナ州で公益用途に使用されたESSが関与した重大事故が発生し、数名の初期対応者が重傷を負い、規制当局や保険代理店などさまざまな関係者の注目を集めた。この成長分野が回避可能な安全上の事故によって妨げられないようにするには、ESS 用の適切な仕様と規格を開発する必要があります。 ESS の適切な安全仕様と基準の開発を促進するために、米国エネルギー省 (DOE) は 2015 年に ESS の安全性と信頼性に関する最初の年次フォーラムを立ち上げました。

最初の DOE ESS フォーラムは、ESS の仕様と標準に関する大量の作業に貢献しました。最も注目すべきは、NEC No. 706 の開発と定置型エネルギー貯蔵システム設置の標準である NFPA 855 の開発であり、これは ICC IFC および NFPA 1 における定置型蓄電池システムの標準に直接影響を与えます。現在、NEC と NFPA 855 は、 2023 バージョンにも更新されました。

ESS および UPS 規格の現状

すべてのルールと標準の開発活動の目標は、これらのシステムのセキュリティに適切に対処することです。残念ながら、現在の標準は業界に混乱を引き起こしています。

1.NFPA 855。BESS および UPS の設置に影響を与える重要な文書は、定置型エネルギー貯蔵システムの設置に関する規格である NFPA 855 の 2020 年版です。 NFPA 855 は、エネルギー貯蔵を「地域の電力負荷、電力網、または電力網サポートに将来供給するためにエネルギーを貯蔵できる 1 つ以上のデバイスのアセンブリ」と定義しています。この定義には、UPS および ESS 用のアプリケーションが含まれます。さらに、NFPA 855 および消防法では、ESS が評価され、UL 9540 に認証されることが求められています。ただし、UL 1778 は常に UPS の伝統的な製品安全規格でした。このシステムは、適用される安全要件への準拠について独立して評価されており、安全な設置をサポートしています。したがって、UL 9540 の要件は業界に混乱を引き起こしています。

2. UL 9540A。 UL 9540A では、バッテリー レベルから開始し、設置レベルに合格するまで段階的にテストすることが求められます。これらの要件により、UPS システムは、過去には要求されていなかったマーケティング基準の対象となることになります。

3.UL 1973。UL 1973 は、ESS および UPS のバッテリー システム安全規格です。ただし、UL 1973-2018 バージョンには鉛酸バッテリーのテスト規定は含まれていません。これは、鉛酸バッテリーなどの従来のバッテリー技術を使用する UPS システムにとっても課題です。

まとめ

現在、NEC (National Electrical Code) と NFPA 855 の両方でこれらの定義が明確化されています。

• たとえば、NFPA 855 の 2023 バージョンでは、特定の鉛蓄電池およびニッケルカドミウム電池 (600 V 以下) が UL 1973 にリストされていることが明確化されています。
• さらに、UL 1778 に従って認証およびマークされた鉛蓄電池システムは、バックアップ電源として使用する場合、UL 9540 に従って認証される必要はありません。

UL 1973 には鉛蓄電池およびニッケルカドミウム電池の試験基準が存在しないという問題を解決するために、付録 H (バルブ制御式または通気式鉛蓄電池またはニッケルカドミウム電池の代替品の評価) が特別に追加されました。 UL 1973 の第 3 版は 2022 年 2 月にリリースされました。

これらの変更は、UPS と ESS の安全な設置要件を区別するための前向きな発展を表しています。今後の作業には、鉛酸とニッケルカドミウム以外の技術の設置要件に適切に対処するための NEC 第 480 条の更新が含まれます。さらに、NFPA 855 規格は、特に UPS であろうと ESS であろうと、定置型アプリケーションで使用されるさまざまなテクノロジーに関する防火規制をより明確にするためにさらに更新する必要があります。

著者は、従来の UPS と ESS のどちらが使用されているかに関係なく、継続的な変更により業界の安全性が向上することを期待しています。エネルギー貯蔵ソリューションが大幅かつ急速に普及する中、製品の本質安全性に取り組むことは、安全性の革新を解き放ち、社会のニーズを満たすために重要です。