ما الذي يجب أن تعرفه عند اختيار جهاز تخزين طاقة البطارية؟

بحلول عام 2024، أدى ازدهار سوق تخزين الطاقة العالمية إلى الاعتراف التدريجي بالقيمة الحرجة لـأنظمة تخزين طاقة البطارياتفي أسواق مختلفة، وخاصةً في سوق الطاقة الشمسية، الذي أصبح تدريجيًا جزءًا مهمًا من الشبكة. نظرًا لطبيعة الطاقة الشمسية المتقطعة، فإن إمدادها غير مستقر، وتستطيع أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات تنظيم التردد، مما يُحقق توازنًا فعالًا في تشغيل الشبكة. في المستقبل، ستلعب أجهزة تخزين الطاقة دورًا أكثر أهمية في توفير الطاقة القصوى وتأجيل الحاجة إلى استثمارات باهظة التكلفة في مرافق التوزيع والنقل والتوليد.

انخفضت تكلفة أنظمة تخزين الطاقة الشمسية والبطاريات انخفاضًا كبيرًا خلال العقد الماضي. في العديد من الأسواق، تُقوّض تطبيقات الطاقة المتجددة تدريجيًا القدرة التنافسية لمصادر الطاقة الأحفورية والنووية التقليدية. فبينما كان يُعتقد على نطاق واسع أن تكلفة توليد الطاقة المتجددة باهظة، أصبحت اليوم تكلفة بعض مصادر الطاقة الأحفورية أعلى بكثير من تكلفة توليد الطاقة المتجددة.

بالإضافة إلى ذلك،يمكن لمزيج من مرافق الطاقة الشمسية والتخزين توفير الطاقة للشبكة، لتحل محل محطات الطاقة التي تعمل بالغاز الطبيعي. مع انخفاض تكاليف الاستثمار في محطات الطاقة الشمسية بشكل كبير وعدم تكبد تكاليف وقود طوال دورة حياتها، يوفر هذا المزيج بالفعل طاقة بتكلفة أقل من مصادر الطاقة التقليدية. عند دمج محطات الطاقة الشمسية مع أنظمة تخزين البطاريات، يمكن استخدام طاقتها لفترات زمنية محددة، كما أن سرعة استجابة البطاريات تتيح لمشاريعها الاستجابة بمرونة لاحتياجات كل من سوق الطاقة وسوق الخدمات المساعدة.

حالياً،تسيطر بطاريات الليثيوم أيون المعتمدة على تقنية فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) على سوق تخزين الطاقة.تُستخدم هذه البطاريات على نطاق واسع نظرًا لسلامتها العالية وعمرها الافتراضي الطويل وأدائها الحراري المستقر. على الرغم من كثافة طاقةبطاريات فوسفات الحديد الليثيومعلى الرغم من أن تكلفة بطاريات الليثيوم أقل قليلاً من تكلفة أنواع أخرى من البطاريات، إلا أنها حققت تقدماً ملحوظاً في تحسين عمليات الإنتاج، وتحسين كفاءة التصنيع، وخفض التكاليف. ومن المتوقع أن ينخفض ​​سعر بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم أكثر بحلول عام 2030، مع استمرار ازدياد قدرتها التنافسية في سوق تخزين الطاقة.

مع النمو السريع في الطلب على المركبات الكهربائية،نظام تخزين الطاقة السكنية, نظام تخزين الطاقة C&Iفي أنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق، تُعدّ بطاريات Li-FePO4 خيارًا موثوقًا بفضل مزاياها من حيث التكلفة وعمرها الافتراضي وسلامتها. ورغم أن أهدافها المتعلقة بكثافة الطاقة قد لا تكون بنفس أهمية أهداف البطاريات الكيميائية الأخرى، إلا أن مزاياها المتعلقة بالسلامة وطول العمر الافتراضي تُمكّنها من التواجد في التطبيقات التي تتطلب موثوقية طويلة الأمد.

العوامل التي يجب مراعاتها عند نشر معدات تخزين طاقة البطاريات

هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند استخدام معدات تخزين الطاقة. تعتمد قوة ومدة نظام تخزين الطاقة بالبطارية على الغرض منه في المشروع. ويتحدد غرض المشروع بقيمته الاقتصادية، التي تعتمد بدورها على السوق الذي يشارك فيه نظام تخزين الطاقة. ويحدد هذا السوق في النهاية كيفية توزيع البطارية للطاقة، وشحنها أو تفريغها، ومدة عملها. لذا، فإن قوة ومدة عمل البطارية لا تحددان فقط تكلفة الاستثمار في نظام تخزين الطاقة، بل أيضًا عمر التشغيل.

قد تكون عملية شحن وتفريغ نظام تخزين طاقة البطارية مربحة في بعض الأسواق. في حالات أخرى، لا يتطلب الأمر سوى تكلفة الشحن، وهي تكلفة إدارة أعمال تخزين الطاقة. يختلف مقدار ومعدل الشحن عن مقدار التفريغ.

على سبيل المثال، في منشآت تخزين الطاقة الشمسية والبطاريات على نطاق الشبكة، أو في تطبيقات أنظمة التخزين من جانب العميل التي تستخدم الطاقة الشمسية، يستخدم نظام تخزين البطاريات الطاقة من منشأة توليد الطاقة الشمسية للتأهل للحصول على ائتمانات ضريبية استثمارية (ITCs). على سبيل المثال، هناك فروق دقيقة في مفهوم الدفع مقابل الشحن لأنظمة تخزين الطاقة في هيئات النقل الإقليمية (RTOs). في مثال ائتمانات ضريبية استثمارية (ITC)، يزيد نظام تخزين البطاريات من قيمة حقوق الملكية للمشروع، مما يزيد من معدل العائد الداخلي للمالك. أما في مثال PJM، فيدفع نظام تخزين البطاريات تكاليف الشحن والتفريغ، لذا فإن تعويض الاسترداد يتناسب طرديًا مع إنتاجه الكهربائي.

يبدو من غير المنطقي القول إن قوة البطارية ومدتها تحددان عمرها الافتراضي. هناك عوامل عدة، مثل القوة والمدة وعمر البطارية، تجعل تقنيات تخزين البطاريات مختلفة عن تقنيات الطاقة الأخرى. تُشكل البطارية جوهر نظام تخزين طاقة البطاريات. وكما هو الحال مع الخلايا الشمسية، تتدهور موادها بمرور الوقت، مما يُقلل من أدائها. تفقد الخلايا الشمسية قدرتها على إنتاج الطاقة وكفاءتها، بينما يؤدي تدهور البطارية إلى فقدان سعة تخزين الطاقة.في حين أن أنظمة الطاقة الشمسية يمكن أن تدوم لمدة تتراوح بين 20 إلى 25 عامًا، فإن أنظمة تخزين البطاريات تدوم عادةً لمدة تتراوح بين 10 إلى 15 عامًا فقط.

ينبغي مراعاة تكاليف الاستبدال في أي مشروع. تعتمد إمكانية الاستبدال على إنتاجية المشروع وظروف تشغيله.

ما هي العوامل الأربعة الرئيسية التي تؤدي إلى انخفاض أداء البطارية؟

• درجة حرارة تشغيل البطارية
• تيار البطارية
• متوسط ​​حالة شحن البطارية (SOC)
• تذبذب حالة شحن البطارية المتوسطة (SOC)، أي الفترة الزمنية لحالة شحن البطارية المتوسطة (SOC) التي تكون فيها البطارية في معظم الأوقات. يرتبط العاملان الثالث والرابع ببعضهما.

هناك استراتيجيتان لإدارة عمر البطارية في المشروع.الاستراتيجية الأولى هي تقليل حجم البطارية إذا كان المشروع مدعومًا بالإيرادات وخفض تكلفة الاستبدال المستقبلية المخطط لها. في العديد من الأسواق، يمكن للإيرادات المخطط لها أن تدعم تكاليف الاستبدال المستقبلية. بشكل عام، يجب مراعاة التخفيضات المستقبلية في تكلفة المكونات عند تقدير تكاليف الاستبدال المستقبلية، وهو ما يتوافق مع تجربة السوق على مدى السنوات العشر الماضية. الاستراتيجية الثانية هي زيادة حجم البطارية لتقليل إجمالي تيارها (أو معدل C، والذي يُعرّف ببساطة بأنه الشحن أو التفريغ في الساعة) من خلال استخدام خلايا متوازية. تميل تيارات الشحن والتفريغ المنخفضة إلى إنتاج درجات حرارة أقل لأن البطارية تولد حرارة أثناء الشحن والتفريغ. إذا كانت هناك طاقة زائدة في نظام تخزين البطارية وتم استخدام طاقة أقل، فسيتم تقليل كمية شحن وتفريغ البطارية وإطالة عمرها.

شحن/تفريغ البطارية هو مصطلح أساسي.عادةً ما تستخدم صناعة السيارات "الدورات" كمقياس لعمر البطارية. في تطبيقات تخزين الطاقة الثابتة، من المرجح أن تكون البطاريات ذات دورة جزئية، أي أنها قد تكون مشحونة جزئيًا أو مفرغة جزئيًا، بحيث تكون كل عملية شحن وتفريغ غير كافية.

طاقة البطارية المتوفرة.قد تعمل تطبيقات أنظمة تخزين الطاقة أقل من مرة واحدة يوميًا، وقد تتجاوز هذا المقياس، حسب تطبيق السوق. لذلك، ينبغي على الموظفين تحديد عمر البطارية من خلال تقييم إنتاجيتها.

عمر جهاز تخزين الطاقة والتحقق منه

يتكون اختبار جهاز تخزين الطاقة من منطقتين رئيسيتين.أولاً، يعد اختبار خلايا البطارية أمرًا بالغ الأهمية لتقييم عمر نظام تخزين طاقة البطارية.يكشف اختبار خلايا البطارية عن نقاط القوة والضعف في خلايا البطارية ويساعد المشغلين على فهم كيفية دمج البطاريات في نظام تخزين الطاقة وما إذا كان هذا التكامل مناسبًا.

تساعد التكوينات المتسلسلة والمتوازية لخلايا البطارية على فهم كيفية عمل نظام البطارية وكيفية تصميمه.تسمح خلايا البطارية المتصلة على التوالي بتراكم جهد البطارية، مما يعني أن جهد نظام البطارية مع خلايا بطارية متعددة متصلة على التوالي يساوي جهد خلية البطارية الفردية مضروبًا في عدد الخلايا. توفر هياكل البطاريات المتصلة على التوالي مزايا التكلفة، ولكن لها أيضًا بعض العيوب. عند توصيل البطاريات على التوالي، تسحب الخلايا الفردية نفس التيار مثل حزمة البطارية. على سبيل المثال، إذا كان لخلية واحدة جهد أقصى قدره 1 فولت وتيار أقصى قدره 1 أمبير، فإن 10 خلايا متصلة على التوالي لها جهد أقصى قدره 10 فولت، ولكن لا يزال لديها تيار أقصى قدره 1 أمبير، للحصول على طاقة إجمالية قدرها 10 فولت * 1 أمبير = 10 واط. عند الاتصال على التوالي، يواجه نظام البطارية تحديًا في مراقبة الجهد. يمكن إجراء مراقبة الجهد على حزم البطاريات المتصلة على التوالي لتقليل التكاليف، ولكن من الصعب اكتشاف التلف أو انخفاض سعة الخلايا الفردية.

من ناحية أخرى، تسمح البطاريات المتوازية بتراكم التيار، أي أن جهد حزمة البطاريات المتوازية يساوي جهد الخلية الواحدة، وتيار النظام يساوي تيار الخلية الواحدة مضروبًا في عدد الخلايا المتوازية. على سبيل المثال، إذا استُخدمت البطارية نفسها 1 فولت و1 أمبير، يمكن توصيل بطاريتين على التوازي، مما يُقلل التيار إلى النصف، ثم يمكن توصيل 10 أزواج من البطاريات المتوازية على التوالي لتحقيق جهد 10 فولت عند جهد 1 فولت وتيار 1 أمبير، ولكن هذا أكثر شيوعًا في التركيب المتوازي.

يُعدّ هذا الفرق بين طرق توصيل البطاريات على التوالي والتوازي أمرًا بالغ الأهمية عند النظر في ضمانات سعة البطارية أو سياسات الضمان. تتدرج العوامل التالية في التسلسل الهرمي وتؤثر في النهاية على عمر البطارية:ميزات السوق ➜ سلوك الشحن/التفريغ ➜ قيود النظام ➜ سلسلة البطاريات والهندسة المتوازية.لذلك، لا يُعدّ اسم سعة البطارية مؤشرًا على احتمال وجود زيادة في سعة نظام تخزين البطارية. يُعدّ وجود زيادة في سعة البطارية أمرًا بالغ الأهمية لضمان البطارية، إذ يُحدد تيار البطارية ودرجة حرارتها (درجة حرارة بقاء الخلية ضمن نطاق SOC)، بينما يُحدد التشغيل اليومي عمر البطارية.

يعد اختبار النظام مكملاً لاختبار خلايا البطارية وغالبًا ما يكون أكثر قابلية للتطبيق لمتطلبات المشروع التي توضح التشغيل السليم لنظام البطارية.

للوفاء بالعقود، عادةً ما يُطوّر مُصنّعو بطاريات تخزين الطاقة بروتوكولات اختبار تشغيل في المصنع أو الموقع للتحقق من أداء النظام والأنظمة الفرعية، ولكنهم قد لا يُعالجون خطر تجاوز أداء نظام البطارية لعمرها الافتراضي. من النقاشات الشائعة حول التشغيل الميداني شروط اختبار السعة ومدى ملاءمتها لتطبيق نظام البطارية.

أهمية اختبار البطارية

بعد أن تُجري شركة DNV GL اختبارًا للبطارية، تُدمج البيانات في سجل أداء البطارية السنوي، الذي يُوفر بيانات مستقلة لمشتري أنظمة البطاريات. يُظهر السجل كيفية استجابة البطارية لأربعة ظروف تطبيق: درجة الحرارة، والتيار، ومتوسط ​​حالة الشحن (SOC)، وتقلبات متوسط ​​حالة الشحن (SOC).

يُقارن هذا الاختبار أداء البطارية بتكوينها التسلسلي المتوازي، وقيود النظام، وسلوك الشحن والتفريغ في السوق، ووظائفه. وتتحقق هذه الخدمة الفريدة بشكل مستقل من مسؤولية مُصنّعي البطاريات وتقييمهم الدقيق لضماناتهم، مما يُمكّن مالكي أنظمة البطاريات من إجراء تقييم مُستنير لمدى تعرضهم للمخاطر الفنية.

اختيار مورد معدات تخزين الطاقة

من أجل تحقيق رؤية تخزين البطارية،اختيار المورد أمر بالغ الأهميةلذا، فإن العمل مع خبراء فنيين موثوقين، يدركون جميع جوانب تحديات وفرص المرافق العامة، هو أفضل سبيل لنجاح المشروع. ينبغي أن يضمن اختيار مورد أنظمة تخزين البطاريات استيفاء النظام لمعايير الاعتماد الدولية. على سبيل المثال، تم اختبار أنظمة تخزين البطاريات وفقًا لمعيار UL9450A، وتتوفر تقارير الاختبار للمراجعة. قد لا يتضمن المنتج الأساسي للشركة المصنعة أي متطلبات أخرى خاصة بالموقع، مثل الكشف عن الحرائق والحماية منها أو التهوية، ويجب تصنيفها كإضافة إلزامية.

باختصار، يمكن استخدام أجهزة تخزين الطاقة على نطاق المرافق لتوفير تخزين الطاقة الكهربائية ودعم حلول الطاقة عند نقطة التحميل، ووقت الذروة، وحلول الطاقة المتقطعة. تُستخدم هذه الأنظمة في العديد من المناطق التي تُعتبر فيها أنظمة الوقود الأحفوري و/أو التحديثات التقليدية غير فعالة أو غير عملية أو مكلفة. هناك عوامل عديدة تؤثر على نجاح تطوير هذه المشاريع وجدواها المالية.

من المهم العمل مع شركة تصنيع بطاريات تخزين موثوقة.شركة BSLBATT Energy رائدة في سوق حلول تخزين البطاريات الذكية، حيث تُصمّم وتُصنّع وتُقدّم حلولاً هندسية متطورة لتطبيقات متخصصة. وتتمحور رؤية الشركة حول مساعدة العملاء على حل مشاكل الطاقة الفريدة التي تؤثر على أعمالهم، وتتميّز BSLBATT بخبرتها الواسعة في توفير حلول مُصمّمة خصيصاً لتلبية احتياجاتهم.