باز کردن قفل اصطلاحات باتری ذخیره انرژی: یک راهنمای فنی جامع

سیستم‌های باتری ذخیره انرژی (ESS)با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی پایدار و پایداری شبکه، باتری‌ها نقش فزاینده‌ای ایفا می‌کنند. چه از آنها برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه، کاربردهای تجاری و صنعتی یا پکیج‌های خورشیدی مسکونی استفاده شود، درک اصطلاحات فنی کلیدی باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی برای برقراری ارتباط مؤثر، ارزیابی عملکرد و تصمیم‌گیری آگاهانه ضروری است.

با این حال، اصطلاحات تخصصی در حوزه ذخیره انرژی بسیار گسترده و گاهی اوقات دلهره‌آور است. هدف از این مقاله ارائه یک راهنمای جامع و آسان برای درک است که واژگان فنی اصلی در زمینه باتری‌های ذخیره انرژی را توضیح می‌دهد تا به شما در درک بهتر این فناوری حیاتی کمک کند.

مفاهیم پایه و واحدهای الکتریکی

درک باتری‌های ذخیره انرژی با برخی مفاهیم و واحدهای الکتریکی پایه آغاز می‌شود.

ولتاژ (ولت)

توضیح: ولتاژ یک کمیت فیزیکی است که توانایی نیروی میدان الکتریکی را برای انجام کار اندازه‌گیری می‌کند. به عبارت ساده، این «اختلاف پتانسیل» است که جریان الکتریسیته را هدایت می‌کند. ولتاژ یک باتری، «نیروی رانش» قابل ارائه توسط آن را تعیین می‌کند.

مرتبط با ذخیره انرژی: ولتاژ کل یک سیستم باتری معمولاً مجموع ولتاژ چندین سلول سری است. کاربردهای مختلف (مثلاًسیستم‌های خانگی ولتاژ پایین or سیستم‌های کنترل و نظارت ولتاژ بالا) به باتری‌هایی با ولتاژهای مختلف نیاز دارند.

جریان (A)

توضیح: جریان، نرخ حرکت جهت‌دار بار الکتریکی، یا همان «جریان» الکتریسیته است. واحد آن آمپر (A) است.

ارتباط با ذخیره انرژی: فرآیند شارژ و دشارژ باتری، جریان است. مقدار جریان، میزان توانی را که باتری می‌تواند در یک زمان معین تولید کند، تعیین می‌کند.

توان (توان، وات یا کیلووات/مگاوات)

توضیح: توان، نرخ تبدیل یا انتقال انرژی است. این نرخ برابر است با ولتاژ ضربدر جریان (P = V × I). واحد آن وات (W) است که معمولاً در سیستم‌های ذخیره انرژی به صورت کیلووات (kW) یا مگاوات (MW) استفاده می‌شود.

مرتبط با ذخیره انرژی: ظرفیت توان یک سیستم باتری، سرعت تأمین یا جذب انرژی الکتریکی را تعیین می‌کند. به عنوان مثال، کاربردهای تنظیم فرکانس به ظرفیت توان بالا نیاز دارند.

انرژی (انرژی، وات ساعت یا کیلووات ساعت/مگاوات ساعت)

توضیح: انرژی توانایی یک سیستم برای انجام کار است. این عبارت حاصلضرب توان در زمان است (E = P × t). واحد آن وات ساعت (Wh) است و کیلووات ساعت (kWh) یا مگاوات ساعت (MWh) معمولاً در سیستم‌های ذخیره انرژی استفاده می‌شوند.

مرتبط با ذخیره انرژی: ظرفیت انرژی معیاری از کل مقدار انرژی الکتریکی است که یک باتری می‌تواند ذخیره کند. این معیار تعیین می‌کند که سیستم چه مدت می‌تواند به تأمین انرژی ادامه دهد.

اصطلاحات کلیدی عملکرد و توصیف باتری

این اصطلاحات مستقیماً معیارهای عملکرد باتری‌های ذخیره انرژی را منعکس می‌کنند.

ظرفیت (آه)

توضیح: ظرفیت، کل مقدار باری است که یک باتری می‌تواند تحت شرایط خاص آزاد کند و با ... اندازه‌گیری می‌شود.آمپر ساعت (آه)معمولاً به ظرفیت نامی باتری اشاره دارد.

مرتبط با ذخیره انرژی: ظرفیت ارتباط نزدیکی با ظرفیت انرژی باتری دارد و مبنای محاسبه ظرفیت انرژی است (ظرفیت انرژی ≈ ظرفیت × ولتاژ متوسط).

ظرفیت انرژی (کیلووات ساعت)

توضیح: کل مقدار انرژی که یک باتری می‌تواند ذخیره و آزاد کند، که معمولاً با واحد کیلووات ساعت (kWh) یا مگاوات ساعت (MWh) بیان می‌شود. این یک معیار کلیدی برای اندازه‌گیری اندازه یک سیستم ذخیره انرژی است.

مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: مدت زمانی که یک سیستم می‌تواند یک بار را تغذیه کند یا میزان انرژی تجدیدپذیر قابل ذخیره را تعیین می‌کند.

ظرفیت برق (کیلووات یا مگاوات)

توضیح: حداکثر توان خروجی که یک سیستم باتری می‌تواند ارائه دهد یا حداکثر توان ورودی که می‌تواند در هر لحظه دریافت کند، که بر حسب کیلووات (kW) یا مگاوات (MW) بیان می‌شود.

مربوط به ذخیره‌سازی انرژی: تعیین می‌کند که یک سیستم چه میزان پشتیبانی توان را می‌تواند برای مدت کوتاهی ارائه دهد، مثلاً برای مقابله با بارهای زیاد آنی یا نوسانات شبکه.

چگالی انرژی (وات ساعت/کیلوگرم یا وات ساعت/لیتر)

توضیح: میزان انرژی که یک باتری می‌تواند در واحد جرم (Wh/kg) یا در واحد حجم (Wh/L) ذخیره کند را اندازه‌گیری می‌کند.

ارتباط با ذخیره‌سازی انرژی: برای کاربردهایی که فضا یا وزن محدود است، مانند وسایل نقلیه الکتریکی یا سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی فشرده، مهم است. چگالی انرژی بالاتر به این معنی است که می‌توان انرژی بیشتری را در همان حجم یا وزن ذخیره کرد.

چگالی توان (وات/کیلوگرم یا وات/لیتر)

توضیح: حداکثر توانی را که یک باتری می‌تواند به ازای واحد جرم (W/kg) یا واحد حجم (W/L) ارائه دهد، اندازه‌گیری می‌کند.

مربوط به ذخیره انرژی: برای کاربردهایی که نیاز به شارژ و دشارژ سریع دارند، مانند تنظیم فرکانس یا توان راه اندازی، مهم است.

نرخ C

توضیح: نرخ C نشان دهنده نرخ شارژ و دشارژ باتری به صورت مضربی از ظرفیت کل آن است. 1C به این معنی است که باتری در 1 ساعت به طور کامل شارژ یا دشارژ می‌شود؛ 0.5C به معنی 2 ساعت و 2C به معنی 0.5 ساعت است.

مربوط به ذخیره انرژی: نرخ شارژ (C-rate) یک معیار کلیدی برای ارزیابی توانایی باتری در شارژ و دشارژ سریع است. کاربردهای مختلف به عملکرد نرخ شارژ متفاوتی نیاز دارند. دشارژهای با نرخ شارژ بالا معمولاً منجر به کاهش جزئی ظرفیت و افزایش تولید گرما می‌شوند.

وضعیت شارژ (SOC)

توضیح: درصد (%) ظرفیت کل باتری را که در حال حاضر باقی مانده است نشان می‌دهد.

مرتبط با ذخیره انرژی: مشابه نشانگر سوخت خودرو، نشان می‌دهد که باتری چقدر دوام می‌آورد یا چقدر باید شارژ شود.

عمق تخلیه (DOD)

توضیح: درصد (%) از کل ظرفیت باتری را که در حین دشارژ آزاد می‌شود، نشان می‌دهد. برای مثال، اگر از ۱۰۰٪ SOC به ۲۰٪ SOC بروید، DOD برابر با ۸۰٪ است.

ارتباط با ذخیره انرژی: DOD تأثیر قابل توجهی بر طول عمر باتری دارد و دشارژ و شارژ کم (DOD کم) معمولاً برای افزایش طول عمر باتری مفید است.

وضعیت سلامت (SOH)

توضیح: درصد عملکرد فعلی باتری (مثلاً ظرفیت، مقاومت داخلی) را نسبت به یک باتری کاملاً نو نشان می‌دهد که میزان فرسودگی و تخریب باتری را منعکس می‌کند. معمولاً، SOH کمتر از ۸۰٪ به معنای پایان عمر باتری در نظر گرفته می‌شود.

ارتباط با ذخیره انرژی: SOH یک شاخص کلیدی برای ارزیابی عمر باقیمانده و عملکرد یک سیستم باتری است.

اصطلاحات مربوط به عمر باتری و فرسودگی آن

درک محدودیت‌های عمر باتری‌ها، کلید ارزیابی اقتصادی و طراحی سیستم است.

چرخه عمر

توضیح: تعداد چرخه‌های کامل شارژ/دشارژ که یک باتری می‌تواند تحت شرایط خاص (مثلاً DOD خاص، دما، نرخ C) تحمل کند تا ظرفیت آن به درصدی از ظرفیت اولیه‌اش (معمولاً ۸۰٪) کاهش یابد.

مربوط به ذخیره انرژی: این یک معیار مهم برای ارزیابی عمر باتری در سناریوهای استفاده مکرر (مثلاً تنظیم شبکه، چرخه روزانه) است. عمر چرخه بالاتر به معنای باتری بادوام‌تر است.

تقویم زندگی

توضیح: کل عمر یک باتری از زمان تولید آن، حتی اگر از آن استفاده نشود، به طور طبیعی با گذشت زمان فرسوده می‌شود. این امر تحت تأثیر دما، SOC نگهداری و سایر عوامل قرار می‌گیرد.

ارتباط با ذخیره انرژی: برای کاربردهای برق پشتیبان یا کاربردهای کم‌مصرف، عمر تقویمی ممکن است معیار مهم‌تری نسبت به عمر چرخه‌ای باشد.

تخریب

توضیح: فرآیندی که طی آن عملکرد باتری (مثلاً ظرفیت، توان) در طول چرخه شارژ و با گذشت زمان به طور برگشت‌ناپذیری کاهش می‌یابد.

ارتباط با ذخیره‌سازی انرژی: همه باتری‌ها دچار تخریب می‌شوند. کنترل دما، بهینه‌سازی استراتژی‌های شارژ و دشارژ و استفاده از BMS پیشرفته می‌تواند روند تخریب را کند کند.

محو شدن ظرفیت / محو شدن قدرت

توضیح: این به طور خاص به ترتیب به کاهش حداکثر ظرفیت موجود و کاهش حداکثر توان موجود یک باتری اشاره دارد.

ارتباط با ذخیره انرژی: این دو مورد، اشکال اصلی تخریب باتری هستند که مستقیماً بر ظرفیت ذخیره انرژی و زمان پاسخگویی سیستم تأثیر می‌گذارند.

اصطلاحات مربوط به اجزای فنی و اجزای سیستم

یک سیستم ذخیره انرژی فقط مربوط به خود باتری نیست، بلکه اجزای کلیدی پشتیبان آن نیز اهمیت دارند.

سلول

توضیح: اساسی‌ترین واحد سازنده باتری، که انرژی را از طریق واکنش‌های الکتروشیمیایی ذخیره و آزاد می‌کند. نمونه‌هایی از آن شامل سلول‌های فسفات آهن لیتیوم (LFP) و سلول‌های سه‌تایی لیتیوم (NMC) است.
مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: عملکرد و ایمنی یک سیستم باتری تا حد زیادی به فناوری سلولی مورد استفاده بستگی دارد.

ماژول

توضیح: ترکیبی از چندین سلول متصل به صورت سری و/یا موازی، معمولاً با یک ساختار مکانیکی اولیه و رابط‌های اتصال.
مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: ماژول‌ها واحدهای اساسی برای ساخت بسته‌های باتری هستند که تولید و مونتاژ در مقیاس بزرگ را تسهیل می‌کنند.

بسته باتری

توضیح: یک سلول باتری کامل متشکل از چندین ماژول، سیستم مدیریت باتری (BMS)، سیستم مدیریت حرارتی، اتصالات الکتریکی، سازه‌های مکانیکی و دستگاه‌های ایمنی.
ارتباط با ذخیره‌سازی انرژی: باتری جزء اصلی سیستم ذخیره‌سازی انرژی است و واحدی است که مستقیماً تحویل داده و نصب می‌شود.

سیستم مدیریت باتری (BMS)

توضیح: «مغز» سیستم باتری. این قطعه مسئول نظارت بر ولتاژ، جریان، دما، SOC، SOH و غیره باتری، محافظت از آن در برابر شارژ بیش از حد، دشارژ بیش از حد، دمای بیش از حد و غیره، انجام متعادل‌سازی سلول‌ها و ارتباط با سیستم‌های خارجی است.
مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: سیستم مدیریت باتری (BMS) برای تضمین ایمنی، بهینه‌سازی عملکرد و به حداکثر رساندن عمر سیستم باتری بسیار مهم است و در قلب هر سیستم ذخیره‌سازی انرژی قابل اعتمادی قرار دارد.
(پیشنهاد لینک‌سازی داخلی: به صفحه وب‌سایت خود در مورد فناوری BMS یا مزایای محصول لینک دهید)

سیستم تبدیل توان (PCS) / اینورتر

توضیح: جریان مستقیم (DC) را از باتری به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند تا برق را به شبکه یا بارها تأمین کند، و برعکس (از AC به DC برای شارژ باتری).
مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: PCS پل ارتباطی بین باتری و شبکه/بار است و راندمان و استراتژی کنترل آن مستقیماً بر عملکرد کلی سیستم تأثیر می‌گذارد.

تعادل کارخانه (BOP)

توضیح: به تمام تجهیزات و سیستم‌های پشتیبانی غیر از باتری و PCS، از جمله سیستم‌های مدیریت حرارتی (سرمایش/گرمایش)، سیستم‌های حفاظت در برابر آتش، سیستم‌های امنیتی، سیستم‌های کنترل، کانتینرها یا کابینت‌ها، واحدهای توزیع برق و غیره اشاره دارد.
مرتبط با ذخیره انرژی: BOP تضمین می‌کند که سیستم باتری در یک محیط ایمن و پایدار عمل می‌کند و بخش ضروری ساخت یک سیستم کامل ذخیره انرژی است.

سیستم ذخیره انرژی (ESS) / سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS)

توضیح: به یک سیستم کامل که تمام اجزای لازم مانند بسته‌های باتری، PCS، BMS و BOP و غیره را در خود جای داده است، اشاره دارد. BESS به طور خاص به سیستمی اشاره دارد که از باتری‌ها به عنوان واسطه ذخیره انرژی استفاده می‌کند.
مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: این مرحله، تحویل و استقرار نهایی یک راهکار ذخیره‌سازی انرژی است.

شرایط سناریوی عملیاتی و کاربردی

این اصطلاحات، عملکرد یک سیستم ذخیره انرژی را در یک کاربرد عملی توصیف می‌کنند.

شارژ/دشارژ

توضیح: شارژ، ذخیره انرژی الکتریکی در باتری است؛ دشارژ، آزاد شدن انرژی الکتریکی از باتری است.

مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: عملکرد اساسی یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی.

راندمان رفت و برگشت (RTE)

توضیح: یک معیار کلیدی برای سنجش کارایی یک سیستم ذخیره انرژی. این نسبت (معمولاً به صورت درصد بیان می‌شود) از کل انرژی برداشت شده از باتری به کل انرژی ورودی به سیستم برای ذخیره آن انرژی است. تلفات کارایی عمدتاً در طول فرآیند شارژ/دشارژ و در طول تبدیل PCS رخ می‌دهد.

مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: RTE بالاتر به معنای اتلاف انرژی کمتر و بهبود اقتصاد سیستم است.

اصلاح اوج / تراز کردن بار

توضیح:

کاهش مصرف برق در ساعات اوج مصرف: استفاده از سیستم‌های ذخیره انرژی برای تخلیه برق در ساعات اوج مصرف شبکه، که منجر به کاهش میزان برق خریداری شده از شبکه و در نتیجه کاهش بارهای اوج مصرف و هزینه‌های برق می‌شود.

ترازبندی بار: استفاده از برق ارزان برای شارژ سیستم‌های ذخیره‌سازی در زمان‌های کم‌باری (زمانی که قیمت برق پایین است) و تخلیه آنها در زمان‌های اوج مصرف.

مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: این یکی از رایج‌ترین کاربردهای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در بخش تجاری، صنعتی و شبکه است که برای کاهش هزینه برق یا هموارسازی پروفیل‌های بار طراحی شده است.

تنظیم فرکانس

توضیح: شبکه‌ها باید فرکانس عملیاتی پایداری را حفظ کنند (مثلاً ۵۰ هرتز در چین). وقتی عرضه کمتر از مصرف برق باشد، فرکانس کاهش می‌یابد و وقتی عرضه بیشتر از مصرف برق باشد، فرکانس افزایش می‌یابد. سیستم‌های ذخیره انرژی می‌توانند با جذب یا تزریق برق از طریق شارژ و دشارژ سریع، به تثبیت فرکانس شبکه کمک کنند.

مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: ذخیره‌سازی باتری به دلیل زمان پاسخ سریع، برای تنظیم فرکانس شبکه بسیار مناسب است.

آربیتراژ

توضیح: عملیاتی که از تفاوت قیمت برق در ساعات مختلف روز بهره می‌برد. در زمان‌هایی که قیمت برق پایین است، شارژ و در زمان‌هایی که قیمت برق بالا است، دشارژ انجام می‌شود و از این طریق اختلاف قیمت به دست می‌آید.

مرتبط با ذخیره‌سازی انرژی: این یک مدل سود برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در بازار برق است.

نتیجه‌گیری

درک اصطلاحات فنی کلیدی باتری‌های ذخیره انرژی، دریچه‌ای به سوی این حوزه است. از واحدهای الکتریکی پایه گرفته تا یکپارچه‌سازی سیستم پیچیده و مدل‌های کاربردی، هر اصطلاح، جنبه مهمی از فناوری ذخیره انرژی را نشان می‌دهد.

امید است با توضیحات این مقاله، درک روشن‌تری از باتری‌های ذخیره انرژی به دست آورید تا بتوانید راهکار ذخیره انرژی مناسب برای نیازهای خود را بهتر ارزیابی و انتخاب کنید.

سوالات متداول (FAQ)

تفاوت بین چگالی انرژی و چگالی توان چیست؟

پاسخ: چگالی انرژی، کل مقدار انرژی قابل ذخیره در واحد حجم یا وزن را اندازه‌گیری می‌کند (با تمرکز بر مدت زمان تخلیه)؛ چگالی توان، حداکثر مقدار توان قابل تحویل در واحد حجم یا وزن را اندازه‌گیری می‌کند (با تمرکز بر نرخ تخلیه). به عبارت ساده، چگالی انرژی تعیین می‌کند که چه مدت دوام خواهد داشت و چگالی توان تعیین می‌کند که چقدر می‌تواند «انفجاری» باشد.

چرا عمر چرخه‌ای و عمر تقویمی مهم هستند؟

پاسخ: عمر چرخه‌ای، عمر باتری را تحت استفاده مکرر اندازه‌گیری می‌کند که برای سناریوهای عملیاتی با شدت بالا مناسب است، در حالی که عمر تقویمی، عمر باتری را که به طور طبیعی با گذشت زمان فرسوده می‌شود، اندازه‌گیری می‌کند که برای سناریوهای آماده به کار یا استفاده نادر مناسب است. این دو با هم، عمر کل باتری را تعیین می‌کنند.

وظایف اصلی BMS چیست؟

پاسخ: وظایف اصلی BMS شامل نظارت بر وضعیت باتری (ولتاژ، جریان، دما، SOC، SOH)، حفاظت ایمنی (شارژ بیش از حد، دشارژ بیش از حد، دمای بیش از حد، اتصال کوتاه و غیره)، متعادل‌سازی سلول‌ها و ارتباط با سیستم‌های خارجی است. این سیستم، هسته اصلی تضمین عملکرد ایمن و کارآمد سیستم باتری است.

نرخ C چیست؟ چه کاری انجام می‌دهد؟

پاسخ:نرخ Cنشان دهنده مضرب جریان شارژ و دشارژ نسبت به ظرفیت باتری است. از آن برای اندازه‌گیری نرخ شارژ و دشارژ باتری استفاده می‌شود و بر ظرفیت واقعی، راندمان، تولید گرما و عمر باتری تأثیر می‌گذارد.

آیا اصلاح قیمت در اوج مصرف (Peak Shaving) و آربیتراژ تعرفه‌ای (Terrection Arbitrage Arbit

پاسخ: هر دو حالت عملیاتی هستند که از سیستم‌های ذخیره انرژی برای شارژ و دشارژ در زمان‌های مختلف استفاده می‌کنند. اصلاح اوج مصرف بیشتر بر کاهش بار و هزینه برق برای مشتریان در دوره‌های خاص تقاضای بالا یا هموار کردن منحنی بار شبکه متمرکز است، در حالی که آربیتراژ تعرفه مستقیم‌تر است و از تفاوت تعرفه‌ها بین دوره‌های زمانی مختلف برای خرید و فروش برق برای سود استفاده می‌کند. هدف و تمرکز کمی متفاوت است.