كم تعرف عن بيس؟

نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) هو نظام بطارية واسع النطاق يعتمد على الاتصال بالشبكة، ويستخدم لتخزين الكهرباء والطاقة. فهو يجمع بين بطاريات متعددة معًا لتكوين جهاز متكامل لتخزين الطاقة.

1. خلية البطارية: كجزء من نظام البطارية، تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.

2. وحدة البطارية: تتكون من خلايا بطارية متصلة متسلسلة ومتوازية متعددة، وتتضمن نظام إدارة البطارية (MBMS) لمراقبة تشغيل خلايا البطارية.

3. مجموعة البطارية: تستخدم لاستيعاب الوحدات المتصلة بالسلسلة المتعددة ووحدات حماية البطارية (BPU)، المعروفة أيضًا باسم وحدة التحكم في مجموعة البطارية. يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) لمجموعة البطاريات بمراقبة الجهد ودرجة الحرارة وحالة الشحن للبطاريات مع تنظيم دورات الشحن والتفريغ.

4. حاوية تخزين الطاقة: يمكن أن تحمل مجموعات بطاريات متعددة متصلة بشكل متوازي وقد تكون مجهزة بمكونات إضافية أخرى لإدارة البيئة الداخلية للحاوية أو التحكم فيها.

5. نظام تحويل الطاقة (PCS): يتم تحويل التيار المباشر (DC) الناتج عن البطاريات إلى تيار متردد (AC) من خلال PCS أو محولات ثنائية الاتجاه لنقله إلى شبكة الطاقة (المرافق أو المستخدمين النهائيين). عند الضرورة، يمكن لهذا النظام أيضًا استخراج الطاقة من الشبكة لشحن البطاريات.

ما هو مبدأ عمل أنظمة تخزين طاقة البطارية (BESS)؟

يتضمن مبدأ عمل نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) بشكل أساسي ثلاث عمليات: الشحن والتخزين والتفريغ. أثناء عملية الشحن، يقوم نظام BESS بتخزين الطاقة الكهربائية في البطارية من خلال مصدر طاقة خارجي. يمكن أن يكون التنفيذ إما بالتيار المباشر أو بالتيار المتردد، اعتمادًا على تصميم النظام ومتطلبات التطبيق. عندما تكون هناك طاقة كافية يوفرها مصدر الطاقة الخارجي، يقوم BESS بتحويل الطاقة الزائدة إلى طاقة كيميائية ويخزنها في بطاريات قابلة لإعادة الشحن في شكل متجدد داخليًا. أثناء عملية التخزين، عندما لا يكون هناك إمدادات خارجية كافية أو غير متوفرة، يحتفظ BESS بالطاقة المخزنة المشحونة بالكامل ويحافظ على استقرارها للاستخدام المستقبلي. أثناء عملية التفريغ، عندما تكون هناك حاجة لاستخدام الطاقة المخزنة، يطلق BESS كمية مناسبة من الطاقة وفقًا للطلب لتشغيل الأجهزة المختلفة أو المحركات أو أشكال الأحمال الأخرى.

ما هي فوائد وتحديات استخدام BESS؟

يمكن لـ BESS توفير العديد من المزايا والخدمات لنظام الطاقة، مثل:

1. تعزيز تكامل الطاقة المتجددة: يمكن لـ BESS تخزين الطاقة المتجددة الزائدة خلال فترات التوليد العالي وانخفاض الطلب، وإطلاقها خلال فترات التوليد المنخفض وارتفاع الطلب. وهذا يمكن أن يقلل من تقليص الرياح، ويحسن معدل استخدامها، ويزيل تقطعها وتقلبها.

2. تحسين جودة الطاقة وموثوقيتها: يمكن أن يوفر نظام BESS استجابة سريعة ومرنة لتقلبات الجهد والتردد والتوافقيات ومشكلات جودة الطاقة الأخرى. يمكن أن يعمل أيضًا كمصدر طاقة احتياطي ويدعم وظيفة البدء الأسود أثناء انقطاع الشبكة أو حالات الطوارئ.

3. تقليل ذروة الطلب: يمكن لـ BESS الشحن خلال ساعات خارج الذروة عندما تكون أسعار الكهرباء منخفضة، والتفريغ خلال ساعات الذروة عندما تكون الأسعار مرتفعة. وهذا يمكن أن يقلل من ذروة الطلب، ويخفض تكاليف الكهرباء، ويؤخر الحاجة إلى توسيع قدرة التوليد الجديد أو تحديث النقل.

4. خفض انبعاثات الغازات الدفيئة: يمكن أن يؤدي نظام BESS إلى تقليل الاعتماد على التوليد المعتمد على الوقود الأحفوري، خاصة خلال فترات الذروة، مع زيادة حصة الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة. وهذا يساعد على تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة والتخفيف من آثار تغير المناخ.

ومع ذلك، يواجه BESS أيضًا بعض التحديات، مثل:

1. التكلفة العالية: بالمقارنة مع مصادر الطاقة الأخرى، لا يزال نظام BESS مكلفًا نسبيًا، خاصة من حيث التكاليف الرأسمالية، وتكاليف التشغيل والصيانة، وتكاليف دورة الحياة. تعتمد تكلفة BESS على العديد من العوامل مثل نوع البطارية وحجم النظام والتطبيق وظروف السوق. مع نضوج التكنولوجيا وتوسيع نطاقها، من المتوقع أن تنخفض تكلفة BESS في المستقبل ولكنها قد تظل عائقًا أمام اعتمادها على نطاق واسع.

2. قضايا السلامة: يتضمن نظام BESS جهدًا عاليًا وتيارًا كبيرًا ودرجة حرارة عالية مما يشكل مخاطر محتملة مثل مخاطر الحرائق والانفجارات والصدمات الكهربائية وما إلى ذلك. ويحتوي نظام BESS أيضًا على مواد خطرة مثل المعادن والأحماض والإلكتروليتات التي يمكن أن تسبب مخاطر بيئية وصحية إذا لم يتم التعامل معها أو التخلص منها بشكل صحيح. مطلوب معايير ولوائح وإجراءات السلامة الصارمة لضمان التشغيل الآمن وإدارة BESS.

5. الأثر البيئي: قد يكون لـ BESS آثار سلبية على البيئة بما في ذلك استنزاف الموارد، وقضايا استخدام الأراضي، ومشاكل استخدام المياه، وتوليد النفايات، ومخاوف التلوث. ويتطلب BESS كميات كبيرة من المواد الخام مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل والنحاس وما إلى ذلك، والتي هي نادر عالميًا مع توزيع غير متساوٍ. يستهلك BESS أيضًا الماء والأرض لتركيب وتشغيل تصنيع التعدين. ويولد BESS نفايات وانبعاثات طوال دورة حياته مما قد يؤثر على جودة التربة والهواء والماء. ويجب أخذ التأثيرات البيئية في الاعتبار اعتماد ممارسات مستدامة لتقليل آثارها قدر الإمكان.

ما هي التطبيقات الرئيسية وحالات الاستخدام لـ BESS؟

يستخدم BESS على نطاق واسع في مختلف الصناعات والتطبيقات، مثل توليد الطاقة، ومرافق تخزين الطاقة، وخطوط النقل والتوزيع في نظام الطاقة، وكذلك المركبات الكهربائية والأنظمة البحرية في قطاع النقل. كما يتم استخدامه في أنظمة تخزين طاقة البطاريات للمباني السكنية والتجارية. يمكن لهذه الأنظمة تلبية احتياجات تخزين الطاقة الفائضة وتوفير قدرة احتياطية لتخفيف التحميل الزائد على خطوط النقل والتوزيع مع منع الازدحام في نظام النقل. يلعب BESS دورًا حاسمًا في الشبكات الصغيرة، وهي شبكات طاقة موزعة متصلة بالشبكة الرئيسية أو تعمل بشكل مستقل. يمكن للشبكات الصغيرة المستقلة الموجودة في المناطق النائية الاعتماد على BESS جنبًا إلى جنب مع مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة لتحقيق توليد مستقر للكهرباء مع المساعدة في تجنب التكاليف المرتفعة المرتبطة بمحركات الديزل وقضايا تلوث الهواء. يأتي BESS بأحجام وتكوينات مختلفة، وهو مناسب لكل من المعدات المنزلية صغيرة الحجم وأنظمة المرافق واسعة النطاق. يمكن تركيبها في مواقع مختلفة بما في ذلك المنازل والمباني التجارية والمحطات الفرعية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون بمثابة مصادر طاقة احتياطية في حالات الطوارئ أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

ما هي أنواع البطاريات المختلفة المستخدمة في BESS؟

1. بطاريات الرصاص الحمضية هي أكثر أنواع البطاريات استخدامًا، وتتكون من ألواح الرصاص وإلكتروليت حمض الكبريتيك. تحظى بتقدير كبير بسبب تكلفتها المنخفضة وتقنيتها الناضجة وعمرها الطويل، ويتم تطبيقها بشكل أساسي في مجالات مثل بطاريات التشغيل ومصادر الطاقة في حالات الطوارئ وتخزين الطاقة على نطاق صغير.

2. بطاريات الليثيوم أيون، وهي من أشهر أنواع البطاريات وأكثرها تطوراً، تتكون من أقطاب كهربائية موجبة وسالبة مصنوعة من معدن الليثيوم أو مواد مركبة مع المذيبات العضوية. لديهم مزايا مثل كثافة الطاقة العالية، والكفاءة العالية، والأثر البيئي المنخفض؛ تلعب دورًا حاسمًا في الأجهزة المحمولة والمركبات الكهربائية وتطبيقات تخزين الطاقة الأخرى.

3. بطاريات التدفق هي أجهزة تخزين طاقة قابلة لإعادة الشحن تعمل باستخدام الوسائط السائلة المخزنة في الخزانات الخارجية. وتشمل خصائصها كثافة طاقة منخفضة ولكن كفاءة عالية وعمر خدمة طويل.

4. بالإضافة إلى هذه الخيارات المذكورة أعلاه، هناك أيضًا أنواع أخرى من BESS متاحة للاختيار مثل بطاريات الصوديوم والكبريت، وبطاريات النيكل والكادميوم، والمكثفات الفائقة؛ يمتلك كل منها خصائص وأداء مختلفًا مناسبًا لسيناريوهات مختلفة.