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

بحلول عام 2024، أدى ازدهار سوق تخزين الطاقة العالمية إلى الاعتراف التدريجي بالقيمة الحاسمة للطاقةأنظمة تخزين طاقة البطاريةفي مختلف الأسواق، وخاصة في سوق الطاقة الشمسية، والتي أصبحت تدريجيا جزءا هاما من الشبكة. ونظرًا للطبيعة المتقطعة للطاقة الشمسية، فإن إمداداتها غير مستقرة، كما أن أنظمة تخزين طاقة البطاريات قادرة على توفير تنظيم التردد، وبالتالي تحقيق التوازن الفعال في تشغيل الشبكة. ومن الآن فصاعدا، ستلعب أجهزة تخزين الطاقة دورا أكثر أهمية في توفير القدرة القصوى وتأجيل الحاجة إلى استثمارات مكلفة في مرافق التوزيع والنقل والتوليد.

انخفضت تكلفة أنظمة تخزين الطاقة الشمسية والبطاريات بشكل كبير خلال العقد الماضي. وفي العديد من الأسواق، تعمل تطبيقات الطاقة المتجددة تدريجياً على تقويض القدرة التنافسية لتوليد الطاقة التقليدية الأحفورية والنووية. وفي حين كان من المعتقد على نطاق واسع أن توليد الطاقة المتجددة مكلف للغاية، فإن تكلفة بعض مصادر الطاقة الأحفورية اليوم أعلى بكثير من تكلفة توليد الطاقة المتجددة.

بالإضافة إلى ذلك،يمكن لمجموعة من مرافق الطاقة الشمسية + التخزين توفير الطاقة للشبكةلتحل محل دور محطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز الطبيعي. ومع انخفاض تكاليف الاستثمار في منشآت الطاقة الشمسية بشكل كبير وعدم تكبد تكاليف الوقود طوال دورة حياتها، فإن هذا الدمج يوفر بالفعل الطاقة بتكلفة أقل من مصادر الطاقة التقليدية. عندما يتم دمج مرافق الطاقة الشمسية مع أنظمة تخزين البطاريات، يمكن استخدام طاقتها لفترات زمنية محددة، ويتيح وقت الاستجابة السريع للبطاريات لمشاريعها الاستجابة بمرونة لاحتياجات كل من سوق القدرات وسوق الخدمات الإضافية.

حالياً،تهيمن بطاريات الليثيوم أيون المعتمدة على تقنية فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) على سوق تخزين الطاقة.تُستخدم هذه البطاريات على نطاق واسع نظرًا لسلامتها العالية ودورتها الطويلة وأدائها الحراري المستقر. على الرغم من كثافة الطاقةبطاريات ليثيوم فوسفات الحديدأقل قليلاً من الأنواع الأخرى من بطاريات الليثيوم، إلا أنها حققت تقدمًا كبيرًا من خلال تحسين عمليات الإنتاج وتحسين كفاءة التصنيع وخفض التكاليف. ومن المتوقع أنه بحلول عام 2030، سينخفض ​​سعر بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد بشكل أكبر، بينما ستستمر قدرتها التنافسية في سوق تخزين الطاقة في الزيادة.

ومع النمو السريع للطلب على السيارات الكهربائية،نظام تخزين الطاقة السكنية, نظام تخزين الطاقة C&Iوأنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق، فإن مزايا بطاريات Li-FePO4 من حيث التكلفة والعمر والسلامة تجعلها خيارًا موثوقًا به. في حين أن أهداف كثافة الطاقة الخاصة بها قد لا تكون مهمة مثل تلك الخاصة بالبطاريات الكيميائية الأخرى، إلا أن مزاياها في مجال السلامة وطول العمر تمنحها مكانًا في سيناريوهات التطبيق التي تتطلب موثوقية طويلة المدى.

العوامل التي يجب مراعاتها عند نشر معدات تخزين طاقة البطارية

هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند نشر معدات تخزين الطاقة. تعتمد قوة ومدة نظام تخزين طاقة البطارية على الغرض منه في المشروع. يتم تحديد الغرض من المشروع من خلال قيمته الاقتصادية. وتعتمد قيمته الاقتصادية على السوق الذي يشارك فيه نظام تخزين الطاقة. يحدد هذا السوق في النهاية كيفية توزيع البطارية للطاقة أو شحنها أو تفريغها، ومدة استمرارها. وبالتالي فإن قوة البطارية ومدتها لا تحدد التكلفة الاستثمارية لنظام تخزين الطاقة فحسب، بل تحدد أيضًا العمر التشغيلي.

ستكون عملية شحن وتفريغ نظام تخزين طاقة البطارية مربحة في بعض الأسواق. وفي حالات أخرى، لا يلزم سوى تكلفة الشحن، وتكلفة الشحن هي تكلفة إجراء أعمال تخزين الطاقة. كمية ومعدل الشحن ليست هي نفس كمية التفريغ.

على سبيل المثال، في منشآت تخزين الطاقة الشمسية + البطارية على نطاق الشبكة، أو في تطبيقات نظام التخزين من جانب العميل التي تستخدم الطاقة الشمسية، يستخدم نظام تخزين البطارية الطاقة من منشأة توليد الطاقة الشمسية من أجل التأهل للحصول على ائتمانات ضريبة الاستثمار (ITCs). على سبيل المثال، هناك فروق دقيقة في مفهوم الدفع مقابل الشحن لأنظمة تخزين الطاقة في منظمات النقل الإقليمية (RTOs). في مثال ائتمان ضريبة الاستثمار (ITC)، يعمل نظام تخزين البطارية على زيادة قيمة حقوق ملكية المشروع، وبالتالي زيادة معدل العائد الداخلي للمالك. في مثال PJM، يدفع نظام تخزين البطارية تكاليف الشحن والتفريغ، وبالتالي فإن تعويض الاسترداد يتناسب مع إنتاجيته الكهربائية.

يبدو من غير البديهي القول إن قوة البطارية ومدتها تحددان عمرها الافتراضي. هناك عدد من العوامل مثل الطاقة والمدة والعمر الذي يجعل تقنيات تخزين البطاريات مختلفة عن تقنيات الطاقة الأخرى. تقع البطارية في قلب نظام تخزين طاقة البطارية. مثل الخلايا الشمسية، تتحلل موادها بمرور الوقت، مما يقلل من الأداء. تفقد الخلايا الشمسية إنتاج الطاقة وكفاءتها، بينما يؤدي تدهور البطارية إلى فقدان سعة تخزين الطاقة.في حين أن أنظمة الطاقة الشمسية يمكن أن تدوم من 20 إلى 25 عامًا، فإن أنظمة تخزين البطاريات تدوم عادةً من 10 إلى 15 عامًا فقط.

وينبغي النظر في تكاليف الاستبدال والاستبدال لأي مشروع. تعتمد إمكانية الاستبدال على إنتاجية المشروع والظروف المرتبطة بتشغيله.

العوامل الأربعة الرئيسية التي تؤدي إلى انخفاض أداء البطارية هي؟

• درجة حرارة تشغيل البطارية
• تيار البطارية
• متوسط ​​حالة شحن البطارية (SOC)
• "تذبذب" متوسط ​​حالة شحن البطارية (SOC)، أي الفاصل الزمني لمتوسط ​​حالة شحن البطارية (SOC) الذي تكون فيه البطارية في معظم الأوقات. ويرتبط العاملان الثالث والرابع.

هناك استراتيجيتان لإدارة عمر البطارية في المشروع.تتمثل الإستراتيجية الأولى في تقليل حجم البطارية إذا كان المشروع مدعومًا بالإيرادات وتقليل تكلفة الاستبدال المستقبلية المخططة. في العديد من الأسواق، يمكن للإيرادات المخططة أن تدعم تكاليف الاستبدال المستقبلية. بشكل عام، يجب أخذ التخفيضات المستقبلية في تكلفة المكونات بعين الاعتبار عند تقدير تكاليف الاستبدال المستقبلية، وهو ما يتوافق مع تجربة السوق على مدار السنوات العشر الماضية. تتمثل الإستراتيجية الثانية في زيادة حجم البطارية من أجل تقليل إجمالي تيارها (أو معدل C، الذي يُعرف ببساطة بالشحن أو التفريغ في الساعة) عن طريق تنفيذ 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 الشحن والتفريغ للبطارية وإطالة عمرها.

يعد شحن/تفريغ البطارية مصطلحًا أساسيًا.تستخدم صناعة السيارات عادةً "الدورات" كمقياس لعمر البطارية. في تطبيقات تخزين الطاقة الثابتة، من المرجح أن يتم تدوير البطاريات جزئيًا، مما يعني أنها قد تكون مشحونة جزئيًا أو مفرغة جزئيًا، حيث تكون كل عملية شحن وتفريغ غير كافية.

طاقة البطارية المتوفرة.قد تدور تطبيقات نظام تخزين الطاقة أقل من مرة واحدة يوميًا، وقد تتجاوز هذا المقياس، اعتمادًا على تطبيق السوق. ولذلك، يجب على الموظفين تحديد عمر البطارية من خلال تقييم إنتاجية البطارية.

عمر جهاز تخزين الطاقة والتحقق منه

يتكون اختبار جهاز تخزين الطاقة من مجالين رئيسيين.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 بتكديس جهد البطارية، مما يعني أن جهد النظام لنظام البطارية الذي يحتوي على خلايا بطارية متعددة متصلة بالسلسلة يساوي جهد خلية البطارية الفردية مضروبًا في عدد الخلايا. توفر بنيات البطاريات المتصلة بالسلسلة مزايا من حيث التكلفة، ولكن لها أيضًا بعض العيوب. عندما يتم توصيل البطاريات على التوالي، تسحب الخلايا الفردية نفس التيار الذي تسحبه حزمة البطارية. على سبيل المثال، إذا كانت خلية واحدة لديها أقصى جهد 1 فولت وتيار أقصى 1 أمبير، فإن 10 خلايا متصلة على التوالي لها جهد أقصى 10 فولت، ولكن لا يزال لديها أقصى تيار 1 أمبير، لإجمالي طاقة 10 فولت * 1 أمبير = 10 واط. عند توصيلها على التوالي، يواجه نظام البطارية تحديًا يتمثل في مراقبة الجهد. يمكن إجراء مراقبة الجهد على مجموعات البطاريات المتصلة بالسلسلة لتقليل التكاليف، ولكن من الصعب اكتشاف الضرر أو تدهور قدرة الخلايا الفردية.

من ناحية أخرى، تسمح البطاريات المتوازية بتكديس التيار، مما يعني أن جهد حزمة البطارية المتوازية يساوي جهد الخلية الفردية وتيار النظام يساوي تيار الخلية الفردية مضروبًا في عدد الخلايا الموازية. على سبيل المثال، إذا تم استخدام نفس بطارية 1 فولت، 1 أمبير، فيمكن توصيل بطاريتين بالتوازي، مما سيقطع التيار إلى النصف، ومن ثم يمكن توصيل 10 أزواج من البطاريات المتوازية في سلسلة لتحقيق 10 فولت بجهد 1 فولت وتيار 1 أمبير ، ولكن هذا أكثر شيوعًا في التكوين المتوازي.

يعد هذا الاختلاف بين الطرق المتسلسلة والمتوازية لتوصيل البطارية أمرًا مهمًا عند النظر في ضمانات سعة البطارية أو سياسات الضمان. تتدفق العوامل التالية عبر التسلسل الهرمي وتؤثر في النهاية على عمر البطارية:ميزات السوق ➜ سلوك الشحن/التفريغ ➜ قيود النظام ➜ سلسلة البطاريات والبنية المتوازية.ولذلك، فإن سعة لوحة البطارية ليست مؤشرًا على احتمال وجود زيادة في البناء في نظام تخزين البطارية. يعد وجود البناء الزائد أمرًا مهمًا لضمان البطارية، لأنه يحدد تيار البطارية ودرجة الحرارة (درجة حرارة الخلية في نطاق SOC)، بينما سيحدد التشغيل اليومي عمر البطارية.

يعد اختبار النظام بمثابة مساعد لاختبار خلايا البطارية وغالبًا ما يكون أكثر قابلية للتطبيق على متطلبات المشروع التي توضح التشغيل السليم لنظام البطارية.

من أجل الوفاء بالعقد، تقوم الشركات المصنعة لبطاريات تخزين الطاقة عادةً بتطوير بروتوكولات اختبار التشغيل في المصنع أو الحقل للتحقق من وظائف النظام والنظام الفرعي، ولكنها قد لا تعالج مخاطر أداء نظام البطارية الذي يتجاوز عمر البطارية. من المناقشة الشائعة حول التشغيل الميداني ظروف اختبار السعة وما إذا كانت ذات صلة بتطبيق نظام البطارية.

أهمية اختبار البطارية

بعد قيام DNV GL باختبار البطارية، يتم دمج البيانات في بطاقة أداء البطارية السنوية، والتي توفر بيانات مستقلة لمشتري أنظمة البطاريات. تُظهر بطاقة الأداء كيف تستجيب البطارية لأربعة شروط للتطبيق: درجة الحرارة والتيار ومتوسط ​​حالة الشحن (SOC) وتقلبات حالة الشحن المتوسطة (SOC).

يقارن الاختبار أداء البطارية بتكوينها المتوازي، وقيود النظام، وسلوك الشحن/التفريغ في السوق، ووظائف السوق. تتحقق هذه الخدمة الفريدة بشكل مستقل من مسؤولية الشركات المصنعة للبطاريات وتقوم بتقييم ضماناتها بشكل صحيح حتى يتمكن أصحاب أنظمة البطاريات من إجراء تقييم مستنير لتعرضهم للمخاطر الفنية.

اختيار موردي معدات تخزين الطاقة

من أجل تحقيق رؤية تخزين البطارية،اختيار المورد أمر بالغ الأهمية- لذا فإن العمل مع خبراء فنيين موثوقين يفهمون جميع جوانب التحديات والفرص على مستوى المرافق هو أفضل وصفة لنجاح المشروع. يجب أن يضمن اختيار مورد نظام تخزين البطارية أن النظام يفي بمعايير الاعتماد الدولية. على سبيل المثال، تم اختبار أنظمة تخزين البطارية وفقًا لمعيار UL9450A وتتوفر تقارير الاختبار للمراجعة. قد لا يتم تضمين أي متطلبات أخرى خاصة بالموقع، مثل الكشف الإضافي عن الحرائق والحماية أو التهوية، في المنتج الأساسي للشركة المصنعة ويجب تصنيفها على أنها وظيفة إضافية مطلوبة.

باختصار، يمكن استخدام أجهزة تخزين الطاقة على مستوى المرافق لتوفير تخزين الطاقة الكهربائية ودعم حلول نقطة التحميل وذروة الطلب والطاقة المتقطعة. تُستخدم هذه الأنظمة في العديد من المجالات التي تعتبر فيها أنظمة الوقود الأحفوري و/أو التحديثات التقليدية غير فعالة أو غير عملية أو مكلفة. هناك العديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر على نجاح تطوير مثل هذه المشاريع وعلى جدواها المالية.

من المهم العمل مع شركة تصنيع موثوقة لتخزين البطاريات.BSLBATT Energy هي شركة رائدة في السوق في توفير حلول تخزين البطاريات الذكية، حيث تقوم بتصميم وتصنيع وتقديم حلول هندسية متقدمة للتطبيقات المتخصصة. تركز رؤية الشركة على مساعدة العملاء على حل مشكلات الطاقة الفريدة التي تؤثر على أعمالهم، ويمكن لخبرة BSLBATT توفير حلول مخصصة بالكامل لتلبية أهداف العملاء.