ما هو نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS)؟

نظام تخزين طاقة البطاريات (BESS) هو جهازٌ يخزن الطاقة الكهربائية في البطاريات لاستخدامها لاحقًا. ويُشحن هذا النظام من الشبكة الكهربائية أو الألواح الشمسية أو مصادر التوليد الأخرى خلال فترات انخفاض الطلب أو ارتفاع الإنتاج، ثم يُفرغ أثناء أوقات الذروة أو عندما لا تكون مصادر التوليد متاحة. وللمشترين التجاريين والصناعيين، فإن فهم بنية نظام تخزين طاقة البطاريات (BESS)، وخيارات كيمياء البطاريات، وتصنيفات الحجم أمرٌ بالغ الأهمية لاتخاذ قرارات شراء مستنيرة.

المكونات الأساسية لنظام تخزين طاقة البطاريات (BESS)

تتكوّن نظام تخزين طاقة البطاريات من خمسة مكوّنات رئيسية. وتقوم وحدات البطاريات بتخزين الطاقة الكهربائية، وعادةً ما تستخدم خلايا فوسفات الليثيوم والحديد (LiFePO4) أو خلايا النيكل والمنغنيز والكوبالت (NMC). ويُراقب نظام إدارة البطارية (BMS) جهد كل خلية على حدة ودرجة حرارتها والتيار المار فيها، ويوفر حماية متعددة الطبقات ضد الشحن الزائد والتفريغ الزائد والأحداث الحرارية. وتحول نظام تحويل الطاقة (PCS) أو العاكس التيار المستمر الناتج عن البطارية إلى تيار متناوب لتوصيله بالشبكة أو بالحمل. وتوفر الغلاف الخارجي الحماية من العوامل البيئية، حيث تصل درجة مقاومته للغبار والماء إلى IP65، مما يجعله مناسبًا للتركيب في الهواء الطلق. وينظم نظام الإدارة الحرارية درجة حرارة البطارية للحفاظ على أدائها وسلامتها. وتدمج وحدات فوسفات الليثيوم والحديد (LiFePO4)، ذات الأبعاد ٦٥١٫٥ مم × ٤٤٥ مم × ٢٣٥ مم ومقدّرة بـ ٥١٫٢ فولت و١٠٠ أمبير-ساعة، هذه المكونات في هيكل مدمج يمكن تركيبه على الجدران.

مقارنة كيمياء البطاريات

يُحدد اختيار كيمياء البطارية ملف السلامة الخاص بنظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS)، وعمر الدورة، والتكلفة الإجمالية للملكية. وتتميّز بطاريات ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) بمقاومتها للاشتعال الحراري عند درجات حرارة تفوق ٥٠٠ درجة مئوية، بينما تصل خلايا نيكل-منغنيز-كوبالت (NMC) إلى حالة الاشتعال الحراري عند حوالي ٢٠٠ درجة مئوية. وتوفّر بطاريات ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) ٦٠٠٠ دورة شحن أو أكثر، مقارنةً بـ٢٠٠٠–٣٠٠٠ دورة لخلايا نيكل-منغنيز-كوبالت (NMC). وللتطبيقات التي تتطلب خدمة تزيد عن ١٠ سنوات، فإن عمر الدورة الأطول لبطاريات ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) يقلل من تكرار الاستبدال ويُخفض التكلفة الإجمالية للملكية. وتؤكد الشهادات مثل CE وRoHS وUN38.3 أن نظام البطارية يتوافق مع المعايير الدولية الخاصة بالسلامة والبيئة ووسائل النقل.

تصنيف أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) حسب الحجم

تُصنَّف أنظمة تخزين طاقة البطاريات وفقًا للسعة والتطبيق إلى ثلاث درجات. وتستخدم أنظمة تخزين طاقة البطاريات السكنية وحدات مثبتة على الحائط بسعة ٥,١٢ كيلوواط ساعة لكل وحدة، وتُركَّب عادةً لتوفير سعة إجمالية تتراوح بين ٥ و٢٠ كيلوواط ساعة، لخدمة احتياطي الطاقة المنزلية والاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية. أما أنظمة تخزين طاقة البطاريات التجارية والصناعية (C&I) فتتراوح سعتها بين ٢٠ كيلوواط ساعة وعدة ميجاواط ساعة، وتدعم خفض قمم الاستهلاك الكهربائي، وتقليل رسوم الطلب، وتوفير طاقة احتياطية للمنشآت التجارية. وتتجاوز أنظمة تخزين طاقة البطاريات على مستوى المرافق العامة ١ ميجاواط ساعة، وتقدِّم خدمات شبكية مثل تنظيم التردد، ودمج مصادر الطاقة المتجددة، وتعزيز القدرة التوليدية. ويُجسِّد مشروع مظلات السيارات الشمسية بقدرة ١,٥ ميجاواط في البرازيل دمج أنظمة تخزين طاقة البطاريات على مستوى التجاري والصناعي مع توليد الطاقة الشمسية.

التطبيقات الرئيسية

تشمل تطبيقات أنظمة تخزين الطاقة (BESS) القطاعات السكنية والتجارية والمرافق العامة. ففي المنازل، توفر أنظمة تخزين الطاقة (BESS) طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي وتُحسِّن الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية. أما في المنشآت التجارية، فإن هذه الأنظمة تقلل من رسوم الطلب الأقصى، وتوفر مصدر طاقة غير منقطع (UPS)، وتدعم إدارة تكاليف الطاقة. وفي المناطق النائية أو الخارج الشبكة الكهربائية، تتيح أنظمة تخزين الطاقة (BESS) تحقيق الاستقلال عن مصادر الطاقة المتجددة. ويُظهر مشروع نفذ في جزر المالديف، يُولِّد ١٥ مليون كيلوواط ساعة سنويًّا ويقلل استهلاك ٥٠ طنًّا من الديزل سنويًّا، كيف يمكن لأنظمة تخزين الطاقة (BESS) أن تحل محل مولدات الديزل في البيئات الجزيرية والمناطق الخارجة عن الشبكة. كما تُوفِّر أنظمة التخزين المدمجة مع مواقف السيارات الشمسية سعات تراوح بين ٣,٨٤ كيلوواط ساعة و٧,٦٨ كيلوواط ساعة و١١,٥٢ كيلوواط ساعة و١٥,٣٦ كيلوواط ساعة، لتخدم الممتلكات التي تجمع بين بنية تحتية لمواقف السيارات وتوليد الطاقة.

سجل السلامة وخبرة النشر

يُعَدّ سجل السلامة لتكنولوجيا أنظمة تخزين الطاقة (BESS) معياراً حاسماً في عملية الشراء. وقد تم تركيب أكثر من ٣٠٠٠٠ وحدة من وحدات التخزين الكهربائي المُعتمدة على ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) المُثبتة على الجدران في ألمانيا وأستراليا واليابان، دون تسجيل أي حوادث تتعلق بالسلامة. وتُظهر هذه السجلات التشغيلية، إلى جانب عتبة درجة حرارة الانفلات الحراري التي تبلغ أكثر من ٥٠٠ درجة مئوية ودرجة الحماية البيئية IP65، موثوقية أنظمة تخزين الطاقة القائمة على ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4 BESS) في ظل ظروف مناخية متنوعة وبيئات تركيب مختلفة. كما يضمن نظام إدارة البطارية (BMS) ذي الحماية متعددة الطبقات، الذي يشمل حماية من الجهد الزائد والجهد الناقص والتيار الزائد والدوائر القصيرة وارتفاع درجة الحرارة، السلامة التشغيلية طوال عمر النظام الافتراضي.

التكامل مع الطاقة المتجددة

يتكامل نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) مع الألواح الشمسية وتوربينات الرياح وأنظمة الطاقة الهجينة لتنعيم التوليد المتقطع وتوفير إنتاج طاقة مستقر. وعند دمجه مع مظلات السيارات الشمسية، يخزن نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) فائض الطاقة الشمسية الناتجة خلال النهار لاستخدامها ليلاً، ما يحسّن اكتفاء المنشأة الذاتي من الطاقة المتجددة. وتوفّر بطارية التخزين المتنقلة ذات التصميم القابل للتدحرج، والتي تتراوح سعتها بين ٢ و٢٠ كيلوواط ساعة، تخزينًا محمولًا يمكن إعادة توزيعه حسب تغير أصول التوليد. كما تعمل المحولات الشمسية وأقواس التتبع، بما في ذلك التصاميم ذات المحور الواحد والمحورين، جنبًا إلى جنب مع نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) لتحسين التقاط الطاقة الشمسية وضبط توقيت تسليم الطاقة.

الأسئلة الشائعة

س: ما المقصود بمصطلح BESS في مجال تخزين الطاقة؟

ج: يشير مصطلح BESS إلى نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (Battery Energy Storage System). وهو نظامٌ يخزن الطاقة الكهربائية في البطاريات لاستخدامها لاحقًا، ويتكوّن من وحدات البطاريات ونظام إدارة البطاريات ونظام تحويل القدرة والغلاف الخارجي وإدارة الحرارة.

س: ما الفرق بين بطاريات ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) وبطاريات نيكل المنغنيز الكوبالت (NMC) لأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS)؟

أ: تُوفِّر بطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO4) مقاومةً لانهيار الحرارة عند درجات حرارة تفوق ٥٠٠ درجة مئوية، وتدعم أكثر من ٦٠٠٠ دورة شحن، في حين تصل بطاريات نيكل-منغنيز-كوبالت (NMC) إلى حالة انهيار حراري عند نحو ٢٠٠ درجة مئوية مع ما بين ٢٠٠٠ و٣٠٠٠ دورة شحن. وتوفِّر بطاريات ليثيوم حديد فوسفات عمر خدمة أطول وهوامش أمان أعلى لتطبيقات أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية (BESS).

س: ما سعة نظام تخزين الطاقة الكهربائية (BESS) المطلوبة لتطبيقك؟

ج: تستخدم التطبيقات السكنية عادةً أنظمة جدارية تتراوح سعتها بين ٥ و٢٠ كيلوواط ساعة. أما المرافق التجارية فتتراوح سعاتها بين ٢٠ كيلوواط ساعة وعدة ميغاواط ساعة. وتتجاوز أنظمة المستوى الشبكي ميغاواط ساعة واحدة. أما أنظمة التخزين المدمجة مع مظلات السيارات الشمسية فهي متوفرة بسعة تتراوح بين ٣,٨٤ و١٥,٣٦ كيلوواط ساعة، وهي مناسبة للممتلكات التي تجمع بين مواقف السيارات وتوليد الطاقة.