سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) چیست؟

سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) دستگاهی است که انرژی الکتریکی را در باتری‌ها ذخیره کرده و برای استفاده در زمان‌های بعدی آن را آزاد می‌کند. این سیستم در دوره‌هایی که تقاضا پایین یا تولید بالاست، از شبکه، پنل‌های خورشیدی یا سایر منابع تولید شارژ می‌شود و در زمان اوج مصرف یا زمانی که تولید غیرممکن است، انرژی را تخلیه می‌کند. برای خریداران تجاری و صنعتی، درک معماری BESS، گزینه‌های شیمی باتری و طبقه‌بندی مقیاس‌ها برای تصمیم‌گیری آگاهانه در خرید ضروری است.

اجزای اصلی BESS

یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری از پنج مؤلفه اصلی تشکیل شده است. ماژول‌های باتری انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کنند که معمولاً از سلول‌های لیتیوم-آهن-فسفات (LiFePO4) یا نیکل-منگنز-کبالت (NMC) استفاده می‌کنند. سیستم مدیریت باتری (BMS) ولتاژ، دما و جریان هر سلول را نظارت می‌کند و حفاظت چندلایه‌ای در برابر شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد و رویدادهای حرارتی فراهم می‌نماید. سیستم تبدیل توان (PCS) یا اینورتر، خروجی جریان مستقیم (DC) باتری را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند تا به شبکه یا بار متصل شود. پوشش محافظ محیطی را فراهم می‌کند که درجه حفاظت IP65 دارد و برای نصب در فضای باز مناسب است. سیستم مدیریت حرارتی دمای باتری را تنظیم می‌کند تا عملکرد و ایمنی آن حفظ شود. ماژول‌های LiFePO4 با ابعاد ۶۵۱٫۵ میلی‌متر × ۴۴۵ میلی‌متر × ۲۳۵ میلی‌متر و مشخصات ۵۱٫۲ ولت و ۱۰۰ آمپر-ساعت، این مؤلفه‌ها را در یک فرم‌فاکتور فشرده و قابل نصب روی دیوار یکپارچه می‌سازد.

مقایسه شیمی باتری

انتخاب شیمی باتری، پروفایل ایمنی، عمر چرخه‌ای و هزینه کل مالکیت سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) را تعیین می‌کند. باتری‌های لیتیوم-آهن-فسفات (LiFePO4) مقاومت در برابر واکنش حرارتی نامطلوب را بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهند، در حالی که سلول‌های NMC در دمای تقریبی ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد به واکنش حرارتی نامطلوب می‌رسند. باتری‌های LiFePO4 حداقل ۶۰۰۰ چرخه شارژ را فراهم می‌کنند، در حالی که این مقدار برای سلول‌های NMC بین ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ چرخه است. برای کاربردهایی که نیازمند خدماتی به مدت ۱۰ سال یا بیشتر هستند، عمر چرخه‌ای طولانی‌تر LiFePO4 فراوانی تعویض را کاهش داده و هزینه کل مالکیت را پایین می‌آورد. گواهی‌هایی از جمله CE، RoHS و UN38.3 تأیید می‌کنند که سیستم باتری استانداردهای بین‌المللی ایمنی، محیط زیست و حمل‌ونقل را برآورده می‌سازد.

طبقه‌بندی مقیاس سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS)

سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری از نظر ظرفیت و کاربرد در سه مقیاس طبقه‌بندی می‌شوند. سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری مسکونی (BESS) از ماژول‌های نصب‌شده روی دیوار با ظرفیت ۵/۱۲ کیلووات‌ساعت در هر واحد استفاده می‌کنند که معمولاً برای ظرفیت کلی ۵ تا ۲۰ کیلووات‌ساعت پیکربندی می‌شوند و برای تأمین برق اضطراری خانگی و مصرف خودی انرژی خورشیدی به کار می‌روند. سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری تجاری و صنعتی (C&I) دامنه‌ای از ۲۰ کیلووات‌ساعت تا چند مگاوات‌ساعت را پوشش می‌دهند و برای کاهش اوج مصرف، کاهش هزینه‌های تقاضا و تأمین برق اضطراری در تسهیلات تجاری به کار می‌روند. سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری سطح شبکه (Utility-scale BESS) از ۱ مگاوات‌ساعت فراتر می‌روند و خدمات شبکه‌ای مانند تنظیم فرکانس، ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر و تثبیت ظرفیت را فراهم می‌کنند. یک پروژه سایه‌بان خورشیدی ۱/۵ مگاواتی در برزیل نمونه‌ای از ادغام سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری سطح تجاری و صنعتی (C&I-scale BESS) با تولید انرژی خورشیدی است.

برنامه های کاربردی کلیدی

کاربردهای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) در بخش‌های مسکونی، تجاری و شبکه‌های برق گسترده است. برای خانه‌ها، این سیستم برق اضطراری را در زمان قطعی‌ها فراهم می‌کند و مصرف خودی انرژی خورشیدی را به حداکثر می‌رساند. برای تسهیلات تجاری، این سیستم هزینه‌های مربوط به تقاضای اوج را کاهش می‌دهد، تأمین برق بدون وقفه را ممکن می‌سازد و در مدیریت هزینه‌های انرژی نقش دارد. برای مناطق دور از شبکه و مناطق دورافتاده، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) امکان استقلال از انرژی‌های تجدیدپذیر را فراهم می‌کنند. نمونه‌ای از این کاربرد، نصبی در مالدیو است که سالانه ۱۵ میلیون کیلووات‌ساعت انرژی تولید می‌کند و مصرف ۵۰ تن سوخت دیزل را در هر سال کاهش می‌دهد؛ این نمونه نشان می‌دهد که چگونه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) در محیط‌های جزیره‌ای و دور از شبکه، جایگزین ژنراتورهای دیزلی می‌شوند. سیستم‌های ذخیره‌سازی یکپارچه با پارکینگ‌های خورشیدی با ظرفیت‌های ۳٫۸۴ کیلووات‌ساعت، ۷٫۶۸ کیلووات‌ساعت، ۱۱٫۵۲ کیلووات‌ساعت و ۱۵٫۳۶ کیلووات‌ساعت، برای املاکی طراحی شده‌اند که زیرساخت پارکینگ را با تولید انرژی ترکیب می‌کنند.

امنیت و سابقه اجرایی

سوابق ایمنی فناوری سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) معیاری حیاتی در فرآیند خرید است. بیش از ۳۰٬۰۰۰ دستگاه ذخیره‌سازی انرژی لیتیوم-آهن-فسفات (LiFePO4) در دیوارها در آلمان، استرالیا و ژاپن نصب شده‌اند که هیچ حادثه‌ای از نظر ایمنی در این مجموعه گزارش نشده است. این سابقه نصب‌ها، همراه با آستانه ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد برای رخداد پدیده « runaway حرارتی » و محافظت محیطی به استاندارد IP65، گواهی بر قابلیت اطمینان سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی لیتیوم-آهن-فسفات (LiFePO4 BESS) در شرایط آب‌وهوایی متنوع و محیط‌های مختلف نصب است. سیستم چندلایه حفاظتی BMS شامل محافظت در برابر اضافه‌ولتاژ، کمبود ولتاژ، اضافه‌جریان، اتصال کوتاه و افزایش دما، ایمنی عملیاتی را در طول کل عمر خدماتی سیستم تضمین می‌کند.

انتگراسیون با انرژی‌های تجدیدپذیر

یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) با پنل‌های خورشیدی، توربین‌های بادی و سیستم‌های تولید ترکیبی یکپارچه می‌شود تا نوسانات در تولید انرژی را هموار کند و خروجی توان پایداری فراهم آورد. هنگامی که با سایبان‌های خورشیدی ترکیب می‌شود، این سیستم انرژی خورشیدی اضافی تولیدشده در طول روز را ذخیره کرده و برای مصرف در شب استفاده می‌کند که این امر خودکفایی انرژی تجدیدپذیر تسهیلات را بهبود می‌بخشد. باتری ذخیره‌سازی انرژی با طراحی قابل جابجایی (مانند میز غلتان) با ظرفیت ۲ تا ۲۰ کیلووات‌ساعت، ذخیره‌سازی قابل حملی فراهم می‌کند که می‌توان آن را در صورت تغییر دارایی‌های تولیدی، مجدداً موقعیت‌دهی کرد. اینورترهای خورشیدی و براکت‌های ردیابی، از جمله طرح‌های تک‌محوره و دو‌محوره، همراه با سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) برای بهینه‌سازی جمع‌آوری انرژی خورشیدی و زمان‌بندی تحویل انرژی عمل می‌کنند.

سوالات متداول

سوال: BESS در حوزه ذخیره‌سازی انرژی مخفف چیست؟

پاسخ: BESS مخفف سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (Battery Energy Storage System) است. این سیستم انرژی الکتریکی را در باتری‌ها ذخیره کرده و برای استفاده در زمان‌های بعدی آن را آماده می‌کند و از ماژول‌های باتری، سیستم مدیریت باتری، سیستم تبدیل توان، محفظه و سیستم مدیریت حرارتی تشکیل شده است.

سوال: تفاوت بین LiFePO4 و NMC برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) چیست؟

الف: لیتیوم-آهن-فسفات (LiFePO4) مقاومت در برابر واکنش گرمایی نامطلوب را در دمای بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد و بیش از ۶۰۰۰ چرخه شارژ فراهم می‌کند، در حالی که باتری‌های NMC در حدود ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد به واکنش گرمایی نامطلوب می‌رسند و عمر آن‌ها بین ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ چرخه است. لیتیوم-آهن-فسفات عمر مفید طولانی‌تر و حاشیه ایمنی بالاتری برای کاربردهای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) ارائه می‌دهد.

سوال: برای کاربرد من چه ظرفیتی از سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) لازم است؟

پاسخ: کاربردهای مسکونی معمولاً از سیستم‌های دیواری با ظرفیت ۵ تا ۲۰ کیلووات‌ساعت استفاده می‌کنند. تسهیلات تجاری دارای محدوده ظرفیتی از ۲۰ کیلووات‌ساعت تا چند مگاوات‌ساعت هستند. سیستم‌های سطح شبکه برق از ۱ مگاوات‌ساعت فراتر می‌روند. سیستم‌های ذخیره‌سازی یکپارچه با پارکینگ‌های خورشیدی نیز ظرفیت‌های ۳٫۸۴ تا ۱۵٫۳۶ کیلووات‌ساعت را برای املاکی که ترکیبی از پارکینگ و تولید انرژی دارند، ارائه می‌دهند.