نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) هو نظام بطاريات واسع النطاق يعتمد على التوصيل بالشبكة، ويُستخدم لتخزين الكهرباء والطاقة. يجمع هذا النظام عدة بطاريات معًا لتشكيل جهاز تخزين طاقة متكامل.
1. خلية البطارية: كجزء من نظام البطارية، تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
2. وحدة البطارية: تتكون من عدة خلايا بطارية متصلة على التوالي وبالتوازي، وهي تتضمن نظام إدارة بطارية الوحدة (MBMS) لمراقبة تشغيل خلايا البطارية.
٣. مجموعة البطاريات: تُستخدم لاستيعاب عدة وحدات متصلة على التوالي ووحدات حماية البطاريات (BPU)، والمعروفة أيضًا باسم وحدة تحكم مجموعة البطاريات. يراقب نظام إدارة البطاريات (BMS) الخاص بمجموعة البطاريات الجهد ودرجة الحرارة وحالة شحن البطاريات، مع تنظيم دورات الشحن والتفريغ.
4. حاوية تخزين الطاقة: يمكنها حمل مجموعات بطاريات متعددة متصلة بشكل متوازي، ويمكن تجهيزها بمكونات إضافية أخرى لإدارة أو التحكم في البيئة الداخلية للحاوية.
٥. نظام تحويل الطاقة (PCS): يُحوَّل التيار المستمر (DC) المُولَّد من البطاريات إلى تيار متردد (AC) عبر نظام تحويل الطاقة (PCS) أو العاكسات ثنائية الاتجاه، ليُنقل إلى شبكة الكهرباء (المنشآت أو المستخدمين النهائيين). وعند الحاجة، يُمكن لهذا النظام أيضًا سحب الطاقة من الشبكة لشحن البطاريات.
ما هو مبدأ عمل أنظمة تخزين طاقة البطارية (BESS)؟
يعتمد مبدأ عمل نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) بشكل أساسي على ثلاث عمليات: الشحن، والتخزين، والتفريغ. أثناء عملية الشحن، يُخزّن نظام BESS الطاقة الكهربائية في البطارية عبر مصدر طاقة خارجي. يمكن استخدام التيار المستمر أو المتردد، وذلك حسب تصميم النظام ومتطلبات التطبيق. عند توفر طاقة كافية من مصدر الطاقة الخارجي، يُحوّل نظام BESS الطاقة الزائدة إلى طاقة كيميائية ويُخزّنها داخليًا في بطاريات قابلة لإعادة الشحن بشكل متجدد. أثناء عملية التخزين، وفي حال عدم توفر مصدر طاقة خارجي كافٍ أو انعدامه، يحتفظ نظام BESS بالطاقة المخزنة المشحونة بالكامل ويحافظ على استقرارها للاستخدام المستقبلي. أثناء عملية التفريغ، وعند الحاجة إلى استخدام الطاقة المخزنة، يُطلق نظام BESS كمية مناسبة من الطاقة حسب الطلب لتشغيل مختلف الأجهزة أو المحركات أو أنواع أخرى من الأحمال.
ما هي فوائد وتحديات استخدام BESS؟
يمكن أن يوفر نظام BESS فوائد وخدمات مختلفة لنظام الطاقة، مثل:
١. تعزيز تكامل الطاقة المتجددة: يُمكن لنظام BESS تخزين فائض الطاقة المتجددة خلال فترات ارتفاع الإنتاج وانخفاض الطلب، وإطلاقه خلال فترات انخفاض الإنتاج وارتفاع الطلب. هذا يُقلل من تقليص طاقة الرياح، ويُحسّن معدل استخدامها، ويُزيل تقطعها وتقلباتها.
٢. تحسين جودة الطاقة وموثوقيتها: يوفر نظام BESS استجابة سريعة ومرنة لتقلبات الجهد والتردد، والتوافقيات، وغيرها من مشاكل جودة الطاقة. كما يعمل كمصدر طاقة احتياطي، ويدعم وظيفة بدء التشغيل التلقائي في حالات انقطاع التيار الكهربائي أو الطوارئ.
٣. تقليل الطلب في أوقات الذروة: يمكن لنظام BESS شحن الكهرباء خارج أوقات الذروة عندما تكون أسعار الكهرباء منخفضة، وتفريغها خلال أوقات الذروة عندما تكون الأسعار مرتفعة. هذا من شأنه تقليل الطلب في أوقات الذروة، وخفض تكاليف الكهرباء، وتأخير الحاجة إلى توسعة سعة توليد جديدة أو تحديث شبكات النقل.
٤. خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري: يُمكن لنظام الطاقة المستدامة والشاملة (BESS) أن يُقلل الاعتماد على توليد الطاقة باستخدام الوقود الأحفوري، وخاصةً خلال فترات الذروة، مع زيادة حصة الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة. يُساعد هذا على خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والتخفيف من آثار تغير المناخ.
ومع ذلك، يواجه نظام BESS أيضًا بعض التحديات، مثل:
١. التكلفة المرتفعة: مقارنةً بمصادر الطاقة الأخرى، لا تزال تقنية BESS باهظة الثمن نسبيًا، لا سيما من حيث تكاليف رأس المال، وتكاليف التشغيل والصيانة، وتكاليف دورة الحياة. تعتمد تكلفة BESS على عوامل عديدة، مثل نوع البطارية، وحجم النظام، والتطبيق، وظروف السوق. مع نضج التكنولوجيا وتوسعها، من المتوقع أن تنخفض تكلفة BESS في المستقبل، ولكنها قد تظل عائقًا أمام انتشارها على نطاق واسع.
٢. مسائل السلامة: ينطوي نظام BESS على جهد عالٍ وتيار كهربائي كبير ودرجة حرارة عالية، مما يُشكل مخاطر محتملة، مثل مخاطر الحرائق والانفجارات والصدمات الكهربائية وغيرها. كما يحتوي نظام BESS على مواد خطرة، مثل المعادن والأحماض والإلكتروليتات، والتي قد تُسبب مخاطر بيئية وصحية في حال عدم التعامل معها أو التخلص منها بشكل صحيح. لذا، يلزم تطبيق معايير ولوائح وإجراءات سلامة صارمة لضمان التشغيل والإدارة الآمنة لنظام BESS.
5. التأثير البيئي: قد يكون لنظام BESS تأثيرات سلبية على البيئة بما في ذلك استنزاف الموارد وقضايا استخدام الأراضي ومشاكل استخدام المياه وتوليد النفايات ومخاوف التلوث. يتطلب نظام BESS كميات كبيرة من المواد الخام مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل والنحاس وما إلى ذلك، وهي نادرة عالميًا مع توزيع غير متساوٍ. يستهلك نظام BESS أيضًا المياه والأراضي للتعدين والتصنيع والتركيب والتشغيل. يولد نظام BESS نفايات وانبعاثات طوال دورة حياته والتي قد تؤثر على جودة الهواء والماء والتربة. يجب مراعاة التأثيرات البيئية من خلال تبني ممارسات مستدامة لتقليل آثارها قدر الإمكان.
ما هي التطبيقات والاستخدامات الرئيسية لـ BESS؟
يُستخدم نظام BESS على نطاق واسع في مختلف الصناعات والتطبيقات، مثل توليد الطاقة، ومرافق تخزين الطاقة، وخطوط النقل والتوزيع في نظام الطاقة، بالإضافة إلى المركبات الكهربائية والأنظمة البحرية في قطاع النقل. كما يُستخدم في أنظمة تخزين طاقة البطاريات للمباني السكنية والتجارية. تلبي هذه الأنظمة احتياجات تخزين الطاقة الفائضة وتوفر سعة احتياطية لتخفيف الحمل الزائد على خطوط النقل والتوزيع ومنع الازدحام في نظام النقل. يلعب نظام BESS دورًا حاسمًا في الشبكات الكهربائية الصغيرة، وهي شبكات طاقة موزعة متصلة بالشبكة الرئيسية أو تعمل بشكل مستقل. يمكن للشبكات الكهربائية الصغيرة المستقلة الموجودة في المناطق النائية الاعتماد على نظام BESS مع مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة لتحقيق توليد كهرباء مستقر مع المساعدة في تجنب التكاليف المرتفعة المرتبطة بمحركات الديزل ومشاكل تلوث الهواء. يتوفر نظام BESS بأحجام وتكوينات مختلفة، وهو مناسب لكل من المعدات المنزلية الصغيرة وأنظمة المرافق الكبيرة. يمكن تركيبه في مواقع مختلفة، بما في ذلك المنازل والمباني التجارية ومحطات الكهرباء الفرعية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه كمصدر طاقة احتياطي للطوارئ أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
ما هي أنواع البطاريات المختلفة المستخدمة في BESS؟
1. بطاريات الرصاص الحمضية هي أكثر أنواع البطاريات استخدامًا، وتتكون من صفائح رصاص وإلكتروليت حمض الكبريتيك. وتحظى بتقدير كبير لانخفاض تكلفتها، وتطور تقنيتها، وعمرها الافتراضي الطويل، وتُستخدم بشكل رئيسي في مجالات مثل بطاريات بدء التشغيل، ومصادر الطاقة في حالات الطوارئ، وتخزين الطاقة على نطاق صغير.
بطاريات أيونات الليثيوم، وهي من أكثر أنواع البطاريات شيوعًا وتطورًا، تتكون من أقطاب موجبة وسالبة مصنوعة من معدن الليثيوم أو مواد مركبة، بالإضافة إلى مذيبات عضوية. تتميز هذه البطاريات بكثافة طاقة عالية، وكفاءة عالية، وتأثير بيئي منخفض، مما يجعلها تلعب دورًا محوريًا في الأجهزة المحمولة، والمركبات الكهربائية، وتطبيقات تخزين الطاقة الأخرى.
بطاريات التدفق هي أجهزة تخزين طاقة قابلة لإعادة الشحن، تعمل باستخدام وسائط سائلة مخزنة في خزانات خارجية. تتميز بكثافة طاقة منخفضة وكفاءة عالية وعمر خدمة طويل.
4. بالإضافة إلى الخيارات المذكورة أعلاه، هناك أيضًا أنواع أخرى من BESS متاحة للاختيار مثل بطاريات الصوديوم والكبريت، وبطاريات النيكل والكادميوم، والمكثفات الفائقة؛ كل منها يمتلك خصائص وأداء مختلفين مناسبين لسيناريوهات مختلفة.
وقت النشر: ٢٢ نوفمبر ٢٠٢٤