كيفية تحديد حجم نظام تخزين الطاقة للشركات والمؤسسات دون المبالغة في التصميم أو التقليل منه

قد يُعاني مشروع تخزين الطاقة التجاري أو الصناعي من قصور في الأداء بطريقتين متناقضتين. فنظامٌ ذو سعة زائدة قد يُهدر سعةً كبيرةً غير مُستغلة لفترات طويلة، بينما قد يصل نظامٌ ذو سعة ناقصة إلى حد تشغيله الأقصى قبل انتهاء فترة الذروة أو فترة النسخ الاحتياطي أو هدف تحويل الطاقة. ولا يُقصد بالسعة المناسبة أكبر بطارية يُمكن للموقع استيعابها، بل هي مزيج الطاقة والقدرة الذي يدعم مهمة تشغيل مُحددة في ظل ظروف الموقع.

تبدأ عملية تحديد حجم شبكة الكهرباء التجارية والصناعية السليمة بمنحنى الحمل، وهيكل التعريفة، وحدود المحولات، والأحمال الحرجة، وخطط التوسع المعتمدة. ثم تفصل هذه العملية بين القدرة بالكيلوواط والطاقة بالكيلوواط ساعة مع مراعاة حالة شحن الاحتياطي، والفقد، والإدارة الحرارية، وأولويات التحكم.

حدد ما يجب أن يحققه نظام التخزين

يصبح تحديد الحجم أكثر وضوحًا عندما يحدد فريق المشروع الهدف التشغيلي أولًا. يمكن لتقنيات تقليل ذروة الطلب، وتغيير وقت التشغيل، واستغلال الطاقة الشمسية، والطاقة الاحتياطية أن تشترك في بطارية واحدة، ولكن لكل منها متطلبات مختلفة من الطاقة، والطاقة القابلة للاستخدام، وتوقيت التشغيل.

يتبع حلاقة قمة الشعر شكل القمة

قد يؤدي بدء تشغيل منشأة إنتاجية إلى ارتفاع حاد في الطلب لعدة دقائق. بينما قد تشهد منشأة أخرى فترة تحميل عالية ممتدة لعدة ساعات. يمكن لكلا الموقعين تسجيل نفس الحد الأقصى للطلب الشهري، ومع ذلك يتطلبان تكوينات تخزين مختلفة.

ينبغي أن يعكس معدل الطاقة المطلوب الفجوة بين ذروة الطلب غير المُتحكم بها ومستوى استيراد الطاقة المستهدف من الشبكة. وتُحدد مدة هذه الفجوة متطلبات الطاقة. قد يتمكن نظام عالي الطاقة ذو طاقة محدودة من إدارة حدث بدء تشغيل قصير، ولكنه لا يستطيع تحمل ذروة طويلة في فترة ما بعد الظهر.

تتشارك خاصيتا تغيير الوقت والنسخ الاحتياطي نفس الاحتياطي

يُحوّل نظام التشغيل حسب وقت الاستخدام الطاقة من فترة ذات تكلفة منخفضة إلى فترة ذات تكلفة أعلى. أما نظام التشغيل الاحتياطي فيحفظ الطاقة تحسباً لانقطاع التيار الكهربائي. وعند الحاجة إلى كلا النظامين، لا يمكن احتساب الطاقة المحجوزة ضمن الطاقة المتاحة للاستخدام اليومي.

ينبغي على فريق المشروع تحديد الحد الأدنى لحالة الشحن، وطاقة الحمل الحرج، ومدة النسخ الاحتياطي، ومتى يجب إيقاف التوزيع الاقتصادي. فبدون هذا الترتيب للأولوية، قد ينهي نظام تخزين طاقة البطاريات دورة تعريفة مبكرة بطاقة غير كافية لتلبية ذروة الطلب الحقيقية أو لحدوث انقطاع في الشبكة.

قم بإنشاء مجموعة بيانات الموقع قبل تحديد السعة

تُحدد الفواتير الشهرية التعريفات والطلب المسجل، لكنها لا تُحدد وقت حدوث تغيرات الأحمال. يتطلب التصميم الموثوق بيانات زمنية تشمل أيام الإنتاج، وفترات انخفاض الأحمال، وعطلات نهاية الأسبوع، والفصول الدراسية.

استخدم بيانات الفترات بدلاً من الإجماليات الشهرية

يمكن أن يكشف تحليل الحمل لمدة 15 دقيقة أو 30 دقيقة عن الحمل الأساسي، وذروة الحمل، والمدة، وتكرار تغيرات الحمل، وفترات الإيقاف، ووقت الشحن. في تخطيط أنظمة تخزين البطاريات التجارية، تُعد هذه التفاصيل أكثر أهمية من الاستهلاك السنوي وحده.

عند استخدام توليد الطاقة في الموقع، يجب وضع إنتاجه على نفس الإطار الزمني. قد تتطلب فترة فائض واسعة النطاق طاقة قابلة للاستخدام أكثر، بينما قد يتطلب فائض ضيق ومكثف طاقة شحن أكبر. كما توضح المقارنة ما إذا كانت الطاقة المخزنة لها وجهة مفيدة في وقت لاحق من اليوم.

أضف قيود التعريفة والشبكة والنمو

ينبغي مراجعة ملف تعريف الأحمال مع مراعاة فترات التعريفة، وقواعد رسوم الطلب، وقدرة المحولات، وحدود الشبكة، والجهد المحلي، ومتطلبات الحماية. كما ينبغي إدخال خطوط الإنتاج المؤكدة، ومعدات التبريد، وشواحن المركبات الكهربائية، أو ساعات التشغيل الأطول في التصميم.

قد يؤدي شراء احتياجات كل حمولة مستقبلية محتملة إلى مشروع مفرط في التجهيز. ينبغي مراعاة النمو المؤكد في الحسابات، بينما يُفضل التعامل مع التوسع الأقل يقيناً من خلال تخصيص مساحة، ومسارات للكابلات، وسعة لوحات التوزيع، والهندسة المعمارية المعيارية.

تحديد حجم الطاقة بالكيلوواط والكيلوواط ساعة كقرارين منفصلين

الطاقة والقدرة مرتبطتان لكنهما ليستا قابلتين للتبادل. يجب أن يوفر نظام تخزين الطاقة في القطاع التجاري والصناعي طاقة كافية ويحافظ عليها للفترة المطلوبة.

تحدد كيلوواط مقدار الحمل الذي يمكن للنظام تحمله

تؤثر قدرة النظام على خفض ذروة الطلب، وسرعة الشحن، ودعم الأحمال الحرجة، واستجابة التوزيع. فإذا كان على الموقع خفض واردات الشبكة بمقدار 700 كيلوواط، فلن يتمكن نظام بقدرة 400 كيلوواط من تحقيق هذا الهدف حتى مع وجود احتياطي طاقة كبير.

يمكن للمحركات والضواغط والمضخات والشواحن السريعة أن تُحدث أحداثًا قصيرة قد لا تُغطيها البيانات الساعية. ينبغي أن يشمل التقييم مراجعة الطلب الثابت، والأحمال عالية الطاقة لفترات وجيزة، وظروف بدء التشغيل.

تحدد قيمة كيلوواط ساعة مدة استمرار الدعم

تحدد سعة الطاقة مدة التفريغ. فهدفٌ بقدرة 500 كيلوواط لمدة ساعتين يتطلب طاقة قابلة للاستخدام أكثر بكثير من نفس القدرة لمدة عشرين دقيقة. وتتبع حسابات الطاقة الاحتياطية المبدأ نفسه، ولكن ينبغي أن تستخدم بيانات الحمل الحرج بدلاً من الحمل الكامل المتصل بالمنشأة.

الطاقة المقدرة ليست قابلة للتوزيع بالكامل. فمتطلبات الاحتياطي، وحدود التشغيل، واستهلاك الطاقة الإضافية، ودرجة الحرارة، كلها عوامل تقلل من الطاقة المتاحة في يوم معين. لذا، ينبغي أن يميز التصميم بين سعة البطارية الاسمية وسعة تخزين البطارية القابلة للاستخدام.

قم بمطابقة النسبة مع منحنى الحمل

يُراعي التكوين الأمثل مشكلة التشغيل. تتطلب فترات الذروة القصيرة عمومًا طاقة أكبر نسبيًا. بينما تتطلب فترات التعريفة الطويلة، أو أحمال الإنتاج المستمرة، أو فترات النسخ الاحتياطي الممتدة طاقة أكبر.

ينبغي أن تختبر عمليات المحاكاة التي تُجرى على مدار يوم نموذجي ما إذا كان النظام يصل إلى الحد الأدنى من حالة الشحن مبكرًا جدًا، أو يبقى ممتلئًا أثناء استمرار فرصة الشحن، أو يحتفظ بطاقة غير مستخدمة بعد الفترة المستهدفة. تُسهّل هذه الاختبارات الدفاع عن سعة تخزين البطارية المقترحة.

تحويل سعة اللوحة الاسمية إلى سعة قابلة للإرسال

يعتمد أداء المشروع على الطاقة المتاحة بعد تطبيق حدود التشغيل. هذا التمييز أساسي لتجنب الطاقة الزائدة ووقت التشغيل غير الكافي.

احفظها واحجزها قبل الشحن اليومي

يؤدي الاحتياطي الاحتياطي، والحد الأدنى لمستوى الشحن، والحد الأقصى لمستوى الشحن، وإعدادات الحماية إلى تقليل الطاقة المتاحة للتشغيل الروتيني. قد يحتاج مصنع التخزين البارد أو العملية المستمرة إلى احتياطي أكبر من موقع ذي أحمال مرنة.

ينبغي تحديد الاحتياطي بناءً على تقييم الأحمال الحرجة. قد لا تكفي نسبة عامة لتوفير الطاقة اللازمة للمعدات الأساسية، أو قد تحجب طاقة أكبر مما يتطلبه المشروع.

يشمل الخسائر والاستهلاك الداخلي

تستهلك عمليات الشحن والتفريغ والتبريد والتحكم والمحولات والتشغيل في وضع الاستعداد الطاقة. ينبغي أن تستند هذه القيم إلى التكوين المقترح وبيئة الموقع بدلاً من اعتماد قيمة ثابتة واحدة.

ينبغي لنظام إدارة الطاقة حماية ترتيب التشغيل: الحفاظ على احتياطي الطاقة الاحتياطية، والتحكم في حد الطلب، واستكمال تصريف التعريفة المختارة، ثم استيعاب الطاقة المولدة في الموقع عند وجود فائض في الطاقة المتاحة للشحن. تمنع الأولويات الواضحة استخدام الطاقة المخصصة لغرض آخر من قِبل أحد الأهداف.

اختبار الإفراط في البناء والتقليل من الحجم

ينبغي فحص نظام تخزين الطاقة المقترح للقطاعين التجاري والصناعي خلال عدة فترات تشغيل نموذجية قبل طلبه. فيوم ذروة واحد لا يكفي، كما أن يومًا واحدًا منخفض الحمل قد يكون مضللاً بنفس القدر.

علامات الإفراط في البناء

تشمل المؤشرات المحتملة الطاقة غير المستخدمة بعد انتهاء الفترة المستهدفة، وقدرة إنتاجية لا يحتاجها المرفق إلا نادرًا، وشراء سعة توسعية دون خطة تحميل مؤكدة. كما أن الحجم الزائد قد يزيد من تكاليف الأساسات والكابلات ومفاتيح التوزيع وأنظمة الفصل ضد الحريق والصيانة.

لا يُعدّ انخفاض معدل دوران المحرك وحده دليلاً على الإفراط في البناء. قد يُسهم النظام المُصمّم لتعزيز المرونة في الحفاظ على الطاقة عمداً. والمعيار المهم هو ما إذا كانت القدرة المُركّبة والطاقة المُستخدَمة تتوافق مع الهدف المُعلن.

علامات صغر الحجم

قد يصل نظام غير كافٍ إلى الحد الأدنى من الشحن قبل انتهاء ذروة الطلب، أو يقلل جزءًا فقط من هدف الطلب، أو يمتلئ مبكرًا جدًا بينما لا تزال هناك طاقة فائضة أو منخفضة التكلفة متاحة. وقد يتعارض تشغيل نظام الطاقة الاحتياطية مع تشغيل النظام وفقًا للتعريفة، لأن كلاهما يعتمد على نفس الاحتياطي المحدود.

ينبغي اختبار التصميم في ظل ظروف الأحمال العالية، وانخفاض الإنتاج، والطقس الحار، وعطلات نهاية الأسبوع، والظروف الموسمية. ولا يُعدّ التصميم الذي يعمل فقط في يوم مناسب أساسًا موثوقًا للاستثمار.

توسيع الخطة دون دفع ثمنها مبكراً

ينبغي أن تدعم قابلية التوسع خطة تطوير واقعية، لا أن تبرر عملية شراء أولية ضخمة بلا داعٍ. يجب أن تلبي المرحلة الأولى الاحتياجات الحالية مع الحفاظ على مسار لتوفير طاقة إضافية.

بالنسبة للمواقع الأصغر ذات متطلبات التخزين التي تصل إلى 100 كيلوواط ساعة، فإن شركة صن واي نطاق سكني يوفر مرجعًا ذا سعة أقل، بينما ينبغي تقييم المنشآت الأكبر حجمًا من خلال منصة التحكم والبنية التحتية.

يمكن إدراج خطوط الإنتاج المؤكدة، والشواحن المخطط لها، أو التوسعات المعتمدة ضمن نطاق التصميم. أما المشاريع الأقل يقيناً، فيُفضل التعامل معها من خلال بنية تحتية محجوزة وهندسة معمارية معيارية. ولا يزال التوسع يتطلب قدرة متوازية، وسعة لوحات التوزيع، وارتفاعاً كافياً للمحولات، ومسارات للكابلات، وسعة اتصالات، ومسافات آمنة من الحرائق، وإمكانية الوصول للصيانة.

أين يناسب نظام تبريد هوائي بقدرة 1 ميجاواط / 2 ميجاواط ساعة

بالنسبة للمنشآت التي تتمتع بفترة إدارة طلب مستدامة، يمكن أن توفر فئة 1 ميغاواط / 2 ميغاواط ساعة مرجعًا مفيدًا. صنواينحن نوفر أنظمة تخزين الطاقة السكنية والتجارية والصناعية وأنظمة تخزين الطاقة للمرافق العامة لتلبية متطلبات الطاقة والتحكم والموقع المختلفة.

ال نظام تخزين طاقة مُبرّد بالهواء مُعبأ في حاوية بسعة 1 ميغاواط / 2 ميغاواط ساعة يستخدم هذا النظام طراز SW-20C-1000(2MWh)-A، الذي يوفر طاقة تيار متردد اسمية تبلغ 1000 كيلوواط، وطاقة تيار متردد قصوى تبلغ 1100 كيلوواط، وثماني مجموعات من بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) سعة كل منها 253.2 كيلوواط ساعة. يشتمل الغلاف المصنف IP54 على بطاريات، وبنية نظام تحويل طاقة معيارية، ونظام توزيع طاقة، ونظام تحكم في درجة الحرارة، ونظام حماية من الحرائق، ونظام اتصالات للمراقبة، ومحول عزل، ونظام إدارة طاقة. يستخدم حجرة البطاريات نظام تكييف وتبريد، بينما تستخدم حجرة الأجهزة الكهربائية نظام تبريد هوائي ذكي.

يدعم النظام تقليل ذروة الطلب، والاستجابة لجانب الطلب، والطاقة الاحتياطية، وتعويض الطاقة الفعالة وغير الفعالة، وجدولة الشبكة. كما يدعم تصميمه المعياري لنظام تحويل الطاقة التوسع الخطي والتحكم المستقل عبر عدة حزم بطاريات. وتكون هذه الوظائف ضرورية فقط عندما يبرر الحمل حجم النظام. فلا ينبغي ربط ذروة صغيرة وقصيرة بمنصة 1 ميغاواط لمجرد توفرها.

حوّل بيانات التحميل إلى تكوين قابل للدفاع

ينبغي أن تتضمن خطة المشروع الشاملة بيانات الأحمال الدورية، وفترات التعريفة، وقدرة المحول، وهدف ذروة الطلب، والأحمال الحرجة، ومدة النسخ الاحتياطي، ومنطقة التركيب، وخطط التوسع المعتمدة. وبناءً على هذه المعلومات، يمكننا مراجعة قدرة التفريغ، ومدة التشغيل، وسياسة الاحتياطي، وسعة تخزين البطاريات التجارية قبل الالتزام.

أرسل بيانات مشروعك لمراجعة التكوين. ويجب بناء النظام بناءً على احتياجات تشغيلية قابلة للقياس بدلاً من الاعتماد على سعة تقديرية. وينبغي أن يدعم التصميم النهائي الأحمال الحالية، ويحافظ على مسار توسع واقعي، ويتجنب دفع تكاليف الطاقة التي من غير المرجح أن يستخدمها الموقع.

للاطلاع على نظرة أكثر تفصيلًا حول كيفية استجابة أنظمة التخزين لارتفاعات الطلب القصيرة وفترات الأحمال العالية المستمرة، اقرأ كيف تساعد أنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية المصانع والمباني الكبيرة على إدارة ذروة الطلبيشرح هذا كيف تؤثر مدة الذروة، وإنتاج النظام، وسعة البطارية القابلة للاستخدام، والاحتياطي الاحتياطي على أداء التحكم في الطلب.

التعليمات

س: هل يمكن تحديد حجم شركة تجارية وصناعية بناءً على استهلاكها الشهري للكهرباء؟

ج: لا يكفي استهلاك الطاقة الشهري. يلزم توفير بيانات الأحمال الدورية لتحديد ذروة الطاقة، ومدة الاستهلاك، وفترات الشحن، والتغيرات اليومية، والتغيرات الموسمية. كما يجب تضمين التعرفات، وحدود المحولات، ومتطلبات الاحتياطي، والأحمال المستقبلية.

س: ما الفرق بين معدل الطاقة وسعة تخزين البطارية؟

ج: يحدد معدل القدرة بالكيلوواط مقدار الحمل الذي يمكن للنظام تحمله في لحظة معينة. وتحدد السعة بالكيلوواط ساعة مدة استمرار هذا الدعم. ويجب أن يتوافق كلاهما مع منحنى الحمل وهدف التشغيل.

س: هل يمكن توسيع نظام تخزين طاقة البطارية بعد تركيبه؟

ج: قد يكون التوسع ممكناً عندما يوفر التصميم الأصلي إمكانية التشغيل المتوازي، وسعة كهربائية كافية، وقدرة اتصال مناسبة، ومساحة تركيب ملائمة، ونظام تبريد، وفصل مقاوم للحريق، وبنية بطارية متوافقة. يجب التأكد من هذه الشروط أثناء مرحلة التصميم الأولية.