ما هي الاختلافات الرئيسية بين أنظمة تخزين الطاقة خارج الشبكة، وأنظمة تخزين الطاقة المتصلة بالشبكة، وأنظمة تخزين الطاقة الهجينة؟

تختلف أنظمة تخزين الطاقة المستقلة عن الشبكة، والمتصلة بالشبكة، والهجينة بشكل رئيسي في طريقة اتصالها بالشبكة واستجابتها لانقطاع التيار. يعمل النظام المستقل عن الشبكة بشكل مستقل. أما النظام المتصل بالشبكة فقد يتوقف عن تزويد الأحمال بالطاقة عند انقطاع الشبكة. بينما يجمع النظام الهجين بين التفاعل مع الشبكة والتشغيل المستقل المُتحكم به. ويعتمد اختيار النظام على إمكانية الوصول إلى الشبكة، وأهمية الأحمال، وأهداف التشغيل، واستمرارية التيار المطلوبة.

ما الذي يميز كل نظام من أنظمة تخزين الطاقة؟

يمكن أن يشتمل كل نظام لتخزين طاقة البطاريات على توليد محلي، ومعدات لتحويل الطاقة، وأنظمة تحكم. والسؤال الأساسي هو: هل تحدد الشبكة الكهربائية الجهد والتردد، أم أن نظام التخزين هو من يحددهما، أم أن كلا الوضعين مطلوب؟

أنظمة تخزين الطاقة خارج الشبكة

نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة، والذي يُسمى أيضاً نظام الطاقة المستقل، لا يعتمد تشغيله على شبكة الكهرباء العامة. وهو عادةً ما يجمع بين توليد الطاقة محلياً وتخزينها في البطاريات. وقد يوفر مولد كهربائي الدعم خلال فترات انخفاض الإنتاج الطويلة أو أثناء الصيانة.

في ظل غياب شبكة كهربائية لتثبيت استقرار الشبكة، يتولى نظام تحويل الطاقة مهمة توفير التيار المتردد. فهو يتحكم في الجهد والتردد مع موازنة الإنتاج، ومخرجات البطارية، والطلب. كما يحمي نظام إدارة الطاقة حالة شحن البطارية، وقد يقوم بفصل الأحمال غير الضرورية عند الحاجة.

يناسب هذا التصميم مواقع الاتصالات النائية، والمزارع، والجزر، والشبكات الصغيرة، والمنشآت التي يصعب فيها توسيع الشبكة الرئيسية. ويجب أن يضمن التصميم استمرار الخدمة حتى في أسوأ الظروف الممكنة من حيث الطلب وتوافر الطاقة المتجددة.

أنظمة تخزين الطاقة المتصلة بالشبكة

يعمل نظام تخزين الطاقة المتصل بالشبكة، والذي يُسمى أيضًا نظام تخزين البطاريات المتصل بالشبكة، بالتوازي مع شبكة الكهرباء. ويمكنه الشحن خلال فترات انخفاض التكلفة أو من فائض الطاقة الشمسية، ثم تفريغه لتقليل ذروة الطلب، أو تحسين أوقات الاستخدام، أو للاستهلاك الذاتي. كما يمكنه التحكم في معامل القدرة أو الواردات عندما تسمح بذلك قواعد القياس والربط بالشبكة.

لا يؤدي توصيل الشبكة الكهربائية تلقائيًا إلى إنشاء بطارية احتياطية. تمنع خاصية الحماية من العزل تشغيل الأجهزة لدائرة كهربائية مفصولة عن الشبكة. وبدون تصميم عزل معتمد، ولوحة تحكم للأحمال الحرجة، ومعدات تحويل، وأجهزة تحكم مناسبة، لن تستمر البطارية في تزويد الأحمال بالطاقة أثناء انقطاع التيار.

تُناسب أنظمة التخزين المتصلة بالشبكة المواقع التجارية والصناعية التي تتمتع بشبكة موثوقة وأهداف اقتصادية قابلة للقياس.

أنظمة تخزين الطاقة الهجينة

يجمع نظام تخزين الطاقة الهجين هنا بين الربط بالشبكة، وتخزين البطاريات، والتوليد المحلي، والقدرة على دعم أحمال محددة في وضع التشغيل المستقل. ويختلف هذا التصميم الشمسي مع التخزين عن الأنظمة التي تجمع بين وسائط تخزين متعددة.

أثناء التشغيل العادي، يدير نظام هجين عمليات الاستيراد، ويستغل الطاقة الشمسية الفائضة، ويفرغها خلال فترات ذروة الاستهلاك. بعد انقطاع الشبكة، يفصل تحويل منسق الدائرة المحمية. يقوم عاكس تشكيل الشبكة بتحديد الجهد والتردد للأحمال المعزولة قبل إعادة توصيلها بشكل مُتحكم به.

تُضيف هذه المرونة متطلبات هندسية. فالمحول الهجين وحده ليس نظامًا غير منقطع للتيار الكهربائي (UPS). يجب أن يتوافق وقت التحويل، وتيار بدء تشغيل المحرك، وتنسيق الحماية، وأولوية الحمل، وقدرة بدء التشغيل من الصفر، وقواعد الشبكة المحلية مع متطلبات استمرارية التيار.

كيف تتم مقارنة الأنظمة غير المتصلة بالشبكة، والأنظمة المتصلة بالشبكة، والأنظمة الهجينة؟

تتعلق المقارنة العملية بتدفق الطاقة، وسلوك انقطاع التيار الكهربائي، ومسؤولية التصميم بدلاً من البطارية وحدها.

ينبغي على المشترين تقييم نظام تخزين طاقة البطارية بالكامل، وليس مقارنة البطاريات فقط من حيث عدد الكيلوواط/ساعة الاسمي.

ماذا يحدث عند تعطل شبكة الكهرباء؟

يعتمد سلوك انقطاع التيار الكهربائي على وضع التحكم، وتصميم التبديل، والطاقة المتاحة، والأحمال المحمية.

إغلاق يتبع الشبكة

تستخدم معظم محولات التيار المتصلة بالشبكة شكل موجة التيار الكهربائي كمرجع لها. وعندما يخرج الجهد أو التردد عن النطاق المسموح به، يقوم نظام الحماية من التوصيل العكسي بفصل النظام. ولا يمكن افتراض أن البطارية المشحونة توفر الطاقة الاحتياطية.

تشغيل الجزيرة لتشكيل الشبكة

يقوم العاكس المستقل عن الشبكة بتوليد وتنظيم التيار الكهربائي المحلي. وهو يحتاج إلى طاقة فورية كافية لتلبية متطلبات الأحمال المتزايدة وبدء تشغيل المحركات. تحدد سعة البطارية بالكيلوواط ساعة مدة التشغيل، بينما تحد قدرة العاكس بالكيلوواط من الطلب المتزامن.

نقل هجين مُتحكم به

يكشف النظام الهجين عن انقطاع التيار الكهربائي، ويفتح نقطة التوصيل، ويُعيد تنشيط الدائرة المعزولة. يمكن استخدام مفتاح تحويل تلقائي أو مفتاح تحويل ثابت، وذلك حسب تصميم النظام ووقت التحويل المطلوب. قد تتطلب أنظمة التحكم الحساسة معدات حماية منفصلة. لا ينبغي أبدًا أن يحل نظام "التشغيل السلس" محل وقت التحويل المحدد والتصميم المعتمد للخط الواحد.

كيف تتغير متطلبات الحجم والمعدات؟

يُحدد تصنيف النظام البنية، لكن بيانات الموقع هي التي تحدد التصنيفات. يجب أن تدعم الطاقة والطاقة القابلة للاستخدام والاحتياطي هدف التشغيل.

تحديد حجم نظام خارج الشبكة لتحقيق الاستقلالية

يبدأ تحديد حجم نظام الطاقة خارج الشبكة بتحليل نمط استهلاك الطاقة، وإنتاج الطاقة المتجددة، والظروف الموسمية، وإمكانية تخفيف الأحمال، ومدى استقلالية النظام. ينبغي على المصممين فصل الأحمال الأساسية عن الأحمال المرنة، ثم اختبار فترات انخفاض إنتاج الطاقة. كما تؤثر قدرة المولد واستراتيجية الشحن على حجم البطارية.

تحديد حجم نظام متصل بالشبكة لأغراض اقتصادية

يعتمد تحديد حجم أنظمة الطاقة المتصلة بالشبكة على منحنى الطلب والتعرفة. قد تتطلب الزيادة المفاجئة في الطلب طاقة عالية ولكن بكميات محدودة؛ بينما تتطلب الذروة الكبيرة تفريغًا مستمرًا. يعتمد استغلال الطاقة الشمسية على توقيت التصدير أو تقليص الإنتاج، وليس فقط على سعة الألواح الكهروضوئية. هذا الدليل لـ تحديد حجم المشاريع التجارية والصناعية يشرح هذا لماذا تحتاج كل من الكيلوواط والكيلوواط ساعة إلى تقييم منفصل.

تحديد حجم النظام الهجين للاستخدام الأساسي والاحتياطي

يجمع التصميم الهجين بين متطلبات التشغيل الاقتصادي ومتطلبات النسخ الاحتياطي. ولا يمكن لاحتياطي انقطاع التيار الكهربائي دعم دورات التعريفة اليومية. يجب أن يحدد التصميم طاقة الحمل الحرج، ومدة النسخ الاحتياطي، والحد الأدنى لحالة الشحن، وتسلسل إعادة التشغيل، وتفاعل المولدات. يطبق نظام إدارة الطاقة الأولويات بحيث لا يستهلك هدفٌ ما سعةً مخصصةً لهدفٍ آخر.

أي تكوين يناسب المشروع؟

يتم الاختيار وفقًا لقيود الموقع، وجودة الشبكة، وتكلفة الانقطاع، وخطط التوسع، وقواعد التصدير.

مواقع نائية بدون إمكانية الوصول العملي إلى شبكة الكهرباء

يُعدّ تخزين الطاقة خارج الشبكة خيارًا منطقيًا عند انقطاع خدمة الشبكة أو ارتفاع تكلفة تمديدها. وتعتمد موثوقية هذا التخزين على ترشيد استهلاك الطاقة، واستخدام معدات قابلة للصيانة، والمراقبة عن بُعد، ووضع خطة للتعامل مع فترات انخفاض إنتاج الطاقة الممتدة.

المواقع المتصلة بالشبكة تركز على التحكم في التكاليف

يُناسب نظام تخزين البطاريات التجاري المتصل بالشبكة المواقع التي تُعطي الأولوية لتقليل ذروة الطلب، أو التشغيل حسب وقت الاستخدام، أو الاستهلاك الذاتي، أو الاستيراد والتصدير المُتحكم بهما. كما أنه يُجنّب فصل المعدات عندما لا يكون للنسخ الاحتياطي قيمة تجارية جوهرية. ويظل الحصول على موافقة الربط بالشبكة وتركيب العدادات أمرًا ضروريًا.

المواقع التي تتطلب كلاً من التوفير والاستمرارية

تُناسب أنظمة تخزين البطاريات الصناعية الهجينة المنشآت التي تُهدد فيها الانقطاعات العمليات الحيوية. ومن الأمثلة على ذلك محطات الشحن وورش العمل والعمليات الصناعية الصغيرة. ينبغي أن تقتصر عملية تصميم النسخ الاحتياطي على دوائر مُحددة فقط؛ إذ إن حماية جميع الأحمال قد تزيد التكلفة وتُسبب مشاكل في طاقة بدء التشغيل. تتوفر خيارات أوسع من خلال حلول تخزين الطاقة.

ما الذي يجب على المشترين التأكد منه قبل الاختيار؟

قبل الشراء، يجب على المشترين طلب وصف تشغيلي خاص بالموقع والتحقق مما يلي:

• الهدف الرئيسي والأولوية عندما تتنافس عدة وظائف؛
• بيانات الحمل كل 15 دقيقة أو أدق، بما في ذلك قيود المحرك والمحول؛
• الطاقة المقدرة والقابلة للاستخدام للبطارية، وطاقة العاكس، وحدود التحميل الزائد، وحالة الشحن الاحتياطية؛
• القدرة على تشكيل الشبكة، ومعدات النقل، ودوائر الأحمال الحرجة، ووقت النقل المُتحقق منه؛
• متطلبات منع التوصيل العكسي، والحد من التصدير، وحماية الطاقة العكسية، وموافقة المرافق العامة؛
• واجهات اتصال أنظمة إدارة المباني (BMS)، وأنظمة التحكم الشخصية (PCS)، وأنظمة إدارة الطاقة (EMS)، والعدادات، والمولدات؛
• درجة حرارة التشغيل، وتصنيف الغلاف، والإدارة الحرارية، والحماية من الحرائق، وإمكانية الوصول للصيانة؛
• مسؤوليات المراقبة، والاستجابة للإنذارات، واختبارات التشغيل، ونطاق الخدمة.

تمنع هذه المراجعة استخدام "الهجين" كبديل للوظائف المحددة وتساعد الموردين على تسعير نفس النطاق.

كيف ينبغي تأكيد بنية النظام النهائية؟

لا تُؤكد تصنيفات كيلوواط (kW) وكيلوواط ساعة (kWh) للمنتج ما إذا كان بإمكانه العمل خارج الشبكة، أو البقاء متصلاً بشبكة الكهرباء فقط، أو نقل أحمال مُحددة إلى وضع التشغيل المستقل. يجب أن تُحدد البنية النهائية أوضاع تشغيل نظام تحويل الطاقة (PCS)، ومعدات النقل، وتوزيع الأحمال الحرجة، وإعدادات الحماية، والقياس، وواجهة المولد، وأولويات نظام إدارة الطاقة (EMS).

في Sأونواينبدأ عملية اختيار النظام بدراسة خصائص حمل الموقع، وظروف الشبكة، وأهداف التشغيل، ومدة النسخ الاحتياطي المطلوبة. تحدد هذه المدخلات ما إذا كان التكوين المتصل بالشبكة، أو المنفصل عنها، أو المختلط مناسبًا قبل اختيار مواصفات المعدات الفردية.

خاتمة

يجب أن يدعم نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة شبكة مستقلة. أما نظام تخزين الطاقة المتصل بالشبكة فيعمل بالتنسيق مع شركة الكهرباء، وينفصل عنها عادةً أثناء انقطاع التيار. بينما يضيف نظام تخزين الطاقة الهجين إمكانية التشغيل المنفصل المخطط له لأحمال محددة، مع الحفاظ على الوظائف الاقتصادية المتصلة بالشبكة. لذا، يُعدّ الاختيار الأمثل قرارًا معماريًا قبل أن يصبح قرارًا متعلقًا بالبطاريات.

تساهم الأهداف التشغيلية الواضحة، وبيانات الموقع الموثقة، وتسلسل انقطاع الخدمة المحدد في تقليل المخاطر التقنية والسعة غير الضرورية. للحصول على دعم التكوين المرتبط بملف تعريف الحمل الفعلي، خطط لنظام طاقة أكثر مرونة مع فريقنا.

التعليمات

س: هل يمكن لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات المتصل بالشبكة أن يوفر الطاقة الاحتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي؟

ج: ليس تلقائيًا. يتطلب الأمر تصميمًا معتمدًا للعزل، ومعدات مناسبة لتحويل الطاقة وتشكيل الشبكة، ومعدات نقل، وحماية، ودائرة منفصلة للأحمال الحرجة. وإلا، فإن نظام الحماية من العزل يفصله تلقائيًا عند تعطل الشبكة.

س: هل نظام تخزين الطاقة الهجين دائمًا أكثر ملاءمة من النظام غير المتصل بالشبكة أو النظام المتصل بالشبكة؟

ج: لا. توفر الإمكانيات الهجينة مرونة أكبر، ولكنها تضيف أيضًا عناصر تحكم، ومفاتيح كهربائية، ومهام تشغيل، وتكاليف إضافية. قد يحتاج موقع متصل بشبكة موثوقة ويركز فقط على تقليل ذروة الطلب إلى نظام متصل بالشبكة، بينما يتطلب موقع بعيد بنية خارج الشبكة.

س: ما هو الأهم عند تحديد حجم تخزين البطاريات، كيلوواط أم كيلوواط ساعة؟

ج: كلاهما. تحدد وحدة الكيلوواط مقدار الحمل الذي يمكن للنظام خدمته أو تعويضه في وقت واحد. بينما تحدد وحدة الكيلوواط ساعة المدة التي يمكن أن يستمر فيها النظام. كما يجب على المشاريع خارج الشبكة والمشاريع الهجينة الاحتفاظ بطاقة احتياطية لفترات انخفاض الإنتاج أو انقطاع التيار الكهربائي.