الفهرس
مقدمة
تكتسب أنظمة تخزين الطاقة أهمية متزايدة في عالمنا المعاصر؛ فهي ركيزة أساسية لتحقيق الاستدامة في قطاع الطاقة، وتلعب دورًا حاسمًا في دعم الانتقال نحو مصادر الطاقة المتجددة والشبكات الذكية.
وقد بدأت الأسواق مؤخرًا تشهد تقلبات كبيرة في هذا المجال مثل انخفاض أسعار الأنظمة وزيادة سعتها وكثافة الطاقة لها مما جعلها خيارًا أكثر تفضيلًا من السابق.
ولتسهيل عملية اختيار نظام تخزين الطاقة، تقوم الشركات المصنعة لها بإنتاج ثلاثة أنظمة مختلفة الحجم والميزات تخدم أهم ثلاثة قطاعات في مجال الطاقة وهي أنظمة التخزين المنزلية، وأنظمة تخزين القطاع الصناعي والتجاري، وأنظمة المرافق الخدمية (الأنظمة واسعة النطاق).
لنتعرف أكثر في هذا المقال على أهمية أنظمة تخزين الطاقة وأهم العناصر والأنظمة الموجودة داخلها وأمثلة على أنظمة تخزين الطاقة للقطاعين التجاري والصناعي.
ما هي أهمية أنظمة تخزين الطاقة للقطاع التجاري والصناعي؟
لفهم أهمية و دور أنظمة تخزين الطاقة للقطاع التجاري والصناعي يجب فهم وظيفتها أولاً، فهي بشكل أساسي نظام يتكون من عدة مستويات بدءًا من الخلية إلى الوحدة ثم الحزمة ثم الرف ثم النظام.
وتمثل الخلية أول وأهم جزء في النظام؛ فهي الجزء المسؤول عن تخزين الطاقة من مصدر الطاقة مثل أنظمة الطاقة المتجددة أو الشبكة الكهربائية أو مولدات الديزل.
ولكن لماذا قد نلجأ لعملية تخزين الطاقة أساساً؟
1- الربط مع أنظمة الطاقة المتجددة: يتوجه أصحاب مشاريع القطاع التجاري والصناعي إلى التحول إلى الاعتماد على أنظمة الطاقة المتجددة ولكنها لا تستطيع توفير الطاقة للحمل بشكل مستمر بسبب طبيعة الإنتاج المتقطعة. في المقابل في أوقات ذروة الإنتاج، فإنها قد تنتج طاقة أكثر من حاجة الحمل وكذلك تصدير الفائض من الطاقة التي تنتجها عدة أنظمة الطاقة إلى الشبكة. في الوقت نفسه، فإن ذلك قد يؤثر على استقرارها، ومن ثم يمثل تخزين الطاقة حلًا لضبط هذه العملية؛ إذ يمكن تخزين الفائض من الطاقة لدعم الأحمال، خارج ساعات التوليد؛ مما يزيد من اعتمادية وموثوقية الطاقة المتجددة ويدعم استقرار الشبكة ويتوافق مع أهداف الاستدامة وتقليل آثار تغير المناخ.
2- الشبكات المصغرة: وهي شبكات كهربائية مصغرة ومتكاملة تزود الأحمال بالطاقة بالكامل بشكل منفصل عن الشبكة الرئيسية، فتضم أنظمة تخزين طاقة وأنظمة توليد طاقة بسعات تتناسب مع حاجة الأحمال وتكون هذه الشبكات موجودة في المناطق النائية، مثلاً، أو المناطق التي تبعد عن الشبكة الرئيسية، وتمثل أنظمة القطاع الصناعي والتجاري جزءًا كبيرًا ومهمًا في هذه الشبكة.
كيف تتم عملية إدارة الطاقة داخل نظام تخزين الطاقة؟
يلعب نظام إدارة الطاقة (EMS) دورًا أساسيًا في أنظمة تخزين الطاقة فهو بمثابة الدماغ، إذ أنه المسؤول عن مراقبة وتنظيم جميع عمليات تخزين الطاقة واستخدامها وهو المسؤول عن اتخاذ القرارات ايضاً بجانب نظام إدارة البطارية (BMS).
فما هي المهام التي يقوم بها نظام إدارة الطاقة؟
- يراقب خلايا النظام ونظام تحويل الطاقة (PCS) وأنظمة الحماية من الحريق أولاً بأول.
- يقوم بتخزين البيانات لفترات طويلة تصل إلى عام مما يسهل عمليات التحليل والتحقق.
- تتميز بعض الأنظمة بخاصية التحكم الذكي والجدولة الذاتية لعمليات الشحن والتفريغ بناءً على أسعار الكهرباء المحلية، وإدارة الأنظمة الشمسية وتخزين الطاقة وشحن السيارات الكهربائية والمولدات.
كيف تتم حماية أجزاء نظام تخزين الطاقة؟
أجزاء نظام تخزين الطاقة حساسة جدًا وإذا ما وجدت أنظمة حماية لها قد يسبب عطل أو تلف جزء منها في مشاكل أو تلف نظام تخزين الطاقة بالكامل، لذلك من المهم جدًا توفر عدة أنظمة حماية داخل النظام نفسه وعلى عدة مستويات.
كما أن أهم المخاطر التي تهدد أجزاء النظام هي: الغازات القابلة للاشتعال، والحرائق، والماء. ويجب أيضًا التأكد دومًا من إغلاق خزانة النظام تجنبًا لأي ضرر خارجي ولحماية النظام. فما هي عناصر الحماية للنظام؟
أولًا مستشعرات وحساسات تكتشف هذه المخاطر وتوجه تنبيهًا لإعلام المستخدم حتى يتمكن من اتخاذ الإجراء اللازم.
ثانيًا أنظمة حماية ضد الصدمات الشديدة على عدة مستويات داخل النظام.
ثالثًا حماية ضد الحرائق (في بعض الأنظمة يتم تصميم النظام بقدرة تحمل للحرائق لمدة تصل إلى الساعة أو ساعة ونصف) بالإضافة إلى نظام إطفاء للحرائق.
بجانب أنظمة الحماية يجب أن تحتوي أنظمة تخزين الطاقة دائماً على نظام تبريد، دوره الحفاظ على درجة حرارة النظام وأجزاءه ضمن درجة حرارة محددة وذلك يضمن تشغيل النظام بكفاءة عالية.
ما هي التحديات التي تواجه أنظمة تخزين الطاقة للقطاع التجاري والصناعي؟
تواجه أنظمة تخزين الطاقة بعض التحديات في الوقت الحالي والتي تقف عائقاً أمام انتشارها بشكل واسع وتحديداً الأنظمة الخاصة بالقطاع التجاري والصناعي، وهي كالتالي:
- التكلفة الأولية لأنظمة تخزين الطاقة ما زالت مرتفعة نوعاً ما على الرغم من الانخفاض الملحوظ في تكاليفها مؤخراً.
- الأنظمة والسياسات تفتقر الكثير من الدول إلى السياسات والقوانين التي تنظم عملية ربط أنظمة تخزين الطاقة بالشبكات وخصوصاً للقطاع الصناعي والتجاري.
- تختلف تقنيات أنظمة تخزين الطاقة للقطاع الصناعي والتجاري عن باقي الأنظمة وتتطلب نوعاً خاصاً من الحماية ومستوى التبريد، وهذه التقنيات مازالت بحاجة إلى مزيد من التطوير.
أمثلة على أنظمة تخزين الطاقة
تمثل أنظمة تخزين الطاقة ESS – AELIO و ESS – TRENE من شركة SolaX Power مثالًا على أنظمة تخزين الطاقة للقطاع الصناعي والتجاري.
ويعد هذا النوع من الأنظمة مهمًا جدًا في تطبيقات إزاحة الأحمال والشبكات المصغرة ومحطات الطاقة الافتراضية ويمكنها العمل في الوضع المنفصل عن الشبكة أو في الوضع المتصل بالشبكة.
تساعد أنظمة الحماية والحساسات وأجهزة الاستشعار التي تحتويها هذه الأنظمة، بجانب أنظمة التبريد الهوائي، على توفير أقصى حماية للنظام وأجزاءه مما يضمن أفضل استغلال للطاقة وبكفاءة عالية.
بالنسبة لنظام ESS-AELIO يمكنه العمل كمصدر احتياطي للطاقة وتصل مدة التحويل إلى أقل من 10 مللي ثانية وبخرج طاقة يصل إلى 150% لمدة 10 ثوانٍ.
يدير النظام الطاقة بذكاء من خلال توقع كمية الطاقة الشمسية المنتجة واستهلاك الحمل. يدعم النظام الأحمال غير المتوازنة، ويستطيع التعام مع خرج أنظمة الطاقة الشمسية حتى 200% من طاقتها، وبالنسبة لسعته فهي 200 كيلوواط ساعة قابلة للزيادة لغاية مستوى الميجاواط ساعة.
يشبه نظام ESS – TRENE نظام ESS – AELIO إلى حدٍ كبير، ويمكن بالإضافة إلى المميزات التي ذكرناها ربطه بموقع وتطبيق للمراقبة والصيانة والذي يعرض أهم المعلومات حول النظام مثل قيم التيار والجهد والحرارة والمقاومة الداخلية ويقوم بمراقبته أولاً بأول بالإضافة.
خلاصة
أصبحت أنظمة تخزين الطاقة جزءًا مهمًا من أنظمة الطاقة فهي توفر العديد من المزايا وتساعد في حل عدد كبير من المشاكل، على الرغم من أن انتشارها كان محدودًا بالسابق، إلا أننا بدأنا نشهد انخفاضًا في أسعارها وفي الوقت ذاته، نشهد تحسنًا كبيرًا في خصائصها وقدرتها على تخزين الطاقة سواء لوقت أطول أو بكفاءة أعلى.
كما يجب الأخذ بعين الاعتبار، أنظمة الحماية وحجم النظام وتبريد النظام وقابلية التوسع المستقبلية عند عملية اختيار نظام تخزين الطاقة المناسب.
