أنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية: دليل عملي للشركات

بالنسبة للمصانع والمستودعات والمباني التجارية والمزارع ومواقع شحن السيارات الكهربائية، فإن تركيب أنظمة تخزين البطاريات نادراً ما يكون مجرد مسألة شراء عدد كافٍ من الكيلوواط/ساعة.

الأسئلة الحقيقية أكثر عملية: ما مقدار الطاقة التي يحتاجها الموقع؟ ما سبب ارتفاع فاتورة الكهرباء؟ هل ينبغي شحن البطارية من الطاقة الشمسية، أم من الشبكة الكهربائية، أم من كليهما؟ ما المدة اللازمة لتفريغها؟ وهل ستبرر الوفورات المتوقعة الاستثمار؟

تم تصميم نظام تخزين الطاقة التجاري والصناعي (C&I ESS) وفقًا لمتطلبات التشغيل هذه. فهو يخزن الكهرباء عندما تكون الطاقة متاحة أو أقل تكلفة، ويقوم بتوزيعها عندما يكون بإمكان المنشأة استخدام تلك الطاقة المخزنة بشكل أكثر فعالية.

بالنسبة للشركات التي تقيّم حلول تخزين البطاريات للقطاعين التجاري والصناعي، فإن فهم التطبيق يأتي قبل اختيار البطارية.

ما هو نظام تخزين الطاقة للمنشآت التجارية والصناعية؟

نظام تخزين الطاقة C&I هو نظام قائم على البطاريات يستخدمه مستهلكو الكهرباء التجاريون والصناعيون لإدارة متى وكيف يستهلكون الطاقة الكهربائية.

يتضمن النظام النموذجي ما يلي:

• وحدات أو رفوف البطاريات
• نظام إدارة البطارية (BMS)
• نظام تحويل الطاقة (PCS)
• نظام إدارة الطاقة (EMS)
• إدارة الحرارة
• الكشف عن الحرائق والحماية منها
• معدات توزيع وحماية الطاقة الكهربائية

بحسب المشروع، يمكن دمج هذه المكونات في خزانة خارجية واحدة، أو تركيبها كخزائن معيارية متعددة، أو تكوينها كوحدة تخزين طاقة كهربائية معبأة في حاوية.

الفرق المهم هو أن سعة الطاقة والطاقة ليستا الشيء نفسه.

تشير بطارية سعتها 200 كيلوواط/ساعة إلى كمية الطاقة التي يمكنها تخزينها. أما وحدة تحويل الطاقة (PCS) بقدرة 100 كيلوواط، فتوضح لك تقريبًا سرعة توصيل هذه الطاقة في ظل ظروف التشغيل المقدرة لها.

يصبح هذا التمييز مهماً عند تحديد حجم النظام لمنشأة حقيقية.

لماذا تقوم الشركات بتركيب أنظمة تخزين البطاريات؟

تختلف دراسة الجدوى الاقتصادية اختلافاً كبيراً من مشروع لآخر.

قد يكون الهدف بالنسبة لأحد المصانع هو تقليل ذروة الطلب على الكهرباء. بينما قد يمتلك موقع آخر منظومة كبيرة من الألواح الشمسية الكهروضوئية على سطحه ويرغب في استخدام المزيد من إنتاجه الخاص من الطاقة الشمسية. وقد تُولي منشأة ذات شبكة كهرباء غير مستقرة قيمة أكبر بكثير للطاقة الاحتياطية من الاستفادة من فروق أسعار الكهرباء.

تُبنى معظم مشاريع التجارة والصناعة حول هدف واحد أو أكثر من الأهداف الأربعة.

حلاقة الذقن

قد تتسبب المعدات الصناعية في فترات قصيرة من ارتفاع الطلب على الكهرباء. وفي حال احتوت تعريفة الكهرباء على رسوم إضافية، فقد يكون لهذه الذروات تأثير كبير على الفاتورة الشهرية.

يمكن للبطارية أن تُفرغ شحنتها خلال هذه الفترات لتقليل الطلب على الشبكة الكهربائية للموقع.

إدارة الطاقة حسب وقت الاستخدام

في حال اختلاف أسعار الكهرباء باختلاف أوقات اليوم، يمكن للنظام الشحن خلال فترات انخفاض التكلفة والتفريغ عندما تكون الكهرباء أغلى ثمناً.

يعتمد الجانب الاقتصادي على التعريفة المحلية وكفاءة البطارية واستراتيجية التشغيل والتدهور - وليس مجرد الفرق بين سعرين للكهرباء.

الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية

قد ينتج مشروع تجاري كمية من الكهرباء الشمسية في منتصف النهار تفوق ما يمكنه استهلاكه في تلك اللحظة.

بدلاً من تصدير الفائض أو تقليصه، يمكن للبطارية تخزين جزء منه لاستخدامه لاحقاً.

وهذا الأمر ذو أهمية خاصة بالنسبة للمنشآت التي يستمر طلبها على الكهرباء حتى المساء.

النسخ الاحتياطي ومرونة الطاقة

يمكن أن تدعم أنظمة تخزين البطاريات أيضًا الأحمال الحيوية عند انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة.

مع ذلك، فإن النظام المصمم أساسًا لتقليل ذروة الطلب لا يُعدّ نظامًا احتياطيًا كافيًا تلقائيًا. يجب أن تراعي مشاريع النسخ الاحتياطي طاقة الأحمال الحرجة، والاستقلالية المطلوبة، وبنية التبديل، وقدرة العاكس، وسعة البطارية المتاحة عند انقطاع التيار الكهربائي.

كيف تحددين مقاسك؟ تخزين البطاريات التجارية نظام؟

لا يوجد حجم قياسي للبطاريات في المصانع أو المباني التجارية.

قد يتطلب منشأتان لهما نفس الاستهلاك السنوي للكهرباء أنظمة مختلفة تمامًا لأن أنماط استهلاكهما مختلفة.

ينبغي أن يتضمن تقييم المشروع عادةً ما يلي:

ذروة الطلب (كيلوواط) : ما هو أعلى مستوى يصل إليه حمل المنشأة؟

استهلاك الطاقة (كيلوواط ساعة) : ما مقدار الكهرباء المستهلكة خلال الفترة المستهدفة؟

ملف تعريف الحمل : متى تحدث الذروات، وكم تدوم؟

توليد الطاقة الشمسية : إذا تم تركيب نظام الألواح الكهروضوئية، فما مقدار الطاقة الفائضة المتاحة للشحن؟

تعريفة الكهرباء : هل هناك رسوم على الطلب، أو أسعار الذروة/خارج الذروة، أو قيود على التصدير؟

متطلبات النسخ الاحتياطي : ما هي الأحمال التي يجب أن تستمر في العمل، وإلى متى؟

لنأخذ مثالاً مبسطاً.

إذا أرادت منشأة ما تقليل الطلب على الشبكة بحوالي 100 كيلوواط لمدة ساعتين، فإن متطلبات الطاقة النظرية هي:

100 كيلوواط × ساعتان = 200 كيلوواط ساعة

لكن تحديد بطارية بسعة 200 كيلوواط/ساعة على الفور سيكون تبسيطًا مفرطًا.

يجب أن تأخذ الحسابات الهندسية في الاعتبار أيضًا عمق التفريغ القابل للاستخدام، وفقدان التحويل، واحتياطي التشغيل، وتدهور البطارية، والظروف البيئية، ومعدل الشحن/التفريغ المطلوب.

لهذا السبب يجب أن تبدأ عملية تحديد حجم أنظمة تخزين الطاقة في القطاعين التجاري والصناعي ببيانات الموقع بدلاً من كتالوج المنتجات.

100 كيلوواط ساعة، 200 كيلوواط ساعة أو 500 كيلوواط ساعة: ما هي التغييرات؟

عادة ما تزداد السعة مع حجم ومدة التطبيق، ولكن لا توجد علاقة ثابتة بين حجم العمل وسعة البطارية.

قد يستخدم موقع تجاري أصغر عشرات الكيلوواط ساعة للاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية أو كنسخة احتياطية قصيرة المدة.

يمكن للأنظمة التي تتراوح سعتها بين 100 و200 كيلوواط ساعة أن تخدم تطبيقات مثل المصانع الصغيرة والمزارع والعقارات التجارية وورش العمل أو دعم شحن المركبات الكهربائية، وذلك حسب الحمل الفعلي.

قد يتطلب الأمر عدة مئات من الكيلوواط ساعة في الأماكن التي يكون فيها للمنشأة ذروة طلب أكبر، أو فترات تفريغ أطول، أو توليد طاقة شمسية أكبر.

بمجرد أن تتجه المشاريع نحو نطاق ميغاواط ساعة، تصبح بنية النظام، وتخطيط الموقع، والإدارة الحرارية، وربط الشبكة، والسلامة من الحرائق، وضوابط مستوى المشروع ذات أهمية متزايدة.

إذن، السؤال الصحيح ليس:

"ما حجم البطارية التي يحتاجها مصنعي؟"

إنها:

"ما هو مستوى الطاقة والقدرة الذي تحتاج البطارية إلى دعمه؟"

التبريد الهوائي أم التبريد السائل؟

تُعد إدارة الحرارة قرارًا مهمًا آخر في تصميم أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات للأجهزة والتحكم.

تستخدم أنظمة التبريد الهوائي تدفق هواء مُتحكم به لإزالة الحرارة من وحدات البطارية. وتتميز هذه الأنظمة بتصميم بسيط نسبياً، وهي مناسبة للعديد من المنشآت التجارية والصناعية الصغيرة والمتوسطة.

تقوم أنظمة التبريد السائل بتدوير سائل التبريد عبر نظام إدارة الحرارة للبطارية. وهذا يسمح بتحكم أدق في درجة الحرارة، وهو أمر ذو أهمية متزايدة لأنظمة وتطبيقات ذات كثافة طاقة أعلى تتطلب ظروف تشغيل قاسية.

لا ينبغي اختيار أي من التقنيتين من مواصفات واحدة.

ينبغي على مهندسي المشروع مراعاة درجة الحرارة المحيطة، وسعة النظام، وحمل الشحن/التفريغ، وبيئة التركيب، ومتطلبات الصيانة، والمساحة، وتوقعات دورة الحياة.

ما الذي يجب على الشركة تقييمه قبل شراء نظام تخزين الطاقة للمنشآت التجارية والصناعية؟

إن مقارنة الأسعار فقط بالدولار لكل كيلوواط ساعة يمكن أن تخفي اختلافات مهمة بين الأنظمة.

لأغراض شراء المشاريع، قم بتقييم ما يلي على الأقل:

• السعة الفعلية للبطارية بدلاً من السعة الاسمية
• الطاقة المستمرة والطاقة القصوى لنظام التحكم في الطاقة
• كيمياء البطارية ومواصفات الخلية
• ظروف اختبار دورة الحياة
• وظائف نظام إدارة المباني (BMS) ونظام إدارة الطاقة (EMS)
• بنية اقتران التيار المتردد/المستمر
• التوافق بين الطاقة الشمسية الكهروضوئية والشبكة
• نطاق درجة حرارة التشغيل
• إدارة الحرارة
• الحماية من الحرائق
• تصنيف الحماية/IP
• الشهادات المعتمدة
• شروط الضمان
• المراقبة عن بعد
• قطع الغيار والدعم الفني
• مسؤوليات التشغيل

لا يؤدي انخفاض سعر المعدات المبدئي بالضرورة إلى انخفاض تكلفة دورة الحياة.

أين تُستخدم أنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية؟

يتم نشر أنظمة تخزين البطاريات التجارية والصناعية بشكل متزايد عبر بيئات تحميل مختلفة.

تستخدم المصانع أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات لإدارة ذروة الطلب، ودمج الطاقة الشمسية، وتعزيز مرونة الإنتاج.

يمكن للمستودعات ومرافق الخدمات اللوجستية الجمع بين الطاقة الشمسية على أسطح المباني وتخزين البطاريات والبنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية.

قد تستخدم المزارع والمواقع الزراعية البطاريات جنبًا إلى جنب مع الخلايا الكهروضوئية لدعم المضخات والتبريد ومعدات المعالجة أو المواقع ذات الاتصالات الشبكية الأضعف.

بإمكان الفنادق والمباني التجارية تغيير استهلاك الطاقة والحفاظ على أحمال حرجة محددة.

يمكن لمحطات شحن السيارات الكهربائية استخدام تخزين البطاريات لتقليل الطلب الفوري على الشبكة عندما تتجاوز طاقة الشحن القدرة العملية للاتصال الحالي.

يمكن للمجمعات الصناعية والشبكات الصغيرة نشر خزائن بطاريات متعددة أو أنظمة على نطاق ميغاواط ساعة كجزء من بنية إدارة طاقة أوسع.

قد تكون التكنولوجيا متشابهة في هذه المشاريع، لكن استراتيجية التحكم نادراً ما تكون كذلك.

ما الذي يحدد عائد الاستثمار لمشروع بطاريات الأجهزة التجارية والصناعية؟

لا تحدد سعة البطارية وحدها الجدوى الاقتصادية للمشروع.

تعتمد النتيجة المالية على عوامل تشمل ما يلي:

• التعرفة المحلية للكهرباء
• هيكل رسوم الطلب
• معدل ركوب الدراجات اليومي
• ملف خطة الطاقة الشمسية
• استهلاك البطارية
• كفاءة الرحلة ذهابًا وإيابًا
• التدهور
• تكلفة التمويل
• صيانة
• الحوافز المتاحة
• القيمة المخصصة لحماية انقطاع التيار الكهربائي

إن المشروع الذي يستخدم بضع مرات فقط في السنة كنسخة احتياطية له إيرادات أو وفورات مختلفة تمامًا عن النظام الذي يعمل يوميًا لتقليل ذروة الطلب والاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية.

لهذا السبب، ينبغي أن يستخدم تحليل عائد الاستثمار بيانات التحميل الفعلية للموقع كلما أمكن ذلك.

من بيانات الأحمال إلى مشروع تخزين طاقة قابل للتمويل

ينبغي أن يبدأ مشروع تخزين الطاقة التجاري عادةً ببيانات الكهرباء، وليس باختيار المعدات.

التسلسل العملي هو:

تحليل الأحمال ← تعريف التطبيق ← تحديد حجم الطاقة والسعة ← بنية النظام ← اختيار المعدات ← مراجعة السلامة والامتثال ← التركيب ← التشغيل ← تحسين التشغيل.

توضح هذه العملية أيضًا سبب اختلاف تكوينات وتكاليف المشروع بين نظامين بقدرة 200 كيلوواط ساعة.

البطارية ليست سوى جزء واحد من أصول تخزين الطاقة النهائية.

تخزين الطاقة C&I حلول من شركة جي إس إل للطاقة

تقوم شركة GSL Energy بتطوير أنظمة تخزين طاقة البطاريات التجارية والصناعية لتطبيقات تتراوح من المنشآت الموزعة الصغيرة إلى المشاريع التي تبلغ مساحتها ميغاواط ساعة.

تشمل محفظة المنتجات أنظمة بطاريات عالية الجهد، وخزائن C&I متكاملة، وأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات المبردة بالهواء والمبردة بالسوائل، وتكوينات معيارية أو حاويات أكبر.

لتقييم المشروع، يمكن مطابقة تكوين النظام مع ملف تعريف الحمل الخاص بالموقع، وتوليد الطاقة الشمسية، وظروف الشبكة، واستراتيجية التشغيل المطلوبة، ومتطلبات التوسع.

بالنسبة للشركات التي تقوم بتقييم مشروع تخزين الطاقة التجارية والصناعية، فإن تقديم فواتير الكهرباء الحديثة، وبيانات الحمل الفاصلة، وسعة الطاقة الكهروضوئية الحالية أو المخطط لها، ومتطلبات الحمل الحرج، ومساحة التركيب المتاحة يمكن أن يجعل تحديد حجم النظام الأولي أكثر دقة بشكل كبير.