كيفية اختيار نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) بسعة 500 كيلوواط/ساعة إلى 2 ميغاواط/ساعة لمراكز البيانات والمواقع التجارية ذات القدرة المحدودة على الوصول إلى الشبكة الكهربائية

بالنسبة للعديد من مراكز البيانات والمصانع ومراكز الخدمات اللوجستية ومواقع شحن المركبات الكهربائية والمجمعات التجارية، لا تكمن مشكلة الطاقة الرئيسية في إجمالي استهلاك الكهرباء السنوي، بل في الفجوة بين ما يحتاجه الموقع في لحظات معينة وما يمكن للشبكة المحلية توفيره بشكل موثوق.

قد يمتلك مرفق ما وصلة شبكة بقدرة 600 كيلوواط، ولكنه قد يحتاج أحيانًا إلى 800 كيلوواط. قد يمتلك مركز بيانات جديد سعة كافية من الطاقة الكهربائية لمرحلته الأولى، ولكنه قد يواجه انتظارًا طويلًا لتحديث وصلة الشبكة التالية. قد يكون متوسط ​​الطلب على الطاقة في محطة شحن السيارات الكهربائية متواضعًا، ولكنه قد يتسبب في فترات قصيرة من استهلاك الطاقة العالي جدًا. في كل حالة، يمكن لنظام تخزين طاقة البطاريات توفير طاقة قابلة للتحكم خلف العداد، مما يساعد الموقع على العمل ضمن حدود الشبكة الحالية.

النقطة المهمة هي أن تحديد حجم نظام تخزين الطاقة بالبطاريات لا ينبغي أن يبدأ بسعة افتراضية مثل 500 كيلوواط/ساعة أو 1 ميغاواط/ساعة أو 2 ميغاواط/ساعة. بل يجب أن يبدأ بنقص الطاقة الفعلي للموقع، ومدة هذا النقص، ومتطلبات الحمل الحرج، والهدف التشغيلي. عندها فقط تصبح سعة البطارية قرارًا هندسيًا ذا جدوى.

ابدأ بفجوة الطاقة

الحساب الأول بسيط:

الطاقة المطلوبة لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات ≈ ذروة حمل الموقع - سعة الشبكة المتاحة

لنفترض منشأة تجارية يبلغ ذروة استهلاكها للطاقة 800 كيلوواط، ولديها اتصال متاح بالشبكة بقدرة 600 كيلوواط. يبلغ عجز الطاقة 200 كيلوواط. إذا استمر هذا العجز لمدة ساعتين، فإن الحد الأدنى من متطلبات الطاقة يبلغ حوالي 400 كيلوواط ساعة.

200 كيلوواط × ساعتان = 400 كيلوواط ساعة

يحتاج النظام الفعلي إلى هامش إضافي لعمق التفريغ القابل للاستخدام، وفقدان التحويل، والحد الأدنى لحالة الشحن، وتقادم البطارية، ونمو الأحمال في المستقبل. في هذه الحالة، يصبح نظام تخزين الطاقة بالبطاريات بسعة 500 كيلوواط/ساعة نقطة انطلاق معقولة.

تُعدّ هذه الطريقة أكثر فائدة لتحديد حجم التخزين من الاعتماد على نموذج بطارية مُفضّل. كما أنها تُفسّر سبب احتياج موقعين ذوي استهلاك سنوي مُتقارب للكهرباء إلى أنظمة مُختلفة تمامًا. فقد يحتاج أحدهما إلى طاقة عالية لمدة 30 دقيقة، بينما قد يحتاج الآخر إلى طاقة أقل لمدة ثلاث أو أربع ساعات.

بطارية 500 كيلوواط ساعة، أو 1 ميغاواط ساعة، أو 2 ميغاواط ساعة؟

إن الفرق بين مستويات السعة هذه ليس مجرد "صغيرة ومتوسطة وكبيرة". يمكن لكل منها أن تدعم مزيجًا مختلفًا من فجوة الطاقة ومدة الدعم واستراتيجية التشغيل.

هذه نطاقات إرشادية فقط. يجب أن يعتمد تحديد المقاسات النهائية دائمًا على بيانات الأحمال الخاصة بالموقع.

توفر بطارية سعتها 1 ميغاواط/ساعة مقترنة بنظام تحويل طاقة بقدرة 250 كيلوواط نمط تشغيل مختلفًا تمامًا عن نفس البطارية عند اقترانها بنظام تحويل طاقة بقدرة 500 كيلوواط/ساعة. يركز الأول على مدة التشغيل، بينما يركز الثاني على القدرة. لهذا السبب، يجب تحديد حجم كل من الكيلوواط والكيلوواط/ساعة بشكل منفصل.

ثلاثة أمثلة عملية لتحديد المقاسات

يُعاني مرفق تجاري ذو قدرة محدودة على الوصول إلى الشبكة الكهربائية، حيث يبلغ ذروة استهلاكه 780 كيلوواط وحد الشبكة 580 كيلوواط، من عجز قدره 200 كيلوواط. إذا استمرت ذروة الاستهلاك عادةً ساعتين، فإن المشروع يحتاج إلى حوالي 400 كيلوواط ساعة من الطاقة القابلة للاستخدام. بعد إضافة هامش التشغيل، يُعد نظام بقدرة 500-550 كيلوواط ساعة حجمًا منطقيًا للدراسة.

قد يصل الحمل الأقصى لمنشأة مركز بيانات متوسط ​​إلى 1 ميغاواط، بينما لا يتوفر من الشبكة سوى 650 كيلوواط خلال فترة التشغيل المحددة. ويبلغ العجز 350 كيلوواط. إذا احتاج الموقع إلى ساعتين من الدعم، فإن متطلبات الطاقة الأساسية هي 700 كيلوواط ساعة. بعد احتساب حالة الشحن الاحتياطية، وفقدان التحويل، ومتطلبات النسخ الاحتياطي، يمكن للمشروع أن يتجه نحو نطاق 800 كيلوواط ساعة إلى 1 ميغاواط ساعة.

قد يواجه مجمع تجاري أكبر فجوة في الطاقة تصل إلى 600 كيلوواط بعد التوسعة. إذا كان من المتوقع استمرار هذا العجز لمدة ساعتين ونصف، فإن الحد الأدنى لمتطلبات الطاقة هو 1.5 ميغاواط ساعة. مع وجود احتياطيات وهوامش تشغيل، يصبح نظام بقدرة 1.8 إلى 2 ميغاواط ساعة أكثر واقعية.

المنطق في الحالات الثلاث هو نفسه: فجوة الطاقة أولاً، ثم المدة ثانياً، ثم حجم البطارية ثالثاً.

مراكز البيانات تحتاج إلى نهج تصميم مختلف

بالنسبة لمراكز البيانات، لا ينبغي التعامل مع تقليل ذروة الطلب على الطاقة والطاقة الاحتياطية على أنهما نفس المتطلب.

يتم تقليل ذروة الطلب على الطاقة أثناء توفر الشبكة الكهربائية. ببساطة، يقلل نظام تخزين الطاقة بالبطاريات من كمية الطاقة المستوردة خلال فترة ذروة الطلب.

تختلف عملية النسخ الاحتياطي. يجب أن تدعم البطارية الأحمال الحيوية عند انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة، وهذا يطرح مجموعة منفصلة من أسئلة التصميم: ما هي الأحمال الحيوية، وكمية الطاقة التي يجب أن تبقى في الاحتياط، وسرعة نقل النظام، وما إذا كان الموقع سيصبح معزولاً، وكيف يجب أن تنسق البطارية مع نظام UPS والمولدات.

لذا، يجب تصميم نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) لمركز البيانات بحيث يتجاوز حجمه ذروة الطلب على الموقع. كما ينبغي على شركات الهندسة والمشتريات والإنشاءات (EPCs) تأكيد ما يلي:

• عبء تكنولوجيا المعلومات الحرج
• حمولة المنشأة غير الحرجة
• مدة النسخ الاحتياطي المطلوبة
• سعة وحدة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) ووقت التشغيل
• وقت بدء تشغيل المولد ووقت تشغيله
• الحد الأدنى من مركز عمليات الطوارئ
• متطلبات STS أو ATS
• متطلبات العزلة
• متطلبات بدء التشغيل من الصفر
• خطط التوسع المستقبلية

هذا التمييز مهم لأن النظام الذي يكون مناسبًا تمامًا لتقليل ذروة الطلب قد يكون صغيرًا جدًا للتشغيل في حالات الطوارئ.

ينبغي أن تعمل أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) وأنظمة الطاقة غير المنقطعة (UPS) والمولدات معًا.

في معظم مشاريع الأحمال الحرجة، لا يُعد نظام تخزين الطاقة بالبطاريات بديلاً مباشراً عن نظام الطاقة غير المنقطعة أو مولدات الديزل. عادةً ما تؤدي هذه التقنيات أدواراً مختلفة.

توفر وحدة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) حماية فورية ضد انقطاعات التيار الكهربائي القصيرة واضطرابات جودة الطاقة. بينما تدير وحدة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) تدفقات طاقة أكبر على مدى فترات أطول. أما المولد الكهربائي فيوفر طاقة طوارئ إضافية عندما تستمر انقطاعات التيار لفترة أطول من قدرة البطارية على دعمها.

لذا، قد يجمع التصميم المعماري العملي بين ما يلي:

شبكة الكهرباء + نظام الطاقة غير المنقطع + نظام تخزين الطاقة بالبطاريات + مولد كهربائي + نظام إدارة الطاقة

في حال توفر الطاقة الشمسية، يمكن توسيع النظام ليشمل ما يلي:

شبكة الكهرباء + الألواح الشمسية الكهروضوئية + نظام تخزين الطاقة بالبطاريات + نظام الطاقة غير المنقطع + مولد كهربائي + الأحمال الحرجة + نظام إدارة الطاقة

يصبح نظام إدارة الطاقة مسؤولاً بعد ذلك عن تنسيق وقت شحن البطارية وتفريغها، ومقدار حالة الشحن الاحتياطية، ووقت بدء تشغيل المولد. بالنسبة للمشترين التجاريين، غالباً ما تكون استراتيجية التحكم هذه بنفس أهمية السعة الاسمية للبطارية.

هل يمكن لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات أن يحل محل ترقية الشبكة الكهربائية؟

في بعض الأحيان يمكن أن يقلل أو يؤخر أحدها، ولكن لا ينبغي تقديمه كبديل شامل.

تواجه العديد من المواقع التجارية تكاليف باهظة أو عمليات ترقية بطيئة لشبكة الكهرباء عند إضافة معدات إنتاج جديدة، أو رفوف مراكز البيانات، أو شواحن السيارات الكهربائية، أو أحمال التكييف والتهوية، أو مبانٍ إضافية. وقد يتطلب الحل التقليدي محولاً كهربائياً أكبر، أو لوحة توزيع كهربائية جديدة، أو ترقية وصلة الكهرباء.

يمكن للبطارية أن توفر الفرق بين وصلة الشبكة الحالية وحمل الذروة المؤقت للموقع. إذا كان النقص يحدث لفترات محدودة فقط، فقد يكون هذا الحل أكثر فعالية من حيث التكلفة من توسيع الشبكة لتلبية ذروة قصيرة فقط.

على سبيل المثال:

سعة الشبكة: 750 كيلوواط
ذروة الموقع: 1000 كيلوواط
الدعم المطلوب من نظام تخزين الطاقة بالبطاريات: حوالي 250 كيلوواط

إذا استمر هذا العجز البالغ 250 كيلوواط لمدة ساعة أو ساعتين فقط في اليوم، فقد يكون من المفيد تقييم نظام تخزين الطاقة بالبطاريات كشكل من أشكال دعم القدرة أو تأجيل ترقية الشبكة.

ينبغي أن يقارن القرار التجاري تكلفة ومدة تنفيذ ترقية الشبكة مقابل التكلفة الرأسمالية والقيمة التشغيلية ومرونة نظام تخزين الطاقة بالبطاريات. ولا يزال يتعين التحقق من قواعد شركات الكهرباء واتفاقيات الربط قبل افتراض إمكانية استبدال تعزيز الشبكة بتخزين الطاقة بالبطاريات.

كيفية تحديد حجم طاقة نظام الطاقة وطاقة البطارية

بالنسبة للمواقع ذات القيود على الشبكة، يتم تحديد طاقة نظام تحويل الطاقة عادةً من خلال حجم عجز الطاقة.

الطاقة المطلوبة لنظام تحويل الطاقة ≈ ذروة الحمل - سعة الشبكة المتاحة

إذا بلغت ذروة استهلاك موقع ما 1000 كيلوواط، وكان بإمكان الشبكة توفير 750 كيلوواط، فإن المشروع يتطلب حوالي 250 كيلوواط من طاقة البطاريات. وقد يختار المهندسون نظام تحويل طاقة أكبر قليلاً لتوفير هامش تشغيلي أو للتوسع المستقبلي.

ثم يتم تحديد طاقة البطارية بناءً على المدة المطلوبة للدعم:

الطاقة المطلوبة للبطارية ≈ طاقة الدعم × مدة الدعم

إذا استمر النقص في الطاقة بمقدار 250 كيلوواط لمدة ساعتين، فإن احتياج الطاقة الأساسي هو 500 كيلوواط ساعة. ويجب أن يراعي التصميم النهائي حينها وزارة الدفاع، وفقدان الطاقة في النظام، والحد الأدنى لحالة الشحن، والاحتياطي الطارئ، والتدهور.

لهذا السبب، قد يتطلب مشروع ما طاقة عالية لنظام تحويل الطاقة (PCS) ولكن سعة بطارية متواضعة نسبيًا، أو العكس. لا ينبغي أبدًا اختيار القيمتين كما لو كانتا قابلتين للتبديل.

ما الذي يجب على شركات الهندسة والمشتريات والإنشاءات التحقق منه قبل الشراء؟

بالنسبة للمشاريع التي تتراوح سعتها بين 500 كيلوواط/ساعة و2 ميغاواط/ساعة، لا تكفي مقارنة سعر الكيلوواط/ساعة. يجب تقييم النظام كجزء من البنية التحتية الكهربائية للموقع.

بالنسبة لمراكز البيانات وغيرها من المرافق الحيوية، عادة ما يكون توفر النظام ومنطق التحكم أكثر أهمية من تحقيق أقل تكلفة أولية للبطارية.

خيارات الطاقة المعيارية من GSL لمشاريع تتراوح سعتها بين 500 كيلوواط/ساعة و2 ميغاواط/ساعة

بالنسبة للمشاريع التي تستفيد من التوسع المعياري، يمكن استخدام GSL-CESS-125K261 كوحدة بناء.

تم تصنيف كل خزانة بقدرة 125 كيلوواط / 261.2 كيلوواط ساعة وتستخدم خلايا LFP سعة 314 أمبير ساعة، ومنصة بطارية مصنفة بجهد 832 فولت، وتبريد سائل، واتصال CAN/Ethernet/RS485.

يمكن بناء نموذج نموذجي للتطور المعياري حول ما يلي:

تُحدد وثائق المنتج مراكز البيانات، والمصانع الذكية، والمباني التجارية، ومحطات الشحن ضمن سيناريوهات التطبيق النموذجية. كما يدعم تصميم النظام التكامل مع أنظمة إدارة الطاقة، وشبكات الكهرباء، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتوليد طاقة الرياح، وشحن المركبات الكهربائية، ووحدات تخزين الطاقة المتعددة للمنشآت التجارية والصناعية.

لا يزال يتعين تأكيد التكوين المتوازي الدقيق، واستراتيجية التحكم في نظام تحويل الطاقة، وتصميم توازن النظام لنمط تشغيل المشروع المتصل بالشبكة أو غير المتصل بها.

سير عمل عملي لتحديد حجم المشروع

يُفضّل أن يبدأ أي مشروع جاد بقدرة تتراوح بين 500 كيلوواط/ساعة و2 ميغاواط/ساعة ببيانات أحمال لمدة 12 شهرًا على الأقل، وبدقة تصل إلى 15 دقيقة أو أكثر. بعد ذلك، يجب على شركة الهندسة والمشتريات والإنشاءات (EPC) تأكيد الحد الأقصى الفعلي لربط الشبكة، وتحديد مدة وتكرار نقص الطاقة، وفصل متطلبات تخفيف ذروة الأحمال عن متطلبات النسخ الاحتياطي للطوارئ، وتحديد مقدار حالة الشحن (SOC) التي يجب أن تبقى متاحة للأحمال الحرجة.

تتمثل الخطوة التالية في نمذجة الظروف المستقبلية. قد تؤدي إضافة خوادم أو شواحن سيارات كهربائية أو معدات إنتاج أو سعة ألواح شمسية إلى تغيير جوهري في حجم النظام المطلوب. وبمجرد فهم نمط الحمل المستقبلي، يمكن للمشروع حساب كل من طاقة نظام تحويل الطاقة المطلوبة وسعة طاقة البطارية.

يفضل إجراء محاكاة لمدة عام كامل على تحديد الحجم من يوم ذروة واحد لأنه يكشف عن الاختلافات الموسمية، وتواتر دورات الشحن والتفريغ، واحتياطي الطاقة الاحتياطي المتاح، والاستخدام الفعلي للبطارية.

الأسئلة الشائعة

ما مقدار سعة تخزين البطاريات التي يحتاجها مركز البيانات؟

لا توجد نسبة ثابتة. يعتمد الحجم الصحيح على الحمل الحرج، وسعة الشبكة المتاحة، ومدة الدعم المطلوبة، وبنية نظام الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS)، وسعة المولد، والاحتياطي الاحتياطي.

هل تكفي 500 كيلوواط ساعة لمركز بيانات صغير؟

قد يكون ذلك ممكناً. فالموقع الذي يعاني من نقص في الشبكة يبلغ حوالي 200 كيلوواط لمدة ساعتين تقريباً قد يقع ضمن نطاق 500 كيلوواط ساعة بمجرد تضمين هامش التشغيل.

هل يمكن لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات أن يحل محل تحديث شبكة الكهرباء؟

في بعض المشاريع، يمكن لأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات أن تقلل أو تؤجل الحاجة إلى سعة إضافية للشبكة. أما إمكانية استبدالها بالتحديثات بشكل كامل فتعتمد على نمط استهلاك الموقع، ومتطلبات المرافق، والنمو طويل الأجل.

هل يمكن تشغيل نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) مع نظام الطاقة غير المنقطعة (UPS) ومولدات الديزل؟

نعم. في مشاريع الأحمال الحرجة، عادةً ما تؤدي هذه الأنظمة أدوارًا تكميلية ويجب تنسيقها من خلال بنية التحكم في الطاقة الشاملة.

هل ينبغي للمشروع اختيار طاقة أكبر من نظام تحويل الطاقة (PCS) أم سعة بطارية أكبر؟

يجب أن تتناسب قدرة نظام تحويل الطاقة مع متطلبات الطاقة اللحظية. كما يجب أن تتناسب سعة البطارية مع مدة تلك المتطلبات. زيادة القدرة بالكيلوواط لا تعني بالضرورة زيادة الحاجة إلى الطاقة بالكيلوواط ساعة، والعكس صحيح.

هل 1 ميغاواط ساعة أم 2 ميغاواط ساعة أفضل لموقع تجاري محدود الشبكة؟

لا يوجد حجم أفضل بالضرورة من الآخر. قد يكون نظام بقدرة 1 ميغاواط/ساعة كافياً لنقص معتدل في الطاقة يدوم حوالي ساعتين، بينما قد يكون نظام بقدرة 2 ميغاواط/ساعة ضرورياً للأحمال الأكبر، أو فترات الدعم الأطول، أو احتياطي الطاقة الاحتياطي الإضافي.

الخلاصة النهائية

بالنسبة لمراكز البيانات والمواقع التجارية ذات القيود على الشبكة، يجب أن يبدأ تحديد حجم نظام تخزين الطاقة بالبطاريات بأربعة أرقام:

ذروة حمل الموقع | سعة الشبكة المتاحة | طاقة الدعم المطلوبة | مدة الدعم المطلوبة

تُحدد هذه الأرقام ما إذا كان المشروع أقرب إلى حلٍّ بقدرة 500 كيلوواط/ساعة، أو 1 ميغاواط/ساعة، أو 2 ميغاواط/ساعة. ويجب أن يُراعي التصميم الهندسي الأحمال الحرجة، وتنسيق وحدات الإمداد بالطاقة غير المنقطعة والمولدات، والاحتياطي الاحتياطي، والتوسعات المستقبلية، واستراتيجية التحكم في نظام إدارة الطاقة.

لا يقتصر دور نظام تخزين الطاقة بالبطاريات ذي الحجم المناسب على تخزين الكهرباء فحسب، بل يمنح الموقع مصدراً قابلاً للتحكم في سعة الطاقة، ومرونة تشغيلية، وقدرة على الصمود عندما لا تستطيع الشبكة وحدها تلبية جميع المتطلبات.

هل تخطط لمشروع تخزين طاقة بالبطاريات بسعة 500 كيلوواط/ساعة إلى 2 ميغاواط/ساعة؟

لإجراء التقييم الأولي للمشروع، قم بإعداد ما يلي:

البلد | حمل الموقع | ذروة الطلب | سعة الشبكة المتاحة | مدة الدعم المطلوبة | الحمل الحرج | سعة الألواح الشمسية الكهروضوئية | متطلبات النسخ الاحتياطي | التطبيق

يمكن لشركة GSL ENERGY استخدام هذه المدخلات لتقييم طاقة نظام تحويل الطاقة المطلوبة، وسعة البطارية، ومدة التشغيل، وبنية النظام لمشاريع تخزين الطاقة التجارية والصناعية والحرجة.