ما نوع تخزين الطاقة الذي تمثله البطارية؟

البطارية نوع من أنواع تخزين الطاقة الكهروكيميائية. فهي تخزن الطاقة في صورة كيميائية وتطلقها على شكل كهرباء من خلال تفاعلات كهروكيميائية. في البطارية القابلة لإعادة الشحن، يعكس مصدر طاقة خارجي هذه التفاعلات، مما يسمح للبطارية بالشحن والتفريغ بشكل متكرر.

بالنسبة لمالك المنزل، قد يعني ذلك استخدام الطاقة الشمسية المولدة بعد غروب الشمس. أما بالنسبة للمصنع، فقد يعني ذلك تقليل استهلاك الكهرباء من الشبكة خلال ذروة الإنتاج. يُعد فهم فئة التخزين نقطة انطلاق مفيدة، لكن اختيار النظام يتطلب أيضًا معرفة مقدار الطاقة التي يمكنه توفيرها، ومدة تشغيله، وكيفية ربطه بالموقع.

كيف تقوم البطارية بتخزين الطاقة وإطلاقها؟

تحتوي البطارية القابلة لإعادة الشحن على قطبين كهربائيين، موجب وسالب، ومحلول إلكتروليتي يسمح للأيونات بالتحرك بينهما. أثناء الشحن، تُحدث الكهرباء تغييرات في الحالة الكهروكيميائية للبطارية. أثناء التفريغ، تُزوّد ​​التفاعلات الكهربائية الدائرة الخارجية بالإلكترونات، مما يُشغّل الأجهزة المتصلة بينما تتحرك الأيونات داخل الخلية.

لذا، فإن الطاقة المخزنة هي طاقة كيميائية، على الرغم من أن البطارية تستقبل الكهرباء وتوزعها. فالبطارية لا تخزن الكهرباء بنفس طريقة تخزين الخزان للماء، بل تعتمد قدرتها على توفير الطاقة على حالة وترتيب موادها الفعالة.

لنفترض مبنىً مزوداً بألواح شمسية على سطحه. عندما يتجاوز إنتاج الطاقة الشمسية احتياجات المبنى، يمكن لنظام متوافق توجيه الطاقة الفائضة إلى البطارية. لاحقاً، تُفرغ البطارية طاقتها لتلبية احتياجات المبنى. يُفقد جزء من الطاقة أثناء الشحن والتخزين والتحويل، لذا فإن كمية الكهرباء المستعادة أقل من كمية الكهرباء المُزوَّدة أصلاً.

لهذا السبب أيضاً، ينبغي تقييم بطارية الطاقة الشمسية كجزء من التركيبات الكهربائية. يجب أن تعمل البطارية والعاكس وأجهزة التحكم وأحمال المبنى معاً لكي تكون الطاقة المخزنة مفيدة.

مكانة البطاريات بين أنواع تخزين الطاقة الرئيسية

تُصنّف تقنيات تخزين الطاقة عادةً حسب شكل تخزينها للطاقة. وتُعدّ البطاريات أحد الخيارات ضمن مجموعة أوسع من التقنيات.

قد تختلف حدود التصنيف. فالمكثفات الفائقة، على سبيل المثال، قد تُصنّف ضمن تخزين الطاقة الكهروكيميائي نظرًا لموادها وآليات تشغيلها. والفرق الجوهري هنا واضح: فالبطاريات القابلة لإعادة الشحن التقليدية تخزن الطاقة من خلال عمليات كهروكيميائية. وتُفرّق تقييمات وزارة الطاقة الأمريكية لتقنيات تخزين الطاقة بين تقنيات البطاريات وتقنيات التخزين الميكانيكية والحرارية والهيدروجينية.

بالنسبة للمنشآت التجارية، تلبي هذه التقنيات احتياجات مختلفة. فنظام تخزين الثلج يُمكنه تخفيف الضغط على التبريد خلال ساعات الذروة المكلفة، ولكنه لا يُوفر الكهرباء مباشرةً لإضاءة المستودع. أما نظام البطاريات، فيُمكنه تزويد الأحمال الكهربائية بالطاقة، شريطة أن تتوافق قدرته الكهربائية وطريقة توصيله مع متطلبات تلك الأحمال.

ما هي تقنيات البطاريات المستخدمة لتخزين الطاقة؟

يمكن استخدام العديد من تقنيات البطاريات في التطبيقات الثابتة. ولا يعني انتماءها إلى نفس فئة التخزين أنها قابلة للتبديل.

تتضمن بطاريات الليثيوم أيون عدة أنواع كيميائية، منها فوسفات حديد الليثيوم، المعروف اختصارًا بـ LiFePO4 أو LFP. يُعدّ LFP تقنية من تقنيات الليثيوم أيون، وليس فئة مستقلة لتخزين الطاقة. بالنسبة للمشتري الذي يقارن أنظمة LFP، فإن اسم التركيب الكيميائي ليس سوى نقطة البداية؛ إذ لا يزال من الضروري التحقق من السعة القابلة للاستخدام، وحدود التشغيل، وشروط الضمان، وتكامل النظام.

تُعدّ بطاريات الرصاص الحمضية تقنية كهروكيميائية راسخة أخرى. عند مقارنة نظام بطاريات الرصاص الحمضية بنوع آخر من البطاريات، ينبغي على المشترين فحص عمق التفريغ المسموح به وشروط دورة حياة البطارية التي يحددها المصنّع. قد يُقدّم منتجان لهما نفس تصنيف الطاقة الاسمي كميات طاقة مختلفة للاستخدام الروتيني.

بطاريات أيونات الصوديوم كما أنها تخزن الطاقة كهروكيميائياً. ينبغي تقييم أدائها باستخدام بيانات اختبار المنتج المحدد، لا سيما عندما تؤثر درجة الحرارة أو طاقة الشحن أو مساحة التركيب على المشروع. لا ينبغي أن تحل الادعاءات المتعلقة بتقنية أيونات الصوديوم ككل محل التقييم على مستوى النموذج.

تستخدم بطاريات التدفق إلكتروليتات سائلة لتخزين الطاقة، حيث تحدث التفاعلات في مكدس كهروكيميائي. يختلف تصميمها عن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية المعبأة، لكنها تبقى بطاريات. تشمل تقييمات وزارة الطاقة الأمريكية للتكنولوجيا بطاريات تدفق الليثيوم أيون، وبطاريات الرصاص الحمضية، وبطاريات تدفق الفاناديوم المؤكسدة والمختزلة، ضمن خيارات التخزين الثابت.

لذلك فإن المقارنة المفيدة تسأل عن كيفية أداء النظام الكامل في ظل دورة التشغيل المقصودة، بدلاً من تصنيف التقنيات وفقًا لمواصفة رئيسية واحدة.

ما الفرق بين البطارية ونظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS)؟

تقوم البطارية بتخزين الطاقة. ويجمع نظام تخزين طاقة البطارية، أو BESS، بين البطاريات والمعدات اللازمة لإدارة تشغيلها وتوصيل الطاقة إلى تطبيق معين.

بالنسبة للتركيبات المتصلة بالمبنى، تشمل الوظائف الرئيسية عادةً ما يلي:

يمكن دمج هذه الوظائف في خزانة واحدة أو توزيعها على عدة وحدات. ويُعرّف دليل مختبرات سانديا الوطنية لتخزين الطاقة البطاريات وتحويل الطاقة وأنظمة التحكم الإدارية كعناصر أساسية للنظام.

يُعد هذا التمييز مهمًا عند مراجعة عروض الأسعار. رف بطارية ووحدة متكاملة أنظمة تخزين الطاقة التجارية قد تتشابه تصنيفات الطاقة، بينما تختلف المعدات الموردة ونطاق التركيب اختلافًا كبيرًا. لذا، ينبغي على المشترين التأكد مما إذا كان العرض يشمل تحويل الطاقة، وأنظمة التحكم، والحماية، والتشغيل، وأنماط التشغيل المطلوبة.

ما الذي يحدد المدة التي يمكن للبطارية أن توفر فيها الطاقة؟

يعتمد عمر البطارية على كل من الطاقة المخزنة والحمل الذي يتم تزويده بالطاقة.

تُقاس القدرة بالكيلوواط (kW)، وتصف معدل التوصيل. أما الطاقة، فتُقاس بالكيلوواط ساعة (kWh)، وتصف الكمية المتاحة. وتعتبر إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA) هاتين الوحدتين تصنيفين منفصلين لتخزين الطاقة.

بالنسبة لنظام تجاري توضيحي مصنف بقدرة 125 كيلوواط و261 كيلوواط ساعة:

المدة الاسمية عند القدرة المقدرة = 261 كيلوواط ساعة ÷ 125 كيلوواط ≈ 2.09 ساعة

هذا الحساب هو نقطة مرجعية، ولا يضمن مدة تشغيل محددة. يعتمد وقت التشغيل الفعلي على السعة القابلة للاستخدام، وحالة الشحن الأولية، وإعدادات الاحتياطي، وفقدان التحويل، واستهلاك الطاقة الإضافية، ودرجة الحرارة، وحالة البطارية.

يُعدّ نمط استهلاك الطاقة عاملاً بالغ الأهمية. فالشركة التي تسعى إلى تقليل ذروة الطلب على الطاقة البالغة 100 كيلوواط لمدة 30 دقيقة تختلف متطلباتها عن الشركة التي تحتاج إلى 100 كيلوواط من الطاقة الاحتياطية لمدة أربع ساعات. كلا الطلبين يتطلبان نفس القدر من الطاقة، لكن الثاني يتطلب طاقة أكبر بكثير.

لأغراض تخطيط المشاريع، يُعد التقدير الأولي المفيد هو:

الطاقة المطلوبة = متوسط ​​الحمل المدعوم × وقت التشغيل المطلوب

يجب أن تراعي السعة الاسمية للبطارية حدود الطاقة القابلة للاستخدام في المشروع وفقدانها. يجب تقييم بدء تشغيل المحرك والزيادات المفاجئة الأخرى بشكل منفصل عن متوسط ​​الاستهلاك.

كيف تدعم أنظمة تخزين الطاقة المنازل والشركات

في أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية، يمكن لتخزين الطاقة في البطاريات تحويل جزء من إنتاج الطاقة الشمسية خلال النهار إلى الاستخدام المسائي. ويعتمد مدى تأثير ذلك على خفض فاتورة الكهرباء على أنماط الاستهلاك، وأسعار الاستيراد، وتعويضات التصدير، وتكاليف النظام. وتكون قيمة البطارية الكبيرة محدودة إذا كان فائض الطاقة المُنتجة أو الكهرباء منخفضة التكلفة اللازمة لشحنها نادرًا.

غالباً ما تتطلب المشاريع التجارية دراسة دقيقة لأوقات استهلاك الكهرباء. قد يشهد المستودع ذروة قصيرة في الاستهلاك عند تشغيل عدة أحمال في وقت واحد، بينما قد يحافظ مصنع الإنتاج على طلب مرتفع طوال ساعات العمل. وقد تكون سعة التخزين المناسبة لأحد هذين النمطين غير كافية - أو كبيرة بشكل غير ضروري - للنمط الآخر.

يُضيف توفير الطاقة الاحتياطية متطلباً آخر. فتركيب بطارية لا يعني بالضرورة قدرة العقار على العمل أثناء انقطاع التيار الكهربائي. يجب تصميم النظام بحيث ينفصل عن الشبكة بشكل مناسب ويُغذي الأحمال المطلوبة بشكل مستقل. وتُحدد وزارة الطاقة الأمريكية إمكانية التشغيل المستقل كشرط أساسي لضمان استمرارية العمل أثناء انقطاع التيار.

يحتاج أي مشروع يهدف إلى خفض التكاليف وتوفير الطاقة الاحتياطية إلى سياسة تشغيلية. فتفريغ البطارية لتقليل ذروة استهلاك الكهرباء يقلل من الطاقة المخزنة المتاحة في حال انقطاع التيار الكهربائي. لذا، ينبغي أن يكون الاحتياطي المطلوب جزءًا من مناقشات التصميم.

للاستفسار عن حلول تخزين الطاقة السكنية أو التجارية من GSL ENERGY، فإن أهم المعلومات الأولية هي بيانات استهلاك الموقع، وتعرفة الكهرباء، وتفاصيل تركيب الطاقة الشمسية، وأحمال الطاقة الاحتياطية المطلوبة. هذه المعلومات تحوّل طلبًا عامًا لـ "بطارية" إلى مواصفات نظام قابلة للتقييم.

كيف تطبق شركة GSL ENERGY تقنيات البطاريات في مختلف التطبيقات

تعتمد محفظة حلول تخزين الطاقة الثابتة لشركة GSL ENERGY بشكل أساسي على فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4)، وهي تقنية بطاريات أيونات الليثيوم المستخدمة في أنظمتها السكنية والتجارية والصناعية. تشمل هذه المجموعة بطاريات الطاقة الشمسية المنزلية، وأنظمة البطاريات عالية الجهد، والخزائن الخارجية المتكاملة، وأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات المعبأة في حاويات. تلبي هذه الحلول متطلبات تركيب متنوعة، بدءًا من تخزين الطاقة الشمسية من أسطح المنازل للاستخدام المسائي، وصولًا إلى إدارة الطلب التجاري على الكهرباء ودعم تشغيل الشبكات الصغيرة.

في عام 2026، بدأت شركة GSL ENERGY أيضًا في استكشاف منتجات بطاريات أيونات الصوديوم لتوسيع نطاق محفظتها التكنولوجية. إلى جانب حلول التخزين الثابتة، تقدم الشركة حلول بطاريات الطائرات بدون طيار وأنظمة تخزين الطاقة المتنقلة لشحن المركبات الكهربائية. تفرض هذه التطبيقات متطلبات مختلفة على تصميم البطاريات: يجب أن يتوافق النظام المنزلي مع أحمال المنزل ومتطلبات العاكس، ويجب أن توازن بطارية الطائرة المسيّرة بين الوزن وأداء الطيران، ويجب أن ينسق نظام الشحن المتنقل الطاقة المخزنة مع خرج الشحن واحتياجات النشر. لذلك، تعتمد التقنية المناسبة على التطبيق، بدلاً من أن تكون تركيبة كيميائية واحدة مناسبة لكل منتج.