تعد أنظمة تخزين طاقة البطارية (BESS) من الأصول الأكثر مرونة في نظام الطاقة الحديث. وهي تتكون من حامل البطارية، ونظام تحويل الطاقة، ومنصة التحكم. على عكس الهواء المائي أو الهواء المضغوط، يمكن لنظام BESS الاستجابة لإشارات الشبكة خلال 100 مللي ثانية. هذه السرعة تجعلها لا تقدر بثمن لتنظيم التردد الأولي. ومن المتوقع أن تتجاوز القدرة العالمية لـ BESS المثبتة لخدمات الشبكة 300 جيجاوات/ساعة بحلول نهاية عام 2027. ويوفر وقت الاستجابة السريع لـ BESS احتواء تردد أسرع وأكثر دقة من احتياطيات الغزل التقليدية.
يحافظ مشغلو الشبكة على تردد عند 60 هرتز أو 50 هرتز من خلال موازنة التوليد والتحميل في الوقت الفعلي. عند حدوث اضطراب، ينحرف التردد، ويمكن لـ BESS حقن الطاقة أو امتصاصها على الفور. تعتمد إيرادات تنظيم الترددات على السعة المقدمة ودرجة أداء الأصل. يمكن أن تحصل أنظمة BESS عالية الأداء على مبلغ يتراوح بين 10 إلى 15 دولارًا لكل ميجاوات/ساعة من القدرة المعروضة في بعض الأسواق. يتم حساب درجة الأداء بناءً على العلاقة بين إشارة الاستجابة وإخراج الطاقة الفعلي. تحقق وحدات BESS عادةً درجات أعلى من 0.95 على مقياس من 0 إلى 1.
نظام تحويل الطاقة (PCS) هو الواجهة بين التيار المباشر للبطارية والتيار المتردد للشبكة. يجب أن تتعامل أجهزة الكمبيوتر مع تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه وتحافظ على جودة شكل موجة الإخراج. يعد التشوه التوافقي الإجمالي معلمة أساسية، وتتطلب معظم رموز الشبكة أن تكون أقل من 3 بالمائة. تعد كفاءة أجهزة الكمبيوتر أمرًا بالغ الأهمية لكفاءة رحلة الذهاب والإياب الشاملة لـ BESS. تحقق تصميمات PCS الحالية كفاءة تتراوح من 98 إلى 99 بالمائة عند التحميل الكامل. عادةً ما تكون طريقة التبريد الخاصة بأجهزة الكمبيوتر عبارة عن هواء أو سائل، اعتمادًا على كثافة الطاقة والظروف المحيطة.
يعتبر فوسفات الحديد الليثيوم هو الكيمياء السائدة في BESS نظرًا لدورته الطويلة وثباته الحراري. تتراوح دورة حياة خلايا LFP عند عمق تفريغ 80 بالمائة عادةً من 6000 إلى 8000 دورة. يتفوق هذا الأداء على كيمياء النيكل والمنغنيز والكوبالت، وهي أكثر كثافة من حيث الطاقة ولكن لها دورة حياة أقصر وتكلفة أعلى. يؤثر اختيار الخلية بشكل مباشر على نطاق درجة حرارة التشغيل والحاجة إلى التبريد. يمكن للخلايا LFP أن تعمل في درجات حرارة أعلى، ولكن معدل التحلل لا يزال يزيد مع درجة الحرارة. ولذلك، مطلوب نظام قوي لإدارة الحرارة بغض النظر عن الكيمياء.
تشتمل بنية التحكم في BESS على نظام إدارة البطارية ونظام إدارة الطاقة ووحدة التحكم في المصنع. يقوم نظام إدارة البطارية بمراقبة الجهد ودرجة الحرارة لكل خلية لضمان التشغيل الآمن. يتعامل نظام إدارة الطاقة مع أوامر الإرسال ويحسن حالة الشحن. تتواصل وحدة التحكم بالمحطة مع مشغل الشبكة باستخدام بروتوكولات مثل IEC 61850 أو DNP3. يعد زمن الوصول لرابط الاتصال أمرًا بالغ الأهمية لتنظيم التردد، ويجب أن يظل التأخير أقل من 50 مللي ثانية. غالبًا ما يتم تثبيت مسارات الاتصال الزائدة لضمان الموثوقية.
تقدم INJET HanCang نظامًا متكاملًا لتحويل الطاقة وإدارة الطاقة لأنظمة تخزين طاقة البطارية. تتضمن منصتنا وحدة تحكم عالية السرعة تنفذ أوامر الإرسال من مشغل الشبكة بزمن انتقال أقل من 30 مللي ثانية. يتضمن نظام إدارة الطاقة من INJET HanCang وحدات تنبؤية تتنبأ بحالة الشحن وحمل التبريد المطلوب. يقلل هذا التكامل من متطلبات الأجهزة الخارجية ويبسط عملية التشغيل. تتوفر وحدات PCS الخاصة بنا بتصنيفات طاقة تتراوح من 1 ميجاوات إلى 5 ميجاوات في حاوية واحدة.
يمكن تكييف الإستراتيجية التشغيلية لـ BESS لإبطاء تدهور الخلايا. بالنسبة لتنظيم التردد، يمكن تسهيل إشارة الطاقة المطلوبة لتقليل تقلبات التردد العالي التي تسبب تسارع التقادم. يقوم نظام إدارة البطارية بحساب المقاومة الداخلية للخلايا لتقدير حالة الشيخوخة. ومن خلال ضبط معدلات الشحن والتفريغ بناءً على المقاومة الداخلية، يمكن للمشغل إطالة العمر الإنتاجي للبطارية. تُعرف هذه الإستراتيجية بالتحكم في إدراك التدهور وقد ثبت أنها تزيد إجمالي الطاقة المسلمة على مدار العمر بنسبة 8 بالمائة.
تعتمد الجدوى الاقتصادية لمحطة BESS المخصصة لتنظيم الترددات على هيكل السوق والمشهد التنافسي. تبلغ التكلفة الرأسمالية لنظام بقدرة 20 ميجاوات لمدة ساعة واحدة حوالي 6 إلى 7 ملايين دولار. تبلغ تكلفة التشغيل والصيانة السنوية عادةً 1.5 بالمائة من التكلفة الرأسمالية. وتتنوع الإيرادات المتأتية من تنظيم الترددات وتعتمد على سعر الخدمة في الوقت الفعلي. وفي الأسواق التي تتمتع بقدر كبير من اختراق الطاقة المتجددة، من الممكن أن يرتفع سعر التنظيم إلى أكثر من 20 دولاراً لكل ميجاوات/ساعة. يمكن لـ BESS المصمم جيدًا تحقيق فترة استرداد تتراوح من 5 إلى 7 سنوات بناءً على بيانات الأسعار التاريخية.
تظهر البيانات الميدانية من منشآت BESS في المملكة المتحدة أن متوسط وقت الاستجابة يبلغ 85 مللي ثانية. ويبلغ توافر هذه الأنظمة أكثر من 98 بالمائة على أساس سنوي. يتم قياس كفاءة النظام من مدخل التيار المتردد إلى مخرج التيار المتردد بنسبة 86 إلى 88 بالمائة لدورة كاملة. يكون معدل تدهور الخلايا في تطبيقات تنظيم التردد أقل منه في موازنة الطاقة لأن عمق التفريغ أقل عمقًا. يتراوح متوسط عمق التفريغ لنظام BESS بين 20 و40 بالمائة، مما يؤدي إلى إطالة عمر الدورة بشكل ملحوظ.
يرتبط التأثير البيئي لـ BESS في المقام الأول بتعدين الليثيوم والحديد والفوسفات. تمثل عملية التصنيع ما يقرب من 40 بالمائة من إجمالي البصمة الكربونية للنظام. أصبحت إعادة تدوير خلايا البطاريات أكثر شيوعًا، ويبلغ معدل استرداد الليثيوم حاليًا أكثر من 70 بالمائة في المنشآت المتقدمة. إن استخدام BESS لتنظيم التردد يقلل من الحاجة إلى محطات ذروة الغاز الطبيعي، مما يقلل من انبعاثات الشبكة الإجمالية. ويتمثل التأثير الصافي في انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 300 إلى 400 كيلوجرام لكل ميجاوات/ساعة من الطاقة المتجددة المتكاملة.
تعد أنظمة تخزين طاقة البطارية الحل الأكثر فعالية لتنظيم التردد في الشبكات ذات الاختراق العالي للطاقة المتجددة. إن سرعة الاستجابة ودقة توصيل الطاقة وقابلية تطوير التكنولوجيا تجعلها لا غنى عنها. توفر INJET HanCang أنظمة تحويل الطاقة والتحكم الهامة التي تمكن BESS من الأداء بشكل موثوق ومربح في هذه التطبيقات الصعبة.