قبل مناقشة بنية نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) وأنواع البطاريات، يجب علينا أولاً التركيز على المصطلحات الأكثر شيوعًا المستخدمة في هذا المجال. تصف العديد من المعلمات المهمة سلوكيات أنظمة تخزين طاقة البطارية.
القدرة [آه]: الحد الأقصى للشحنة الكهربائية التي يستطيع النظام توفيرها للحمل المتصل بجهد معقول. تتمتع تقنية البطارية بتأثير كبير على هذه المعلمة، والتي يتم تعيين قيمتها لتيار تفريغ معين ودرجة حرارة معينة.
الطاقة الاسمية [واط]:هذه هي الطاقة الإجمالية المنتجة بين حالتي الشحن الكامل والتفريغ الكامل. وهو ما يعادل جهد البطارية مضروبًا في السعة. درجة الحرارة والتيار لهما تأثير أيضا، لأن القدرة تحدد ذلك.
الطاقة [ث]:يعد تحديد طاقة خرج BESS أمرًا صعبًا لأنه يعتمد على الحمل المرفق. ومع ذلك، تمثل الطاقة الاسمية القدرة في سيناريو التفريغ الأكثر شيوعًا.
الطاقة النوعية [وات/كجم]:يشير هذا إلى سعة تخزين طاقة البطارية بالنسبة للكتلة.
المقياس المستخدم لتحديد فترات الشحن والتفريغ يسمىمعدل ج. سوف يستنزف تيار التفريغ البطارية بالكامل خلال ساعة عند درجة حرارة 1 درجة مئوية.
الشحن/التفريغ/الشحن هودورة. لا يوجد تعريف متفق عليه لماهية الدورة.
بطاريةدورة الحياةهو إجمالي عدد الدورات التي يمكن أن تنتجها.
وزارة الدفاع: عمق التفريغ. التفريغ الكامل هو 100٪؛
حالة الشحن (SoC،%):تتم الإشارة إلى مستوى شحن البطارية بهذا الرقم.
على المدى "كفاءة كولومبية" يشير إلى قدرة البطارية على نقل الشحنة بكفاءة. وهي نسبة الشحنة المطلوبة للعودة إلى الحالة الأصلية للشحن إلى كمية الشحن (Ah) المنطلقة أثناء مرحلة التفريغ. وباستثناء تكنولوجيا حمض الرصاص، فإن معظم الأجهزة العادية تتمتع البطاريات بكفاءة مماثلة لهذه.
الأنواع الرئيسية لأنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية
توجد العديد من أنظمة البطاريات، يعتمد كل منها على مزيج فريد من المكونات والعمليات الكيميائية. تعد بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم أيون هي الأنواع الأكثر استخدامًا حاليًا، ولكن البطاريات القائمة على التدفق والنيكل والكبريت لها أيضًا مكان في هذا السوق. سنراجع بسرعة الفوائد الرئيسية لتقنيات البطاريات الأكثر شيوعًا.
نحن نستخدم هذه البطاريات بشكل منتظم. تتكون الخلية الأساسية لهذه البطارية من قطب ثنائي أكسيد أو قطب موجب من الرصاص وقطب رصاص سالب. المنحل بالكهرباء هو محلول حمض الكبريتيك في الماء.
تتمثل الفوائد الأساسية لهذه البطاريات في قدرتها على تحمل التكاليف وحالتها التكنولوجية المتقدمة.
بطاريات النيكل والكادميوم (Ni-Cd).
قبل استخدام تكنولوجيا بطاريات الليثيوم على نطاق واسع، كان هذا النوع من البطاريات بمثابة مصدر الطاقة الأساسي للأجهزة المحمولة لعدد من السنوات.
توفر هذه البطاريات مخرجات طاقة عالية ووقت إعادة شحن سريع.
يتمثل التحسن في هذه البطاريات في تقنية هيدريد معدن النيكل (NiMH)، والتي يمكن أن توفر طاقة محددة أعلى بحوالي 40٪ من طاقة NiCd القياسية.
بطاريات ليثيوم أيون (ليثيوم أيون).
من بين جميع المعادن، يتمتع الليثيوم بأعلى طاقة نوعية وهو الأخف وزنا. تتمتع بطاريات الأنود المعدنية الليثيوم القابلة لإعادة الشحن بالقدرة على توفير كثافة طاقة عالية بشكل لا يصدق.
هناك قيود أخرى كذلك. على سبيل المثال، تطوير التشعبات على الأنود أثناء ركوب الدراجات هو قيد وثيق الصلة. فقد يؤدي ذلك إلى انقطاع التيار الكهربائي، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة والإضرار بالبطارية.
تكوين BESS
تشكل "المستويات" المختلفة، المنطقية والمادية، BESS. يحتاج كل جزء مادي فريد إلى نظام تحكم خاص به.
فيما يلي ملخص لهذه المراحل الرئيسية:
يتكون نظام البطارية من مجموعات بطاريات مختلفة والعديد من البطاريات المتصلة ببعضها البعض لتحقيق مستويات الجهد والتيار المطلوبة.
ينظم نظام إدارة البطارية الأداء المناسب لكل خلية لتمكين النظام من العمل ضمن نطاق الجهد والتيار ودرجة الحرارة الآمن على صحة البطاريات الممتازة بدلاً من النظام ككل. بالإضافة إلى ذلك، يتم تعديل حالة الشحن في كل خلية وموازنتها من خلال القيام بذلك.
لتحويل الطاقة إلى تيار متردد، يتم توصيل العاكسات بنظام البطارية. يوجد مستوى إلكتروني متخصص للطاقة يُعرف باسم PCS (نظام تحويل الطاقة) في كل BESS. ويتم تجميعها عادةً في وحدة تحويل مع جميع الخدمات المساعدة المطلوبة للمراقبة المناسبة.
يتم تنفيذ النظام ومراقبة تدفق الطاقة والتحكم فيه (نظام إدارة الطاقة) بالخطوات التالية. غالبًا ما يشتمل نظام التحكم الإشرافي والحصول على البيانات، أو نظام SCADA، على وظائف المراقبة والتحكم العامة. من ناحية أخرى، تم تصميم نظام إدارة الطاقة خصيصًا لمراقبة تدفق الطاقة وفقًا لمتطلبات التطبيق.
إن وصلة محول الجهد المتوسط/الجهد المنخفض، واستنادًا إلى حجم النظام، فإن محول الجهد العالي/الجهد المتوسط في محطة فرعية مخصصة هي التوصيلات الأخيرة.
الوحدة الكهروضوئية وتكامل BESS
من المتوقع أن يكون لمصادر الطاقة المتجددة تأثير كبير على الأنظمة الكهربائية في المستقبل، كما تمت مناقشته في الجزء الأول من هذه السلسلة. قد يستفيد كل من النظام الكهربائي ومحطة الطاقة المتجددة من تكامل BESS مع مصدر للطاقة المتجددة.
يشرح ما يلي الطرق المختلفة التي يمكن لـ BESS من خلالها مساعدة محطة توليد الطاقة:
من أجل تحقيق منحنى توليد أكثر ثباتًا وقابلية للتنبؤ به، فإن هذا من شأنه أن يعوض "تقلب" ملف تعريف التوليد تحت الغطاء السحابي أو الارتفاع المفاجئ في الطاقة. يتم عرض التباين بين منحنى توليد محطة الطاقة الكهروضوئية في يوم غائم وآخر ذو سماء صافية في الشكل 4. وسيظهر التوليد "وميضًا" أقل مع تكامل BESS، مما يؤدي إلى منحنى أكثر انتظامًا.
سوف "يسلس" منحنى التوليد نتيجة لذروة الحلاقة (لمعرفة المزيد عن ذروة الحلاقة، اقرأ المقالة السابقة).
فيما يتعلق بدعم الشبكة والخدمات الإضافية، يمكن أن يلعب نظام BESS دورًا مهمًا في دمج محطة الطاقة في الشبكة الكهربائية من خلال توفير تنظيم التردد وإدارة الجهد (جنبًا إلى جنب مع تعويض الطاقة التفاعلية) مع تأثير أقل بكثير على النظام الكهربائي.
وبصرف النظر عن الخدمات المذكورة أعلاه، هناك المزيد من التعاون المحتمل بين الوحدات الكهروضوئية وأنظمة تخزين طاقة البطاريات، بدءًا من تبادل نقطة الاتصال (POC). نظرًا لأنه يتم تثبيت BESS بشكل متكرر "لاستكمال" الوحدة الكهروضوئية، فإن وجودها لا يمكن أن يتطلب طاقة إضافية في POC.
تنبع عمليات التعاون الإضافية المحتملة من القرارات المتخذة في بنية كيفية اتصال الوحدات الكهروضوئية بـ BESS. توجد ثلاثة خيارات أساسية على الأقل:
اقتران العاصمة: في هذا الخيار، يتم استخدام محول DC/DC معين لربط BESS وPV على جانب التيار المستمر للبطاريات والوحدات الكهروضوئية من أجل تثبيت الجهد. باستخدام هذه الطريقة، سيتشارك كل جانب التيار المتردد بالمحطة في العاكسات بين الوحدة الكهروضوئية وBESS (سيكون العاكس في هذا السيناريو قادرًا على العمل في جميع الأرباع الأربعة لمخطط PQ). هذا الاختيار شائع جدًا في المناطق السكنية التطبيقات، أو في حالة محطة صغيرة (كيلوواط). وفي حالة وجود مصنع واسع النطاق، سيتم توزيع BESS على طول الحقل. ومع ذلك، سيتطلب الأمر منطقًا محددًا ومكلفًا للتحكم في جهد التيار المستمر وشحن كل حزمة بطارية.
اقتران التيار المتردد بعد العاكس: هذه الطريقة مشابهة للطريقة السابقة، ولكنها تضع نقطة اقتران الوحدة BESS و PV بعد العاكسات. في هذه الحالة، سيكون لكل من BESS والوحدة الكهروضوئية عاكس مخصص خاص بهما. نظرًا لعدم وجود حاجة إلى منطق تحكم إضافي لوصلة التوصيل DC، فإن هذه الطريقة شائعة أيضًا في التطبيقات السكنية ويمكن استخدامها في المصانع الكبيرة لإنشاء BESS موزعة.
اقتران التيار المتردد في POC:في هذا الحل، تتشارك الوحدة الكهروضوئية وBESS فقط في مرفق التوصيل البيني، بينما لديهما أقسام منفصلة تمامًا على مستوى المحطة.