عند التعرف على الطاقة المتجددة، غالبًا ما تصادف مصطلح "ESS". ماذا يمثل هذا المصطلح؟ ستقدم لك هذه المقالة شرحاً مفصلاً ومبادئ باستخدام لغة بسيطة.
ماذا تعني كلمة "ESS" في مجال الطاقة؟
في قطاع الطاقة، ESS هو اختصار لـ "نظام تخزين الطاقة" يشير إلى طريقة لتخزين الطاقة مؤقتًا باستخدام نهج معين وإطلاقها عند الحاجة. وغالبًا ما تُستخدم في مجال الطاقة المتجددة. وسواء كانت الطاقة الكهرومائية، أو الطاقة الشمسية، أو طاقة الرياح، أو طاقة المد والجزر، وما إلى ذلك، فإن الطاقة الكهربائية المولدة من هذه القوى الطبيعية هائلة ومستمرة. ولمنع إهدار الطاقة المولدة من أن تضيع، تم تصميم نظام دعم الطاقة المتجددة لتعظيم الاستفادة من الطاقة.
كما يتم تطبيق نظام ESS أيضًا في تخزين الطاقة التجارية والصناعية لتجنب الحمل الزائد أثناء ذروة الطلب على الكهرباء وتوفير التكاليف. تختار بعض الشركات بناء نظام ESS لتخزين الكهرباء عندما تكون أسعار الشبكة منخفضة ثم إطلاقها عندما تكون الأسعار مرتفعة، وبالتالي توفير التكاليف.
في الواقع، لا يقتصر استخدام بطاريات تخزين الطاقة الشمسية على المشاريع الكبيرة. فمع التحسينات التكنولوجية التي طرأت على بطاريات الليثيوم في السنوات الأخيرة، ظهرت العديد من بطاريات تخزين الطاقة المنزلية في السوق، مما يسمح للناس بتخزين الطاقة الشمسية واستخدامها في الأيام الغائمة أو في الليل.
كيف يعمل نظام دعم مصراتة الإلكترونيات
المبدأ الأساسي لنظام دعم الطاقة الكهربائية والإلكترونية هو تحويل الطاقة التي يتم الحصول عليها وتخزينها، ثم إطلاقها عند الحاجة. ومن خلال محوّل، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى شكل مناسب للتخزين، وعادةً ما يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية مخزنة في بطاريات أيونات الليثيوم.
مكونات ESS
يتألف نظام ESS عادةً من عدة مكونات رئيسية، يلعب كل منها دورًا أساسيًا في الوظائف العامة للنظام:
جهاز تخزين الطاقة:
جهاز تخزين الطاقة هو الجزء الأساسي من نظام دعم الطاقة الكهربائي، ويستخدم لتخزين الطاقة.
نظام تحويل الطاقة (PCS):
نظام تحويل الطاقة مسؤول عن تحويل الطاقة أثناء تخزين الطاقة وإطلاقها. وهو يشمل العاكسات (التي تحول التيار المباشر إلى تيار متردد) والمقومات (التي تحول التيار المتردد إلى تيار مباشر).
نظام إدارة البطارية (BMS):
بالنسبة للنظام المستند إلى البطارية، يعتبر نظام إدارة البطارية مكونًا بالغ الأهمية. حيث يقوم نظام إدارة البطارية بمراقبة وإدارة الجهد والتيار ودرجة الحرارة وحالة شحن حزمة البطارية لضمان التشغيل الآمن للبطارية ومنع الشحن الزائد والتفريغ الزائد والسخونة الزائدة. يمكن لنظام إدارة البطارية BMS أيضًا موازنة الجهد بين خلايا البطارية لإطالة العمر الإجمالي للبطارية.
نظام إدارة الطاقة (EMS):
يُستخدم نظام إدارة الطاقة لتحسين تشغيل النظام بأكمله. ويراقب نظام إدارة الطاقة مدخلات ومخرجات الطاقة، ويدير أوقات شحن وتفريغ جهاز تخزين الطاقة، مما يضمن قدرة النظام على تحقيق أقصى استفادة من الطاقة المخزنة بناءً على الطلب على الأحمال وتقلبات أسعار الكهرباء.
نظام التبريد:
يُستخدم نظام التبريد للحفاظ على استقرار درجة حرارة جهاز تخزين الطاقة، خاصةً في أنظمة تخزين الطاقة الميكانيكية أو البطارية. إدارة درجة الحرارة أمر بالغ الأهمية لإطالة عمر النظام وضمان التشغيل الآمن. يشيع استخدام أنظمة التبريد السائل أو أنظمة تبريد الهواء.
أجهزة الحماية:
تشمل أجهزة الحماية قواطع الدارة والصمامات والعوازل وأجهزة التأريض. تُستخدم هذه الأجهزة لحماية النظام من الأحمال الزائدة والدوائر القصيرة وتقلبات الجهد والأعطال الكهربائية الأخرى، مما يضمن إمكانية إيقاف تشغيل النظام بأمان في حالة حدوث ظروف غير طبيعية.
نظام المراقبة والتحكم:
يوفر هذا النظام وظائف مراقبة البيانات والتحكم في الوقت الحقيقي. ويمكنه مراقبة حالة نظام دعم الطاقة الكهربائي، مثل مستوى شحن البطارية ودرجة الحرارة ومخرجات الطاقة، إما عن بُعد أو محلياً.
نظام الاتصالات:
يُستخدم نظام الاتصالات لربط النظام بأنظمة التحكم الخارجية أو الشبكة. وهو يسمح بتبادل البيانات بين نظام الإدارة البيئية ونظام إدارة المباني وأنظمة التحكم الأخرى.
ما هي أنواع ESS الموجودة؟
بناءً على مبادئ المحول، يمكن تقسيم ESS إلى عدة فروع. بعد ذلك، سأعرض بعض الأنواع المستخدمة في الحياة الواقعية ومزايا وعيوب كل منها:
بطارية ESS (BESS)
المبدأ: تقوم أنظمة تخزين الطاقة القائمة على البطاريات بتخزين الطاقة الكهربائية في شكل كيميائي داخل بطارية. والأنواع الأكثر شيوعاً هي بطاريات أيونات الليثيوم، حيث تتحرك أيونات الليثيوم بين الأنود والكاثود أثناء دورات الشحن والتفريغ. وتشمل الأنواع الأخرى بطاريات التدفق، التي تخزن الطاقة في شوارد سائلة.
المزايا: كثافة طاقة عالية ودورة حياة طويلة؛ كفاءة عالية في الشحن والتفريغ؛ تصميم معياري يسمح بتحديد الحجم حسب الاحتياجات.
العيوب: تكلفة أولية عالية؛ يتأثر عمر البطارية بالظروف البيئية.
حالة الاستخدام: مشروع بطارية تخزين الطاقة الشمسية التجارية الخاصة بشركة PKNERGY.
تخزين الطاقة الحرارية
المبدأ: تقوم أنظمة تخزين الطاقة الحرارية (TES) بتخزين الطاقة في شكل حرارة أو برودة، والتي يمكن استخدامها لاحقًا لتوليد الكهرباء أو توفير التدفئة/التبريد. وتشمل المواد الشائعة لتخزين الطاقة الحرارية الماء أو الثلج أو الأملاح المنصهرة. وغالباً ما تعمل هذه الأنظمة بالاقتران مع الطاقة الشمسية أو غيرها من مصادر الطاقة المتجددة.
المزايا: وقت طويل لتخزين الطاقة؛ نظام بسيط نسبيًا بتكاليف صيانة منخفضة؛ يمكن أن يوازن بين الطلبات الموسمية على الطاقة.
العيوب: كثافة طاقة منخفضة؛ فقدان الحرارة قد يقلل من الكفاءة؛ مساحة كبيرة مطلوبة لتخزين المواد.
حالة الاستخدام: تستخدم محطة Gemasolar للطاقة الشمسية في إسبانيا الملح المنصهر لتخزين الحرارة.
تخزين الطاقة بالهواء السائل (LAES)
المبدأ: ينطوي تخزين الطاقة الهوائية السائلة (LAES) على تبريد الهواء إلى درجات حرارة مبردة (حوالي -196 درجة مئوية) لتسييله، ثم تخزينه في خزانات معزولة. وعند الحاجة إلى الطاقة، يتم تعريض الهواء السائل لدرجات الحرارة المحيطة، مما يؤدي إلى تمدده بسرعة وعودته إلى غاز. وتدفع عملية التمدد هذه التوربينات لتوليد الكهرباء. ويمكن لأنظمة LAES أيضاً الاستفادة من الحرارة أو البرودة المهدرة لتحسين الكفاءة.
المزايا: يمكن تخزين الطاقة على نطاق واسع، ومناسبة لتنظيم الشبكة؛ تستخدم مواد خام غير مكلفة وغير سامة (الهواء)؛ عمر طويل للنظام مع احتياجات صيانة منخفضة؛ كثافة طاقة أعلى، خاصة عند دمجها مع الحرارة أو البرودة المهدرة.
العيوب: كفاءة تحويل أقل، عادةً حوالي 50-60%؛ تكاليف بناء عالية تتطلب بنية تحتية واسعة النطاق؛ تتطلب تكنولوجيا تخزين منخفضة الحرارة، والتي تنطوي على فقدان الطاقة.
حالة الاستخدام: مشروع تخزين الطاقة الهوائية السائلة من قبل شركة Highview Power في المملكة المتحدة.
تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES)
المبدأ: تستخدم أنظمة CAES فائض الكهرباء لضغط الهواء وتخزينه في كهوف أو خزانات تحت الأرض. وعندما يرتفع الطلب على الطاقة، يتم إطلاق الهواء المضغوط وتسخينه وتوسيعه لتشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء.
المزايا: مناسبة لتخزين الطاقة على نطاق واسع؛ منخفضة التكلفة، خاصة عند استخدام الكهوف الطبيعية تحت الأرض؛ تسمح بتخزين الطاقة على المدى الطويل.
العيوب: انخفاض كفاءة النظام مع فقدان كبير في الطاقة؛ يتطلب مساحة كبيرة تحت الأرض؛ التأثيرات البيئية، مثل انبعاثات الكربون أثناء تسخين الهواء.
حالة الاستخدام: منشأة CAES في ماكينتوش، الولايات المتحدة الأمريكية.
تخزين الطاقة في دولاب الموازنة
المبدأ: تقوم أنظمة تخزين الطاقة في دولاب الموازنة بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية عن طريق تدوير دوّار بسرعات عالية. وعند الحاجة إلى الطاقة، يتم تحويل الطاقة الحركية للدوار إلى طاقة كهربائية.
المزايا: كثافة طاقة عالية؛ متطلبات صيانة منخفضة للغاية؛ قدرة شحن وتفريغ سريعة.
العيوب: كثافة طاقة منخفضة؛ تكاليف بناء عالية؛ وقت تخزين طاقة قصير، مناسب لاحتياجات الموازنة قصيرة الأجل.
حالة الاستخدام: نظام تخزين الطاقة في دولاب الموازنة من شركة بيكون باور.
تخزين الطاقة الكيميائية
المبدأ: ينطوي تخزين الطاقة الكيميائية على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، عادةً في شكل هيدروجين أو حاملات كيميائية أخرى. ويمكن إعادة تحويل هذه الطاقة لاحقاً إلى طاقة كهربائية من خلال خلايا الوقود أو عمليات كيميائية أخرى.
المزايا: كثافة طاقة عالية؛ تسمح بتخزين الطاقة على المدى الطويل؛ مواد خام متاحة على نطاق واسع مع تطبيقات مرنة.
العيوب: انخفاض كفاءة التحويل؛ تكنولوجيا معقدة ذات تكاليف عالية؛ احتياجات كبيرة للبنية التحتية، خاصة لتخزين الهيدروجين ونقله.
حالة الاستخدام: تقوم منشأة تحويل الطاقة إلى غاز في ألمانيا بتحويل الطاقة الكهربائية الزائدة إلى هيدروجين للتخزين.
العوامل الرئيسية التي تؤثر على تكلفة نظام دعم الطاقة الشمسية الكهروضوئية
تتأثر تكلفة نظام تخزين الطاقة (ESS) في المقام الأول بعوامل مثل نوع البطارية وحجم النظام وتكاليف المواد ونفقات التصنيع والتركيب وتكاليف الصيانة والتشغيل (OPEX)، بالإضافة إلى عمر النظام وعدد الدورات. يؤثر كل من حجم وتعقيد نظام دعم الطاقة الكهربائي، ومتطلبات الجودة، وتكاليف الصيانة والاستبدال على المدى الطويل على فعالية التكلفة الإجمالية لنظام دعم الطاقة الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك، كلما كان عمر النظام أطول وكلما زاد عدد الدورات التي يمكن أن يكملها، انخفضت التكلفة على المدى الطويل.
الخاتمة
وباعتبارها وسيلة لتخزين الطاقة، يمكن أن تقلل أنظمة نظم نظم الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل كبير من اعتماد المجتمع على الوقود الأحفوري التقليدي. وبالنسبة للبلدان ذات الطلب المرتفع على الكهرباء على وجه الخصوص، فإن كلاً من أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية والإلكترونية المنزلية الصغيرة وتخزين الطاقة التجارية الكبيرة تقدم حلولاً جيدة. وهذا يعني أن سوق تخزين الطاقة سيصبح رائجاً بشكل متزايد. اتصل بشركة PKNERGY الآن لمعرفة المزيد عن بناء نظام تخزين الطاقة الكهربائية والطاقة الشمسية.
الأسئلة الشائعة:
كيف يعمل نظام تخزين الطاقة الشمسية؟
مبدأ عمل نظام تخزين الطاقة الشمسية هو تخزين الطاقة الزائدة التي تولدها الألواح الشمسية. عندما تسطع الشمس، تنتج الألواح الشمسية الكهرباء التي يمكن استخدامها على الفور أو تخزينها في نظام تخزين الطاقة (ESS) لاستخدامها في وقت لاحق.
هل يمكنك الحصول على بطارية احتياطية بدون طاقة شمسية؟
نعم، يمكنك الشحن من الشبكة لاستخدامها كمصدر طاقة احتياطي دون الحاجة إلى نظام شمسي.
ما مقدار الكهرباء التي يمكن تخزينها في البطارية؟
يعتمد ذلك على حجم البطارية التي تستخدمها. تشمل بطاريات تخزين الطاقة المنزلية الشائعة بطاريات تخزين الطاقة المنزلية 5 كيلوواط ساعة، 10 كيلوواط ساعة، 15 كيلوواط ساعة
توفير المال وحماية البيئة
تساعدك شركة PKNERGY على تقليل فواتير الطاقة الخاصة بك لتخزين الطاقة الشمسية في منزلك، وتخزين الطاقة الشمسية لاستخدامها في أي وقت - في الليل أو أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
AR 
EN 
ES 
DE 
PT 
KU 
ID 
RU 
SL 
KO 
FR 
IT 
BG 
NL 
CS 