من منظور نظام الطاقة بأكمله، يمكن تقسيم تطبيقات تخزين الطاقة إلى ثلاثة سيناريوهات رئيسية: تخزين الطاقة من جهة التوليد، وتخزين الطاقة من جهة النقل والتوزيع، وتخزين الطاقة من جهة المستخدم. ويمكن تقسيم هذه السيناريوهات الثلاثة إلى طلب قائم على الطاقة وطلب قائم على الطاقة من منظور شبكة الكهرباء. يتطلب الطلب القائم على الطاقة عادةً وقت تفريغ طويل (مثل تحويل الطاقة)، ولا يتطلب وقت استجابة طويلًا. في المقابل، يتطلب الطلب القائم على الطاقة عادةً استجابة سريعة، ولكنه لا يتطلب عادةً وقت تفريغ طويل (مثل إدارة الطاقة للنظام).
عمليًا، يجب تحليل تقنيات تخزين الطاقة وفقًا لمتطلبات مختلف السيناريوهات لاختيار التقنية الأنسب. تُركز هذه الورقة على تحليل ثلاثة سيناريوهات رئيسية لتطبيقات تخزين الطاقة.
جانب توليد الطاقة
من منظور توليد الطاقة، تُعدّ محطة الطاقة نقطة الطلب النهائية لتخزين الطاقة. ونظرًا لاختلاف تأثيرات مصادر الطاقة المختلفة على الشبكة، بالإضافة إلى التفاوت الديناميكي بين توليد الطاقة واستهلاكها الناتج عن عدم القدرة على التنبؤ بحمل الطاقة، فإنّ هناك أنواعًا متعددة من سيناريوهات الطلب على تخزين الطاقة في توليد الطاقة، بما في ذلك ستة أنواع من السيناريوهات، مثل تحويل وقت الطاقة، ووحدة السعة، وتتبع الحمل، وتنظيم تردد النظام، والسعة الاحتياطية، ودمج الطاقة المتجددة في الشبكة.
تحول الطاقة والوقت
تحويل الطاقة الزمني هو تقليل أحمال الذروة والانخفاض من خلال تخزين الطاقة، أي أن محطة الطاقة تشحن البطارية خلال ساعات الحمل المنخفض وتُطلق الطاقة المُخزنة خلال ساعات الذروة. بالإضافة إلى ذلك، يُمثل تخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية من مصادر الطاقة المتجددة، ثم نقلها إلى أوقات أخرى لتوصيلها بالشبكة، تحويلًا زمنيًا للطاقة.
إن تحويل وقت الطاقة هو تطبيق نموذجي يعتمد على الطاقة، ولا توجد به متطلبات صارمة بشأن وقت الشحن والتفريغ، ومتطلبات الطاقة للشحن والتفريغ واسعة نسبيًا، ولكن بسبب الحمل الكهربائي للمستخدم وخصائص توليد الطاقة المتجددة، فإن تواتر تطبيق تحويل وقت الطاقة مرتفع نسبيًا، حيث يتجاوز 300 مرة في السنة.
وحدات السعة
نظراً لاختلاف أحمال استهلاك الكهرباء في فترات زمنية مختلفة، تحتاج وحدات توليد الطاقة العاملة بالفحم إلى استيعاب سعة الذروة، ما يتطلب تخصيص قدر معين من سعة التوليد لتُعادل سعة حمل الذروة المقابل، مما يحول دون وصول وحدات الطاقة الحرارية إلى حالة التوليد الكاملة، ويؤثر على كفاءة تشغيل الوحدة. ويمكن شحن وحدات تخزين الطاقة عند انخفاض أحمال الكهرباء، وتفريغها عند ذروة الكهرباء، لتقليل ارتفاع الأحمال.
يُستغل تأثير الاستبدال لنظام تخزين الطاقة لتحرير وحدات السعة من طاقة الفحم، مما يُحسّن معدل استخدام وحدات الطاقة الحرارية ويزيد من فعاليتها. تنتمي وحدات السعة إلى تطبيقات الطاقة التقليدية، التي لا تفرض متطلبات صارمة على وقت الشحن والتفريغ، ومتطلبات الطاقة للشحن والتفريغ واسعة نسبيًا، ولكن نظرًا لحجم استهلاك الكهرباء لدى المستخدم وخصائص توليد الطاقة المتجددة، فإن تكرار تطبيق تغيير وقت السعة مرتفع نسبيًا، ويبلغ حوالي 200 مرة سنويًا.
تتبع الحمل
تتبع الأحمال هو خدمة مساعدة للأحمال بطيئة التغير والمتغيرة باستمرار، ويتم تعديله ديناميكيًا لتحقيق التوازن في الوقت الفعلي. يمكن تقسيم الأحمال بطيئة التغير إلى أحمال أساسية وأحمال متصاعدة وفقًا لحالة تشغيل المولد. ويُستخدم تتبع الأحمال بشكل رئيسي في الأحمال المتصاعدة، أي أنه من خلال تعديل حجم المخرجات، يمكن تقليل معدل تصاعد وحدات الطاقة التقليدية إلى أدنى حد، مما يسمح لها بالانتقال بسلاسة إلى مستوى تعليمات الجدولة قدر الإمكان. بالمقارنة مع وحدات السعة، يتطلب تتبع الأحمال زمن استجابة تفريغ أعلى، مما يتطلب أن يكون الزمن المقابل في مستوى الدقيقة.
تنظيم تردد النظام
يُعد تنظيم التردد أمرًا بالغ الأهمية، إذ تؤثر تغيراته على التشغيل الآمن والفعال وعمر معدات توليد الطاقة واستهلاكها. في هيكل الطاقة التقليدي، تُنظّم الوحدات التقليدية (وخاصةً الطاقة الحرارية والطاقة الكهرومائية في الصين) اختلال توازن الطاقة قصير المدى في الشبكة من خلال الاستجابة لإشارة التحكم التلقائي في الطاقة (AGC). ومع ذلك، مع دمج مصادر طاقة جديدة في الشبكة، فإن تقلبات الرياح والضوء وعشوائيتهما تُفاقم اختلال توازن الطاقة في الشبكة بسرعة.
ومصادر الطاقة التقليدية (وخاصةً الطاقة الحرارية) لا تستطيع تلبية الطلب الجديد بسبب بطء سرعة تحويل التردد (FM)، وتأخر الاستجابة لتعليمات جدولة الشبكة، ووقوع أخطاء مثل التنظيم العكسي أحيانًا. في المقابل، تُعدّ سرعة تنظيم تردد تخزين الطاقة (وخاصةً تخزين الطاقة الكهروكيميائية) ومرونتها في حالة الشحن والتفريغ بين عمليات التحويل من مصادر تنظيم التردد الممتازة.
سعة الاستعداد
تشير سعة الاستعداد إلى احتياطي الطاقة النشط المخصص لضمان جودة الطاقة والتشغيل الآمن والمستقر للنظام في حالات الطوارئ، بالإضافة إلى تلبية الطلب المتوقع على الطاقة. بشكل عام، يجب أن تتراوح سعة الاستعداد بين 15 و20% من سعة إمداد الطاقة الاعتيادية للنظام، ويجب أن تكون القيمة الدنيا مساوية لسعة الوحدة ذات أكبر سعة مُركّبة لجهاز واحد في النظام.
نظرًا لأن سعة الاستعداد مخصصة للمواقف غير المتوقعة، فإن تردد التشغيل السنوي العام منخفض، فإذا تم استخدام البطارية للقيام بخدمة سعة الاستعداد وحدها، فلا يمكن ضمان الاقتصاد، لذلك من الضروري مقارنتها بتكلفة سعة الاستعداد الحالية لتحديد تأثير الاستبدال الفعلي.
ربط شبكة الطاقة المتجددة
بسبب طاقة الرياح، وعشوائية إنتاج الطاقة الكهروضوئية، وخصائصها المتقطعة، فإن جودة طاقتها مقارنة بمصادر الطاقة التقليدية رديئة، بسبب تقلبات توليد الطاقة المتجددة (تقلبات التردد، وتقلبات الإنتاج، وما إلى ذلك) من بضع ثوانٍ إلى بضع ساعات بين تطبيقات نوع الطاقة وكذلك تطبيقات نوع الطاقة، والتي يمكن تصنيفها عمومًا إلى ثلاثة أنواع من التطبيقات: تحويل وقت طاقة الطاقة المتجددة، ومعالجة قدرة توليد طاقة الطاقة المتجددة، وتنعيم إنتاج الطاقة المتجددة.
يمكن تصنيف التطبيقات عمومًا إلى ثلاثة أنواع: تحويل الطاقة المتجددة زمنيًا، ومعالجة سعة الطاقة المتجددة، وتنعيم ناتجها. على سبيل المثال، بالنسبة لمشكلة الطاقة الكهروضوئية المهجورة، يلزم تخزين الطاقة المتبقية المولدة نهارًا لتفريغها ليلًا، وهو ما ينتمي إلى تحويل الطاقة زمنيًا للطاقة المتجددة. أما بالنسبة لطاقة الرياح، فإن عدم القدرة على التنبؤ بها يؤدي إلى تقلبات كبيرة في ناتجها، وهو ما يتطلب تنعيمه، وبالتالي تهيمن عليه تطبيقات الطاقة.
جانب النقل والتوزيع
إن تطبيق تخزين الطاقة في جانب النقل والتوزيع يهدف بشكل أساسي إلى تخفيف انسداد النقل والتوزيع، وتأخير توسع معدات النقل والتوزيع ودعم الطاقة التفاعلية من ثلاث فئات، وبالمقارنة مع تطبيق جانب التوليد، فإن نوع تطبيق جانب النقل والتوزيع أقل، وفي الوقت نفسه من وجهة نظر التأثير هو أكثر من تأثير الاستبدال.
تخفيف انسداد النقل والتوزيع
يُشير انسداد الخط إلى تجاوز حمل الخط لسعته، حيث يُركّب نظام تخزين الطاقة في الجزء العلوي منه. عند حدوث انسداد، يُمكنه تخزين الطاقة التي لا يُمكن توصيلها إلى معدات تخزين الطاقة، وعندما يكون حمل الخط أقل من سعته، يُفرّغ نظام تخزين الطاقة إلى الخط. عادةً، يتطلب نظام تخزين الطاقة وقت تفريغ بالساعة، ويتراوح عدد مرات التشغيل بين 50 و100 مرة تقريبًا، وهو ينتمي إلى تطبيقات الطاقة، وله متطلبات مُحددة، ويجب أن يكون في مستوى استجابة الدقيقة.
تأجيل توسيع معدات النقل والتوزيع
يُعدّ التخطيط التقليدي للشبكة أو تحديثها وتوسيعها مكلفًا. في نظام نقل وتوزيع الطاقة، حيث يكون الحمل قريبًا من سعة المعدات، وإذا أمكن تلبية احتياجات الحمل في معظم أوقات السنة، وفقط في أوقات معينة من السنة عندما تكون سعة النظام أقل من الحمل في بعض ساعات الذروة، يُمكن استخدام نظام تخزين الطاقة لتحسين سعة نقل وتوزيع الشبكة بفعالية من خلال تقليل السعة المُركّبة، مما يُؤجّل تكلفة إنشاء مرافق نقل وتوزيع جديدة ويُطيل عمر المعدات الأصلية.
بالمقارنة مع تخفيف انسداد النقل والتوزيع، فإن تأجيل توسيع أعمال معدات النقل والتوزيع أقل تواترا، ونظرًا لشيخوخة البطارية، فإن التكلفة المتغيرة الفعلية أعلى، وبالتالي فإنها تطرح متطلبات أعلى لاقتصاد البطارية.
دعم الطاقة التفاعلية
دعم القدرة التفاعلية هو تنظيم جهد النقل عن طريق حقن أو امتصاص الطاقة التفاعلية في خطوط النقل والتوزيع. قد يؤدي نقص أو زيادة الطاقة التفاعلية إلى تقلبات في جهد الشبكة، مما يؤثر على جودة الطاقة، بل ويستنزف المعدات المستهلكة للطاقة. يمكن للبطاريات تنظيم جهد خطوط النقل والتوزيع عن طريق ضبط مقدار الطاقة التفاعلية الخارجة منها بمساعدة العاكسات الديناميكية وأجهزة الاتصال والتحكم. يُعد دعم القدرة التفاعلية تطبيقًا نموذجيًا قائمًا على الطاقة، يتميز بفترة تفريغ قصيرة نسبيًا وتردد تشغيل عالٍ.
جانب استهلاك الكهرباء
استهلاك الكهرباء هو نقطة النهاية لاستخدام الكهرباء، والمستخدم هو المستهلك والمستفيد. تُعبَّر عن تكاليف وإيرادات توليد الطاقة ونقلها وتوزيعها في شكل تعريفات، تُحوَّل بدورها إلى تكاليف المستخدم، وبالتالي يؤثر مستوى التعريفات على طلبه.
إدارة التعرفة حسب وقت الاستخدام
يُقسّم قطاع الطاقة 24 ساعة يوميًا إلى فترات ذروة، وثبات، وانخفاض، ويُحدّد تعريفات مختلفة لكل فترة من هذه الفترات، أي تعريفات تقاسم الوقت. تُشبه إدارة تعريفة الاستهلاك الزمني نظام تحويل الطاقة الزمني، إلا أن إدارة تعريفة الاستهلاك الزمني تعتمد على نظام تعريفة الاستهلاك الزمني لتنظيم أحمال الطاقة، بينما يعتمد تحويل الطاقة الزمني على منحنى أحمال الطاقة لتنظيم توليد الطاقة.
إدارة تعرفة القدرة
طبقت الصين نظام تعريفة مزدوجًا للمؤسسات الصناعية الكبيرة في قطاع إمدادات الطاقة: تُعرّف تعريفة الحجم بأنها التعريفة المُفروضة وفقًا لكمية الكهرباء المُولّدة فعليًا في المعاملات، بينما تعتمد تعريفة السعة بشكل أساسي على أقصى قيمة للطاقة التي يستخدمها العميل. تُشير إدارة رسوم السعة إلى خفض رسوم السعة عن طريق خفض الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة دون التأثير على الإنتاج العادي. يمكن للمستخدمين استخدام نظام تخزين الطاقة لتخزين الطاقة في وادي استهلاك الكهرباء المنخفض وتفريغ الأحمال السالبة في ذروة الاستهلاك، مما يُخفّض الحمل الإجمالي ويُحقق هدف خفض رسوم السعة.
تحسين جودة الطاقة
نظرًا لطبيعة أحمال تشغيل نظام الطاقة المتغيرة، وعدم خطية أحمال المعدات، وغيرها من المشاكل، يواجه المستخدم صعوبة في الحصول على الطاقة من خلال تغيرات الجهد والتيار أو انحراف التردد، وذلك عند ضعف جودة الطاقة. يُعد تنظيم تردد النظام ودعم القدرة التفاعلية من الطرق لتحسين جودة الطاقة في جانب التوليد والنقل والتوزيع. كما يمكن استخدام أنظمة تخزين الطاقة من جانب المستخدم لتخفيف تقلبات الجهد والتردد.
على سبيل المثال، باستخدام تخزين الطاقة لحل مشاكل مثل ارتفاع الجهد وانخفاضه وتذبذبه في أنظمة الطاقة الكهروضوئية الموزعة. يُعد تحسين جودة الطاقة تطبيقًا شائعًا قائمًا على الطاقة، ويختلف سوق التفريغ وتردد التشغيل وفقًا لسيناريوهات التطبيق الفعلية، ولكنهما يتطلبان عمومًا زمن استجابة يبلغ ملي ثانية.
تحسين موثوقية مصدر الطاقة
يُستخدم تخزين الطاقة لتحسين موثوقية إمدادات الطاقة في الشبكات الصغيرة، مما يعني أنه في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يُمكن تخزين الطاقة من توفير الطاقة الاحتياطية للمستخدم النهائي، مما يُجنّب انقطاع التيار الكهربائي أثناء إصلاح الأعطال، مما يضمن موثوقية إمدادات الطاقة. يجب أن تفي معدات تخزين الطاقة في هذا التطبيق بمتطلبات الجودة والموثوقية العالية، ويرتبط طول التفريغ المحدد بشكل رئيسي بموقع التركيب.
شركة بولاند للطاقة المتجددة المحدودة، شركة متكاملة للطاقة الجديدة، تُقدم لكم حلولاً متكاملة عالية الجودة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية وأنظمة تخزين الطاقة. بولاند الآن شركة تابعة لشركة CRRC، وهي مسؤولة عن التوسع الخارجي لأعمال CRRC في مجال طاقة الرياح والطاقة الشمسية. نمتلك سلسلة توريد داخلية متكاملة نسبيًا، وشبكة خدمات، وجودة منتجات وتقنيات ممتازة.
بولاند توفر محطة توليد الكهرباء EPC والاستثمار والاستحواذ في محطة توليد الكهرباء.
لا تتردد في الاتصال بنا إذا كنت بحاجة إلى أي دعم فني.
بريدي الإلكتروني: marketing@boland-hydroturbine.com
واشنطن: +8613923745989
