تصنيف أجهزة تخزين الطاقة

مع تحول هيكل الطاقة العالمي والتطور السريع للطاقة المتجددة، تتزايد أهمية أنظمة تخزين الطاقة في التشغيل المستقر لشبكات الكهرباء وإدارة الطاقة. وباعتبارها المكون الأساسي لأنظمة تخزين الطاقة، تتولى أنظمة تحويل الطاقة (PCS) مهمة تحويل الطاقة الكهربائية والتحكم فيها.

فيما يلي تصنيف وخصائص أجهزة تخزين الطاقة PCS.

دور أجهزة تخزين الطاقة PCS في نظام تخزين الطاقة هو: أولاً، عند الشحن، يمكنها تحويل طاقة التيار المتردد لشبكة الطاقة إلى طاقة تيار مستمر لشحن بطارية تخزين الطاقة وتخزين الطاقة الكهربائية؛ ثانياً، عند التفريغ، يمكنها عكس خرج طاقة التيار المستمر من البطارية بدقة إلى طاقة تيار متردد ونقلها مرة أخرى إلى شبكة الطاقة أو توفيرها مباشرة للمعدات الكهربائية للاستخدام، مما يضمن إمدادًا مستقرًا بالكهرباء.

التصنيف حسب سيناريوهات التطبيق:

(1) تخزين الطاقة السكنية PCS

تُستخدم أنظمة تخزين الطاقة المنزلية بشكل رئيسي في المنازل. طاقة هذه الأنظمة صغيرة نسبيًا، تتراوح عادةً بين 5 و10 كيلوواط. تتميز هذه الأنظمة بصغر حجمها وسهولة تركيبها، وتتوافق بشكل مثالي مع أنظمة الطاقة الموزعة، مثل الألواح الشمسية المنزلية. فهي تخزن الطاقة الشمسية نهارًا وتزود المنازل بها ليلًا. كما أنها لا توفر فواتير الكهرباء فحسب، بل تعمل أيضًا كمصدر طاقة احتياطي عند انقطاع التيار الكهربائي، مما يضمن تلبية احتياجات المنزل الأساسية من الكهرباء، ويهيئ بيئة شبكة كهربائية صغيرة مستقرة وموثوقة.

(2) تخزين الطاقة الصناعية والتجارية

تخدم أنظمة تخزين الطاقة الصناعية والتجارية المؤسسات الصناعية والتجارية. تتراوح قدرة هذا النوع من وحدات تخزين الطاقة عادةً بين 50 و500 كيلوواط. وتلبي هذه الوحدات احتياجات الطلب على الطاقة وظروف العمل الأكثر تعقيدًا، وتتميز بكفاءة تحويل أعلى واستقرار أعلى. كما أنها تساعد المؤسسات على تقليل أحمال الذروة وسد الفجوات، أي تخزين الكهرباء خلال فترات الاستهلاك المنخفض وإطلاقها خلال فترات الذروة، مما يقلل من تكلفة الكهرباء على المؤسسات. وفي الوقت نفسه، تُحسّن هذه الوحدات أيضًا موثوقية استهلاك الكهرباء في المؤسسات، وتتجنب تأثير تقلبات شبكة الكهرباء أو انقطاعها على الإنتاج والتشغيل. وهي أداة فعّالة لإدارة طاقة المؤسسات.

(3) محطة طاقة تخزين الطاقة واسعة النطاق PCS

تؤدي محطات تخزين الطاقة واسعة النطاق وظائف مهمة متعددة في نظام الطاقة، مثل تنظيم التردد، وتنظيم الجهد، وتوفير الطاقة الاحتياطية. غالبًا ما تكون طاقة وحدات تخزين الطاقة (PCS) الخاصة بها بمستوى ميغاواط أو أعلى، وتتراوح من عدة ميغاواط إلى مئات الميغاواط. تتطلب وحدات تخزين الطاقة واسعة النطاق متطلبات عالية جدًا لسرعة استجابة النظام ودقة التحكم. يجب أن تتمتع بقدرات اتصال قوية بالشبكة وقدرات تشغيل متوازية متعددة الآلات لضمان تشغيل آمن ومستقر وفعال لنظام الطاقة أثناء تحويل الطاقة واسعة النطاق. وهي جزء لا غنى عنه وهام في بناء الشبكات الذكية الحديثة.

التصنيف حسب المسار الفني

(1) سلسلة PCS

يدعم نظام تحويل الطاقة التسلسلي (PCS) إمكانية الوصول إلى البطاريات متعددة الفروع وإدارة المجموعات والتحكم المستقل، مما يُحسّن بشكل كبير من استخدام البطاريات، ويسهل تشغيله وصيانته وتوسيعه. على الرغم من ارتفاع تكلفته، إلا أن فوائده طويلة الأمد واضحة. في الوقت نفسه، يُحلّ النظام بفعالية مشكلة الدوران المتوازي لمجموعات البطاريات. في حال تعطل خزانة PCS واحدة، يكون نطاق التأثير ضئيلاً، كما أنه سهل التشغيل والصيانة، مما يضمن موثوقية عالية وقابلية صيانة عالية لنظام تخزين الطاقة.

(2) أجهزة الكمبيوتر المركزية

تحظى أنظمة PCS المركزية بشعبية واسعة في مجال تخزين الطاقة بفضل تقنيتها المتطورة، وتكلفتها المنخفضة، وبنيتها البسيطة، وسهولة تنظيمها. إلا أن التحدي يكمن في أن تفاوت الجهد في أجهزة التبديل يحد من توسع النظام، وكثيرًا ما يتطلب توصيله بالشبكة محولًا رافعًا للجهد؛ كما يصعب موازنة حزمة البطاريات بدقة، مما يؤثر على أداء النظام؛ ويتوقف الجهاز بالكامل عن العمل في حالة حدوث عطل، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل والصيانة، مما يؤثر على معدل التشغيل ومعدل الاستخدام، ويزيد من عبء التشغيل والصيانة لاحقًا.

(3) أجهزة الكمبيوتر الموزعة

نظام PCS الموزع هو نظام تحويل طاقة يعتمد على طوبولوجيا ثنائية المستوى (تيار متردد/تيار مستمر + تيار مستمر/تيار مستمر). يحل هذا النظام مشكلة التوزيع المتوازي لمجموعات البطاريات بإضافة عزل التيار المستمر/التيار المستمر قبل توصيل كل مجموعة بناقل التيار المستمر بالتوازي، مما يُحسّن استخدام البطارية وكفاءة النظام. في الوقت نفسه، يتميز نظام PCS الموزع بمرونة عالية وقابلية للتوسع، وسهولة في التشغيل والإدارة. ومع ذلك، قد يزيد فقدان تحويل الطاقة بسبب إضافة عزل التيار المستمر/التيار المستمر، كما أن بنية النظام معقدة نسبيًا، وتتطلب مستويات عالية من السلامة والاستقرار.

كجزءٍ مهم من الطاقة الجديدة، تُغيّر تقنية تخزين الطاقة تدريجيًا طريقة استخدامنا للطاقة. ويلعب نظام تحويل الطاقة (PCS)، باعتباره العقلَ الأساسي لنظام تخزين الطاقة، دورًا محوريًا. وتختلف أنواع أنظمة تحويل الطاقة (PCS) باختلاف خصائصها. ويُعدّ اختيار نظام تحويل الطاقة عمليةً معقدةً ودقيقةً تتطلب مراجعةً شاملةً ودراسةً متأنية. ولا يُمكن ضمان أن يكون الحل المُختار هو الأنسب والأكثر ملاءمةً إلا من خلال الجمع الدقيق بين الاحتياجات الفعلية والظروف التقنية للمشروع. وسيُرسي هذا أساسًا متينًا لتشغيل نظام تخزين الطاقة بكفاءة واستقرار، ويُعزز التطوير والتطبيق المستمر لتكنولوجيا تخزين الطاقة.