كيف تعمل أنظمة تخزين طاقة البطارية؟

يستخدم نظام تخزين طاقة البطاريات، المعروف باسم BESS، مجموعات من البطاريات القابلة لإعادة الشحن لتخزين فائض الكهرباء من الشبكة أو المصادر المتجددة لاستخدامها لاحقًا. مع تطور تقنيات الطاقة المتجددة والشبكات الذكية، تلعب أنظمة BESS دورًا حيويًا متزايدًا في استقرار إمدادات الطاقة وتعظيم قيمة الطاقة الخضراء. فكيف تعمل هذه الأنظمة تحديدًا؟
الخطوة 1: بنك البطارية
أساس أي نظام BESS هو وسيط تخزين الطاقة - البطاريات. تُربط وحدات بطاريات متعددة، أو "خلايا"، معًا لتكوين "بنك بطاريات" يوفر سعة التخزين المطلوبة. الخلايا الأكثر استخدامًا هي بطاريات الليثيوم أيون نظرًا لكثافة طاقتها العالية وعمرها الافتراضي الطويل وقدرتها على الشحن السريع. كما تُستخدم مواد كيميائية أخرى، مثل بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات التدفق، في بعض التطبيقات.
الخطوة 2: نظام تحويل الطاقة
تتصل مجموعة البطاريات بالشبكة الكهربائية عبر نظام تحويل الطاقة (PCS). يتكون نظام تحويل الطاقة من مكونات إلكترونية للطاقة، مثل العاكس، والمحول، والمرشحات، مما يسمح بتدفق الطاقة في كلا الاتجاهين بين البطارية والشبكة. يحول العاكس التيار المستمر (DC) من البطارية إلى تيار متردد (AC) يستخدمه النظام، بينما يقوم المحول بالعكس لشحن البطارية.
الخطوة 3: نظام إدارة البطارية
يراقب نظام إدارة البطارية (BMS) ويتحكم بكل خلية بطارية على حدة داخل مجموعة البطاريات. يوازن نظام BMS الخلايا، وينظم الجهد والتيار أثناء الشحن والتفريغ، ويحميها من التلف الناتج عن الشحن الزائد أو التيارات الزائدة أو التفريغ العميق. كما يراقب معايير رئيسية، مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة، لتحسين أداء البطارية وعمرها الافتراضي.
الخطوة 4: نظام التبريد
يزيل نظام التبريد الحرارة الزائدة من البطاريات أثناء التشغيل. يُعد هذا ضروريًا للحفاظ على درجة حرارة الخلايا ضمن النطاق الأمثل لها ولإطالة عمر دورة حياتها. أكثر أنواع التبريد شيوعًا هي التبريد السائل (بتوزيع سائل التبريد عبر ألواح ملامسة للبطاريات) والتبريد الهوائي (باستخدام مراوح لدفع الهواء عبر أغلفة البطاريات).
الخطوة 5: التشغيل
خلال فترات انخفاض الطلب على الكهرباء أو ارتفاع إنتاج الطاقة المتجددة، يمتص نظام BESS الطاقة الزائدة عبر نظام تحويل الطاقة ويخزنها في مجموعة البطاريات. عند ارتفاع الطلب أو عدم توفر مصادر الطاقة المتجددة، تُعاد الطاقة المخزنة إلى الشبكة عبر العاكس. يتيح هذا لنظام BESS "تحويل الطاقة المتجددة المتقطعة" بشكل مؤقت، وتثبيت تردد الشبكة وجهدها، وتوفير طاقة احتياطية أثناء الانقطاعات.
يراقب نظام إدارة البطارية حالة شحن كل خلية، ويتحكم بمعدل الشحن والتفريغ لمنع الشحن الزائد والسخونة الزائدة والتفريغ العميق للبطاريات، مما يطيل عمرها الافتراضي. ويعمل نظام التبريد على الحفاظ على درجة حرارة البطارية الإجمالية ضمن نطاق تشغيل آمن.
باختصار، يجمع نظام تخزين طاقة البطاريات بين البطاريات، ومكونات إلكترونيات الطاقة، وأجهزة التحكم الذكية، والإدارة الحرارية، بطريقة متكاملة لتخزين فائض الكهرباء وتفريغها عند الطلب. وهذا يُمكّن تقنية BESS من تعظيم قيمة مصادر الطاقة المتجددة، وجعل شبكات الطاقة أكثر كفاءة واستدامة، ودعم التحول إلى مستقبل طاقة منخفض الكربون.

مع تزايد استخدام مصادر الطاقة المتجددة، كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح، تتزايد أهمية أنظمة تخزين طاقة البطاريات واسعة النطاق (BESS) في استقرار شبكات الكهرباء. تستخدم هذه الأنظمة بطاريات قابلة لإعادة الشحن لتخزين فائض الكهرباء من الشبكة أو من مصادر الطاقة المتجددة، وإعادة استخدامها عند الحاجة. تساعد تقنية BESS على تعظيم الاستفادة من الطاقة المتجددة المتقطعة، وتحسين موثوقية الشبكة وكفاءتها واستدامتها بشكل عام.
يتكون نظام BESS عادةً من عدة مكونات:
١) بنوك البطاريات المصنوعة من وحدات أو خلايا متعددة لتوفير سعة تخزين الطاقة المطلوبة. تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون بشكل شائع نظرًا لكثافة طاقتها العالية وعمرها الافتراضي الطويل وقدرتها على الشحن السريع. كما تُستخدم مواد كيميائية أخرى، مثل بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات التدفق.
٢) نظام تحويل الطاقة (PCS) الذي يربط مجموعة البطاريات بشبكة الكهرباء. يتكون نظام تحويل الطاقة من عاكس ومحول كهربائي ومعدات تحكم أخرى تسمح بتدفق الطاقة في كلا الاتجاهين بين البطارية والشبكة.
٣) نظام إدارة البطارية (BMS) الذي يراقب ويتحكم في حالة وأداء خلايا البطارية الفردية. يُوازن نظام إدارة البطارية الخلايا، ويحميها من التلف الناتج عن الشحن الزائد أو التفريغ العميق، ويراقب معلمات مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة.