كيف تعمل أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات؟

يستخدم نظام تخزين الطاقة بالبطاريات، المعروف اختصارًا بـ BESS، مجموعات من البطاريات القابلة لإعادة الشحن لتخزين فائض الكهرباء من الشبكة أو مصادر الطاقة المتجددة لاستخدامها لاحقًا. ومع تطور تقنيات الطاقة المتجددة والشبكات الذكية، تلعب أنظمة BESS دورًا حيويًا متزايدًا في استقرار إمدادات الطاقة وتعظيم قيمة الطاقة النظيفة. فكيف تعمل هذه الأنظمة تحديدًا؟
الخطوة 1: بنك البطاريات
تُعدّ البطاريات أساس أي نظام لتخزين الطاقة بالبطاريات. تُوصَّل وحدات البطاريات المتعددة، أو "الخلايا"، معًا لتشكيل "بنك بطاريات" يوفر سعة التخزين المطلوبة. وتُعدّ بطاريات الليثيوم أيون الأكثر شيوعًا نظرًا لكثافة طاقتها العالية، وعمرها الطويل، وقدرتها على الشحن السريع. كما تُستخدم أنواع أخرى من البطاريات، مثل بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات التدفق، في بعض التطبيقات.
الخطوة الثانية: نظام تحويل الطاقة
تتصل مجموعة البطاريات بشبكة الكهرباء عبر نظام تحويل الطاقة (PCS). يتكون هذا النظام من مكونات إلكترونية للطاقة، مثل العاكس والمحول والمرشحات، التي تسمح بتدفق الطاقة في كلا الاتجاهين بين البطارية والشبكة. يقوم العاكس بتحويل التيار المستمر (DC) من البطارية إلى تيار متردد (AC) تستخدمه الشبكة، بينما يقوم المحول بعكس العملية لشحن البطارية.
الخطوة 3: نظام إدارة البطارية
يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بمراقبة كل خلية من خلايا البطارية على حدة والتحكم بها داخل مجموعة البطاريات. ويعمل هذا النظام على موازنة الخلايا، وتنظيم الجهد والتيار أثناء الشحن والتفريغ، وحماية البطارية من التلف الناتج عن الشحن الزائد أو التيار الزائد أو التفريغ العميق. كما يراقب النظام معايير أساسية مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة لتحسين أداء البطارية وإطالة عمرها.
الخطوة الرابعة: نظام التبريد
يعمل نظام التبريد على إزالة الحرارة الزائدة من البطاريات أثناء التشغيل. وهذا أمر بالغ الأهمية للحفاظ على الخلايا ضمن نطاق درجة حرارتها الأمثل ولزيادة عمرها الافتراضي. ومن أكثر أنواع التبريد شيوعًا التبريد السائل (عن طريق تدوير سائل التبريد عبر الألواح الملامسة 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 تخزين الطاقة بالبطاريات الطاقة الزائدة عبر نظام تحويل الطاقة ويخزنها في بنك البطاريات. وعندما يرتفع الطلب أو تنعدم مصادر الطاقة المتجددة، تُعاد الطاقة المخزنة إلى الشبكة عبر العاكس. وهذا يسمح لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات بـ"تأجيل" الطاقة المتجددة المتقطعة، وتثبيت تردد الشبكة وجهودها، وتوفير طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
يراقب نظام إدارة البطارية حالة شحن كل خلية ويتحكم في معدل الشحن والتفريغ لمنع الشحن الزائد وارتفاع درجة الحرارة والتفريغ العميق للبطاريات، مما يطيل عمرها الافتراضي. ويعمل نظام التبريد على الحفاظ على درجة حرارة البطارية الإجمالية ضمن نطاق التشغيل الآمن.
باختصار، يعتمد نظام تخزين الطاقة بالبطاريات على البطاريات ومكونات إلكترونيات الطاقة وأنظمة التحكم الذكية والإدارة الحرارية بشكل متكامل لتخزين فائض الكهرباء وتفريغها عند الحاجة. وهذا يُمكّن تقنية أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات من تعظيم قيمة مصادر الطاقة المتجددة، وجعل شبكات الطاقة أكثر كفاءة واستدامة، ودعم الانتقال إلى مستقبل طاقة منخفض الكربون.

مع ازدياد الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح، باتت أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات واسعة النطاق تلعب دورًا متزايد الأهمية في استقرار شبكات الكهرباء. يستخدم نظام تخزين الطاقة بالبطاريات بطاريات قابلة لإعادة الشحن لتخزين فائض الكهرباء من الشبكة أو من مصادر الطاقة المتجددة، وإعادة ضخها عند الحاجة. تُسهم تقنية أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات في تعظيم الاستفادة من الطاقة المتجددة المتقطعة، وتحسين موثوقية الشبكة وكفاءتها واستدامتها بشكل عام.
يتكون نظام تخزين الطاقة بالبطاريات عادةً من مكونات متعددة:
1) تتكون بنوك البطاريات من وحدات أو خلايا بطاريات متعددة لتوفير سعة تخزين الطاقة المطلوبة. تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون بشكل شائع نظرًا لكثافة طاقتها العالية، وعمرها الطويل، وقدرتها على الشحن السريع. كما تُستخدم أنواع أخرى من البطاريات مثل بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات التدفق.
2) نظام تحويل الطاقة (PCS) الذي يربط مجموعة البطاريات بشبكة الكهرباء. يتكون نظام تحويل الطاقة من عاكس ومحول ومعدات تحكم أخرى تسمح بتدفق الطاقة في كلا الاتجاهين بين البطارية والشبكة.
3) نظام إدارة البطارية (BMS) الذي يراقب ويتحكم في حالة وأداء خلايا البطارية الفردية. يعمل نظام إدارة البطارية على موازنة الخلايا، ويحميها من التلف الناتج عن الشحن الزائد أو التفريغ العميق، ويراقب معايير مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة.