نظام كامل لتخزين طاقة البطارية (بيس) يتطلب الاهتمام بمؤشرين رئيسيين للأداء: أحدهما يتعلق بقدرة تخزين الطاقة واستخدامها، أي ما يتعلق بالقدرة؛ والآخر يتعلق بالقدرة على تجديد أو إطلاق الطاقة، أي المتعلقة بالطاقة. غالبًا ما تُستخدم العلاقة بين هذين الجانبين للتمييز بين ما إذا كان نظام تخزين الطاقة موجهًا للطاقة-أو موجهًا للطاقة-.
سعة نظام تخزين طاقة البطارية
يمثل هذا المقياس الحد الأقصى لسعة الطاقة النظرية التي يمكن لنظام التخزين الاحتفاظ بها، ويتم التعبير عنها عادةً بالكيلووات-ساعة (kWh) أو ميجاوات-ساعة (MWh). يعد هذا أحد أهم معايير نظام تخزين الطاقة؛ ومع ذلك، تتأثر قدرتها الفعلية القابلة للاستخدام بعمق تفريغ البطارية (DOD) وكفاءة النظام.
تؤكد سعة نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) على كمية الطاقة التي يمكن إخراجها أو استخدامها، وهو ما يختلف عن تعريف سعة البطارية. تشير سعة البطارية عمومًا إلى سعة البطارية في ظل ظروف معينة (معدل التفريغ، ودرجة الحرارة، وجهد الإنهاء، وما إلى ذلك)، ويتم قياسها بالأمبير- ساعة (Ah)، وهو ما يمثل تكامل التيار مع مرور الوقت.
نظام تخزين طاقة البطارية: أقصى طاقة للنظام
تعكس الطاقة القصوى للنظام الحد الأقصى لقدرة الشحن والتفريغ لنظام تخزين الطاقة، ويتم التعبير عنها عمومًا بالكيلووات (kW) أو ميجاوات (MW). يتم تحديد مؤشر الأداء هذا من خلال تصميم الدائرة الرئيسية بأكملها، بما في ذلك البطارية، ودائرة نقل التيار المستمر، وأجهزة الكمبيوتر، واتصال التيار المتردد، وحتى الخسائر أثناء التشغيل بأقصى طاقة (سيتم تحويل هذه الخسائر بشكل أساسي إلى حرارة)، مما يؤثر على تصميم نظام التحكم في درجة الحرارة والمعدات المساعدة الأخرى. يمكن أن يكون لأنظمة تخزين الطاقة ذات السعة نفسها وظائف مختلفة بشكل كبير بسبب الاختلافات في الطاقة القصوى؛ حتى نفس نظام تخزين الطاقة سيواجه فرقًا مربعًا في الكفاءة بسبب اختلاف مستويات طاقة التشغيل.
عندما تكون معلمة الطاقة كبيرة نسبيًا مقارنة بمعلمة السعة، مثل 1 ميجاوات/500 كيلووات في الساعة، يُطلق عليه اسم نظام تخزين الطاقة من النوع -؛ وعلى العكس من ذلك، إذا كانت 500 كيلووات/1 ميجاوات في الساعة، فإنه يطلق عليه نظام تخزين الطاقة من نوع الطاقة-. لذلك، يتم أحيانًا تقديم مفهوم الوقت، مثل تسمية الأول بـ 1 ميجاوات/0.5 ساعة، والأخير بـ 500 كيلووات/2 ساعة.
نظام تخزين طاقة البطارية: فقدان الطاقة وكفاءتها
تعكس كفاءة نظام تخزين الطاقة فقدان الطاقة أثناء عملية الشحن والتفريغ. ويمكن فهمها على أنها نسبة الطاقة الصادرة عن النظام إلى الطاقة المشحونة فيه، والمعروفة أيضًا باسم كفاءة الدورة. لا تتعلق هذه الخسارة بالنوع الفني لبطارية تخزين الطاقة فحسب، بل تعتمد أيضًا على المكونات الكهربائية مثل نظام تحويل الطاقة (PCS). بالمعنى الضيق، تعكس كفاءة النظام في المقام الأول الخسائر في الدائرة الرئيسية أثناء الشحن والتفريغ، من البطارية، وناقل التيار المستمر، وأجهزة الكمبيوتر، وأخيرا إلى المحول (إذا كان موجودا). ومع ذلك، في التطبيقات الهندسية العملية، غالبًا ما يتم تضمين استهلاك الطاقة للمعدات المساعدة مثل نظام التحكم في درجة الحرارة في الخسارة الإجمالية، مما يؤثر على الكفاءة الإجمالية.
الشكل: علاقة توازن الطاقة BESS
نظام تخزين طاقة البطارية: عدد الدورات
يحدد عدد دورات الشحن-والتفريغ للبطارية عمرها الافتراضي. في نظام تخزين الطاقة، ونظرًا للقيمة العالية للبطارية، فإن عمرها الافتراضي يحدد أيضًا عمر النظام بأكمله. ويؤدي تدهور دورة الحياة إلى زيادة المقاومة الداخلية، مما يؤدي بدوره إلى زيادة الخسائر وتوليد الحرارة، مما يزيد من تسريع عملية التدهور. علاوة على ذلك، يتسبب الشحن الزائد والتفريغ الزائد-المتكرر في الذوبان المتكرر وترسيب المواد المعدنية في الإلكتروليت، مما يؤثر أيضًا بشكل كبير على عمر دورة البطارية وسلامتها.
بالنسبة لنوع معين من بطاريات الليثيوم-أيون، يُظهر عدد الدورات تحت ظروف الشحن 1C والتفريغ 1C اختلافات كبيرة عند أعماق التفريغ المختلفة (DOD)، كما هو موضح في الشكل.
تكلفة نظام تخزين طاقة البطارية
ترتبط تكلفة أنظمة تخزين الطاقة ارتباطًا وثيقًا بقدرة النظام وطاقته وبيئة تشغيله. بشكل عام، في أنظمة تخزين الطاقة-، تمثل تكلفة البطاريات نسبة عالية نسبيًا؛ بينما في أنظمة تخزين الطاقة-، تكون تكلفة البطاريات أقل نسبيًا. ومع ذلك، على أية حال، تشكل تكلفة حزمة البطارية حاليًا الجزء الرئيسي من التكلفة الإجمالية لـ BESS، وستكون أيضًا المجال الرئيسي لخفض التكلفة في المستقبل.
يمكن التعبير عن وحدة التكلفة باليوان/كيلوواط ساعة أو اليوان/كيلوواط، ولكن لا يمثل أي منهما معناها بشكل كامل ودقيق. لذلك، من الضروري تحديد كل من القدرة والقوة في وقت واحد أثناء مناقشة مشاريع محددة.
نظام تخزين طاقة البطارية: تكلفة زمن الاستجابة
بالنسبة إلى BESS (أنظمة تخزين طاقة البطارية)، يقع كل من تحويل الطاقة وزمن الاستجابة في نطاق المللي ثانية، وهو ما يكفي لتطبيقات نظام الطاقة. هذا هو المكان الذي تتفوق فيه BESS مقارنة بطرق تخزين الطاقة المادية الأخرى مثل تخزين طاقة دولاب الموازنة و-تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ. ومع ذلك، نظرًا للقيود المفروضة على الجهد الكهربي وطرق التثبيت وسعة خلايا البطارية، فإن طاقة وقدرة وحدة BESS واحدة محدودة نسبيًا. ولذلك، في محطات توليد الطاقة- الكبيرة لتخزين الطاقة، مثل تلك التي تتكون من العشرات من أنظمة تخزين الطاقة التقليدية ذات الجهد المنخفض-5 ميجاوات/2 ساعة والمتصلة على التوازي، فإن عنق الزجاجة في وقت الاستجابة سيكون محدودًا في المقام الأول بواسطة طريقة الاتصال وآلية الجدولة. وسوف تتأثر أيضًا بوظائف مثل تنسيق الطاقة وقمع التيار المتداول بين الأجهزة المتوازية. قد يصل وقت الاستجابة على مستوى المحطة النهائية-إلى مئات المللي ثانية أو حتى الثواني. وبطبيعة الحال، فإن وحدة BESS واحدة بقدرة 5MW/2h هي مجرد مثال افتراضي؛ يشكل التوصيل المتوازي المفرط للبطاريات في حد ذاته مخاطر كبيرة على السلامة. يتطلب حل هذه المشكلة إجراء تغييرات في أساليب التحكم في المجموعة وتحقيق اختراقات وتطبيقات لتقنيات أنظمة تخزين الطاقة الجديدة مثل الاتصال المباشر بالجهد العالي.
نظام تخزين طاقة البطارية: ميزات أخرى
في سيناريوهات التطبيقات الأخرى أو التحليلات الاقتصادية، يتم أيضًا استخدام مفاهيم مثل الطاقة المحددة (نسبة الطاقة - إلى - الكتلة، Wh/kg)، والطاقة المحددة (نسبة الطاقة - إلى - الكتلة، kW/kg)، وكثافة الطاقة لكل وحدة مساحة (نسبة الطاقة - إلى -المساحة، Wh / m²). هذه المفاهيم ذات صلة بحساب تكاليف نقل المشروع ومتطلبات استخدام الأراضي.