وحداتنظام تخزين طاقة البطارية التجارية والصناعية (C&I) (BESS)قد يبدو الأمر بسيطًا في القياس: تحتاج إلى سعة أكبر، أضف خزانة أخرى. من الناحية العملية، يعتمد عدد الخزانات الصحيح على أكثر من كيلوواط ساعة.
قد تكون خزانة واحدة كافية إذا كانت تلبي الطاقة المطلوبة والطاقة القابلة للاستخدام ومدة التفريغ. قد تكون هناك حاجة إلى خزانات متعددة للحصول على طاقة أعلى، أو طاقة أعلى، أو وقت تشغيل أطول، أو نمو مستقبلي.
تعتمد كيفية قياس النظام أيضًا علىنظام تحويل الطاقة (PCS)الهندسة المعمارية ومتطلبات الشحن وقدرة المحولات والاتصال بالشبكة. يشرح هذا الدليل كيفية تحديد حجم وحدة C&I BESS المعيارية لتلبية الاحتياجات الحالية والتوسع المستقبلي.
ماذا يعني في الواقع توسيع نطاق C&I BESS المعياري؟
في أسي آند آي بيسفي المشروع، يمكن أن يشمل التوسع ثلاثة مجالات: سعة الطاقة، والطاقة، والنظام الأوسع. وهي مرتبطة ببعضها البعض، ولكنها لا تزيد بالضرورة بنفس الطريقة التي تتم بها إضافة المزيد من الخزانات.
تعتمد النتيجة أيضًا على بنية BESS. باستخدام خزانة البطارية-فقط وأجهزة الكمبيوتر المشتركة أو المركزية، تؤدي إضافة الخزانات بشكل أساسي إلى زيادة طاقة البطارية ما لم يتم توسيع سعة أجهزة الكمبيوتر أيضًا. مع الخزانات الكل-في-واحدة والتي تشتمل على أجهزة الكمبيوتر الشخصية الخاصة بها، يمكن أن تؤدي إضافة الخزانات إلى زيادة الطاقة المثبتة والطاقة المقدرة.
تحجيم قدرة الطاقة
تحجيم الطاقةيعني زيادة كمية الطاقة التي يمكن لـ BESS تخزينها. مع خزائن البطارية المتماثلة، تزداد الطاقة المركبة بشكل عام مع عدد الخزانات. قد تدعم سعة الطاقة الإضافية:
- أطول التفريغ أو مدة النسخ الاحتياطي
- مزيد من التحول للطاقة الشمسية
- توافر طاقة أكبر لركوب الدراجات اليومية
الهدف الرئيسي هو الحصول على المزيد من كيلوواط ساعة، وليس بالضرورة إنتاج فوري أعلى.
تحجيم الطاقة
تحجيم الطاقةيعني زيادة مقدار الطاقة التي يمكن لـ BESS شحنها أو تفريغها في وقت واحد. تصبح ذات صلة عندما يحتاج الموقع إلى دعم أحمال الذروة الأعلى، أو شحن المركبات الكهربائية، أو المزيد من الطلب المتزامن على المعدات.
يعتمد ما إذا كانت الخزانات الإضافية تزيد أيضًا من كيلووات على بنية PCS والطاقة المقدرة.
نظام-تحجيم المستوى
مع نمو BESS، قد يؤثر التوسع أيضًا على المعدات خارج خزانات البطارية، بما في ذلك:
- أجهزة الكمبيوتر وقدرة المحولات
- المفاتيح الكهربائية والكابلات ومعدات الحماية
- نظام إدارة الطاقة (EMS)وهندسة الاتصالات
- قدرة الربط البيني للشبكة
يمكن أن يؤدي تصميم الخزانة المعيارية إلى تبسيط عملية التوسع، ولكن يجب أيضًا أن يدعم النظام الكهربائي ونظام التحكم الأوسع النطاق المقصود.
خزانة واحدة أم خزائن متعددة: ما الذي يحتاجه مشروعك؟
لا ينبغي أن يعتمد عدد خزانات BESS على الكيلوواط ساعة فقط. ابدأ بثلاثة متطلبات للمشروع:
- الطاقة (كيلوواط):ما مقدار الطاقة التي يجب أن يوفرها BESS في وقت واحد؟
- الطاقة (كيلوواط ساعة):ما مقدار الطاقة التي يجب على النظام تخزينها؟
- مدة:ما المدة التي يجب أن تستمر فيها الطاقة المطلوبة؟
نقطة البداية المفيدة هي: مدة التخزين ≈ الطاقة القابلة للاستخدام ÷ طاقة التفريغ
هذه القيم تحتاج إلى العمل معا. قد يحتوي النظام على طاقة كافية ولكن ليس طاقة كافية للحمل، أو طاقة كافية ولكن القليل جدًا من الطاقة القابلة للاستخدام لتلبية المدة المطلوبة.
عندما تكون خزانة واحدة كافية
قد تكون خزانة واحدة كافية عندما تلبي الطاقة القابلة للاستخدام والطاقة المتاحة ومدة التفريغ جميعها متطلبات المشروع.
على سبيل المثال، إذا كانت إحدى الخزانات يمكنها دعم حمل الحلاقة المطلوب-الذروي طوال الفترة المستهدفة الكاملة، فإن إضافة خزانة أخرى لمجرد زيادة كيلوواط ساعة المثبتة قد لا يقدم سوى قيمة عملية قليلة.
ولا يزال ينبغي النظر في النمو المستقبلي. قد يبرر التوسع الكهروضوئي المخطط له، أو شحن المركبات الكهربائية، أو أحمال الإنتاج الجديدة ترك مساحة لسعة إضافية لاحقًا.
عندما تكون الخزانات المتعددة أكثر منطقية
تصبح الخزانات المتعددة أكثر عملية عندما لا تتمكن خزانة واحدة من تلبية متطلبات الطاقة أو التشغيل الخاصة بالمشروع.
إذا كانت الطاقة هي العامل المحدد، فيمكن أن تدعم الخزانات الإضافية ما يلي:
- أطول التفريغ أو مدة النسخ الاحتياطي
- مزيد من التحول للطاقة الشمسية
- المزيد من الطاقة القابلة للاستخدام لركوب الدراجات اليومية
إذا كانت الطاقة هي العامل المحدد، فإن مسار التوسيع يعتمد على بنية PCS. قد تتطلب أجهزة الكمبيوتر المشتركة أو المركزية سعة أجهزة كمبيوتر إضافية، بينما يمكن لخزائن الكل-في-واحدة مع أجهزة الكمبيوتر الخاصة بها إضافة كل من الطاقة والطاقة المقدرة. وفي كلتا الحالتين، يجب أن تدعم البنية التحتية الكهربائية الداعمة الإنتاج الأعلى.
يعد التوسع المستقبلي سببًا آخر للتفكير في تصميم الخزانات المتعددة-. قد يحتاج الموقع الذي يتناسب مع خزانة واحدة اليوم إلى المزيد من الطاقة مع نمو الأحمال.
يجب أن تتوافق كمية الخزانة مع متطلبات طاقة المشروع وطاقته ومدته ونموه-وليس العكس.
ما الذي يتغير فعليًا عند إضافة المزيد من خزائن BESS؟
بمجرد أن تصبح متطلبات توسيع المشروع واضحة، فإن السؤال التالي هو ما الذي يتغير فعليًا عند إضافة خزانة أخرى.
موازين طاقة البطارية المثبتة بشكل مباشر مع عدد الخزانات. تعتمد الطاقة وإمكانية الشحن والسعة الجانبية للشبكة- ومتطلبات التحكم بشكل أكبر على بنية BESS والنظام الكهربائي الأوسع.
موازين طاقة البطارية بشكل مباشر
مع خزانات متطابقة بقدرة 261 كيلووات في الساعة، يتم تركيب موازين طاقة البطارية مباشرةً مع عدد الخزانات:
- 1 × 261 كيلووات ساعة=261 كيلووات ساعة
- 2 × 261 كيلووات ساعة=522 كيلووات ساعة
- 4 × 261 كيلووات ساعة=1,044 كيلووات ساعة
يمكن لهذه السعة الإضافية أن تدعم فترات تفريغ أطول، أو المزيد من تحويل الطاقة الشمسية، أو عملية نسخ احتياطي أطول. تمثل هذه الأرقام الطاقة المثبتة وليس الطاقة القابلة للاستخدام. قد تكون الطاقة الفعلية القابلة للاستخدام أقل بسبب نافذة تشغيل SOC، وSOC الاحتياطي، وتدهور البطارية، والانخفاض المرتبط بدرجة الحرارة-.
تعتمد قوة النظام على بنية PCS
لا تتبع الطاقة عدد الخزانات بنفس الطريقة تمامًا مثل طاقة البطارية.
مع أجهزة الكمبيوتر المشتركة أو المركزية، يمكن أن تؤدي إضافة خزانات البطارية إلى زيادة الطاقة المثبتة دون زيادة الطاقة المقدرة لأجهزة الكمبيوتر. مع الخزانات الكل-في-واحدة والتي تشتمل كل منها على أجهزة كمبيوتر خاصة بها، فإن إضافة الخزانات يمكن أن تزيد من الطاقة المثبتة والطاقة المقدرة.
في أي من البنيتين، قد يظل مخرجات النظام القابلة للاستخدام محدودة بما يلي:
- كمية أجهزة الكمبيوتر والقوة المقدرة
- حدود تيار البطارية ومعدل C-.
- سعة حافلة التيار المتردد
- قدرة المحولات والمفاتيح الكهربائية
- حدود تشغيل EMS واستراتيجية التحكم
- حدود الربط البيني للشبكة
وبالتالي يحدد النظام الكهربائي الأوسع مقدار قدرة الطاقة المثبتة التي يمكن استخدامها فعليًا.
يمكن لمزيد من الطاقة أيضًا تغيير متطلبات الشحن
تؤدي إضافة المزيد من الخزانات إلى زيادة كمية الطاقة التي قد يلزم إعادة شحنها بعد التفريغ.
إذا ظلت طاقة الشحن دون تغيير، فسيحتاج نظام البطارية الأكبر عمومًا إلى فترة شحن أطول. قد يتطلب الحفاظ على نفس وقت إعادة الشحن المزيد من طاقة الشحن، مع مراعاة ما يلي:
- قوة شحن أجهزة الكمبيوتر
- شحن البطارية-الحدود الحالية
- قدرة المحول
- قوة الشبكة المتاحة
الشبكة-لا يتم تغيير حجم السعة الجانبية تلقائيًا
إن إضافة المزيد من سعة البطارية وأجهزة الكمبيوتر لا يؤدي تلقائيًا إلى زيادة الطاقة التي يمكن للموقع استيرادها أو تصديرها أو توزيعها.
قد تتطلب قوة النظام الأعلى أيضًا سعة كافية في:
- محول
- المفاتيح الكهربائية والقواطع
- أشرطة التوصيل
- الكابلات
- قدرة الربط البيني للشبكة في PCC
حتى إذا كانت البطارية وأجهزة الكمبيوتر تدعم مخرجات أعلى، فإن البنية التحتية الكهربائية الحالية أو سعة الاستيراد/التصدير المسموح بها في PCC قد تحد من الطاقة المتاحة للنظام الموسع.
يتطلب المزيد من الخزانات المزيد من تنسيق النظام
يجب أن تعمل خزانة BESS المتعددة-كنظام واحد منسق. مع زيادة عدد الخزانات، يجب على بنية التحكم إدارة ما يلي:
- اختلافات SOC بين الخزانات
- توزيع الطاقة الشحن والتفريغ
- إرسال أجهزة الكمبيوتر
- حدود التشغيل وتبادل الحالة بيننظام إدارة البطارية (BMS)و إي إم إس
- الإنذارات ومراقبة النظام
ولذلك ينبغي اعتبار القدرة على التحكم والاتصال جزءًا من تصميم التوسعة منذ البداية.
ملخص سريع: ما الذي يتغير بشكل خطي-وما الذي لا يتغير؟
يلخص الجدول أدناه كيفية قياس معلمات النظام الرئيسية عند إضافة الخزانات.
| معلمة النظام | كيف يقيس | ما الذي يحدده أيضًا |
| طاقة البطارية المثبتة | خطي مع عدد خزانة متطابق | كمية الخزانة والطاقة المقدرة لكل خزانة |
| الطاقة القابلة للاستخدام | تزداد مع الطاقة المركبة، ولكنها قد تكون أقل من سعة اللوحة | نافذة SOC، احتياطي SOC، التدهور، التدهور المرتبط بدرجة الحرارة-. |
| قوة النظام | البنية -التابعة؛ قد يتدرج مع عدد الخزانات عندما تشتمل كل خزانة على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بها | بنية PCS والطاقة المقدرة، وحدود تيار البطارية ومعدل C-، والبنية الأساسية للتيار المتردد، وحدود EMS، والاتصال البيني بالشبكة |
| القدرة على الشحن | ليس بالضرورة خطية | طاقة شحن أجهزة الكمبيوتر الشخصية، وحدود شحن البطارية-التيار، وقدرة المحولات، وطاقة الشبكة المتوفرة |
| القدرة على استيراد/تصدير الشبكة | قد تبقى دون تغيير | المحولات، والمفاتيح الكهربائية، والكابلات، واستيراد/تصدير الطاقة المسموح بها في PCC |
| تنسيق النظام | يصبح أكثر تعقيدًا مع زيادة عدد الخزانات | اتصالات EMS وBMS، وتنسيق SOC، وتخصيص الطاقة، وإرسال PCS |
ثلاثة مسارات شائعة لتوسيع نطاق C&I BESS: الطاقة والقوة والتوسع المرحلي
المشاريع تبدأ بنفس الشيء125 كيلووات / 261 كيلووات في الساعة سي آند آي بيسيمكن أن يتطلب مسارات توسع مختلفة جدًا اعتمادًا على ما إذا كان القيد هو الطاقة أو الطاقة أو النمو المستقبلي.
السيناريو 1: الطاقة - التوسع بقيادة - كيلووات ساعة إضافية، كيلووات مماثلة
فكر في موقع تظل فيه متطلبات التشغيل بقدرة 125 كيلووات كافية، ولكن يحتاج BESS إلى دعم الحمل لفترة أطول.
والعائق هنا هو سعة الطاقة وليس القوة.
تؤدي إضافة خزانة مماثلة ثانية إلى زيادة طاقة البطارية المثبتة من 261 كيلووات في الساعة إلى 522 كيلووات في الساعة. إذا استمر الموقع في العمل بنفس مستوى الطاقة تقريبًا، فسيتم استخدام السعة الإضافية بشكل أساسي لتمديد مدة التفريغ بدلاً من زيادة الإنتاج الفوري.
مسار التوسع:125 كيلووات / 261 كيلووات في الساعة → المزيد من الطاقة المثبتة مع متطلبات طاقة تشغيل مماثلة
يعد هذا توسعًا مباشرًا يعتمد على الطاقة-: المزيد من كيلووات في الساعة دون زيادة مقابلة في كيلووات المطلوبة.
السيناريو 2: توسعة الطاقة - - زادت الحمل
إذا تم توصيل الخزانة الإضافية بقدرة 261 كيلووات في الساعة بجهاز كمبيوتر مشترك، فقد تزيد طاقة البطارية المثبتة إلى 522 كيلووات في الساعة بينما تظل طاقة النظام عند 125 كيلووات ما لم يتم توسيع سعة أجهزة الكمبيوتر أيضًا.
إذا كانت كل خزانة بقدرة 261 كيلووات في الساعة عبارة عن وحدة-متكاملة-في وحدة واحدة مع أجهزة كمبيوتر خاصة بها بقدرة 125 كيلووات، فيمكن أن توفر خزانتان ما يصل إلى 250 كيلووات من الطاقة المقدرة المثبتة. ومع ذلك، فإن تحقيق هذا الناتج في الموقع لا يزال يتطلب ما يكفي:
- قدرة المحولات والتوزيع
- المفاتيح الكهربائية، أشرطة التوصيل، والكابلات
- EMS والقدرة على التحكم في النظام
- قدرة الربط بين الموقع والشبكة
وبالتالي، يتطلب التوسع الذي يعتمد على الطاقة -تقييم البطارية وأجهزة الكمبيوتر والنظام الكهربائي الأوسع معًا.
السيناريو 3: التوسع المرحلي - الحجم لليوم، والتصميم للغد
قد لا يحتاج المشروع إلى طاقة أو طاقة إضافية اليوم. قد تلبي خزانة واحدة بقدرة 261 كيلووات في الساعة المتطلبات الحالية، بينما تتضمن الخطط المستقبلية المزيد من الطاقة الكهروضوئية، أو أسطول أكبر من المركبات الكهربائية، أو توسيع المنشأة، أو أحمال إنتاج أعلى.
يمكن بعد ذلك توسيع نظام البطارية على مراحل:
- المرحلة 1: 1 خزانة=261 كيلووات ساعة
- المرحلة الثانية: 2 خزانة=522 كيلووات ساعة
- المستقبلية: 4 خزانات=1,044 كيلووات ساعة
توضح هذه الأرقام طاقة البطارية المثبتة فقط-غير المضمونة طاقة النظام. ومع ذلك، ينبغي التخطيط للتوسع المرحلي من البداية. إذا كان النمو المستقبلي محتملاً، فيجب أن يأخذ التصميم الأولي في الاعتبار ما إذا كان من الممكن إضافة خزانات إضافية وسعة PCS والبنية التحتية الكهربائية وأنظمة التحكم دون إعادة تصميم كبيرة.
كيفية التخطيط لـ C&I BESS المعياري للتوسع المستقبلي
ينبغي أن يكون التوسع المستقبلي مدمجًا في التصميم الأولي للنظام. المفتاح هو ترك ما يكفي من المرونة في تخطيط الموقع، والبنية التحتية الكهربائية، وهندسة التحكم لإضافة القدرة لاحقًا دون إعادة تصميم كبيرة.
1. حجز مساحة للخزائن الإضافية
تحتاج الخزانات المستقبلية إلى أكثر من مجرد مساحة فارغة. يجب أن يأخذ التخطيط الأولي للموقع أيضًا في الاعتبار ما يلي:
- مناصب وزارية إضافية
- تصريح الخدمة والصيانة
- مسارات الكابلات المستقبلية
- المسافات الفاصلة المطلوبة
إن حجز هذه المساحة مبكرًا يمكن أن يقلل من الأعمال المدنية وأعمال التركيب عندما يتوسع النظام. كما أنه يساعد على تجنب إعادة العمل أو نقل المعدات الموجودة عند إضافة خزانات إضافية.
2. تخطيط أجهزة الكمبيوتر والتصميم الكهربائي للتوسع
قد تزيد الخزانات المستقبلية من سعة الطاقة أو متطلبات الطاقة أو كليهما. لذلك، يجب أن يأخذ التصميم الكهربائي للمرحلة الأولى-في الاعتبار ما إذا كان من الممكن استيعاب التوسعة اللاحقة دون استبدال المعدات الرئيسية.
التحقق من قدرة التوسع من:
- سعة أجهزة الكمبيوتر أو تكوين أجهزة الكمبيوتر المتوازية
- المفاتيح الكهربائية والقواطع
- أشرطة التوصيل
- الكابلات
والسؤال ليس فقط ما إذا كان من الممكن تركيب خزانة أخرى، ولكن ما إذا كان النظام الكهربائي يمكنه دمجها بقوة التشغيل المقصودة.
3. التحقق من قدرة المحولات والشبكة
قد يصل التوسع في النهاية إلى حدود خارج BESS نفسها.
يجب التحقق من مسار التوسع المتوقع مقابل:
- تصنيف المحولات
- سعة الشبكة المتاحة
- القدرة على الاستيراد/التصدير المسموح بها في PCC
وهذا أمر مهم للغاية عندما يُتوقع أن يؤدي التوسع المستقبلي إلى زيادة كيلووات. يمكن أن يؤدي المزيد من طاقة البطارية إلى إطالة مدة التفريغ دون تغيير طاقة الموقع، بينما قد يتطلب الإخراج الأعلى ترقيات للمحول أو اتصال الشبكة.
4. تأكد من أن نظام التحكم يمكن أن يتوسع
تؤدي إضافة الخزانات أيضًا إلى زيادة عدد الأجهزة وحدود التشغيل ونقاط البيانات التي يجب تنسيقها.
يجب أن يدعم نظام الإدارة البيئية وهندسة الاتصالات ما يلي:
- العدد المخطط للخزائن
- إرسال وحدات متعددة-.
- تنسيق SOC
- تخصيص الطاقة
- التواصل بين BMS، PCS، وEMS
ولذلك يجب التحقق من بنية التحكم مقابل حجم النظام المخطط، وليس فقط تكوين المرحلة الأولى-.
5. تأكيد توافق البطارية في المستقبل
قد لا تكون الخزانة التي تمت إضافتها بعد عدة سنوات مطابقة للمعدات الأصلية. يمكن أن تؤثر مراجعات المنتج وتغييرات البرامج الثابتة وعمر البطارية على ما إذا كان يمكن للخزانات القديمة والجديدة العمل معًا.
ولذلك ينبغي للتوسع المستقبلي أن يأخذ في الاعتبار ما يلي:
- كيمياء البطارية والجهد
- مواصفات الخزانة والوحدة
- توافق BMS والبرامج الثابتة
- بروتوكولات الاتصال
- الاختلافات في عمر البطارية والحالة الصحية
لا تضمن الوحدات المادية وحدها إمكانية دمج الخزانات الجديدة مع نظام قديم دون فحوصات هندسية إضافية. يجب التأكد من التوافق مع الشركة المصنعة قبل تحديد التوسع المستقبلي.
باختصار، يعتمد مسار توسيع C&I BESS الصحيح على ما إذا كان المشروع يحتاج إلى المزيد من الطاقة، أو المزيد من الطاقة، أو كليهما-وما إذا كان النظام الأوسع يمكنه دعم ذلك.
هل تخطط لمشروع C&I BESS أو التوسع المستقبلي؟ شارك كيلووات، كيلووات ساعة، مدة التشغيل، وخطة التوسع معبولينوفيللتكوين نظام محدد-لمشروع.