كيفية اختيار نظام تخزين طاقة بطاري مناسب للاستخدام التجاري والصناعي؟

تحديد الغرض — ما الذي يُتوقع من نظام التخزين البطاري أن يقوم به

يمكن تكوين نظام تجاري لتخزين الطاقة البطارية لأداء مهامٍ جوهرية مختلفة. فعلى سبيل المثال، يمكن لوحدة رفوف الليثيوم الحديدي الفوسفات نفسها التي تقلل ذروة الطلب في مصنع بمقدار ٢٠٠ كيلوواط أن تُستخدم أيضًا لتخزين فائض الطاقة الشمسية لاستخدامها في المساء، أو لإبقاء أنظمة التبريد تعمل أثناء انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة. وتتمثل الخطوة الأولى في اختيار (بيس) نظام التخزين البطاري ليس في تحديد السعة بالكيلوواط ساعة أو نوع كيمياء الخلايا، بل في تحديد المهمة التي تم شراء النظام من أجل أدائها، لأن كل مهمة تتطلب سعات مختلفة ومنطق تحكم مختلفاً ومبررات اقتصادية مختلفة.

تسطيح القمة، ونقل الحمل، والطاقة الاحتياطية

يُعَد تسطيح القمة أكثر التطبيقات التجارية شيوعًا. وتتضمن تعريفات العديد من التعرفات المفروضة على القطاعين التجاري والصناعي رسوم طلب تستند إلى أعلى متوسط لاستهلاك الطاقة (بالكيلوواط) خلال فترة 15 أو 30 دقيقة في دورة الفوترة. ويتم برمجة نظام تسطيح القمة للتفريغ خلال هذه الفترات الزمنية، مما يقلل من استهلاك الكيلوواط المسجَّل بواسطة عداد شركة الكهرباء. أما القيمة الاقتصادية الناتجة فهي الرسوم المُجنَّبة المتعلقة بالطلب — والتي تمثِّل عادةً ما بين ٣٠٪ و٧٠٪ من إجمالي فاتورة الكهرباء للمنشأة. (بيس) ويُخزَّن الطاقة في نظام نقل الحمل عندما تكون تكلفة الكهرباء منخفضة، ثم يُفرَّغ عند ارتفاع أسعار الشبكة، مولِّدًا قيمةً من فرق السعر بين أوقات الذروة وغير الذروة. أما الطاقة الاحتياطية فتوفر قدرة التشغيل المستقل (العزل عن الشبكة) أثناء انقطاع التيار الكهربائي، مع الحفاظ على تشغيل الأحمال الحرجة لمدة محددة — وعادةً ما تكون من ساعتين إلى أربع ساعات بالنسبة لمعظم المنشآت التجارية والصناعية.

حالة واقعية — مصنع تصنيعي يقلل رسوم الطلب

كان يعمل مصنع لصب البلاستيك بالحقن في وسط غرب الولايات المتحدة بـ ١٨ جهاز ضغط، بلغ مجموع الطلب الأقصى لها ٨٥٠ كيلوواط. وكانت رسوم الطلب المفروضة من قِبل شركة الكهرباء ١٤٫٥٠ دولارًا أمريكيًّا لكل كيلوواط شهريًّا. متوسِّط رسوم الطلب الشهريّة ١٢٬٣٢٥. وقامت المحطّة بتثبيت نظام بقدرة ٣٠٠ كيلوواط / ٦٠٠ كيلوواط ساعة (بيس) مع وحدات تحكُّم في خفض الذروة، تفريغها عند اقتراب طلب المنشأة من ٥٥٠ كيلوواط، ما يحدّ من ذروة الاستهلاك المسجَّلة على العداد. وبعد التثبيت، انخفضت رسوم الطلب الشهريّة إلى ٧٬٩٧٥ — أي بنسبة انخفاض قدرها ٣٥٪ ٥٢٬٠٠٠ حقَّق فترة استرداد بسيطة تجاوزت ٤ سنوات قليلًا، قبل الأخذ في الاعتبار حوافز ائتمان الضريبة الاستثماري المتاحة.

تحديد حجم النظام — السعة والقدرة والمدّة

تحليل ملفّ الحمل وتحديد الحجم الأمثل

اختيار مقاس (بيس) يبدأ ببيانات عداد الفترات — بدقة ١٥ دقيقة أو ٣٠ دقيقة تغطي ما لا يقل عن ١٢ شهرًا من التشغيل. وتُظهر هذه البيانات مقدار الطلب الأقصى ومدته وتوقيته. ولذلك فإن المنشأة التي يستمر فيها الطلب الأقصى لمدة ٩٠ دقيقة تحتاج إلى نظام تخزين طاقة بالبطاريات (BESS) يتمتع بمدة تفريغ لا تقل عن ٩٠ دقيقة عند مستوى القدرة المستهدف. أما سعة الطاقة فهي تساوي القدرة المستهدفة مضروبةً في المدة المطلوبة، مع تعديلها وفقًا لعمق التفريغ — والذي يتراوح عادةً بين ٨٠٪ و٩٠٪ للبطاريات الليثيوم-أيون للحفاظ على عمر الدورات. فالزيادة المفرطة في الحجم تُضيِّع رأس المال، بينما النقصان في الحجم يؤدي إلى فشل النظام في الاستفادة من التوفيرات المتاحة.

اختيار كيمياء البطارية للقطاع التجاري والصناعي

فوسفات حديد الليثيوم (LFP) هو السائد في قطاع التجاري والصناعي (بيس) السوق. ويتميز هذا النوع بثبات حراري أعلى مقارنةً ببطاريات نيكل-منغنيز-كوبالت (NMC) — إذ تبلغ درجة حرارة الانطلاق الحراري حوالي ٢٧٠°م مقابل ٢١٠°م — وبعمر دورات أطول، حيث يتراوح عادةً بين ٤٠٠٠ و٦٠٠٠ دورة للحفاظ على ٨٠٪ من السعة الأصلية. أما العيب المقابل فهو كثافة الطاقة الأقل، وهي مسألة أقل أهمية في التطبيقات الثابتة. كما أن أنظمة فوسفات حديد الليثيوم تتفادى المخاوف المتعلقة بسلسلة توريد الكوبالت التي تؤثر على أسعار بطاريات نيكل-منغنيز-كوبالت.

التكامل، والامتثال، وتخطيط دورة الحياة

ربط النظام الكهربائي والمعايير الخاصة بالسلامة

تجاري وصناعي (بيس) يجب أن يتوافق مع متطلبات ربط النظام الكهربائي المحلية — مثل معيار IEEE 1547 في أمريكا الشمالية ومعيار EN 50549 في أوروبا. وتشمل شهادة UL 9540 النظام كاملاً؛ بينما تغطي شهادة UL 1973 وحدات البطاريات؛ وتشمل شهادة UL 9540A الاختبارات الكبيرة النطاق المتعلقة بالحريق. أما معيار NFPA 855 فينظّم سلامة التثبيت، بما في ذلك المسافات بين المعدات، والتهوية، وأنظمة إخماد الحرائق. ويجب أن تحدد الالتزامات الأداء كلًّا من عمر الدورات وعمر التقويم، مع التعبير عن السعة الإنتاجية بوحدة الميغاواط-ساعة بدلًا من صيغ اللغة غير الدقيقة القائمة على الزمن.

خطوات الشراء العملية

خمسة أسئلة يجب طرحها قبل اختيار نظام تخزين طاقة يعمل بالبطاريات (BESS)

أولاً، ما العامل الرئيسي الذي يُولِّد القيمة — خفض رسوم الطلب الذروي، أو الاستفادة من فروق أسعار الطاقة، أو توفير طاقة احتياطية، أم مزيجٌ من هذه العوامل؟ ثانياً، ما الذي تكشفه بيانات عداد الفترات الزمنية عن حجم الطلب الذروي ومدته؟ ثالثاً، ما القيود المفروضة على المساحة والبيئة — مثل التثبيت داخلياً أم خارجياً، والمدى الحراري المسموح به، ومتطلبات التهوية؟ رابعاً، ما شروط الربط بالشبكة الكهربائية المطبَّقة، وما المدة الزمنية اللازمة للحصول على الموافقة عليها؟ خامساً، ما كمية الطاقة المُلتزَم بنقلها بالميجاواط-ساعة، وكيف يُعرِّف الاتفاق سعة النظام عند انتهاء عمره الافتراضي؟ إن تحديد مواصفات نظام تخزين الطاقة بشكلٍ دقيق (بيس) يُغطّي تكاليفه عبر خفض تكاليف الكهرباء — لكن ذلك يحدث فقط إذا كانت أبعاد النظام ونوع الكيمياء المستخدمة ووحدات التحكم مُتناسِقةً تماماً مع ملفّ الحمل الفعلي.

الأسئلة الشائعة

ما هو نظام تخزين بطاريات الطاقة (BESS) وكيف يعمل في المنشآت التجارية؟

أ (بيس) — نظام تخزين الطاقة بالبطاريات — يخزن الطاقة الكهربائية في بطاريات قابلة لإعادة الشحن ويُفرغها عند الحاجة. وفي المنشآت التجارية، يقلل هذا النظام من رسوم الطلب الأقصى عن طريق التفريغ أثناء فترات الطلب المرتفع، وينقل استهلاك الطاقة من الفترات ذات التعرفة المرتفعة إلى الفترات ذات التعرفة المنخفضة، كما يوفّر طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة.

كيفية تحديد الحجم المناسب لنظام تخزين طاقة تجاري بالبطاريات؟

يتطلب تحديد الحجم بيانات عداد دوري بدقة ١٥ أو ٣٠ دقيقة، وتغطي فترة لا تقل عن ١٢ شهرًا. وتُظهر هذه البيانات مقدار الطلب الأقصى ومدته. ويُحسب سعة التخزين للطاقة بوحدة الكيلوواط·ساعة من خلال ضرب القدرة المستهدفة بوحدة الكيلوواط في المدة بوحدة الساعات، مع تعديل الناتج وفقًا لعمق التفريغ (٨٠٪ إلى ٩٠٪).

لماذا تُفضَّل كيمياء ليثيوم حديد فوسفات (LFP) في تطبيقات أنظمة تخزين الطاقة التجارية بالبطاريات؟

توفر بطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LFP) ثباتًا حراريًّا أعلى — حيث تبلغ درجة حرارة الانطلاق الحراري حوالي ٢٧٠°م — وعمر دورة أطول يتراوح بين ٤٠٠٠ و٦٠٠٠ دورة، كما تجنّب مخاوف سلسلة توريد الكوبالت. وبما أن كثافة الطاقة الأقل ليست عاملًا حاسمًا في التطبيقات الثابتة، فإنها لا تمثّل عيبًا كبيرًا. (بيس) التطبيقات مقارنةً بالمركبات الكهربائية.

ما شهادات السلامة التي يجب أن يحملها نظام تخزين الطاقة التجاري (BESS)؟

تجاري (بيس) يجب أن يحمل شهادة UL 9540 على مستوى النظام، وشهادة UL 1973 لوحدات البطاريات، وشهادة UL 9540A لاختبارات الحريق على نطاق واسع. ويجب أن تتوافق عملية التركيب مع معيار NFPA 855 في أمريكا الشمالية فيما يتعلق بالتباعد والتهوية وأنظمة إخماد الحرائق.

كم من الوقت يستغرق تحقيق عائدٍ على الاستثمار في نظام تخزين الطاقة التجاري (BESS)؟

معدل الاسترداد البسيط النموذجي لتقليل الذروة (بيس) في التثبيتات الواقعة في الأسواق التي تفرض رسوم طلب تزيد عن ١٠ دولارات أمريكي لكل كيلوواط-شهر يتراوح بين ٣ و٧ سنوات. ويمكن أن تُسهم الإعفاءات الضريبية الفيدرالية، والحوافز الحكومية، وبرامج استجابة المرافق للطلب في تقصير فترة الاسترداد لتصل إلى ما بين سنتين وأربع سنوات. أما الحساب الدقيق فيتطلب بيانات فترية محددة لموقع المشروع وتحليلاً تفصيلياً للتعريفات.

هل يمكن لنظام تخزين الطاقة التجاري (BESS) توفير طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة؟

نعم، توفر أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) طاقة احتياطية عند تكوينها بقدرة العزل الذاتي (islanding capability) ومحول نقل تلقائي. ويجب أن يكون حجم النظام مُحسوبًا وفقًا للحمل الحرِج فقط — وليس وفقًا لإجمالي حمل المنشأة — بينما يتحدد مدة التشغيل الاحتياطي من خلال قسمة سعة الطاقة على القدرة المطلوبة للحمل الحرِج. وتستهدف معظم أنظمة القطاع التجاري والصناعي (C&I) مدة احتياطية تتراوح بين ساعتين وأربع ساعات.