ما هي آفاق تطبيق أنظمة تخزين الطاقة البطارية (BESS) في نظم تخزين الطاقة؟

أنظمة تخزين الطاقة البطارية على نطاق الشبكة الكهربائية لضمان الاستقرار وتأجيل ترقيات البنية التحتية

توفّر أنظمة تخزين الطاقة البطارية (BESS) المُركَّبة على نطاق الشبكة الكهربائية خدمات استقرار حاسمة، مع تأجيل اقتصادي للاستثمارات الكبرى في البنية التحتية. فبامتصاصها الفائض من الطاقة خلال فترات انخفاض الطلب، وإطلاقها أثناء فترات الذروة، توازن هذه الأنظمة تقلبات الأحمال التي تُجهِد شبكات النقل.

إدارة الازدحام وتنعيم قمم الأحمال

عندما تزداد حِمل خطوط النقل بشكلٍ زائد خلال أوقات الذروة هذه، فإننا نواجه ازدحامًا في الشبكة الكهربائية يعرّضها لخطر الانقطاعات المفاجئة (الانطفاءات)، ويجبر شركات توليد الطاقة على إيقاف تشغيل بعض مصادر الطاقة المتجددة. وتُعالِج أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات هذه المشكلة من خلال استيعاب الطاقة الزائدة عند انخفاض الطلب، ثم إطلاقها عند ازدحام الشبكة. ويساعد هذا في تسطيح تلك الارتفاعات الحادة في الطلب بنسبة تتراوح بين ١٥ و٣٠٪ وفقًا لبيانات مجلس موثوقية شبكة النقل الكهربائي (NERC) من العام الماضي. وبفضل القدرة على تسوية استهلاك الطاقة، تقل الحاجة إلى اللجوء إلى محطات التوليد ذات التكلفة العالية (محطات الذروة)، ما يوفّر نحو سبعمئة وأربعين ألف دولار أمريكي سنويًّا في كل محطة فرعية، مع الحفاظ على جميع تلك الطاقة النظيفة ومنع هدرها. علاوةً على ذلك، تستجيب البطاريات بشكلٍ شبه فوري لتغيرات تردد الشبكة، مقارنةً بالمحطات الحرارية التقليدية التي تحتاج وقتًا طويلاً جدًّا لتعديل إنتاجها.

تأجيل ترقية خطوط النقل والمحطات الفرعية

تواجه شبكات الطاقة القديمة صعوباتٍ جسيمة في مواكبة العدد المتزايد من المركبات الكهربائية (EV) والألواح الشمسية التي تُضاف في كل مكان. دعونا نستعرض بعض الأرقام للحظة: فتكلفة الطرق التقليدية لترقية خطوط النقل تتراوح بين مليون ومليوني دولار أمريكي لكل ميل، كما أن الحصول على التصاريح اللازمة وتنفيذ هذه المشاريع يستغرق ما بين خمسة وسبعة أعوامٍ طويلة. وهنا تأتي أهمية أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات. فعند تركيب هذه الأنظمة الكبيرة من البطاريات في مواقع استراتيجية، يمكنها تأجيل تلك التحديثات المكلفة عن طريق تخفيف الاختناقات المرورية في مناطق محددة من الشبكة الكهربائية. ووفقاً لبعض الدراسات التي أُجريت العام الماضي، فإن تركيب بطارية سعة ٥٠ ميغاواط مع سعة تخزين تبلغ ٢٠٠ ميغاواط ساعة يمكن أن يؤخّر الحاجة إلى أعمال التحديث في المحطات الفرعية لمدة تتراوح بين أربع وثماني سنوات كاملة، إضافةً إلى مساهمتها في أداء وظائف أخرى متعددة ضمن الشبكة الكهربائية. وما يجعل هذه الطريقة جذّابةً للغاية هو أنها تحقق نفس الكفاءة المحقَّقة عبر بناء بنية تحتية جديدة، لكن بتكلفة أقل بنسبة تتراوح بين ٤٠٪ و٦٠٪. علاوةً على ذلك، يمكن تشغيل هذه الأنظمة البطارية الوحدوية خلال فترة لا تتجاوز ١٨ شهراً، وهي فترة قصيرة جداً مقارنةً بالطرق التقليدية.

تُطيل هذه المقاربة عمر الأصول التشغيلية، مع تحرير رؤوس الأموال لتمويل مبادرات تعزيز مرونة الشبكة، ما يجعل أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية (BESS) حجر الزاوية في تخطيط البنية التحتية التكيفية.

دمج أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية (BESS) مع توليد الطاقة المتجددة

التخفيف من حالات إيقاف تشغيل طاقة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح

إن مشكلة التخفيض القسري للطاقة المتجددة ما زالت كبيرةً جدًّا في هذه الأيام. فبحسب تقرير وكالة الطاقة الدولية الصادر العام الماضي، فإن مزارع الرياح والطاقة الشمسية حول العالم تُهدر نحو ٨,٣٪ من الطاقة التي كان يمكنها إنتاجها سنويًّا. وتساعد أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) في معالجة هذه المشكلة من خلال استيعاب تلك الطاقة الزائدة كلما تجاوز إنتاجها ما يمكن للشبكة الكهربائية استيعابه. فعلى سبيل المثال، تُنتج المزارع الشمسية غالبًا كمًّا هائلًا من الكهرباء ظهرًا يفوق بكثير ما يحتاجه المستهلكون في ذلك الوقت، لذا فإن تخزين الفائض الظهيري لاستخدامه لاحقًا في المساء—حين ترتفع الطلب بشكل حاد—يُعدُّ خطوةً منطقية. وبالمثل، قد تُولِّد مزارع الرياح طاقةً وافرةً في أوقاتٍ معينةٍ، لكنَّ الطلب عليها يكون محدودًا في تلك اللحظة بالذات. وبتخزين تلك الطاقة حتى يرتفع الطلب، نقلل بذلك من هدر الطاقة النظيفة، ونجعل مصادر الطاقة المتجددة أكثر جدوى ماليًّا للمشغلين.

تمكين الطاقة المتجددة القابلة للتحكم عبر التحكم في درجة شحن البطارية (SOC)

إن إدارة حالة الشحن (SOC) تحوّل مصادر الطاقة غير القابلة للتنبؤ بها إلى مصادر موثوقة بالنسبة لمشغلي الشبكة الكهربائية. وعندما يرصدون مستويات حالة الشحن (SOC) في الوقت الفعلي، يمكنهم الاستفادة من الطاقة المخزَّنة في اللحظات المناسبة بالضبط. فعلى سبيل المثال، يساعد الحفاظ على شحن البطاريات عند نحو ٨٠٪ طوال الليل في تلبية الذروة الصباحية في الطلب على الكهرباء. وبهذه الطريقة، يتم تسوية التقلبات الحادة في إنتاج الطاقة المتجددة، مما يجعل الطاقة الشمسية والرياح تتصرف أكثر فأكثر كمحطات توليد كهربائية تقليدية. ووفقاً للاختبارات التي أجرتها مختبر الطاقة المتجددة الوطني العام الماضي، زادت أنظمة تخزين البطاريات الخاضعة لخوارزميات إدارة حالة الشحن (SOC) من نسبة الطاقة المتجددة المستخدمة فعلياً على الشبكة بنسبة تقارب ٣٧٪.

أنظمة تخزين بطاريات خلف العداد (BTM BESS) لتوفير التكاليف في القطاعين التجاري والصناعي

تخفيض رسوم الطلب في أسواق التعرفة حسب أوقات الاستخدام (TOU)

تتعرض الشركات في القطاعات التجارية والصناعية لضغوط شديدة بسبب تلك الرسوم المرتفعة جدًّا المفروضة على الطلب عند تشغيلها في أسواق الكهرباء القائمة على التوقيت (TOU). وطريقة احتساب هذه الرسوم بسيطةٌ إلى حدٍّ كبيرٍ، لكنها مكلفةٌ: فهي تُحسب استنادًا إلى أسوأ فترة مدتها ١٥ دقيقة من استهلاك الطاقة خلال كل شهر، وقد تشكِّل هذه الرسوم أكثر من ثلث إجمالي نفقات الطاقة. وهنا تظهر أنظمة تخزين طاقة البطاريات المركَّبة خلف العداد (Behind-the-Meter). فهذه الأنظمة تعمل عمليًّا كمُمتصَّات للصدمات في استهلاك الكهرباء. إذ بدلًا من سحب الطاقة مباشرةً من الشبكة خلال أوقات الذروة، تقوم هذه الأنظمة بإطلاق الكهرباء المخزَّنة فيها، مما يساعد على تسطيح تلك الزيادات المفاجئة في الاستهلاك ويمنع الشركات من تحمُّل غرامات إضافية ناتجة عن ارتفاع معدلات الاستهلاك. وتكفي النتائج الواقعية للإدلاء بحديثٍ صريحٍ. فقد شهدت المصانع ومراكز التكنولوجيا انخفاضًا في رسوم الطلب بنسبة تتراوح بين ٢٠٪ و٤٠٪ بعد تركيب حلول التخزين هذه. ويجد معظم الشركات أن هذا الاستثمار يُغطِّي تكاليفه الذاتية خلال بضعة سنوات فقط، بل وأحيانًا في أقل من خمس سنوات.

تحسين تكاليف الطاقة من خلال تحويل الأحمال التنبؤي

تصبح أنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS) أدوات فعّالة لتوفير المال عند دمجها مع خوارزميات تنبؤية تُحلِّل مسبَّقًا تكاليف الطاقة وأنماط الاستهلاك. وتقوم هذه الأنظمة الذكية بتحليل البيانات التاريخية، ومراجعة توقعات الطقس، ومراقبة التغيرات في أسواق الطاقة لاتخاذ قراراتٍ حكيمة حول توقيت شحن البطاريات خلال ساعات الذروة المنخفضة التكلفة، وتفريغها عندما ترتفع الأسعار. والهدف الرئيسي هو الاستفادة من الفروق السعرية بين أوقات اليوم، مع تحقيق وفورات إضافية من خلال أسعار الاستهلاك المتغيرة حسب الوقت. وبالفعل، يحقِّق العديد من الشركات مكاسب مالية أكبر عبر ربط أنظمة تخزين البطاريات الخاصة بها ببرامج الاستجابة للطلب، حيث تحصل على حوافز نقدية كلما خفَّضت استهلاكها من الكهرباء أثناء فترات الذروة التي تشهد ضغطًا كبيرًا على الشبكة الكهربائية. فعلى سبيل المثال، تنجح مرافق معالجة الأغذية، عند تطبيق جميع هذه الاستراتيجيات مجتمعةً، في خفض فواتيرها السنوية للطاقة بنسبة تتراوح عادةً بين ١٨٪ و٢٥٪ دون تعطيل عملياتها التشغيلية العادية أو جداول الإنتاج.

أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية (BESS) في محطات الطاقة الافتراضية والخدمات المساعدة

المحطات الكهربائية الافتراضية، أو ما تُعرف اختصارًا بـ VPPs، تجمع أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات من مواقع مختلفة مثل الشركات والمصانع والمواقع الصناعية الكبرى لإنشاء كيان يعمل كمحطة طاقة تقليدية، لكنه موزَّع على العديد من المواقع. ويمكن لهذه الترتيبات الافتراضية المشاركة فعليًّا في خدمات سوق الكهرباء الخاصة، مثل الحفاظ على استقرار الشبكة عند حدوث تغيرات مفاجئة في الطلب على الطاقة. وعندما تتعرض الشبكة لهذه التقلبات الصغيرة في التردد، تستجيب البطاريات المجمَّعة بشكل شبه فوري، وأحيانًا أسرع من محطات التوليد التقليدية في الحفاظ على سير التشغيل بسلاسة. وما يجعل هذه الطريقة جذَّابة هو قدرتها على دمج وحدات التخزين المنفصلة هذه بحيث تعمل معًا بكفاءة أعلى ككتلة واحدة. فبدلًا من إنشاء خطوط نقل كهربائية جديدة ومحطات تحويل، وهي عملية باهظة التكلفة تصل إلى ملايين الدولارات، يمكن للشركات تحقيق وفورات مالية كبيرة عبر ربط البطاريات الموجودة مسبقًا فقط. علاوةً على ذلك، يحصل المالكون على دخل إضافي عندما تُسهم طاقتهم المخزَّنة في موازنة الشبكة خلال أوقات الذروة أو عند استخدامها في حالات الطوارئ. وفي النهاية، فإن ما نراه هنا هو طريقة لتحويل عدد كبير من وحدات التخزين الصغيرة المتناثرة في مختلف المناطق إلى مصدرٍ واحدٍ كبيرٍ ومفيدٍ للشبكة الكهربائية بأكملها، ما يعزِّز متانة إمدادات الطاقة أمام الأعطال والمشكلات، ويوفِّر في الوقت نفسه مصدر دخل إضافي لأصحاب هذه البطاريات.

الأسئلة الشائعة

ما هو نظام تخزين الطاقة البطاري على نطاق الشبكة؟

نظام تخزين الطاقة البطاري على نطاق الشبكة (BESS) هو نظام تخزين طاقة واسع النطاق يُستخدم لتوفير خدمات حيوية لاستقرار الشبكة الكهربائية. ويقوم هذا النظام بتخزين الطاقة الزائدة خلال فترات الطلب المنخفض، ثم يطلقها خلال فترات الذروة في الطلب، مما يساعد على موازنة تقلبات الأحمال وتأجيل الاستثمارات الباهظة في البنية التحتية.

كيف تساعد أنظمة BESS في إدارة الاختناقات في الشبكة؟

تساعد أنظمة BESS في إدارة الاختناقات في الشبكة من خلال تخزين الطاقة الزائدة عند انخفاض الطلب، وإطلاقها أثناء أوقات الذروة في الأحمال. ويؤدي ذلك إلى خفض خطر الانقطاعات الكهربائية، واستقرار الشبكة، وتقليل الاعتماد على محطات التوليد المخصصة لأوقات الذروة والتي تكلّف مبالغ باهظة.

هل يمكن لأنظمة BESS حقًّا تأجيل ترقية البنية التحتية؟

نعم، فوضع أنظمة BESS بشكل استراتيجي يمكن أن يؤجّل التحديثات الباهظة في خطوط النقل والمحطات الفرعية من خلال تخفيف الاختناقات المحلية في الشبكة، وبالتالي تحقيق وفورات مالية ووقتية مرتبطة بالتحديثات التقليدية للبنية التحتية.

كيف تتكامل أنظمة BESS مع مصادر الطاقة المتجددة؟

يمكن لوحدات تخزين الطاقة (BESS) تخزين الطاقة الزائدة التي تولّفها المصادر المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، خلال فترات الذروة في الإنتاج. ويمكن بعد ذلك استخدام هذه الطاقة المخزَّنة خلال الفترات ذات الطلب المرتفع، مما يقلل من عمليات التقييد المفروضة على الطاقة المتجددة ويزيد الجدوى المالية للمُشغِّلين.

ما الفوائد التي تحققها وحدات تخزين الطاقة (BESS) خلف العداد للشركات؟

تساعد وحدات تخزين الطاقة (BESS) خلف العداد الشركات على خفض رسوم الطلب في أسواق التعرفة حسب وقت الاستخدام، وذلك عبر تخزين الطاقة وإطلاقها لتسطيح قمم استهلاك الكهرباء. ويمكن لهذه الأنظمة أن تخفض بشكل كبير من نفقات الطاقة، وغالبًا ما تُغطّي تكلفة نفسها خلال بضعة أعوام.

ما الدور الذي تؤديه وحدات تخزين الطاقة (BESS) في محطات الطاقة الافتراضية؟

تُعد وحدات تخزين الطاقة (BESS) عنصرًا جوهريًّا في المحطات الكهربائية الافتراضية، إذ تجمع موارد التخزين من مواقع مختلفة لتقديم خدمات الشبكة. وتساعد هذه الوحدات في استقرار الشبكة الكهربائية، وتقلل الحاجة إلى بنية تحتية جديدة، وتخلق مصادر دخل إضافية لأصحاب البطاريات.