تخزين بطارية محطة شحن المركبات الكهربائية: حل حدود سعة الشبكة

تبدو إضافة المزيد من أجهزة شحن المركبات الكهربائية أمرًا سهلاً حتى يصبح اتصال الأداة المساعدة هو المشكلة.

قد يكون لدى عقار تجاري أماكن كافية لوقوف السيارات لعشرة أجهزة شحن جديدة، ولكن المحول الخاص به قد اقترب من سعته بالفعل. قد يرغب مشغل الشحن على الطرق السريعة في تركيب شواحن DC عالية الطاقة، ليكتشف أن زيادة الاتصال بالشبكة ستستغرق أشهرًا. بالنسبة لمستودع الأسطول، يمكن أن يكون التحدي أكثر عملية: تحتاج العشرات من المركبات إلى الشحن قبل يوم العمل التالي، لكن الإمداد الكهربائي المتوفر لا يمكنه دعمها جميعًا في وقت واحد.

هذا هو المكان الذي يصبح فيه تخزين طاقة البطارية مفيدًا.

بدلاً من سحب كل الطاقة مباشرة من الشبكة في وقت الحاجة إليها، يمكن لمحطة شحن المركبات الكهربائية تخزين الكهرباء مسبقًا واستخدامها خلال فترات الانشغال. يمنح هذا الترتيب المشغلين مزيدًا من المرونة بشأن مقدار الطاقة التي يستهلكونها، ومتى يسحبونها، وكيفية خدمة مركبات متعددة.

للمطورين الذين يخططون لمواقع شحن جديدة،تخزين بطارية محطة شحن EVيستحق النظر فيه قبل الالتزام بترقية الشبكة المكلفة. ومع ذلك، فإن ما إذا كان الأمر منطقيًا من الناحية المالية يعتمد على الطلب الفعلي على الكهرباء في الموقع، وحدود الاتصال، وجدول الشحن، وأسعار الطاقة المحلية.

ما هو تخزين طاقة البطارية لمحطات شحن المركبات الكهربائية؟

يقوم نظام تخزين طاقة البطارية، المعروف باسم BESS، بتخزين الكهرباء لاستخدامها في وقت لاحق. وفي تركيب شحن المركبات الكهربائية، يعمل جنبًا إلى جنب مع توصيل المرافق ومعدات الشحن لتلبية الطلب الذي قد يتجاوز مستوى استيراد الشبكة المفضل.

يتضمن النظام عادةً وحدات البطارية، ونظام إدارة البطارية (BMS)، ونظام تحويل الطاقة (PCS)، ونظام إدارة الطاقة (EMS)، ومعدات التبريد والحماية الكهربائية والسلامة اللازمة.

كل مكون له وظيفة محددة. تقوم البطارية بتخزين الطاقة. تتحكم أجهزة الكمبيوتر في تدفق الطاقة الكهربائية بين البطارية والنظام الكهربائي للموقع. يقرر نظام الإدارة البيئية متى يتم شحن البطارية أو تفريغها بناءً على الطلب وأسعار الكهرباء ومتطلبات التشغيل.

وتشمل بعض المنشآت أيضًا الألواح الشمسية. ويعمل البعض الآخر بالكامل باستخدام شبكة الكهرباء، حيث يشحن البطارية خلال فترات الهدوء ويستخدم الطاقة المخزنة عند وصول المركبات بأعداد أكبر.

كيف يعمل تخزين البطارية مع شواحن السيارات الكهربائية

فكر في محطة شحن متصلة بشبكة إمداد يمكنها توفير 300 كيلووات بعد السماح بالأحمال الكهربائية الأخرى للموقع. ويخطط المشغل لتركيب أربعة شواحن للتيار المستمر، تبلغ قدرة كل منها 150 كيلووات.

تتمتع أجهزة الشحن بإنتاج مشترك يبلغ 600 كيلو واط. وهذا لا يعني أنها ستستهلك دائمًا 600 كيلووات، نظرًا لاختلاف معدلات شحن السيارة. ولكن إذا تم شحن عدة مركبات بطاقة عالية في وقت واحد، فقد يتجاوز الطلب العرض المتاح للشبكة.

بدون التخزين، يكون لدى المشغل بضعة خيارات: تقييد خرج الشاحن، أو تثبيت اتصال شبكة أكبر، أو قبول أن بعض جلسات الشحن ستستغرق وقتًا أطول.

بفضل BESS ذات الحجم المناسب، يمكن للبطارية توفير طاقة إضافية عندما يرتفع الطلب فوق حد الشبكة المختار للموقع. وتستمر الشبكة بتزويد حصتها المتوفرة، فيما تغطي البطارية جزءاً من الفارق.

التمييز بين القوة والطاقة مهم هنا. يمكن للبطارية التي تبلغ قدرتها 300 كيلوواط أن توفر طاقة كبيرة، لكن قدرتها على الحفاظ على هذا الناتج تعتمد على مقدار الطاقة القابلة للاستخدام المتبقية. يمكن لنظام بقدرة تفريغ تبلغ 300 كيلووات و600 كيلووات في الساعة من الطاقة القابلة للاستخدام نظريًا توفير هذه الطاقة لمدة ساعتين في ظل ظروف مثالية. ستكون المدة الفعلية أقصر إذا كان من الضروري السماح بالخسائر أو احتياطيات التشغيل.

لهذا السبب، فإن اختيار البطارية بناءً على معدل كيلووات ساعة فقط ليس كافيًا. يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار حجم النقص في الطاقة وطول الفترة الزمنية التي من المتوقع أن يستمر فيها.

دور BESS في دعم شبكة الكهرباء

يخلق شحن المركبات الكهربائية نوعًا مختلفًا من الطلب على الكهرباء مقارنة بالعديد من الأحمال التجارية التقليدية. يمكن توصيل العديد من المركبات في غضون دقائق، ويمكن لأجهزة الشحن عالية الطاقة زيادة حمل الموقع بسرعة.

عندما تتداخل العديد من جلسات الشحن، قد تكون الذروة الناتجة أعلى بكثير من متوسط ​​الطلب في الموقع. يمكن للبطارية أن تمتص بعضًا من هذا الاختلاف عن طريق الشحن عندما يكون الطلب منخفضًا والتفريغ عندما يرتفع.

في موقع فردي، يساعد ذلك في الحفاظ على واردات الشبكة ضمن حد محدد. عبر شبكة كهرباء أوسع، قد يوفر التخزين الذي يتم التحكم فيه بشكل مناسب أيضًا خدمات مرنة، مثل الاستجابة للطلب أو تنظيم التردد، حيثما تسمح القواعد المحلية وترتيبات السوق بذلك.

لا ينبغي الخلط بين فوائد الشبكة الأوسع هذه والوظيفة الأساسية لبطارية محطة الشحن. تبدأ معظم المشاريع بهدف أبسط: توفير الطاقة التي تحتاجها المركبات دون الحاجة إلى الاتصال بالشبكة للتعامل مع كل ذروة قصيرة الأمد.

التحديات الرئيسية التي تم حلها عن طريق تخزين بطارية شحن السيارات الكهربائية

التغلب على اختناقات سعة الشبكة

يمكن أن يؤدي تأخير الاتصال بالشبكة إلى تغيير اقتصاديات مشروع شحن المركبات الكهربائية. قد يكون الموقع جذابًا تجاريًا، ولكنه غير قادر على استيعاب سعة الشحن المقترحة دون إجراء تغييرات على المحولات أو المفاتيح الكهربائية أو الكابلات أو شبكة التوزيع الأولية.

التكلفة لا تقتصر على المعدات. يمكن أن تؤثر دراسات المرافق والتصاريح والأعمال المدنية وجداول البناء على الوقت اللازم لتشغيل الموقع.

يوفر تخزين البطارية طريقة أخرى للتعامل مع المشكلة. بدلاً من تصميم الموقع حول أعلى مستوى ممكن من الطلب على الشاحن المتزامن، يمكن للمطور الجمع بين إمدادات الشبكة المتاحة وبطارية تغطي الفارق خلال فترات محددة.

يمكن أن يكون هذا مفيدًا بشكل خاص في:

• مناطق خدمة الطرق السريعة حيث يتوقع السائقون شحنًا سريعًا وأوقات انتظار قصيرة.
• مواقع الشحن الحضرية ذات سعة محولات احتياطية محدودة.
• مراكز التسوق والفنادق ومباني المكاتب تضيف أجهزة شحن إلى البنية التحتية الكهربائية الحالية.
• مستودعات الحافلات والتوصيل حيث تعود العديد من المركبات خلال فترة زمنية ضيقة.
• المواقع النائية حيث يكون زيادة الاتصال بالشبكة أمرًا صعبًا أو مكلفًا.

ومع ذلك، هناك حد مهم. لا يمكن للبطارية أن تغطي النقص إلا عندما يكون لديها ما يكفي من الطاقة المخزنة وقدرة التفريغ. إذا كانت محطة الشحن تعمل بالقرب من الحد الأقصى للطلب على مدار اليوم، فقد لا يكون التخزين وحده كافيًا. قد لا يزال المشروع بحاجة إلى اتصال شبكة أكبر أو استراتيجية شحن مختلفة.

تخفيف رسوم ذروة الطلب الباهظة الثمن

لا تعتمد فواتير الكهرباء للعملاء التجاريين دائمًا فقط على عدد الكيلووات/الساعة المستهلكة. في بعض الأسواق، تفرض المرافق أيضًا رسومًا على أعلى مستوى من الطلب على الطاقة المسجل خلال فترة الفاتورة.

يمكن أن يؤدي هذا إلى تكلفة غير متوقعة لمشغلي شحن السيارات الكهربائية. قد يكون لدى المحطة استهلاك معتدل للكهرباء معظم اليوم، ولكن فترة قصيرة من الشحن السريع المتزامن يمكن أن تؤدي إلى ذروة الطلب المرتفعة.

يمكن للبطارية تقليل تلك الذروة عن طريق توفير جزء من الحمل عندما يصل طلب الشبكة إلى حد محدد مسبقًا.

على سبيل المثال، لنفترض أن أحد المواقع يهدف إلى الحد من واردات الشبكة إلى 400 كيلووات. عندما يصل طلب الشحن إلى 520 كيلووات، يمكن للبطارية توفير 120 كيلووات إضافية، بشرط أن يسمح تصنيف الطاقة وحالة الشحن بذلك.

ما إذا كان هذا يوفر المال يعتمد على التعريفة. يحتاج المشغل إلى مقارنة رسوم الطلب التي تم تجنبها مع تكلفة شحن البطارية، وخسائر التحويل، والصيانة، وتدهور البطارية.

عادةً ما يكون اقتطاع الذروة أكثر جاذبية عندما تكون رسوم الطلب مرتفعة وتكون القمم الكبرى قصيرة نسبيًا. إذا كانت التعريفة تركز بشكل ضئيل على ذروة الطلب، فقد يحتاج الاستثمار إلى تبريره بمزايا أخرى.

معالجة موثوقية الطاقة ومخاطر انقطاعها

يمكن أن يؤدي انقطاع الشبكة إلى مقاطعة جلسات الشحن، وتأخير عمليات الأسطول، وترك نقاط الشحن العامة غير متاحة. قد يوفر تخزين البطارية طاقة احتياطية، ولكن يجب تضمين هذه الإمكانية في تصميم النظام.

لا يستمر نظام البطارية القياسي المتصل بالشبكة بالضرورة في العمل عند فشل إمداد الأداة المساعدة. يمكن أن تتطلب عملية النسخ الاحتياطي الآمن أدوات تحكم في الجزيرة، ومعدات تحويل مناسبة، ووظائف عاكس متوافقة، وتصميمًا كهربائيًا يمنع تصدير الطاقة غير المقصودة إلى شبكة منفصلة.

يجب على المشغلين أن يقرروا مسبقًا أي الأحمال يجب أن تظل متاحة. قد يقوم مستودع الأسطول بتوفير الطاقة للمركبات المقرر مغادرتها قريبًا. قد يعطي موقع الشحن العام الأولوية لعدد صغير من أجهزة الشحن بدلاً من محاولة تشغيل المحطة بأكملها طوال فترة انقطاع التيار الكهربائي.

احتياطي البطارية مهم بقدر السعة المثبتة. إذا تم استخدام كل الطاقة المتاحة لذروة الحلاقة اليومية، فقد يتبقى القليل منها عندما تتعطل الشبكة. يجب على المواقع التي تحتاج إلى فرض رسوم في حالات الطوارئ إنشاء حد أدنى للاحتياطي وجعله جزءًا من استراتيجية تشغيل EMS.

الفوائد الرئيسية لتخزين البطارية لشحن السيارات الكهربائية

حلاقة الذروة وتحسين التكلفة التشغيلية

تتمثل إحدى ميزات تخزين طاقة شاحن المركبات الكهربائية في أنه يمنح المشغلين مزيدًا من التحكم في طلبهم من الكهرباء. يمكنهم شراء أو توليد الطاقة عندما تكون الظروف مواتية، ثم استخدام الكهرباء المخزنة عندما يحتاج الموقع إلى طاقة إضافية.

اعتمادًا على المشروع، قد يساعد ذلك في تقليل رسوم الطلب، أو تحويل الاستهلاك بعيدًا عن فترات التعريفة الباهظة الثمن، أو الاستفادة بشكل أفضل من البنية التحتية الكهربائية الحالية، أو زيادة عدد المركبات التي يمكن شحنها خلال فترات الانشغال.

ويجب تقييم هذه الفوائد معًا بدلاً من التعامل معها كضمانات منفصلة للمدخرات. البطارية التي تقلل من رسوم الطلب قد تؤدي أيضًا إلى زيادة استهلاك الكهرباء قليلاً لأن الشحن والتفريغ ليسا فعالين تمامًا.

للحصول على تقدير مالي واقعي، يحتاج المشغل إلى ملف تعريف الحمل الفاصل، وتعرفة الكهرباء المطبقة، وإيرادات الشحن المتوقعة، وحدود تشغيل البطارية، والتنبؤ بكيفية استخدام البطارية بمرور الوقت.

تمكين الشحن السريع وفائق السرعة بالتيار المستمر

تعتبر أجهزة الشحن DC عالية الطاقة جذابة لأنها يمكن أن تقلل من وقت الشحن. تكمن الصعوبة في أن الموقع الذي يحتوي على العديد من أجهزة الشحن عالية الطاقة قد يحتاج إلى توصيل كهربائي أكبر بكثير مما يمكن أن توفره العقارات التجارية التقليدية.

يمكن أن يساعد تخزين البطارية في سد هذه الفجوة. توفر الشبكة الطاقة لفترة أطول، وتوفر البطارية طاقة إضافية أثناء نوافذ الشحن المزدحمة.

تخيل محطة يصل فيها السائقون في مجموعات في وقت متأخر بعد الظهر. قد يرتفع الطلب بشكل حاد لمدة 20 أو 30 دقيقة، ثم ينخفض ​​عندما تنتهي المركبات من الشحن وتغادر. يمكن للبطارية أن تدعم هذه الزيادة المؤقتة دون الحاجة إلى اتصال الشبكة لمطابقة الحد الأقصى للإخراج النظري لكل شاحن.

يعمل هذا الأسلوب بشكل أفضل عندما يكون لدى البطارية وقت كافٍ لإعادة الشحن بين فترات الذروة. إذا وصلت المجموعة التالية من المركبات قبل استعادة البطارية، فقد تصبح طاقة التفريغ المتاحة أو سعة الشحن هي العامل المقيد.

إدارة الشاحن مهمة أيضًا. يمكن لنظام EMS تخصيص الطاقة المتاحة عبر المركبات بدلاً من السماح لكل شاحن بالتنافس على نفس العرض المحدود. والنتيجة هي استراتيجية شحن منسقة تعتمد على متطلبات السيارة، وأوقات المغادرة المتوقعة، وحدود شبكة الموقع.

التكامل السلس مع الطاقة الشمسية والطاقة المتجددة

لا يتم دائمًا توليد الطاقة الشمسية وشحن السيارات الكهربائية في نفس الوقت. قد ينتج المبنى التجاري أعلى إنتاج له من الطاقة الشمسية في منتصف النهار تقريبًا، بينما تحدث فترة الشحن الأكثر ازدحامًا في وقت لاحق من بعد الظهر.

بدون تخزين، قد يتم تصدير بعض الطاقة الشمسية الفائضة إلى الشبكة أو تظل غير مستخدمة في الموقع، اعتمادًا على النظام والقواعد المحلية. وتسمح إضافة بطارية بتخزين جزء من تلك الطاقة واستخدامه لشحن المركبات لاحقًا.

يجمع تركيب الطاقة الشمسية والتخزين عمومًا بين الألواح الكهروضوئية ووحدات البطاريات ومعدات تحويل الطاقة وشواحن المركبات الكهربائية ونظام الإدارة البيئية. يحدد نظام التحكم ما إذا كانت الطاقة الشمسية المتاحة يجب أن تخدم أجهزة الشحن مباشرة، أو تشحن البطارية، أو تزود أحمال الموقع الأخرى.

بالنسبة للمصانع والمباني التجارية ومستودعات الأساطيل، يمكن لهذا الترتيب أن يزيد من استهلاك الطاقة الشمسية في الموقع. قد يؤدي أيضًا إلى تقليل واردات الشبكة خلال فترات معينة.

لكن النتيجة المالية تعتمد على الفارق بين قيمة الكهرباء المصدرة وتكلفة استيراد الكهرباء لاحقا. يؤثر فقدان البطارية وأنماط إنتاج الطاقة الشمسية وتكاليف المعدات وجدول الشحن على النتيجة.

القوة الاحتياطية في حالات الطوارئ والمرونة

يمكن أن يدعم تخزين البطارية أيضًا عمليات الشحن المحددة عند عدم توفر طاقة الشبكة. وهذا مهم بشكل خاص لمشغلي الأساطيل الذين يجب أن تكون مركباتهم جاهزة للطرق المجدولة.

يمكن للنظام توفير الطاقة للمركبات الحيوية وتعليق جلسات الشحن الأقل إلحاحًا مؤقتًا. بالنسبة للمواقع التجارية، قد تدعم نفس البطارية أحمال البناء المحددة إذا كان التصميم الكهربائي يسمح بذلك.

تقدم عملية النسخ الاحتياطي مقايضة. يؤدي الاحتفاظ بمزيد من الطاقة الاحتياطية إلى تحسين الاستعداد للانقطاع ولكنه يترك سعة أقل متاحة للحلاقة اليومية في أوقات الذروة. يجب على المشغلين تحديد الوظيفة الأكثر أهمية وتكوين استراتيجية التحكم وفقًا لذلك.

سيناريوهات التطبيق الأساسية للشحن الذي يعمل بنظام BESS

محطات الشحن السريع العامة ومحاور الطرق السريعة

تحتاج مواقع الشحن على الطرق السريعة إلى استيعاب حالات الوصول غير المتوقعة. قد تجتمع العديد من المركبات معًا خلال فترات العطلات أو ساعات السفر المزدحمة، مما يؤدي إلى زيادة قصيرة ولكن كبيرة في الطلب.

يمكن أن يساعد تخزين البطارية المشغل على خدمة هذه الفترات دون تغيير حجم اتصال الشبكة فقط حول أعلى مخرج ممكن للشاحن المتزامن. ويمكنه أيضًا توفير المزيد من المرونة عند التخطيط لتركيبات الشاحن المستقبلية.

قبل اختيار النظام، يجب على المطور فحص توقعات حركة المرور، ومتوسط ​​مدة الشحن، وعدد فتحات الشحن، وذروة الطلب المتزامن، والوقت المتاح لإعادة شحن البطارية بين فترات الانشغال.

قد يحتاج الموقع ذو الذروة العرضية إلى مساحة تخزين أقل من المركز ذي الاستخدام العالي المستمر. هذا التمييز مهم لأن البطارية ذات الحجم المناسب لذروات نادرة يمكن أن تكون باهظة الثمن مقارنة بكمية الطاقة التي توفرها على مدار عام.

الأساطيل التجارية ومستودعات العبور

غالبًا ما يكون التخطيط لشحن الأسطول أسهل لأن تحركات المركبات تتبع جدولًا زمنيًا. قد تعود الحافلات الكهربائية وعربات التوصيل ومركبات الخدمة والأساطيل اللوجستية إلى المستودع في أوقات يمكن التنبؤ بها وتحتاج إلى المغادرة مرة أخرى بحلول موعد نهائي محدد.

ويكمن التحدي في أن العديد من المركبات قد تحتاج إلى الشحن مرة واحدة. قد يكون تركيب سعة شبكة كافية لشحن كل مركبة بأقصى طاقة في وقت واحد غير ضروري إذا كان لدى المركبات عدة ساعات لإعادة الشحن.

يمكن لنظام الشحن المدعوم بالبطارية أن يجمع بين الشحن المتحكم فيه والطاقة المخزنة الإضافية. يستطيع نظام الإدارة البيئية (EMS) تحديد أولويات المركبات التي تغادر أولاً، ومراعاة متطلباتها من الطاقة، وتوزيع الطاقة المتاحة عبر الأسطول.

بالنسبة لهذه المشاريع، تتضمن معلومات البدء الأكثر فائدة حجم الأسطول وسعة البطارية لكل مركبة واستهلاك الطاقة اليومي وأوقات الوصول والمغادرة والحد الأدنى من حالة الشحن المطلوبة للنوبة التالية.

باستخدام هذه الأرقام، يمكن لمقاول EPC تقييم ما إذا كان الشحن المتحكم فيه وحده كافيًا أو ما إذا كان BESS سيوفر قيمة إضافية.

العقارات التجارية والمجمعات الصناعية

إن إضافة شواحن المركبات الكهربائية إلى مبنى قائم لا يقتصر على مجرد تركيب نقاط شحن في ساحة انتظار السيارات. قد يستخدم المبنى بالفعل الكثير من طاقته الكهربائية المتاحة لتكييف الهواء، أو آلات الإنتاج، أو المصاعد، أو الإضاءة، أو غيرها من المعدات.

على سبيل المثال، قد يواجه المصنع ارتفاعًا في الطلب أثناء تحول الإنتاج. إذا قام الموظفون أيضًا بشحن سياراتهم خلال تلك الفترة، فقد يتجاوز الموقع حد الطلب المفضل لديه.

يمكن لتخزين البطارية توفير جزء من حمل الشحن الإضافي أثناء استمرار تشغيل المبنى. وفي الفندق أو مركز التسوق، قد تعمل أيضًا جنبًا إلى جنب مع الطاقة الشمسية على الأسطح ونظام أوسع لإدارة الطاقة في المبنى.

بالنسبة لشركات EPC، غالبًا ما تتطلب هذه التركيبات تصميمًا متكاملًا بدلاً من توفير بطارية منفصلة. قد يشتمل المشروع على أجهزة الشحن، والمفاتيح الكهربائية، والمحولات، والعاكسات الكهروضوئية، والقياس، وبرامج EMS، والتنسيق مع نظام البناء الحالي.

الاعتبارات الفنية والسلامة الهامة

أنظمة الإدارة الحرارية وإخماد الحرائق

يجب مراعاة سلامة البطارية أثناء تخطيط الموقع واختيار المعدات والتركيب والتشغيل. قد تعمل BESS التجارية من خلال دورات الشحن والتفريغ المتكررة، لذا فإن التحكم في درجة الحرارة ومراقبة الأخطاء مهمان لأدائها وعمر الخدمة.

يجب أن يقوم نظام إدارة البطارية بمراقبة ظروف الخلايا والحزمة ذات الصلة والحفاظ على التشغيل ضمن الحدود المحددة من قبل الشركة المصنعة. قد تستخدم الإدارة الحرارية تبريد الهواء، أو التبريد السائل، أو أي تصميم آخر مناسب، اعتمادًا على نظام البطارية وبيئة التشغيل الخاصة بها.

يجب على فرق المشروع التحقق مما يلي قبل التثبيت:

• مراقبة جهد البطارية والتيار ودرجة الحرارة.
• الحماية ضد التيار الزائد والدوائر القصيرة والأعطال الكهربائية الأخرى.
• قدرة التبريد في ظل درجات الحرارة المحيطة وأحمال التشغيل المتوقعة.
• حماية الضميمة المناسبة لبيئة التثبيت.
• متطلبات الكشف عن الحرائق وإخمادها وفصلها والوصول إليها في حالات الطوارئ.
• القوانين الكهربائية المحلية المعمول بها، وقواعد البناء، ولوائح مكافحة الحرائق، ومعايير تخزين الطاقة.

إن إخماد الحرائق وحده لا يجعل تركيب البطارية آمنًا. يحتاج التصميم الكامل إلى معالجة اكتشاف الأخطاء، ومخاطر الانتشار، ووصول المستجيبين للطوارئ، والإجراءات المستخدمة لعزل النظام أثناء وقوع حادث.

يجب على المشترين طلب تقارير اختبار المنتج، والشهادات المعمول بها، وشروط الضمان، ووثائق التثبيت، وتفاصيل أنظمة السلامة المضمنة في التكوين المقترح. تختلف المتطلبات حسب السوق، لذا يجب التحقق من الامتثال للموقع الفعلي ونطاق المشروع.

النمطية وقابلية التوسع وتحسين البصمة

محطة الشحن التي تبدأ بأربعة أجهزة شحن قد تتوسع في النهاية إلى ثمانية أو اثني عشر. يمكن لـ BESS المعياري أن يجعل هذا التوسع أسهل، ولكن فقط إذا كان التصميم الأصلي يلبي المتطلبات المستقبلية.

حاوية البطارية ليست سوى جزء من حساب المساحة. يحتاج المطورون أيضًا إلى السماح بمعدات تحويل الطاقة، واللوحات الكهربائية، والتبريد، والوصول إلى الصيانة، ومسارات الكابلات، وأي تصاريح أمان مطلوبة.

قد تناسب خزانات البطاريات الخارجية المنشآت التجارية الأصغر حجمًا، بينما قد تستخدم مراكز الشحن الأكبر حجمًا عدة خزانات أو أنظمة حاويات. ويعتمد الاختيار الصحيح على الطاقة المطلوبة، وسعة الطاقة، والأرض المتاحة، وظروف التركيب، وخطة التوسع.

عند مقارنة الأنظمة، انتبه إلى هذه المواصفات:

لا تعني النمطية تلقائيًا أنه يمكن توسيع النظام دون مزيد من العمل. يجب أن تدعم أجهزة الكمبيوتر الشخصية ونظام الإدارة البيئية ومعدات الحماية ونظام التبريد واتصال الشبكة التكوين المخطط له.

إدارة الطاقة الذكية وموازنة الحمل الديناميكي

تعتمد قيمة البطارية جزئيًا على مدى التحكم فيها. قد ينفد النظام الذي يتم تفريغه عندما يطلب الشاحن الطاقة قبل بدء الجزء الأكثر ازدحامًا من اليوم.

يجب أن يأخذ نظام الإدارة البيئية في الاعتبار حدود استيراد الشبكة، والطلب الفردي على الشاحن، وحالة شحن البطارية، وأسعار الكهرباء، وإنتاج الطاقة الشمسية، والطاقة اللازمة لجلسات الشحن القادمة. ويمكنه بعد ذلك تحديد متى يتم شحن البطارية، ومتى يتم تفريغها، ومقدار الطاقة المتوفرة لكل شاحن.

تعد موازنة الحمل الديناميكية ذات أهمية خاصة عند شحن عدة مركبات في وقت واحد. وبدلاً من السماح لكل شاحن بسحب أقصى قدر من الطاقة، يقوم نظام التحكم بتوزيع السعة المتاحة وفقًا لأولويات الشحن وحدود الموقع.

بالنسبة لمستودع الأسطول، قد تحتاج السيارة التي تغادر خلال 30 دقيقة إلى الأولوية على السيارة التي ستبقى متوقفة طوال الليل. في المحطة العامة، قد يستخدم المشغل إستراتيجية تخصيص مختلفة لتحقيق التوازن بين وقت الانتظار والطاقة المتاحة.

وينبغي تأكيد التوافق قبل الشراء. تحتاج وحدة التحكم في البطارية وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة الشحن والعدادات ومنصة إدارة الشحن إلى تبادل المعلومات المطلوبة لاستراتيجية التشغيل المقصودة.

الجدوى الاقتصادية والحالة التجارية لـ BESS

CapEx مقابل تكاليف ترقية الشبكة التي تم تجنبها على المدى الطويل

السؤال المالي المركزي ليس ما إذا كانت البطارية قادرة على توفير طاقة إضافية. بل هو ما إذا كانت هذه القدرة تستحق أكثر من تكلفة تثبيت النظام وتشغيله.

في بعض المشاريع، تتمثل الفائدة الرئيسية في تجنب أو تأجيل ترقية الشبكة. وفي حالات أخرى، تأتي الوفورات من خفض رسوم الطلب، أو الاستخدام الأفضل لتوليد الطاقة الشمسية، أو جلسات الشحن الإضافية التي قد تكون محدودة بسبب التوصيل الكهربائي للموقع.

يجب أن تتضمن المقارنة التكلفة الكاملة لـ BESS، وليس فقط وحدات البطارية. التثبيت، وتحويل الطاقة، والتبريد، والسلامة من الحرائق، والأعمال الكهربائية، والتشغيل، والصيانة، واستبدال البطارية في نهاية المطاف يمكن أن تؤثر جميعها على النتيجة النهائية.

يتضمن التقييم الأولي المفيد ما يلي:

• التكلفة وجدول التسليم المقدر لترقية الشبكة المطلوبة.
• تكلفة تركيب نظام البطارية المقترح.
• المتوقع توفير رسوم الطلب السنوي.
• أسعار الكهرباء وخسائر شحن البطاريات.
• إيرادات الشحن المتوقعة والاستخدام المحتمل للمحطة.
• تدهور البطارية وشروط الضمان وافتراضات الاستبدال.

على سبيل المثال، قد يتيح نظام BESS إمكانية تركيب أجهزة شحن إضافية قبل اكتمال ترقية الشبكة المخطط لها. إذا حققت أجهزة الشحن الإضافية إيرادات كبيرة خلال تلك الفترة، فيجب تضمين قيمة التشغيل السابق في التحليل.

ومن ناحية أخرى، فإن البطارية التي نادرا ما تستخدم قد لا تبرر تكلفتها، حتى لو كانت توفر طاقة ذروة كبيرة عند الحاجة إليها. يمكن أن يكون عدد أحداث التفريغ المفيدة كل عام مهمًا بقدر أهمية السعة المقدرة.

وينبغي للنموذج المالي المناسب أن يقارن بين نظام BESS والبدائل الواقعية، بما في ذلك الشحن المُدار، أو الاتصال بالشبكة الأكبر، أو مزيج من الاثنين معا.

توليد الإيرادات عبر خدمات الشبكة وV2X

يمكن لبعض المشاريع أن تولد قيمة تتجاوز الشحن العادي للمركبات الكهربائية. اعتمادًا على قواعد السوق المحلية، قد تكون البطارية مؤهلة للاستجابة للطلب أو تنظيم التردد أو خدمات الشبكة الأخرى. تتطلب المشاركة معدات مناسبة وقياسات واتصالات وترتيبات تجارية مؤهلة.

يعد "المركبة إلى كل شيء" (V2X) خيارًا محتملاً آخر، على الرغم من أنها قدرة منفصلة عن تخزين البطارية الثابتة. يسمح نظام "المركبة إلى الشبكة" (V2G) للمركبات الكهربائية المتوافقة بإعادة الكهرباء إلى الشبكة، في حين أن "المركبة إلى المبنى" (V2B) يمكنها توفير الطاقة لأحمال البناء.

تتطلب هذه الترتيبات مركبات متوافقة، ومعدات شحن ثنائية الاتجاه، وأنظمة تحكم مناسبة، وإذنًا بتصدير الكهرباء أو استخدامها على النحو المنشود. ولا ينبغي افتراض توافرها في كل موقع شحن.

بالنسبة لمعظم مشاريع المرحلة المبكرة، يكون من الآمن بناء حالة الاستثمار حول الفوائد التي يمكن إثباتها من بيانات التحميل الخاصة بالموقع. يمكن إضافة الإيرادات من خدمات الشبكة أو V2X عندما يتم تأكيد الترتيبات الفنية والتجارية.

كيفية تقدير حجم BESS المناسب لمحطة شحن المركبات الكهربائية

يجب أن يبدأ تحديد حجم البطارية بحدود الطاقة في الموقع. يعد إجمالي الناتج المقدر لجميع أجهزة الشحن معلومات مفيدة، لكنه لا يروي القصة بأكملها. ما يهم هو مقدار الطاقة التي ستحتاجها أجهزة الشحن فعليًا في نفس الوقت، بعد حساب أحمال المبنى الحالية.

لإجراء تقييم أولي، يجب على فريق المشروع تحديد ما يلي:

1. سعة الشبكة المتاحة:التأكد من حد الاستيراد المسموح به والطلب الكهربائي الحالي بالموقع.
2. طلب الشحن:قم بتقدير ذروة إخراج الشاحن المتزامن باستخدام بيانات وصول السيارة وشحنها الواقعية.
3. نقص الطاقة:احسب الفرق بين الطلب المتوقع في الموقع وطاقة الشبكة المتاحة للشحن.
4. مدة الدعم:حدد المدة التي يجب أن تغطي فيها البطارية النقص أثناء حدث الذروة النموذجي.
5. فرصة إعادة الشحن:تحقق مما إذا كانت الشبكة قادرة على إعادة شحن البطارية قبل فترة الذروة التالية.
6. احتياطي التشغيل:السماح بفقدان التحويل، وحدود حالة الشحن المسموح بها، والتدهور، وأي متطلبات نسخ احتياطي.

الحساب الأساسي للطاقة المسلمة هو:

الطاقة المسلمة المطلوبة (كيلوواط ساعة) = نقص الطاقة (كيلوواط) × مدة الدعم (ساعات)

لنفترض أن طلب الشحن في الموقع يتجاوز مستوى استيراد الشبكة المفضل بمقدار 180 كيلووات لمدة ساعتين. ستحتاج البطارية إلى توفير 360 كيلووات في الساعة خلال تلك الفترة.

هذا الرقم ليس هو نفس سعة الطاقة الاسمية للبطارية. يجب أن تأخذ السعة النهائية في الاعتبار حالة الشحن القابلة للاستخدام، وخسائر التحويل، ومتطلبات الاحتياطي، والحالة المتوقعة للبطارية على مدار عمر الخدمة.

يجب أيضًا التحقق من تصنيف الطاقة بشكل منفصل. قد لا توفر البطارية التي تحتوي على كيلووات ساعة كافية ولكن أجهزة كمبيوتر صغيرة الحجم الخرج المطلوب. على العكس من ذلك، قد تغطي البطارية عالية الطاقة ذات الطاقة المحدودة ذروة قصيرة ولكنها تعاني من فترة شحن أطول.

بالنسبة لتصميم مشروع قابل للتمويل، يجب التحقق من الحساب الأولي مقابل بيانات التحميل الفاصلة، ومواصفات الشاحن، والرسومات الكهربائية للموقع، واستراتيجية EMS المقصودة.

الأسئلة المتداولة حول تخزين بطارية شحن السيارات الكهربائية

كيف يقلل تخزين البطارية من تكلفة شحن السيارة الكهربائية؟

ويمكنه تقليل رسوم الطلب، وتحويل استخدام الكهرباء إلى فترات أقل تكلفة، وزيادة كمية الطاقة الشمسية المستخدمة في الموقع. قد يسمح أيضًا للمحطة بخدمة المزيد من المركبات خلال الفترات التي قد تحد فيها سعة الشبكة من الشحن. وتعتمد الوفورات الفعلية على التعريفات المحلية، والاستخدام، وكفاءة النظام، وتكاليف الاستثمار.

كيف يساعد BESS على تجنب ترقيات البنية التحتية للشبكة باهظة الثمن؟

توفر البطارية جزءًا من الحمل عندما يتجاوز طلب الشحن مستوى استيراد الشبكة المفضل للموقع. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل الحاجة إلى اتصال أكبر إذا كان نقص الطاقة محدودًا في المدة ويمكن إعادة شحن البطارية بين فترات الذروة. إذا استمر الطلب المرتفع لفترات طويلة، فقد تظل ترقية الشبكة ضرورية.

هل يمكن إقران BESS بالمنشآت الشمسية الموجودة؟

نعم. يمكن للبطارية تخزين فائض الكهرباء الشمسية وإطلاقه عندما تحتاج المركبات إلى الشحن. يعتمد تصميم التكامل على العاكس الكهروضوئي الموجود، والتوصيل الكهربائي، وإعدادات الحماية، وقيود التصدير، ومعدات تحويل البطارية. يجب على المهندس أن يؤكد ما إذا كان الترتيب المقترن بالتيار المتردد أو بالتيار المستمر هو الأكثر ملاءمة.

ما هو العمر المتوقع لوحدة BESS التجارية؟

تم تصميم العديد من أنظمة بطاريات الليثيوم أيون التجارية لمدة تتراوح من 10 إلى 15 عامًا تقريبًا من التشغيل، على الرغم من أن عمر الخدمة الفعلي يختلف حسب المنتج ودرجة الحرارة ونمط التدوير وعمق التفريغ والصيانة. يجب على المشترين مقارنة مدة الضمان، وضمانات الاحتفاظ بالقدرة، وظروف التشغيل المسموح بها، وأي حدود للإنتاجية.

ما الوقت الذي يستغرقه نشر وحدة BESS مقارنة بترقيات الشبكة التقليدية؟

يمكن تركيب نظام البطاريات المعيارية في غضون أسابيع أو بضعة أشهر بعد تسليم المعدات وإعداد الموقع والحصول على التصاريح والموافقات المطلوبة. يمكن أن تستغرق ترقية الشبكة وقتًا أطول عندما تتضمن دراسات المرافق، أو استبدال المحولات، أو أعمال الشبكة الأولية. لا يتم ضمان أي من الجدولين الزمنيين: تتطلب مشاريع BESS الكبيرة أيضًا موافقات الهندسة والبناء والربط البيني.

تذكير ودية

بالنسبة للعديد من مشاريع شحن السيارات الكهربائية، تكمن الصعوبة في عدم إيجاد مساحة لمزيد من أجهزة الشحن. وهي إيجاد قدرة كهربائية كافية لتشغيلها عندما يحتاجها السائقون.

يوفر تخزين البطارية للمطورين طريقة أخرى لمعالجة هذه المشكلة. يمكنها توفير فترات زمنية قصيرة من الطاقة، وتقليل رسوم الطلب، وتحسين استخدام توليد الطاقة الشمسية، والاستفادة بشكل أفضل من اتصال الشبكة الحالي.

تأتي أفضل النتائج من مطابقة النظام للموقع بدلاً من اختيار البطارية حسب السعة وحدها. يجب النظر في الطلب على الشاحن، وحدود الشبكة، ومدة الذروة، ووقت إعادة الشحن، ومتطلبات السلامة، وتعريفات الكهرباء معًا.

بالنسبة لمشغلي شبكات الشحن، وأصحاب العقارات التجارية، ومديري الأساطيل، ومقاولي EPC، فإن الخطوة الأولى واضحة ومباشرة: فهم ملف تعريف تحميل الموقع وحساب تكلفة تلبية طلب الشحن مع التخزين وبدونه.

ستُظهر هذه المقارنة ما إذا كان تخزين بطاريات محطة شحن السيارات الكهربائية يمثل استثمارًا عمليًا، ومدى الحجم الذي يجب أن يكون عليه النظام، وما هي استراتيجية التشغيل التي من المرجح أن توفر قيمة دائمة.