حلول تخزين الطاقة خارج الشبكة للمناطق النائية التي لا تتوفر فيها طاقة موثوقة

إن الطاقة المتسقة هي شيء تحتاجه كل أسرة ومتجر ومصنع والإعدادات العامة الحيوية. تتعامل الكثير من المستوطنات والمواقع النائية المعزولة عن الشبكة الرئيسية مع انخفاض مستمر في العرض. العديد من مولدات الديزل تعمل على مدار الساعة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل بشكل كبير. معدات الطاقة العادية المرتبطة بالشبكة ليست مناسبة هنا، فهي ليست رخيصة ولا سهلة النشر.

مستقلتخزين البطارية خارج الشبكةيساعد في إصلاح هذه الصداع في العالم الحقيقي. يمكنك توصيله بالألواح الشمسية أو آلات الرياح الصغيرة أو المولدات الاحتياطية. فهو يخزن الطاقة الفائضة عندما يكون الإنتاج جيدًا، ويغذي الطاقة عندما يرتفع الاستخدام أو تتوقف مصادر الطاقة المتجددة عن الإنتاج. يتيح ذلك للمواقع البعيدة عن خطوط المرافق الحصول على طاقة ثابتة يمكنها الاعتماد عليها.

ويستفيد مشغلو المزارع وفرق الاتصالات ومديرو المصانع وأصحاب المنازل الخاصة من هذا الإعداد. فهو يقلل من استخدام الوقود ويتيح لهم تشغيل مواقعهم دون الاعتماد على الطاقة الخارجية. بالرغم من ذلك، لا يمكن التعجيل باختيار النظام المناسب. عليك أولاً تحديد مقدار الطاقة التي تستخدمها فعليًا يوميًا، واختيار حجم البطارية الذي يتناسب مع حملك، والأخذ في الاعتبار الطقس المحلي، وحساب جميع التكاليف المتكررة في المستقبل.

فهمتخزين البطارية خارج الشبكة للمناطق النائية

تحديات موثوقية الطاقة في المواقع النائية

إن مشاكل الطاقة في المواقع البعيدة لا تشبه تلك التي تواجهها المدن والمناطق الصناعية الكبرى. العديد من المستوطنات الصغيرة ليس لديها اتصال بالشبكة على الإطلاق. وحتى أولئك المتصلين غالبًا ما يجلسون على خطوط محلية ضعيفة، والتي لا يمكنها توفير طاقة مستقرة على مدار الساعة.

تشمل نقاط الألم النموذجية ما يلي:

• أعمال الشبكة النادرة:إن سحب كابلات الطاقة إلى القرى أو المزارع أو الجزر أو مواقع التلال المعزولة يأتي بتكلفة باهظة للغاية.
• التخفيضات المتكررة في الإمدادات:يمكن أن تؤدي الطاقة المهتزة إلى إيقاف الإنتاج وتدمير الأجهزة الحساسة وتعطيل الخدمات اليومية الحيوية.
• عملية الديزل المكلفة:يؤدي نقل الوقود وصيانة المولدات وتغيير معدلات الوقود إلى ارتفاع فواتير التشغيل.
• العائد المتجدد غير المستقر:تنخفض الطاقة الشمسية تحت الغطاء السحابي وتتوقف ليلاً؛ يرتفع وينخفض ​​إنتاج الرياح بناءً على أنماط الرياح المحلية.
• استجابة الخدمة بطيئة:قد يواجه الفنيون صعوبة في الوصول إلى هذه المواقع عندما تحتاج المعدات إلى إجراء فحوصات أو إصلاحات أو استبدال الأجزاء.

وهنا يصبح التخزين مفيدًا حقًا هنا. لا يتعين على المستخدمين توليد الطاقة فور استهلاكها. يمكنهم توفير الطاقة عندما تكون متاحة، واستخلاصها لاحقًا عند الطلب.

ما هو نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة (ESS)؟

لا ترتبط وحدات ESS المستقلة هذه بشبكة الكهرباء العامة على الإطلاق. إنهم يجمعون بين منتجي الطاقة وحزم البطاريات ومحولات الطاقة وأجهزة التحكم لتشغيل المعدات الكهربائية في الموقع.

تعد الألواح الشمسية مصدر الطاقة الأكثر شيوعًا، مقترنة ببطارية تخزين وعاكس ووحدة تحكم في الطاقة. يضيف الناس أحيانًا مجموعات توليد الديزل أو آلات الرياح الصغيرة أو مجموعات الطاقة المائية الصغيرة إذا كان الموقع يسمح بذلك.

عندما لا يتم استخدام الكثير من الطاقة، تقوم البطاريات بتجميع الكهرباء الإضافية التي يتم إنتاجها في الموقع. بمجرد انخفاض إنتاج الطاقة أو سحب المعدات لتيار أكبر، تتولى الطاقة المخزنة المسؤولية. وهذا يحافظ على توازن العرض والاستخدام، ويقلل من استخدام الوقود من المولدات الاحتياطية.

تتمتع البطاريات المصممة للمواقع المرتبطة بالشبكة دائمًا بخط المرافق الذي يمكن الرجوع إليه. الأنظمة خارج الشبكة ليس لديها مثل هذا المخزن المؤقت. كل جزء - مقدار الطاقة التي يمكنك توليدها، واحتياطي الطاقة المخزنة، وتقييم العاكس - يجب أن يتم تحديد حجمه خصيصًا للاستخدام الفعلي لذلك الموقع.

كيف يعمل ESS خارج الشبكة: المكونات الأساسية والوظائف

يقوم كل جزء من هذا الجهاز بعمله الخاص للحفاظ على تشغيل الطاقة بسلاسة. أنت بحاجة إلى تحقيق التوازن بين توليد الطاقة وشحن البطارية وتحريرها وإدارة الأحمال التي تحصل على الطاقة. بهذه الطريقة لن ينفد مخزونك من الطاقة، ولن تهدر الطاقة دون داع.

عنصر	الوظيفة الرئيسية
الألواح الشمسية أو غيرها من صانعي الطاقة	احصل على الطاقة من الشمس أو الرياح أو الوقود لإنتاج الطاقة الكهربائية.
حزم البطارية	احتفظ بالطاقة الاحتياطية أثناء الليالي أو ساعات الاستخدام المزدحمة أو عندما ينقطع التوليد.
العاكس مستقل	قم بتحويل طاقة البطارية DC إلى تيار متردد عادي يمكن أن تستخدمه أجهزتك.
نظام إدارة المباني	يراقب إحصائيات البطارية، ويغلق الأشياء لتجنب الضرر.
وحدة تحكم EMS	يقرر متى يتم الشحن أو التفريغ، وأي المعدات تحصل على الطاقة أولاً.
المولد الاحتياطي	يشتعل عندما تظل الطاقة المتجددة منخفضة للغاية، أو عندما تحتاج فجأة إلى المزيد من الطاقة.

خذ مزرعة خارج الشبكة على سبيل المثال. فهو يجمع الطاقة الشمسية طوال اليوم، ويخزن كل ما لا يستخدمه على الفور. تعمل هذه الطاقة المخزنة على تشغيل الأضواء والثلاجات ومضخات المياه ومعدات الأمن بعد غروب الشمس. إذا استمر الطقس الغائم يومًا بعد يوم وظل إنتاج الطاقة الشمسية ضعيفًا، فسيعمل هذا الإعداد الهجين على تشغيل المولد الاحتياطي بمجرد انخفاض البطاريات إلى تلك العلامة المنخفضة المحددة مسبقًا.

الفوائد الرئيسية لأنظمة تخزين البطاريات خارج الشبكة

الموثوقية وتوافر الطاقة المستمر في المناطق النائية

أكبر جانب إيجابي لأنظمة البطاريات المستقلة خارج الشبكة هو أنها يمكن أن تتدخل عندما يتوقف مصدر الطاقة الرئيسي عن العمل. تتولى البطاريات مهامها بعد حلول الظلام، أو تغطي الانخفاضات القصيرة في التوليد، أو تتعامل مع الارتفاعات حيث لا يستطيع إعداد الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح مواكبة مقدار الطاقة التي تسحبها.

بالنسبة للمستخدمين التجاريين، تحافظ الطاقة الثابتة على العمليات من الانهيار. فكر في موقع تخزين بارد بعيد: يجب أن يتم تبريده دون توقف، وإلا فإن المخزون سيفسد. أبراج الاتصالات مثال آخر. لا يمكن لأجهزتهم الأساسية أن تنقطع عن الاتصال بالإنترنت حتى عند انقطاع التيار الكهربائي المحلي.

ومع ذلك، فإن مجرد وجود بنك كبير للبطاريات لن يضمن الموثوقية. تحتاج أيضًا إلى حجم عاكس مناسب، ومدخلات متجددة كافية، ومعدات حماية قوية للسلامة، وخطة احتياطية معقولة. إذا لم يكن من الممكن تحمل فترات التوقف عن العمل، فأنت بحاجة إلى تحديد الأحمال الأكثر أهمية وبناء النظام حول تلك الأولويات منذ البداية.

الكفاءة الاقتصادية وخفض التكاليف

بالنسبة للمواقع البعيدة عن الشبكة، يمكن أن يؤدي تخزين البطارية إلى خفض نفقات الطاقة بمرور الوقت. فهو يزيد من الطاقة التي تولدها في الموقع ويقلل كمية الديزل التي تحرقها - وهذا مهم جدًا عندما يكون شحن الوقود إلى هذه الأماكن التي يصعب الوصول إليها باهظ الثمن أو صعبًا من الناحية اللوجستية.

يمكن أن تتحمل البطاريات الحمل أثناء عمليات سحب الطاقة المعتدلة، لذلك لا تحتاج المولدات إلى التشغيل كثيرًا. في الإعدادات الهجينة، يتم تشغيل مجموعات المولدات فقط عند الحاجة إليها حقًا، بدلاً من التوقف دون توقف عند الأحمال المنخفضة غير الفعالة.

ومع ذلك، تأتي هذه الأنظمة بفاتورة مقدمة. يتعين عليك أن تدفع مقابل حزم البطاريات والمحولات وأعمال الأسلاك وجميع الأجهزة المساعدة. يعتمد ما إذا كان الأمر منطقيًا من الناحية المالية على أسعار الوقود المحلية، ومقدار الموارد المتجددة المتوفرة لديك، ورسوم تبديل البطارية المستقبلية، وخسائر النظام، والمدة التي تخطط فيها لتشغيل الإعداد بالكامل.

يجب على أي شخص يخطط لهذا الإصدار أن ينظر إلى التكلفة الكاملة طوال عمر النظام، وليس فقط السعر الملصق للجهاز. يغطي التقييم القوي هذه النقاط:

• ما تدفعه في البداية مقابل المعدات والتركيب
• تكاليف الوقود والخدمة السنوية مع إعداد الطاقة القديم لديك
• ما مقدار كمية الديزل التي سيحرقها المولد بعد الترقية
• تآكل البطارية وتكلفة استبدالها في المستقبل
• إجمالي المدخرات المتوقعة عبر العمر القابل للاستخدام للنظام

إن العمل من خلال هذه الأرقام يخبرك ما إذا كان تخطيط البطارية الشمسية النقية خارج الشبكة، أو النسخة الهجينة، يحقق نتيجة اقتصادية أقوى.

الاستدامة البيئية والتكامل المتجدد

يتيح لك تخزين البطارية فصل إنتاج الطاقة المتجددة عن الوقت الذي تحتاج فيه بالفعل إلى الكهرباء. كل تلك الطاقة الشمسية التي يتم جمعها في منتصف النهار يمكن توفيرها للاستخدام ليلاً، لذلك لن تضطر إلى تشغيل المولد دون توقف بمجرد حلول الظلام.

عندما تحمل البطاريات بعض الحمولة التي قد تقع على وحدة الديزل، ينخفض ​​استخدام الوقود. يؤدي هذا إلى تقليل أبخرة العادم والهمهمة المستمرة الصادرة عن مجموعة المولدات الجارية. تجدر الإشارة إلى أن الجانب الإيجابي البيئي ليس ثابتًا. ويتغير بناءً على مصادر الطاقة لديك، وكفاءة النظام، وتكلفة الكربون لإنتاج البطارية، وكيفية التعامل مع الخلايا القديمة أو إعادة تدويرها في نهاية عمرها الافتراضي.

بالنسبة للمستوطنات النائية والمشغلين الذين يهدفون إلى خفض بصمتهم البيئية، فإن الجمع بين الطاقة المتجددة وتخزين البطاريات يوفر طريقًا عمليًا إلى طاقة أنظف تعتمد على الذات.

تقنيات تخزين البطاريات خارج الشبكة ومصادر الطاقة

ليثيوم أيون والحلول الناشئة لتخزين البطاريات خارج الشبكة

ليست كل البطاريات تعمل بنفس الطريقة. يحدد تركيبها الداخلي مقدار الطاقة القابلة للاستخدام التي تحصل عليها، ومدى سرعة ملئها، ودرجة الحرارة التي يمكنها التعامل معها، وقواعد السلامة، ومقدار الأموال التي ستنفقها بمرور الوقت. تعتمد معظم المشاريع خارج الشبكة على خلايا الليثيوم هذه الأيام. إنها تنقل الطاقة جيدًا ويمكن تجميعها معًا في العديد من الإعدادات لتناسب مواقع مختلفة.

يعد LFP خيارًا شائعًا لمنشآت التخزين الثابتة. إنه أقل عرضة لارتفاع درجة الحرارة، ويمكن شحنه وتصريفه عدة مرات، ويصمد بشكل جيد مع ركوب الدراجات العادية. ستجد هذه البطاريات في حزم النسخ الاحتياطية المنزلية ومواقع الأعمال البعيدة وبنوك التخزين الكبيرة.

قد تعمل أنواع البطاريات الأخرى في مشاريع معينة. تكلف وحدات الرصاص الحمضية أقل في البداية، لكنها ثقيلة وتتآكل بسرعة إذا كنت تقوم بتدويرها كثيرًا. تعد بطاريات التدفق خيارًا عندما تحتاج إلى ساعات طويلة من الطاقة المخزنة، على الرغم من أنها تشغل مساحة أكبر وتكلف أكثر ويكون تركيب النظام بأكمله أكثر صعوبة.

تكنولوجيا البطارية	المزايا	اعتبارات
فوسفات حديد الليثيوم (LFP)	مستقر ضد الحرارة، فعال، دورة حياة طويلة	يجب أن يقترن بمطابقة BMS والحماية والتحكم في درجة الحرارة
خلايا أيون الليثيوم الأخرى	احزم الكثير من الطاقة في علبة صغيرة	تختلف السلامة والأداء كثيرًا حسب تصميم الخلية
حمض الرصاص	تقنية قديمة مجربة، وسعر مقدم منخفض	ثقيل. يعتمد العمر الافتراضي على مدى عمق التفريغ والخدمة المنتظمة
بطاريات التدفق	مناسب تمامًا للنسخ الاحتياطي الثابت لعدة ساعات	مساحة أكبر وتحتاج إلى أجهزة دعم خاصة

عند التسوق لشراء البطاريات، لا تنظر فقط إلى عدد الدورات المعلن عنه. تحقق من السعة التي تضمنها الشركة المصنعة بموجب الضمان، وظروف الاختبار الخاصة بها للدورات، ومدى عمق التفريغ الآمن، وفقدان الطاقة أثناء الشحن والتفريغ، ونطاق درجة حرارة العمل، وجميع التفاصيل الدقيقة للضمان. لن يعكس الرقم الموجود في ورقة المواصفات عمر الخدمة الواقعي بمجرد نشره في الموقع.

تكامل نظام الطاقة الشمسية

تختار معظم المواقع النائية الطاقة الشمسية للاقتران مع تخزين البطارية، وذلك لسبب وجيه. من السهل الوصول إلى ضوء الشمس في العديد من المناطق، وتعمل المعدات الكهروضوئية دون توقف دون الحاجة إلى سحب الوقود بانتظام.

وإليك كيفية عمل هذا الإعداد المشترك. تقوم الألواح بإخراج الطاقة أثناء شروق الشمس. أي معدات في الموقع تستمد الطاقة أولاً. كل ما تبقى يملأ البطارية. بمجرد أن لا يتمكن إنتاج الطاقة الشمسية من مواكبة ما تستخدمه، تبدأ البطارية في تغطية الفجوة.

لا يمكنك فقط رفع اللوحات وتتوقع أن تعمل بشكل موثوق. أنت بحاجة إلى النظر في مدى قوة مصدر الشمس المحلي، وتغيرات الطقس عبر الفصول، والطريقة التي تواجه بها الألواح، ومشكلات الظل، وفقدان العاكس، والإيقاع اليومي لاستخدام الطاقة. إذا قمت فقط بتحديد حجم النظام بناءً على متوسط ​​مستويات الشمس السنوية، فسوف يواجه صعوبة في الأشهر الأكثر قتامة وغيومًا.

الأماكن التي لديها دورات رطبة وجافة واضحة تحتاج إلى رعاية إضافية. يتعين على المصممين التخطيط حول الامتداد بأضعف إنتاج للطاقة الشمسية. قد يعني ذلك إضافة المزيد من اللوحات، أو بنك بطارية أكبر، أو إحضار مجموعة مولدات احتياطية حتى تظل الطاقة ثابتة.

الأنظمة التكميلية لطاقة الرياح والطاقة المائية الصغيرة

لا يتعين على الناس التمسك بالألواح الشمسية من أجل مصادر الطاقة المتجددة. إذا كانت البيئة المحلية سليمة، فيمكن لطاقة الرياح الصغيرة أو الطاقة الكهرومائية الصغيرة أن تتعاون مع البطاريات خارج الشبكة أيضًا.

تعمل وحدات الرياح بشكل جيد على السواحل أو الأراضي المسطحة الواسعة أو قمم التلال التي تستقبل نسيمًا منتظمًا. على عكس الطاقة الشمسية، يمكنها الدوران وتوليد الطاقة عندما يحل الظلام. وهذا يساعد على تجنب وضع كل بيض الطاقة الخاص بك في سلة واحدة.

الطاقة المائية الصغيرة تولد الطاقة من المياه الجارية. عندما يكون هناك تدفق مستقر للمياه بالإضافة إلى فرق كافٍ في الارتفاع، يمكن أن يستمر التوليد بشكل أكثر موثوقية من الطاقة الشمسية أو الرياح، التي ترتد مع الطقس.

ومع ذلك، لا يمكنك تخمين طريقك إلى هذه الأنظمة. يجب عليك إجراء عمليات فحص مناسبة للموقع أولاً. تعتمد نتائج الرياح على أنماط الرياح الحقيقية ومكان وضع التوربين. بالنسبة للطاقة المائية الصغيرة، يتغير إنتاج الطاقة مع حجم المياه والارتفاع والتحولات الموسمية والحدود البيئية. لا تختار إما لمجرد الشعور بالرياح أو لوجود جدول قريب.

أنظمة الطاقة الهجينة والمولدات الاحتياطية

ليس من الرخيص دائمًا تحقيق أهداف الموثوقية الصارمة فقط باستخدام الطاقة الشمسية والبطاريات في المناطق النائية. ولهذا السبب تقوم العديد من الفرق ببناء أنظمة هجينة، تمزج بين مصادر الطاقة المختلفة لتقليل مخاطر انقطاع التيار الكهربائي.

لنأخذ على سبيل المثال إعداد مجموعة مولدات البطارية الشمسية التي يستخدمها معظم الناس. تغطي الطاقة الشمسية معظم الاستهلاك اليومي، وتتعامل البطاريات مع الارتفاع والانخفاض في الطلب، ولا تعمل وحدة الديزل إلا عندما تستمر السحب لعدة أيام أو يكون هناك سحب كبير غير متوقع للطاقة.

تتبع وحدة التحكم منطقًا مباشرًا. يقوم بتشغيل المولد بمجرد انخفاض احتياطيات البطارية بشكل كبير. أثناء تشغيل المحرك، يقوم بشحن بنك البطارية أولاً. سيتم إيقاف تشغيل المولد بمجرد أن تصبح الطاقة المتجددة كافية لتولي الحمل.

يعمل هذا الحل بشكل جيد للمصانع ومعسكرات البناء النائية ومناطق التعدين ومواقع الجزر والمزارع. بالنسبة لهؤلاء المشغلين، فإن أي انقطاع طويل في التيار الكهربائي يمكن أن يؤدي بسهولة إلى خسائر مالية فادحة.

تخطيط وتحجيم نظام تخزين البطارية خارج الشبكة

إجراء تدقيق دقيق للطاقة

قبل أن تقوم بتصميم أي نظام تخزين عن بعد، فإن أول شيء هو معرفة مقدار الطاقة التي يستخدمها الموقع فعليًا - ومتى يتم سحب هذه الطاقة بالضبط.

اكتب كل قطعة من المعدات التي تعمل بالكهرباء. ويشمل ذلك الأضواء والثلاجات والمضخات وأجهزة الاتصالات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وآلات الإنتاج ووحدات التبريد. لاحظ عدد الكيلووات التي يستهلكها كل واحد، ومدة تشغيله كل يوم تقريبًا، ومتى يتم تشغيله عادةً.

يمكنك تحديد استخدام الطاقة اليومي باستخدام هذه القاعدة الأساسية:

استهلاك الطاقة اليومي (كيلوواط ساعة) = الطاقة (كيلوواط) × ساعات التشغيل يوميا

على سبيل المثال: جهاز بقدرة 1 كيلووات يُترك قيد التشغيل لمدة ست ساعات يستخدم 6 كيلووات في الساعة خلال ذلك اليوم. قم بإجراء هذه العمليات الحسابية لكل حمل في قائمتك، ثم قم بإضافة كل هذه الأرقام للحصول على إجمالي متطلبات الطاقة اليومية.

بالنسبة للمواقع التجارية أو الصناعية الكبيرة، فإن مجرد إدراج المعدات لن يعطيك الصورة الكاملة. أنت بحاجة إلى قراءات حمل حقيقية، وأرقام طاقة الذروة، وقوة زيادة إضافية لبدء تشغيل المحركات، وخطط التشغيل الموسمية. غالبًا ما تغير هذه التفاصيل كيفية بناء النظام بأكمله.

تحتاج أيضًا إلى تصنيف أحمالك إلى مجموعتين: ضرورية واختيارية. يظل تبريد المخزون وروابط الاتصالات ومعدات الأمان وأدوات الإنتاج الرئيسية في أعلى قائمة الأولويات عند انخفاض الطاقة. يمكن إيقاف تشغيل الأحمال الأقل أهمية أو تقليصها لفترة من الوقت.

تحديد حجم سعة تخزين الطاقة خارج الشبكة لديك

عند تحديد حجم بنك البطاريات لديك، عليك أن تنظر إلى مقدار الطاقة التي تستخدمها، والمدة التي تريد تشغيلها بدون جيل جديد، ومدى عمق استنزاف الخلايا، وفقدان النظام، ومدى موثوقية العرض عندما ينخفض ​​الإنتاج المتجدد.

يمكنك تشغيل هذا التقدير السريع للحصول على رقم أولي:

سعة البطارية الاسمية (كيلوواط ساعة) = الطلب اليومي على الطاقة × أيام الاستقلالية المطلوبة ÷ (عمق التفريغ القابل للاستخدام × كفاءة تفريغ النظام)

دعونا نسير عبر مثال. يحرق الموقع البعيد 20 كيلووات في الساعة كل يوم ويحتاج إلى يوم كامل من النسخ الاحتياطي من البطاريات. قمنا بتعيين التفريغ القابل للاستخدام على 80% وكفاءة التفريغ على 92%. يعمل الحجم التقريبي للبطارية على النحو التالي:

20 ÷ (0.80 × 0.92) ≈ 27.2 كيلووات ساعة

ضع في اعتبارك أن هذه مجرد نقطة بداية تقريبية، وليست تصميمًا نهائيًا. ولا يأخذ في الاعتبار تآكل البطارية، أو انخفاض الأداء في الطقس البارد، أو ارتفاع الأحمال غير المتوقعة، أو فترات طويلة من الطقس الغائم. إذا كنت تريد يومين من النسخ الاحتياطي ضمن هذه الإعدادات نفسها، فإن حجم البطارية المحسوب يقفز إلى حوالي 54.3 كيلووات في الساعة.

أيضًا، لا تخلط طاقة البطارية مع طاقة العاكس. يخبرك kWh مقدار الطاقة الإجمالية التي يمكن للبطارية الاحتفاظ بها. يصف kW الحد الأقصى من الطاقة التي يمكن أن يصدرها الإعداد في أي لحظة.

من الممكن أن تحتوي بطاريتك على ما يكفي من الطاقة المخزنة لتستمر طوال الليل، إلا أن العاكس لا يزال غير قادر على تلبية احتياجاتك. يحدث ذلك عندما لا يتمكن من تغطية جميع الأجهزة التي تعمل معًا أو التعامل مع الارتفاع الكبير عند تشغيل المحركات. تعد المضخات والضواغط والمحركات الصناعية من الأسباب الشائعة هنا وتحتاج إلى رعاية إضافية.

يجب على أي شخص يعمل على التصميم التحقق من شيئين بشكل منفصل: إجمالي الطاقة التي تحتاجها، بالإضافة إلى ذروة سحب الطاقة الثابتة والتدفق، قبل تثبيت اختيارات الأجهزة الخاصة بك.

اختيار التكنولوجيا المناسبة للبيئات النائية

لا تتجاهل ظروف الموقع - فهي يمكن أن تؤثر أو تدمر مدى موثوقية تشغيل البطاريات والأجهزة ذات الصلة. الوحدة التي تعمل بشكل جيد في منطقة سكنية محمية قد لا تنجو من المواقع الصناعية الساخنة أو اللزجة أو المتربة أو المليئة بالأملاح.

ضع هذه النقاط العملية في الاعتبار أثناء اختيار إعداد البطارية خارج الشبكة:

• درجة حرارة:تعرف على النطاق المقبول لشحن البطارية واستنزافها. تحتاج حزم الليثيوم أحيانًا إلى حدود الشحن أو الحماية من التدفئة عندما تنخفض درجات الحرارة.
• الرطوبة والتآكل:اختر المساكن والوصلات والطلاءات الواقية المناسبة، خاصة للمواقع الساحلية المعرضة للضباب الملحي.
• الغبار والماء:تأكد من تصنيف IP الخاص بالحالة وتصميم فتحة التهوية، استنادًا إلى ما يتعرض له الجهاز يومًا بعد يوم.
• الوصول إلى الخدمة:اكتشف كيف يمكن للفنيين وقطع الغيار الوصول إلى هذه البقعة البعيدة عند الحاجة إلى إجراء إصلاحات.
• مجال للتوسع:اختر تصميمًا قابلاً للتكيف إذا كان بإمكانك إضافة المزيد من البطاريات أو معدات الإنتاج لاحقًا.
• توافق الأجزاء:تحقق من قواعد الاتصال ومواصفات الجهد وملاءمة العاكس واتصالات BMS قبل تقديم طلبك.

بالنسبة لهذه المواقع البعيدة عن الطريق، فإن المراقبة المباشرة والأجزاء القابلة للاستبدال بسهولة لا تقل أهمية عن أرقام الأداء المدرجة في أوراق المواصفات. حتى أجهزة البطارية جيدة الصنع ستؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي لفترة طويلة إذا أصبحت الخدمة بمثابة صداع.

تطبيقات أنظمة تخزين الطاقة عن بعد

المعيشة السكنية خارج الشبكة

غالبًا ما يعتمد الأشخاص الذين يعيشون في القرى النائية أو مستوطنات الجزر أو المنازل المنعزلة على تخزين البطاريات خارج الشبكة. يعمل هذا الإعداد على تشغيل أدوات منزلية عادية، دون توصيل أي خط شبكة على الإطلاق.

تغطي هذه الأنظمة المنزلية عادة الأضواء والثلاجات والهواتف وأجهزة الراديو ومضخات المياه، بالإضافة إلى بعض أدوات الترفيه. يعمل البعض أيضًا على تشغيل تدفئة أو تبريد محدود. تستخدم الإصدارات الأصغر حجمًا وحدات بطارية مدمجة للتوصيل والتشغيل. تحتاج المنازل الأكبر حجمًا التي تحتاج إلى طاقة كبيرة إلى بنوك بطاريات أكبر ومحولات أكبر لمواكبة ذلك.

يحتاج السكان إلى الحذر من المعدات المتعطشة للطاقة أكثر من غيرها. تعمل مكيفات الهواء وسخانات المياه الكهربائية والمواقد الكهربائية على زيادة مقدار البطارية التي تحتاجها، كما تزيد أيضًا من نفقات العاكس كثيرًا.

إذا كان المكان يحصل على ضوء الشمس الكافي، فإن ربط الألواح الشمسية بالبطاريات يقلل من عدد مرات حرق الوقود. إنه أكثر فائدة بكثير من تشغيل مولد الديزل كل يوم.

العمليات الصناعية والتجارية عن بعد

على عكس الأجهزة المنزلية، تحتاج المواقع التجارية والصناعية إلى قدر كبير من الطاقة ولا يمكنها تحمل عمليات إيقاف التشغيل غير المتوقعة. ستجد احتياجات الطاقة هذه في مناطق التعدين والمصانع المستقلة وخطوط معالجة المحاصيل وساحات التخزين ومنتجعات الجزر ومعسكرات البناء المؤقتة.

تساعد بنوك البطاريات هذه المواقع في الحفاظ على تشغيل المعدات الرئيسية. فهي توازن بين الصعود والهبوط من الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، وتقلل من المدة التي يجب أن تبقى فيها مولدات الديزل قيد التشغيل.

تستخدم نزل العطلات البعيدة هذا التخزين لتزويد غرف الضيوف والإضاءة وأنظمة المياه والثلاجات وبعض معدات التحكم في المناخ. يعتمد مشغلو المزارع على الطاقة المخزنة لمضخات الري ومراوح التهوية والتخزين البارد وأدوات معالجة الحصاد.

عند تصميم هذه المباني الصناعية، يجب أن يعمل كل مكون بشكل جيد معًا: البطاريات، والعاكسات، ومعدات السلامة، والأسلاك الموجودة في الموقع. إذا كانت المحركات أو الآلات الثقيلة جزءًا من الإعداد، فيجب على المصممين التخطيط لارتفاع طاقة بدء التشغيل، وجودة الطاقة الثابتة، وتشغيل أحمال الطلب، ومساحة لتوسيع النظام لاحقًا.

بالنسبة لفرق EPC ومطوري المشاريع، فإن العمل مع مورد يوفر تخطيطات البطارية المطابقة والمواد التقنية العملية والدعم المستهدف يجعل التكامل والاختبار في الموقع أقل إزعاجًا.

الاتصالات السلكية واللاسلكية والبنية التحتية الحيوية

الكثير من البنية التحتية الحيوية في البرية - أبراج الخلايا، ومحطات الاستشعار، ومعدات الملاحة والمعدات المماثلة - يجب أن تظل متصلة بالإنترنت، حتى في حالة عدم وجود شبكة مرافق قريبة.

تحافظ البطاريات على تشغيل هذه الخدمات خلال فترات انخفاض الإمدادات، لذلك لا يتعين على فرق الموقع تشغيل المولدات دون توقف. تعتبر الطاقة الشمسية اختيارًا شائعًا هنا؛ فهو ينتج الطاقة في الموقع مباشرة، ويتولى بنك البطارية المسؤولية عندما تغيب أشعة الشمس.

يحتاج أي شخص يصمم هذه الإعدادات إلى التحقق من خط الأساس الثابت لسحب الطاقة، وما تحتاجه أجهزة الاتصال، وكيفية تحول ضوء الشمس خلال المواسم المختلفة، وماذا يحدث إذا انقطعت الطاقة. تتيح أدوات التتبع عن بعد للمشغلين اكتشاف المشكلات مبكرًا، مثل ارتفاع درجة حرارة الخلايا أو انخفاض مستويات الشحن أو الأجزاء المكسورة، قبل أن يوقفوا الخدمة بأكملها عن العمل.

بالنسبة للمواقع ذات المخاطر العالية، قد يكون إضافة وحدات احتياطية إضافية أو مولد أمرًا منطقيًا. يعتمد التصميم النهائي على مدى موثوقية تشغيل النظام، ومدى التكلفة في حالة تعطل الخدمة.

دعم الإغاثة في حالات الطوارئ والكوارث

يمكن أن تفقد المجتمعات الطاقة لعدة أيام عندما تضرب العواصف أو الكوارث الطبيعية أو الأعطال شبكة الكهرباء المحلية. توفر وحدات تخزين البطاريات خفيفة الوزن والقابلة للتكديس طاقة مؤقتة سريعة. إنهم يدعمون المعدات الطبية والوصلات اللاسلكية والأضواء وأنظمة تنقية المياه والفرق التي تتولى أعمال الاستجابة لحالات الطوارئ.

يمكن لحزم البطاريات هذه أن تقترن بألواح شمسية قابلة للطي، أو أن تتصل بمولدات طاقة مؤقتة. على عكس وحدة الديزل الصغيرة التي تعمل بدون توقف، تعمل البطاريات بهدوء للأحمال الحرجة. إذا توفرت الطاقة الشمسية لملئها، فإنك تحرق أيضًا كمية أقل من الوقود بشكل عام.

تتطلب وظائف الطاقة الطارئة إعدادًا مدروسًا. أنت بحاجة إلى التفكير في تحريك الترس وإعداده بشكل آمن والمخاطر الكهربائية والمكان الذي يمكنك فيه إعادة شحن البطاريات. لا تختر فقط بطارية كبيرة. قم بمطابقة أجهزتك مع الاستخدام الحقيقي للطاقة والمدة التي من المحتمل أن يستمر فيها انقطاع التيار الكهربائي.

الاعتبارات الرئيسية وأفضل ممارسات الصيانة

التثبيت وتكامل النظام في المناطق النائية

لا يمكنك تخطي أعمال التثبيت المناسبة إذا كنت تريد أن يعمل نظام البطارية بأمان ويدوم طويلاً. تأتي العديد من المواقع النائية مصحوبة بعقبات صعبة: المساحة الضيقة، أو طرق الوصول الصعبة، أو الهواء الساخن، أو الأسلاك القديمة التي تحتاج إلى ترقية قبل توصيل معدات التخزين الجديدة.

يجب أن يغطي أي فحص مسبق للتثبيت هذه النقاط:

• كيفية إيصال المعدات إلى الموقع، وخطط النقل، وما هي المعدات التي تحتاجها للرفع.
• ما إذا كانت الأرض قادرة على تحمل الوزن، وكيفية تركيب الوحدات ومكان وضع العبوات.
• الصمامات والوصلات الأرضية واختيار مقياس الكابل ومفاتيح العزل.
• قواعد من الشركة المصنعة لتدفق الهواء أو التحكم في درجة الحرارة حول البطاريات.
• كيفية ربط البطاريات مع محولات الطاقة الشمسية والمولدات والأجهزة التي تعمل بالطاقة الموجودة.
• أجهزة إنذار الحريق وخطوات الإغلاق في حالات الطوارئ وجميع قواعد السلامة الكهربائية المحلية.

يجب على الفنيين المدربين فقط تنفيذ أعمال الإعداد وبدء التشغيل هذه. يجب عليهم اتباع دليل المورد والالتزام بالقواعد المحلية المتعلقة بالكهرباء والحريق. يجب أن يترك التخطيط مساحة كافية للعمل على النظام لاحقًا عند الحاجة إلى الصيانة.

قبل تسليم النظام، يقوم القائمون على التركيب باختبار رابط الإشارة بين BMS والعاكس، والتحقق مرة أخرى من جميع نقاط تشغيل الأمان، وتشغيل كل وضع تشغيل، وتدوين تفاصيل الإعداد النهائية للرجوع إليها مستقبلاً.

أنظمة إدارة البطارية (BMS) والصيانة الروتينية

يعتمد كل بنك بطاريات يعتمد على الليثيوم بشكل كبير على نظام إدارة المباني (BMS) الخاص به. فهو يتتبع الخلايا والوحدات الفردية، ويمنعها من تجاوز الحدود الآمنة للجهد والتيار ودرجة الحرارة.

ما يمكن أن تفعله وحدة التحكم هذه يختلف حسب البناء. فهو يوضح مقدار الشحن المتبقي، ويتتبع مستويات الحرارة، ويوازن الخلايا، ويعلم الأخطاء، ويتبادل البيانات مع العاكسات أو وحدات التحكم في الطاقة.

التزم بنصيحة المورد بشأن الصيانة المنتظمة. عناصر الفحص النموذجية مذكورة أدناه:

• راجع سجلات التحذير وقراءات درجة الحرارة وسجل الشحن.
• قم بإلقاء نظرة على الأسلاك والموصلات والخزائن، وراقب الصدأ أو الأضرار المادية.
• تأكد من أن أجهزة التبريد ومسارات الهواء تعمل بشكل صحيح، وأن البيئة المحيطة تظل مقبولة.
• اختبار أدوات التتبع والطاقة الاحتياطية وأنظمة التنبيه عندما تكون جزءًا من الإعداد.
• راقب اتجاهات الأداء وانظر في أي انخفاض غير متوقع في السعة المتاحة.

تحتاج إعدادات الليثيوم هذه إلى زيارات خدمة أقل بكثير من خيارات حمض الرصاص الأقدم، لكنها لا تزال شيئًا لا يمكنك تجاهله تمامًا. لا تقم مطلقًا بإيقاف تشغيل أقفال الأمان أو فتح أغلفة البطاريات إلا إذا حصلت على التدريب والموافقة المناسبين.

إذا كان الموقع يحتوي على عدد محدود من الموظفين المهرة، فإن التتبع عن بعد بالإضافة إلى عملية واضحة للإبلاغ عن المشكلات يساعد في اكتشاف الأخطاء مبكرًا. وهذا يقلل من الرحلات غير الضرورية لأطقم الخدمة.

التخطيط القانوني والتنظيمي واللوجستي

يجب أن تلتزم كل عملية إنشاء طاقة خارج الشبكة بالقواعد المطبقة في ذلك البلد. تنطبق هنا رموز الأسلاك والبناء والوقاية من الحرائق وحماية البيئة. يختلف ما تحتاج إلى اتباعه - فهو يعتمد على حجم بنك البطارية، وكيمياء الخلية التي تختارها، والهيئة المحلية التي تقوم بمراجعة التثبيت.

من الذكاء بالنسبة لمالكي المواقع وفرق EPC أن يقوموا بفرز متطلبات الشهادة قبل تقديم الطلبات. تحتاج المشاريع المختلفة إلى أوراق مختلفة. يمكن أن يشمل ذلك موافقات السلامة الكهربائية، وسجلات اختبار الشحن للبطاريات، وأوراق سلامة المواد، ووثائق الامتثال للعاكسات.

ستشاهد غالبًا رقم الأمم المتحدة 38.3 مدرجًا لمنتجات الليثيوم. يتحقق هذا الاختبار فقط من صحة ظروف النقل الآمن. ولا يمكنها أن تحل محل شهادات سلامة المنتج الكاملة أو موافقات التثبيت المحلية. تحقق جيدًا مما تطلبه شركة الشحن والجهات التنظيمية المحلية قبل الشحن.

إن توصيل الأجهزة إلى المناطق النائية يجلب عقبات فريدة من نوعها. غالبًا ما تكون الطرق الوعرة في الجزر ومواقع المناجم والمستوطنات الريفية. أنت بحاجة إلى التفكير في حجم العبوة والوزن الإجمالي وأدوات التفريغ وإمدادات قطع الغيار والمهل الزمنية. كل هذه العوامل تغير ميزانيتك والجدول الزمني للمشروع.

إن معرفة هذه القواعد مبكرًا يحفظك من التأخير غير المتوقع ورسوم الامتثال الإضافية والمشكلات بمجرد البدء في إعداد كل شيء في الموقع.

ما هي موافقات السلامة الكهربائية المحددة المطلوبة لمشاريع التخزين خارج الشبكة؟ كيف يمكنني الحصول على وثائق الامتثال اللازمة لمشروع تخزين الطاقة الخاص بي؟ هل هناك أي معايير دولية لأنظمة تخزين بطاريات الليثيوم؟

الأسئلة المتداولة حولتخزين البطارية خارج الشبكة

1. ما مقدار سعة تخزين البطارية التي يحتاجها موقع بعيد خارج الشبكة؟

تعتمد سعة البطارية المطلوبة على استهلاك الطاقة اليومي، وعدد أيام النسخ الاحتياطي اللازمة، وسعة البطارية القابلة للاستخدام، وكفاءة النظام. ابدأ بحساب الطلب اليومي على الطاقة لجميع المعدات الأساسية، ثم حدد المدة التي يجب أن يعمل فيها النظام دون توليد الطاقة الشمسية.

على سبيل المثال، قد يحتاج موقع يستخدم 20 كيلووات ساعة يوميًا مع يوم واحد من استقلالية البطارية إلى حوالي 27 كيلووات ساعة من سعة البطارية الاسمية، بافتراض عمق تفريغ بنسبة 80% وكفاءة تفريغ بنسبة 92%. يجب أيضًا أن يأخذ الحجم الفعلي في الاعتبار عمر البطارية ودرجة الحرارة والأحمال القصوى والظروف الجوية المحلية.

2. هل يمكن لنظام البطاريات الشمسية خارج الشبكة توفير طاقة موثوقة خلال عدة أيام غائمة أو ممطرة؟

نعم، ولكن الموثوقية تعتمد على التوازن بين توليد الطاقة الشمسية، وسعة البطارية، والطلب على الكهرباء. أثناء الطقس الغائم، قد تنتج الألواح الشمسية طاقة أقل، مما يجبر البطارية على توفير المزيد من الطاقة لفترات أطول.

لتحسين الموثوقية، يمكن لمصممي المشاريع زيادة القدرة الشمسية، أو توفير احتياطيات كافية للبطارية، أو تحديد أولويات الأحمال الأساسية، أو دمج مولد احتياطي. يجب أن تأخذ المشاريع الصناعية والتجارية النائية في الاعتبار أسوأ الظروف الشمسية للموقع بدلاً من الاعتماد فقط على متوسط ​​ضوء الشمس السنوي.

3. هل نظام تخزين البطاريات الشمسية أكثر فعالية من حيث التكلفة من مولد الديزل للمناطق النائية؟

ليس هناك إجابة واحدة هنا. يعتمد كل شيء على أسعار الوقود المحلية، وتكلفة نقل الإمدادات، وجداول الخدمة، ومقدار ضوء الشمس الذي يحصل عليه الموقع، واستهلاك الطاقة. غالبًا لا تكلف وحدات الديزل الكثير مقدمًا، لكن شراء الوقود المستمر والإصلاحات المنتظمة يؤدي إلى زيادة الفواتير بمرور الوقت - وهذا يؤثر بشدة على الأماكن التي يصعب الوصول إليها.

تستخدم العديد من الفرق الطاقة الشمسية المقترنة بالبطاريات ونسخة احتياطية من الديزل. يقلل هذا السرد من عدد ساعات تشغيل المولد، مع الحفاظ على شبكة أمان جاهزة. لاختيار الخيار الأفضل، تحتاج إلى الموازنة بين الإنفاق على بدء التشغيل، وتكاليف التشغيل المتكررة، ورسوم تبديل البطارية المستقبلية، والمدة التي من المتوقع أن تستمر فيها كل قطعة من الأجهزة.

4. هل يمكن لنظام تخزين البطاريات خارج الشبكة تزويد المصانع ومضخات المياه وغيرها من المعدات الثقيلة بالطاقة؟

نعم، بشرط أن تكون البطارية والعاكس ونظام توليد الطاقة مصممة بشكل صحيح لمتطلبات المعدات. تحدد سعة البطارية، المقاسة بالكيلوواط ساعة، مقدار الطاقة التي يمكن تخزينها، في حين تحدد طاقة العاكس، المقاسة بالكيلوواط، مقدار الطاقة التي يمكن توصيلها في لحظة معينة.

قد تتطلب المصانع وأنظمة الري والضواغط ومعدات التبريد قوة بدء تشغيل كبيرة عند تشغيل المحركات. يجب على مطوري المشاريع تقييم استهلاك الطاقة اليومي، والأحمال المتزامنة، وارتفاع بدء تشغيل المحرك، ومتطلبات الجهد، وخطط التوسع المستقبلية قبل اختيار المعدات.

5. كيف يمكن لأنظمة تخزين الطاقة عن بعد تقليل تكاليف الصيانة والتشغيل؟

يمكن لأنظمة تخزين الطاقة عن بعد أن تقلل من استهلاك الديزل، ومتطلبات نقل الوقود، وعدد زيارات صيانة المولدات. غالبًا ما يتم استخدام بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (LFP) للتخزين الثابت نظرًا لعمر دورتها واستقرارها الحراري.

للحفاظ على تكاليف التشغيل تحت السيطرة، اختر البطاريات والعاكسات المتوافقة، وقم بتثبيت الحماية الكهربائية والبيئية المناسبة، ومراقبة درجة حرارة البطارية، وحالة الشحن، وإنذارات النظام. بالنسبة للمواقع التي يصعب الوصول إلى الفنيين فيها، يمكن للمراقبة عن بعد، وقطع الغيار المتوفرة بسهولة، وتصميم النظام المعياري أيضًا تبسيط عملية الصيانة على المدى الطويل.

الاستنتاج: بناء حل موثوق لتخزين الطاقة خارج الشبكة

لن يضمن بنك البطاريات في حد ذاته توفير طاقة مستقرة للأماكن المعزولة عن الشبكة. أنت بحاجة إلى ملاءمة كل مكون مع الواقع الموجود في الموقع: ما هي الطاقة الطبيعية التي يمكنك جمعها، وكم الطاقة التي تخزنها، وأقصى طاقة من العاكس، وإجراءات الحماية وكيف يعمل النظام بأكمله تلقائيًا.

تساعد إعدادات التخزين هذه المنازل العائلية والمزارع ومحطات الاتصالات والمواقع الصناعية على تقليل استخدام الديزل. يمكن أن تعمل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح الصغيرة أو الطاقة الكهرومائية الصغيرة، ولكن فقط إذا كانت المناظر الطبيعية المحلية والطقس تدعمها. إن النسخ الاحتياطي للديزل يسد الفجوة عندما تنقص مصادر الطاقة المتجددة.

تتمثل الخطوة الأولى دائمًا في التحقق من الاستهلاك الحقيقي للطاقة ومعرفة المدة التي يجب أن يعمل فيها النظام بدون توليد جديد. تحتاج أيضًا إلى مراعاة مخاطر الموقع وحدود الطقس. بعد ذلك، يمكنك مقارنة خيارات البطارية المختلفة، وتحديد الحجم المطلوب، واختيار المعدات التي يمكن توسيعها لاحقًا إذا زادت احتياجات الطاقة.

يكسب المقاولون والتجار ومخططو المشاريع الكثير عندما يعملون مع مورد بطاريات ذي خبرة. عندما يتم بناء التصميم حول استهلاك الطاقة الفعلي للموقع، يميل النظام إلى العمل بشكل موثوق وتقديم قيمة جيدة على المدى الطويل.