في هذه الصفحة
تأخذ أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية الطاقة من مصدر كهربائي، وتحتفظ بها في وسيط تخزين، وتسلم الكهرباء لاحقًا. البطاريات هي نوع واحد. تخزن التقنيات الأخرى الطاقة في المياه المرفوعة، أو الهواء المضغوط، أو الكتل الدوارة، أو المجالات الكهربائية أو المغناطيسية، أو الحرارة، أو الوقود المصنع. تعتمد فائدتها على القدرة المطلوبة، والمدة، وظروف التشغيل.
التمييز الرئيسي هو المخرجات: المعدات التي تعيد الكهرباء تؤدي وظيفة مختلفة عن المعدات التي توفر الحرارة أو التبريد المخزنين. كلاهما يمكن أن يساعد في إدارة الطلب على الكهرباء، ولكنهما ليسا مصادر متكافئة للطاقة الاحتياطية.
أنواع أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية
استخدم الجدول لتحديد شكل الطاقة المخزنة أولاً، ثم تحقق من معدات التحويل وقيود الموقع. إنها خريطة تقنية، وليست ترتيبًا للأنظمة الأفضل أو الأسوأ عالميًا.
| التكنولوجيا | مكان تخزين الطاقة | كيفية استعادة الكهرباء | المهمة المفيدة والشرط المحدد |
|---|---|---|---|
| نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) | تفاعلات كهروكيميائية في الخلايا أو إلكتروليتات بطارية التدفق | ينتج التفريغ تيارًا مستمرًا (DC)؛ توفر معدات التحويل المخرج المطلوب | تخزين الطاقة في المباني، والقطاع الصناعي، والشبكات؛ حيث تعد الكيمياء، والإدارة الحرارية، والسعة القابلة للاستخدام أموراً جوهرية |
| الطاقة الكهرومائية بالتخزين بالضخ | طاقة الوضع التثاقلية للمياه المرتفعة | تدفق المياه عبر توربين ومولد | مشاريع نقل الطاقة الكبيرة؛ وتعد الارتفاعات المناسبة، والخزانات، والتصاريح أموراً أساسية |
| تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES) | هواء مضغوط، مع إدارة حرارية تعتمد على التصميم | يعمل الهواء المتمدد على تشغيل مولد عبر آلات مناسبة | تخزين الطاقة يعتمد على الموقع؛ بعض الدورات تستهلك الوقود أيضًا أثناء التفريغ |
| تخزين دولاب الموازنة | الطاقة الحركية لكتلة دوارة | يستخرج محرك-مولد الطاقة مع تباطؤ الدوار | تبادلات الطاقة السريعة والدورات؛ الاحتواء والخسائر ونطاق السرعة القابل للاستخدام تحد من القدرة |
| المكثفات والمكثفات الفائقة | الشحنة المخزنة؛ يعتمد سلوك المكثف الفائق على تقنية القطب الكهربائي | تستخرج إلكترونيات الطاقة الطاقة مع انخفاض الجهد | تبادلات قصيرة وعالية الطاقة؛ كثافة الطاقة والتفريغ الذاتي تحد من التسليم المطول |
| تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل (SMES) | المجال المغناطيسي المرتبط بالتيار في ملف فائق التوصيل | معدات التحويل تنقل الطاقة إلى النظام الكهربائي | مهام متخصصة سريعة الاستجابة؛ المعدات المبردة جزء من النظام |
| التخزين الحراري مع استعادة كهربائية | الحرارة في مادة التخزين | محرك حراري أو دورة تحويل أخرى تولد الكهرباء | تطبيقات تحويل الحرارة إلى طاقة؛ خزان من المواد الساخنة وحده ليس نظام خرج كهربائي |
| تخزين كهربائي قائم على الهيدروجين | الطاقة الكيميائية للهيدروجين المنتجة باستخدام الكهرباء | خلية وقود أو مولد مناسب يحول الوقود مرة أخرى إلى كهرباء | تخزين ممتد حيث تتناسب سلسلة التحويل الكاملة مع الموقع؛ إنتاج الهيدروجين وحده لا يوفر تفريغًا كهربائيًا |
تتبع هذه المجموعة أشكال التخزين التي وصفها قسم الطاقة الأمريكي (DOE) في نظرة عامة على تقنيات الطاقة الموزعة والآليات التي تمت مراجعتها في مراجعة تقنيات تخزين الكهرباء. إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA) نظرة عامة على تخزين الكهرباء تشرح مسارات عودة الكهرباء التجارية وعملية الهواء المضغوط بمساعدة الوقود. تصف هذه المصادر التقنيات، وليس شهادة تركيب معين.
يوضح الرسم أشكال الطاقة المخزنة، وليس مخططًا كهربائيًا أو مقياسًا نسبيًا للمعدات. يتطلب التخزين الحراري مسار استعادة كهربائي منفصل عندما يكون الكهرباء هو الناتج المطلوب.
EES، EESS، ESS و BESS: ماذا تعني المصطلحات
ESS يعني نظام تخزين الطاقة وهو مصطلح شامل واسع. EES يعني تخزين الطاقة الكهربائية؛; EESS يُستخدم أيضًا لأنظمة تخزين الطاقة الكهربائية. نظام تخزين طاقة البطاريات (BESS) يحدد المجموعة الفرعية القائمة على البطاريات. نظام البطارية هو ESS، ولكن ESS لا يلزم أن يحتوي على بطاريات.
اللجنة الكهروتقنية الدولية IEC 62933-1:2024 يوفر مفردات لأنظمة EES المتصلة بالشبكة التي تأخذ الكهرباء من نظام طاقة، وتخزن الطاقة داخليًا، وتعيد الكهرباء. قد تتضمن عملية الشحن والتفريغ التحويل. هذا النطاق أضيق من كل منتج يتم تسويقه بشكل غير رسمي على أنه “نظام تخزين طاقة”، بما في ذلك الأنظمة التي يكون ناتجها النهائي هو الحرارة أو الوقود المباع لاستخدام آخر.
لأرفف البطاريات وإدارة البطاريات وتحويل الطاقة بتفصيل أكبر، استخدم أنظمة تخزين طاقة البطاريات الخاصة بـ VIOX. تظل خريطة التكنولوجيا أعلاه مفيدة عند تحديد ما إذا كانت المهمة هي تخزين البطاريات على الإطلاق.
هل التخزين الحراري نظام لتخزين الطاقة الكهربائية؟
ليس تلقائيًا. يمكن لتركيب تخزين الجليد نقل استهلاك المبرد بعيدًا عن فترة الذروة وتوفير التبريد لاحقًا. لا ينتج بالضرورة كهرباء أثناء التفريغ. وبالمثل، يمكن لخزان الماء الساخن تخزين الحرارة المفيدة دون أي مولد.
يمكن للتخزين الحراري دعم إنتاج الكهرباء عندما تغذي الحرارة المخزنة دورة تحويل الطاقة. قد تشحن محطات الطاقة الشمسية الحرارية هذا التخزين مباشرة من ضوء الشمس بدلاً من الكهرباء، لذا فإن مصدر الشحن مهم أيضًا. شرح وزارة الطاقة للطاقة الشمسية والتخزين يميز بين التدفئة أو التبريد المباشر والتخزين الحراري المستخدم لتوليد الكهرباء.
اطرح سؤالين عند قراءة المواصفات: ما الذي يشحن المخزن، وما الذي يخرج منه أثناء التفريغ؟ يمنع هذا الإجراء الموفر للطاقة من اعتباره مصدرًا قادرًا على تشغيل الأحمال الكهربائية.
كيف يعمل نظام التخزين الكهربائي
هناك ثلاث مراحل وظيفية: شحن وسيط التخزين، والاحتفاظ بالطاقة، وتفريغها عبر المعدات المطلوبة بواسطة الحمل أو الشبكة. تعني خسائر التحويل والاستهلاك المساعد أن الطاقة الكهربائية المستعادة ليست متطابقة مع طاقة الشحن.
المعدات المادية تختلف. يستخدم الضخ المائي الآلات الهيدروليكية؛ يستخدم دولاب الموازنة محركًا مولدًا؛ يستخدم نظام البطارية المتصل بالتيار المتردد (AC) بشكل شائع تحويل طاقة ثنائي الاتجاه. تشترك هذه الأنظمة في تسلسل نقل الطاقة، وليس في تصميم خزانة متطابق.
هذا عبارة عن مثال على بطارية متصلة بالتيار المتردد (AC), ، وليس ترتيبًا عالميًا لنظام تخزين الطاقة (ESS). تمثل الأسهم المتصلة تبادل الطاقة الوظيفي؛ وتمثل المسارات المتقطعة التحكم. تم حذف الحماية والعزل والتأريض وتوصيلات الأطراف عمدًا ويجب تصميمها بشكل منفصل.
القدرة والطاقة والمدة هي تصنيفات مختلفة
الطاقة، بالكيلووات (kW) أو الميجاوات (MW)،, تصف معدل التسليم أو الامتصاص الكهربائي. الطاقة، بالكيلوواط-ساعة (kWh) أو الميغاواط-ساعة (MWh)،, تصف كمية متراكمة بمرور الوقت. سعة طاقة كبيرة لا تثبت أن المحول يمكنه تشغيل محرك كبير، وتقييم طاقة عالٍ لا يثبت ساعات الاستقلالية.
بالنسبة للحمل الثابت، يكون تقدير المدة الأولية هو:
المدة (ساعة) = الطاقة الناتجة القابلة للاستخدام (kWh) / طاقة الحمل (kW)
مدخلات توضيحية عند حدود خرج التيار المتردد (AC):
الطاقة المسلمة القابلة للاستخدام = 100 kWh
حمل التيار المتردد الثابت = 25 kW
المدة = 100 / 25 = 4 ساعاتهنا، “الطاقة المسلمة القابلة للاستخدام” تأخذ بالفعل في الاعتبار احتياطي التشغيل المفترض، وخسائر التحويل، والاستهلاك المساعد عند الحد المذكور. لا تخصم نفس البدلات مرة أخرى. هذا توضيح حسابي، وليس وقت تشغيل VIOX مقاسًا أو تصميم احتياطي كامل.
إذا كانت 100 kWh المذكورة هي سعة البطارية الاسمية بدلاً من ذلك، فلا يمكن افتراض أربع ساعات. حدد نافذة حالة الشحن المسموح بها، ودرجة الحرارة وظروف التقادم، وخسائر التحويل، والمساعدات، وملف تعريف الحمل الفعلي. تحقق من الطاقة المستمرة والطاقة المفاجئة بشكل منفصل. المصطلحات المتقدمة لتقييم البطارية تنتمي إلى دليل تخزين kWh و MWh و MW.
وقت الاستجابة هو معلمة أخرى. يختلف مدى سرعة تغيير النظام للطاقة عن المدة التي يمكنه فيها تحمل تلك الطاقة. تقييم المكثفات الفائقة التابع لوزارة الطاقة (DOE) يوضح هذا المقايضة: الشحن السريع والطاقة النوعية العالية لا يعنيان سعة طاقة عالية للتفريغ المطول. ابدأ بالخدمة الكهربائية المطلوبة، وليس بمادة تخزين مفضلة.
طابق تقنية التخزين مع المهمة
ابدأ بالخدمة الكهربائية المطلوبة، وليس بمادة تخزين مفضلة.
| المهمة المطلوبة | الخاصية المطلوب تحديدها | ما الذي يمكن أن يستبعد تقنية واعدة بخلاف ذلك |
|---|---|---|
| تحويل توليد الطاقة المتجددة إلى فترة لاحقة | الطاقة القابلة للاستخدام، فرصة الشحن، والخرج المستدام | نافذة شحن غير كافية، خسائر الاحتفاظ، أو ملف تفريغ غير متطابق |
| تقليل ذروة الطلب في المنشأة | خرج الكيلوواط (kW) ومدة الذروة الكاملة | طاقة المحول أقل من الذروة، طاقة قابلة للاستخدام غير كافية، أو اقتصاديات تعريفة ودورة غير مواتية |
| توفير دعم طاقة سريع | الاستجابة، الدورة المتكررة، وطاقة النبضة المطلوبة | جهاز سريع ينفد منه الطاقة قبل انتهاء الحدث |
| دعم الأحمال أثناء انقطاع التيار | وضع التشغيل المدعوم، طاقة الحمل والاستقلالية | نظام متصل بالشبكة لا يمكنه إنشاء إمداد آمن معزول |
| تخزين الطاقة لفترات طويلة | الاحتفاظ، جدوى الموقع وسلسلة الاسترداد الكاملة | التفريغ الذاتي، الجغرافيا غير المناسبة، قيود التعامل مع الوقود أو الطلب المساعد المفرط |
على سبيل المثال، القدرة على نقل الطاقة على مدار عدة ساعات والقدرة على الاستجابة لاضطراب قصير هي أهداف تصميم مختلفة. يصف EIA استخدام التخزين على هذه الأطر الزمنية المختلفة؛ لا تزال قدرة مشروع معين تعتمد على معداته وأدوات التحكم الخاصة به.
النسخ الاحتياطي يتطلب أكثر من الطاقة المخزنة. يجب أن يدعم التركيب الفصل المتعمد للشبكة أو بنية احتياطية معتمدة أخرى، وأن ينفصل بأمان عن الشبكة عند الحاجة، وأن يزود الأحمال المقصودة. إرشادات وزارة الطاقة للشبكات الصغيرة تشرح كلاً من التشغيل المستقل ومخاطر الفصل غير المتحكم فيه للشبكة. لا تفترض أن أي بطارية متصلة بالشبكة ستحافظ على تشغيل المبنى أثناء انقطاع التيار.
أين يقع مجال الحماية الكهربائية
بالنسبة لتركيب البطارية، فإن وسيط التخزين ومعدات التحويل والتوزيع الكهربائي لها احتياجات حماية مختلفة. تراقب إدارة البطارية وتتحكم في ظروف البطارية؛ يجب أن تعالج حماية الدائرة وعزلها أيضًا الموصلات ومصادر الأعطال ومسار الطاقة الكامل.
يحتاج جهاز الحماية المرشح للتيار المستمر DC إلى تصنيف الجهد الصحيح للتيار المستمر DC، وقدرة الفصل، وتصنيف التيار، وملاءمة الأسلاك لذلك الدائرة. يجب تحديد سلوك الأعطال في البطارية والمحول من وثائق النظام. الـ دليل قواطع التيار المستمر explains why an AC-only rating is not sufficient evidence for a DC application.
لا تثبت فحوصات المكونات هذه أن نظام التخزين الكامل يلبي متطلبات السلامة من الحرائق، أو الاتصال، أو التركيب، أو التجميع. كما أن تفاصيل نظام البطارية لا تنطبق تلقائيًا على معدات الضخ المائي، أو الحرارية، أو الهيدروجينية.
بمجرد إنشاء بنية النظام، فإن VIOX مكونات حماية الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتخزين الطاقة توفير نقطة انطلاق ذات صلة لتقييم المكونات. اختر بناءً على وثائق النظام الفعلية ومتطلبات سوق الوجهة، وليس فقط اختصار ESS.
