سیستم‌های ذخیره انرژی باتری (BESS) فناوری‌های پیشرفته‌ای هستند که برای جذب، ذخیره و توزیع کارآمد انرژی الکتریکی طراحی شده‌اند. این سیستم‌ها، که شامل اجزای کلیدی مانند ماژول‌های باتری، سیستم‌های تبدیل برق و کنترل‌های مدیریتی پیشرفته هستند، نقش مهمی در پایداری شبکه، ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر و مدیریت کیفیت برق ایفا می‌کنند.
اجزای اصلی BESS
در قلب یک BESS سه جزء حیاتی وجود دارد که به طور هماهنگ برای تضمین ذخیره و آزادسازی کارآمد انرژی کار می‌کنند. سیستم باتری، که در درجه اول از فناوری لیتیوم-یون بهره می‌برد، شامل چندین سلول است که به صورت ماژول‌ها و قفسه‌ها سازماندهی شده‌اند تا انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. سیستم‌های مدیریتی نقش محوری دارند، از جمله سیستم مدیریت باتری (BMS) برای نظارت بر پارامترهای سلول، سیستم مدیریت انرژی (EMS) برای بهینه‌سازی عملیات، و سیستم‌های مدیریت حرارتی که دما را برای حفظ عملکرد و ایمنی تنظیم می‌کنند. مکمل این‌ها، قطعه الکترونیک قدرت است که شامل یک اینورتر دو طرفه یا سیستم تبدیل توان (PCS)که تبدیل برق DC به AC را برای شارژ و دشارژ بدون وقفه امکان‌پذیر می‌کند و در عین حال سازگاری با الزامات شبکه را تضمین می‌کند.
این اجزا در کنار هم، BESS را قادر می‌سازند تا انرژی مازاد را در دوره‌های تقاضای کم ذخیره کرده و در صورت نیاز آن را تخلیه کند، پایداری شبکه را افزایش داده و ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر را ارتقا دهد. علاوه بر این، الگوریتم‌های کنترل پیشرفته در EMS و نوآوری‌ها در مدیریت حرارتی، راندمان را بیشتر بهبود بخشیده و طول عمر سیستم را افزایش داده‌اند و BESS را به سنگ بنای زیرساخت انرژی مدرن تبدیل کرده‌اند.
نحوه عملکرد BESS
اعتبار از Totalenergies
سیستم‌های ذخیره انرژی باتری (BESS) از طریق یک فرآیند پیچیده جذب، ذخیره و توزیع انرژی عمل می‌کنند. این سیستم با جذب انرژی الکتریکی از منابع مختلف، از جمله ژنراتورهای برق تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر، آغاز می‌شود. سپس این انرژی از AC به DC تبدیل شده و در باتری‌های قابل شارژ، معمولاً سلول‌های لیتیوم-یونی که در ماژول‌ها و قفسه‌ها چیده شده‌اند، ذخیره می‌شود.
در طول عملیات، سیستم مدیریت باتری (BMS) به طور مداوم پارامترهای تک تک سلول‌ها مانند ولتاژ، دما و وضعیت شارژ را کنترل و پایش می‌کند. این امر عملکرد بهینه و طول عمر سیستم باتری را تضمین می‌کند. سیستم مدیریت انرژی (EMS) به طور هماهنگ با BMS برای بهینه‌سازی عملکرد کلی سیستم کار می‌کند و بر اساس تقاضای شبکه، قیمت انرژی و سایر عوامل، زمان شارژ یا دشارژ را تعیین می‌کند.
هنگامی که به انرژی نیاز باشد، توان DC ذخیره شده از طریق سیستم تبدیل توان (PCS) که به عنوان اینورتر دو طرفه نیز شناخته می‌شود، دوباره به AC تبدیل می‌شود. این جزء برای اطمینان از اینکه توان خروجی از نظر ولتاژ و فرکانس با الزامات شبکه مطابقت دارد، بسیار مهم است. PCS همچنین جریان برق را در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ مدیریت می‌کند و پایداری شبکه را حفظ می‌کند.
BESS می‌تواند در حالت‌های مختلف برای پشتیبانی از عملکردهای شبکه عمل کند. برای تنظیم فرکانس، سیستم می‌تواند به سرعت برق را تزریق یا جذب کند تا فرکانس شبکه را در محدوده قابل قبول حفظ کند. در کاربردهای اصلاح اوج مصرف، BESS انرژی ذخیره شده را در دوره‌های تقاضای بالا تخلیه می‌کند تا فشار بر شبکه را کاهش داده و به طور بالقوه هزینه‌های برق را برای کاربران کاهش دهد.
برای یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر، BESS نقش حیاتی در تعدیل ماهیت متناوب انرژی خورشیدی و بادی ایفا می‌کند. این سیستم انرژی اضافی را در دوره‌های تولید بالا ذخیره می‌کند و هنگام افت تولید، آن را آزاد می‌کند و تأمین برق پایدارتر را تضمین می‌کند. این قابلیت به ویژه برای حفظ پایداری شبکه با افزایش سهم انرژی تجدیدپذیر در ترکیب برق، اهمیت دارد.
پیاده‌سازی‌های پیشرفته BESS همچنین شامل تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده و الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی عملکرد هستند. این سیستم‌ها می‌توانند الگوهای تقاضای انرژی، شرایط آب و هوایی مؤثر بر تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و حتی قیمت‌های بازار برق را پیش‌بینی کنند تا تصمیمات آگاهانه‌ای در مورد زمان ذخیره یا آزادسازی انرژی بگیرند.
ایمنی یک نگرانی اساسی در عملکرد BESS است. سیستم‌های مدرن شامل چندین لایه حفاظتی، از جمله سیستم‌های مدیریت حرارتی برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، مکانیسم‌های اطفاء حریق و پروتکل‌های ایزوله برای مهار مشکلات احتمالی هستند. نظارت مداوم و پاسخ‌های ایمنی خودکار تضمین می‌کند که سیستم می‌تواند به سرعت به هرگونه ناهنجاری واکنش نشان دهد و عملکرد ایمن و قابل اعتمادی را حفظ کند. BESS با مدیریت کارآمد جریان انرژی بین تولید، ذخیره‌سازی و مصرف، به عنوان یک جزء حیاتی در چشم‌انداز انرژی مدرن عمل می‌کند و انعطاف‌پذیری، قابلیت اطمینان و پایداری بیشتری را در سیستم‌های قدرت فراهم می‌کند.
کاوش در یوتیوب
کاربردهای BESS
سیستم‌های ذخیره انرژی باتری (BESS) طیف گسترده‌ای از کاربردها را در بخش‌های مختلف دارند و به پایداری شبکه، ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر و مدیریت هزینه انرژی کمک می‌کنند. در اینجا برخی از کاربردهای کلیدی BESS آورده شده است:
- پایدارسازی شبکه: BESS می‌تواند به سرعت به نوسانات عرضه و تقاضای برق پاسخ دهد و به حفظ فرکانس شبکه و پایداری ولتاژ کمک کند.
- ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر: BESS انرژی اضافی حاصل از منابع تجدیدپذیر متناوب مانند خورشید و باد را ذخیره می‌کند و در صورت کاهش تولید، آن را آزاد می‌کند تا از تأمین برق پایدار اطمینان حاصل شود.
- اوج اصلاح: با تخلیه انرژی ذخیره شده در طول دوره‌های تقاضای بالا، BESS به کاهش فشار بر شبکه و به طور بالقوه کاهش هزینه‌های برق برای کاربران کمک می‌کند.
- جابجایی بار: BESS امکان ذخیره انرژی در دوره‌های کم‌مصرف و کم‌هزینه را برای استفاده در زمان‌های پرمصرف و پرهزینه فراهم می‌کند و مصرف انرژی و هزینه‌ها را بهینه می‌سازد.
- قدرت پشتیبان: در صورت قطع برق شبکه، BESS می‌تواند برق پشتیبان حیاتی را برای خانه‌ها، مشاغل و زیرساخت‌های ضروری فراهم کند.
- ریزشبکه‌ها: BESS نقش مهمی در فعال کردن عملکرد ریزشبکه‌ها، پشتیبانی از استقلال انرژی محلی و تاب‌آوری ایفا می‌کند.
- شارژ خودروهای برقی: BESS می‌تواند از ایستگاه‌های شارژ سریع برای وسایل نقلیه الکتریکی پشتیبانی کند و فشار روی شبکه را در زمان‌های اوج شارژ کاهش دهد.
- خدمات جانبی: BESS خدمات پشتیبانی شبکه متنوعی از جمله تنظیم فرکانس، پشتیبانی ولتاژ و قابلیت‌های شروع خاموش (بلک استارت) را ارائه می‌دهد.
این کاربردهای متنوع، تطبیق‌پذیری و اهمیت BESS را در سیستم‌های انرژی مدرن نشان می‌دهد و به زیرساخت‌های برق انعطاف‌پذیرتر، قابل اعتمادتر و پایدارتر کمک می‌کند.
افزایش ولتاژهای DC در BESS
روند افزایش ولتاژهای DC در سیستم‌های ذخیره انرژی باتری (BESS) به دلیل چندین مزیت کلیدی است:
- بهبود کارایی: ولتاژهای بالاتر منجر به جریان‌های پایین‌تر برای همان توان خروجی می‌شوند، که باعث کاهش تلفات کلی در سیستم مدار و بهبود راندمان رفت و برگشت می‌شود.
- چگالی انرژی بهبود یافته: افزایش ولتاژ امکان چگالی انرژی بالاتر را در همان محدودیت‌های فیزیکی فراهم می‌کند و طراحی‌های BESS فشرده‌تر و قدرتمندتری را امکان‌پذیر می‌سازد.
- نرخ شارژ/دشارژ سریع‌تر: باتری‌های ولتاژ بالا می‌توانند چرخه‌های شارژ را سریع‌تر تکمیل کنند و نیازهای انرژی سریع و توان بالا را برآورده سازند.
- کاهش هزینه: ولتاژهای بالاتر امکان سیم‌کشی و نصب کارآمدتر را فراهم می‌کنند و هزینه‌های کلی سیستم را کاهش می‌دهند. تطبیق ولتاژ DC BESS با تأسیسات خورشیدی در مقیاس بزرگ (معمولاً ۱۵۰۰ ولت DC) نیاز به تجهیزات تبدیل ولتاژ اضافی را از بین می‌برد.
- سازگاری با اینورترهای پیشرفته: اکثر اینورترهای خورشیدی در مقیاس صنعتی اکنون از ورودی ۱۵۰۰ ولت DC استفاده می‌کنند که باعث می‌شود BESS با ولتاژ بالاتر با زیرساخت‌های موجود سازگارتر باشد.
این مزایا، تکامل BESS را به سمت ولتاژهای DC بالاتر سوق می‌دهد و به رشد پیش‌بینی‌شده صنعت از $1.2B در سال 2020 به $4.3B در سال 2025 کمک می‌کند.
چالش‌های نصب BESS
نصب سیستم‌های ذخیره انرژی باتری (BESS) با چندین چالش رایج روبرو است که می‌تواند بر عملکرد، ایمنی و کارایی آنها تأثیر بگذارد. در اینجا برخی از رایج‌ترین مشکلات ذکر شده است:
- هزینه‌های اولیه بالا: سرمایه‌گذاری اولیه برای BESS می‌تواند قابل توجه باشد و مانع قابل توجهی برای پذیرش آن ایجاد کند.
- پیچیدگی‌های ادغام فنی: ادغام BESS با زیرساخت‌های موجود اغلب به دانش و فناوری تخصصی نیاز دارد.
- موانع نظارتی: بررسی مجوزها و مقررات می‌تواند زمان‌بر و پیچیده باشد.
- چالش‌های تعمیر و نگهداری: تضمین قابلیت اطمینان درازمدت نیازمند مدیریت مؤثر چرخه عمر و نگهداری منظم است.
- مشکلات سازگاری شبکه: تضمین سازگاری BESS با شبکه و مدیریت اتصال متقابل می‌تواند مشکل‌ساز باشد.
- نگرانی‌های ایمنی: نصب نادرست یا اجزای معیوب می‌تواند منجر به خطرات آتش‌سوزی و سایر خطرات ایمنی شود.
- خرابی‌های سیستم مدیریت باتری (BMS): سیستم مدیریت ساختمان (BMS) غیرقابل اعتماد می‌تواند باعث خاموشی‌های غیرمنتظره و موقعیت‌های بالقوه خطرناک شود.
- مشکلات مربوط به تعادل سلولی: عدم تعادل بین سلول‌ها می‌تواند کارایی سیستم را کاهش داده و خطرات ایمنی را ایجاد کند.
- ظرفیت ذخیره‌سازی ناکافی: خطاها در تخمین وضعیت شارژ (SOC) می‌تواند منجر به استفاده ناکارآمد از انرژی شود.
- مشکلات مدیریت حرارتی: سیستم‌های خنک‌کننده نامناسب می‌توانند باعث فرسودگی زودرس و کاهش عملکرد باتری‌ها شوند.
رسیدگی به این مسائل نیازمند برنامه‌ریزی دقیق، نصب تخصصی و نظارت مداوم برای اطمینان از عملکرد و ایمنی بهینه BESS است.
باتری‌های قابل استفاده مجدد برای BESS
سیستم‌های ذخیره انرژی باتری (BESS) می‌توانند از باتری‌های خودروهای الکتریکی (EV) که دوباره مورد استفاده قرار گرفته‌اند، استفاده کنند و روشی پایدار برای افزایش عمر باتری و به حداقل رساندن ضایعات ارائه دهند. هنگامی که ظرفیت باتری‌های خودروهای الکتریکی به حدود ۸۰-۸۵۱TP3T از ظرفیت اولیه خود کاهش می‌یابد، می‌توان آنها را برای کاربردهای BESS مورد استفاده مجدد قرار داد و در عین حال نیاز به تولید جدید را کاهش داد. این رویکرد از تثبیت شبکه، ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر، برق پشتیبان برای زیرساخت‌های حیاتی، اصلاح اوج مصرف و تغییر بار برای صنایع و پشتیبانی از ریزشبکه پشتیبانی می‌کند. تا سال ۲۰۲۵، تخمین زده می‌شود که ۷۵۱TP3T از باتری‌های خودروهای الکتریکی استفاده شده، قبل از بازیافت، کاربردهای دوباره پیدا خواهند کرد که نشان دهنده تأکید روزافزون بر پایداری و اقتصاد چرخشی است.
با این حال، استفاده از باتری‌های بازیافتی در پروژه‌های BESS بدون چالش نیست. باتری‌های بازیافتی اغلب به دلیل درجات مختلف تخریب، سطح عملکرد ناپایداری دارند که می‌تواند بر کارایی و قابلیت اطمینان سیستم تأثیر بگذارد. علاوه بر این، فرآیند جمع‌آوری، آزمایش و نوسازی این باتری‌ها می‌تواند پرزحمت و پرهزینه باشد و به طور بالقوه برخی از مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی را جبران کند. با وجود این معایب، افزایش تقاضا برای راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی پایدار، همچنان باتری‌های خودروهای برقی دست دوم را به منبعی ارزشمند برای پروژه‌های BESS تبدیل می‌کند.
سیاست‌های BESS دولتی
دولت‌های سراسر جهان به طور فزاینده‌ای نقش حیاتی سیستم‌های ذخیره انرژی باتری (BESS) را در دستیابی به اهداف گذار انرژی و پایداری شبکه تشخیص می‌دهند. بسیاری از کشورها سیاست‌ها و ابتکارات حمایتی را برای تسریع استقرار BESS اجرا کرده‌اند:
- ایالات متحده قانون کاهش تورم را معرفی کرده است که شامل اعتبارات مالیاتی سرمایه‌گذاری برای پروژه‌های ذخیره‌سازی مستقل می‌شود و رقابت‌پذیری ذخیره‌سازی در مقیاس شبکه را افزایش می‌دهد.
- چین اعلام کرد که قصد دارد تا سال ۲۰۲۵ بیش از ۳۰ گیگاوات ذخیره‌سازی انرژی نصب کند که نشان‌دهنده تعهد قوی این کشور به گسترش سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر (BESS) است.
- هند در پیش‌نویس طرح ملی برق خود، اهداف بلندپروازانه‌ای را برای توسعه ذخیره‌سازی انرژی باتری تعیین کرده است و هدف آن دستیابی به ظرفیت نصب‌شده ۵۱ تا ۸۴ گیگاوات تا سال‌های ۲۰۳۱-۲۰۳۲ است.
- کمیسیون اروپا با توجه به اهمیت ذخیره‌سازی برق در کربن‌زدایی سیستم انرژی، توصیه‌هایی را برای اقدامات سیاستی جهت حمایت از استقرار بیشتر این فناوری منتشر کرده است.
- علاوه بر این، یک ابتکار جهانی به نام «ابتکار ذخیره‌سازی باتری سوپرشارژ» توسط وزارت انرژی پاک و با حمایت کمیسیون اروپا، استرالیا، ایالات متحده و کانادا آغاز شده است. هدف این ابتکار، تقویت همکاری‌های بین‌المللی، کاهش هزینه‌ها و ایجاد زنجیره‌های تأمین پایدار برای فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی است.
چشم‌انداز بازار BESS
بازار سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS) با افزایش ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر و تلاش‌های نوسازی شبکه، آماده رشد قابل توجهی است. پیش‌بینی می‌شود بازار جهانی BESS تا سال 2031 به $51.7 میلیارد دلار برسد و با نرخ رشد مرکب سالانه 20.1% از سال 2022 تا 2031 رشد کند. این گسترش سریع با کاهش هزینه‌های باتری‌های لیتیوم-یونی که در دهه گذشته تقریباً 80% کاهش یافته است، تقویت می‌شود.
محرک‌های کلیدی رشد عبارتند از:
- افزایش تقاضا برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی شبکه
- نفوذ سریع باتری‌های لیتیوم-یونی در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر.
- سیاست‌های حمایتی و تأمین مالی دولت
- افزایش کاربردهای تجاری و صنعتی.
انتظار می‌رود بخش خدمات رفاهی در طول دوره پیش‌بینی، بالاترین نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) را ثبت کند که ناشی از ابتکاراتی برای راه‌اندازی باتری‌های جریانی با اهداف زیست‌محیطی، طول عمر و ایمنی است. از نظر جغرافیایی، پیش‌بینی می‌شود آسیا و اقیانوسیه سریع‌ترین بازار منطقه‌ای در حال رشد باشد که به افزایش تقاضای انرژی و سیاست‌های حمایتی دولت در کشورهایی مانند هند، چین و استرالیا نسبت داده می‌شود.
مقالات مرتبط:
