لا يُخزَّن الجهد الكهربائي بشكل منفرد، بل تُخزَّن الطاقة في خلايا بطاريات مُجمَّعة في وحدات أو رفوف أو حتى مجموعات، وتعمل هذه الخلايا بجهد تيار مستمر عالٍ. يُقلِّل هذا التصميم من التيار اللازم للحصول على قدرة مُحدَّدة، مما يُتيح تبادلًا صناعيًا عالي الكفاءة للطاقة. مع ذلك، يزداد التأثير السلبي لأعطال العزل، وضعف التوصيلات، وارتفاع درجة الحرارة، فضلًا عن أخطاء التحكم، بشكل كبير. لذا، يعتمد التخزين الآمن على النظام بأكمله، وليس فقط على نوع خلايا البطاريات.
تأسست عام 2016، وونفولت تُطوّر الشركة أنظمة تخزين الطاقة الصناعية والتجارية، وحلول تخزين الطاقة بالبطاريات المُعبأة في حاويات، وبطاريات الليثيوم، والوحدات الشمسية، ومشاريع الطاقة النظيفة المتكاملة. وتمتلك الشركة قدرة إنتاجية كبيرة لتخزين الطاقة ببطاريات الليثيوم عالية الجهد تصل إلى 2.5 جيجاواط/ساعة، بالإضافة إلى الدعم الهندسي اللازم لإجراء الدراسات الميدانية، وتصميم الأنظمة، وبدء التشغيل، والتجهيز، فضلاً عن توفير التدريب التقني اللازم. وتتطلب أنظمة تخزين الطاقة عالية الجهد مُلاءمتها مع خصائص الحمل، وظروف الموقع، والعاكس، وطريقة التبريد، وغيرها، ولا يُمكن الاكتفاء باتباع قائمة نموذجية من المعدات ذات المواصفات المُحددة مُسبقًا.
القاعدة الأولى: اختر التركيبة الكيميائية المناسبة وبنية النظام
أول قرار يتعلق بالسلامة يُتخذ قبل وصول المعدات إلى الموقع. اختر نوع البطارية، والجهد، والسعة، ومعدل التفريغ، وطريقة التبريد، والغطاء الذي يناسب دورة التشغيل لديك. زيادة حجم البطارية عن اللازم يزيد التكلفة والطاقة المخزنة، بينما يؤدي اختيار حجم أصغر إلى تعرضها لتفريغ أعمق، وتيار أعلى، ودورات شحن وتفريغ أكثر تكرارًا.
استخدم خلايا LFP للتخزين الثابت
تُستخدم خلايا فوسفات الحديد الليثيوم على نطاق واسع في تخزين الطاقة الثابت نظرًا لما تتميز به من عمر تشغيلي طويل وثبات حراري عالٍ. مع ذلك، لا تكفي التركيبة الكيميائية وحدها لمنع الأعطال، بل يلزم أيضًا خلايا متجانسة، وتكوين وفرز موثوقين، ووحدات متطابقة، وبنية تحدّ من تأثير أي تكتل ضعيف.
يُمكن لتصميم إدارة واحدة لمجموعة واحدة عزل الاختلافات على جانب التيار المستمر، بحيث لا تُؤدي مجموعة واحدة غير طبيعية إلى توليد تيار متداول عبر النظام بأكمله. بالنسبة للمصانع والمستشفيات والمدارس والمتاجر الكبرى والمكاتب، فإن الحجم المناسب حلول تخزين الطاقة الصناعية والتجارية يمكن أن يدعم تقليل ذروة الطلب، والطاقة الاحتياطية، وزيادة الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية دون فرض تكوين بطارية واحد في كل مشروع.
القاعدة الثانية: حافظ على مستوى الشحن ضمن نطاق آمن
تتعرض البطارية لمزيد من الإجهاد عندما تبقى مشحونة بالكامل تقريبًا، أو عندما تصل إلى مستوى شحن منخفض جدًا، أو عندما تستهلك طاقةً ضمن نطاق أوسع مما يتطلبه التطبيق. كما أن مستوى الشحن العالي يُبقي طاقةً أكبر متاحةً أثناء حدوث عطل داخلي. لذا، يجب أن تُركز استراتيجية التحكم على حماية السلامة وإطالة عمر البطارية بدلًا من السعي وراء أعلى معدل تفريغ يومي ممكن.
تجنب ترك البطارية مشحونة بالكامل لفترات طويلة
اضبط حدود الشحن والتفريغ وفقًا لدليل المورّد، ودرجة حرارة التشغيل، والاحتياطي الاحتياطي، وعدد دورات الشحن المتوقعة. لا تعتبر الشحن بنسبة 100% وأقصى عمق للتفريغ أهدافًا افتراضية.
تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من إمكانية إجراء اختبار السعة في ظل مجموعة من الظروف المحددة، مثل درجة حرارة محيطة تبلغ 25 درجة مئوية، وعمق تفريغ بنسبة 90%، ومعدل تفريغ 0.5 درجة مئوية، إلا أن ذلك لا يعكس بالضرورة ظروف التشغيل الفعلية في الموقع، والتي قد تتغير باستمرار. إضافةً إلى ذلك، يجب تخزين المعدات قبل تركيبها في مكان محمي من الحريق والماء وأشعة الشمس المباشرة والرطوبة العالية ودرجات الحرارة التي تتجاوز 35 درجة مئوية.
القاعدة 3: استخدم نظام إدارة المباني (BMS) في كل مستوى تحكم
تحتوي مجموعة بطاريات الجهد العالي على العديد من الخلايا الموصولة على التوالي. قد تتراكم اختلافات طفيفة في الجهد أو درجة الحرارة أو المقاومة الداخلية أو السعة بمرور الوقت. وبدون مراقبة فعّالة، قد تصل إحدى الخلايا الضعيفة إلى حدّها الأقصى قبل باقي خلايا المجموعة، حتى وإن بدا جهد المجموعة الكلي طبيعيًا.
مراقبة الخلايا والوحدات والمجموعات
يجب أن يقيس نظام إدارة البطارية جهد الخلية، وتيار البطارية، ودرجة الحرارة، وحالة الشحن، وحالة البطارية. كما يجب أن يوازن الخلايا، ويسجل الإنذارات، ويتحكم في الموصلات، ويتبادل البيانات مع نظام إدارة الطاقة ونظام تحويل الطاقة. يجب أن تستجيب منطق الحماية لحالات الجهد الزائد، والجهد المنخفض، والتيار الزائد، وارتفاع درجة الحرارة، وأعطال العزل قبل أن يصبح التقادم الطبيعي مشكلة خطيرة.
بالنسبة للمشاريع الصناعية المتوسطة، فإن مجموعة بطاريات ليثيوم 100-261 كيلوواط ساعة 51.2 فولت 314 أمبير ساعة يوفر هذا النظام خيار تخزين عالي الجهد قابل للتطوير يعتمد على وحدات 51.2 فولت 314 أمبير/ساعة. ويستخدم خلايا فوسفات الحديد الليثيوم، ونظام إدارة بطارية ذكي، وقدرة تفريغ تصل إلى 0.5C، مما يجعله مناسبًا للمشاريع التي تتطلب سعة مرنة وتوصيل طاقة مُتحكم به.
يجب التحقق من التكوين النهائي وفقًا لنطاق جهد العاكس، وبروتوكولات الاتصال، وملف تعريف الحمل، وظروف الموقع المحلية. يقلل النظام المتوافق من أعطال الاتصال، وحالات الإغلاق غير المتوقعة، وأوامر الشحن أو التفريغ غير الآمنة.
القاعدة 4: التحكم في درجة الحرارة وتدفق الهواء
تُسرّع الحرارة من تلف البطاريات، وقد تُسبب تفاعلات جانبية داخل الخلايا التالفة أو المُجهدة. ويزداد الخطر عندما يتجاوز توليد الحرارة معدل تبديدها. لذا، يجب أن يُراعي التصميم الآمن متوسط درجة الحرارة وفرقها بين الخلايا، لأن أي نقطة ساخنة مخفية قد تتلف أسرع بكثير من باقي الخلايا.
منع انتشار البؤر الساخنة قبل أن تتفاقم.
اختر نظام التبريد الذكي بالهواء أو التبريد السائل بناءً على كثافة الطاقة، والمناخ المحيط، وحجم الحاوية، ومعدل التدفق. ضع مستشعرات درجة الحرارة في أماكن يمكنها من رصد التبريد غير المتساوي، أو انسداد تدفق الهواء، أو أعطال المضخة، أو السلوك غير الطبيعي للخلايا.
أثناء الصيانة، تحقق من مستوى سائل التبريد ونقائه، ووصلات الأنابيب، ومضخات الدوران، والمشعات، والفلاتر، والمراوح، وأختام الخزانة. يجب أيضًا مراجعة خريطة درجة حرارة نظام إدارة البطارية (BMS) لتحديد المناطق التي تبقى أكثر دفئًا باستمرار من الوحدات المجاورة. لا تقم أبدًا بشحن البطارية أو تفريغها قسرًا إذا كانت البطارية تُشير إلى ارتفاع درجة الحرارة أو وجود عطل في التبريد.
القاعدة الخامسة: حماية كل حدود كهربائية
غالباً ما يبدأ عطل الجهد العالي خارج الخلية. قد يؤدي استخدام كابلات ذات مقاس غير صحيح، أو أطراف توصيل غير محكمة، أو عزل رديء، أو معدات غير متوافقة، أو غياب التأريض، أو تيار قصر الدائرة غير المنضبط، إلى ارتفاع درجة الحرارة الموضعية أو جهد لمس خطير. يجب أن تشمل إجراءات السلامة كل حدود بين البطارية، وخزانة التيار المستمر، والعاكس، والمحول، ووصلة الشبكة.
انفصل عن الأخطاء بدلاً من تقاسمها
استخدم قواطع كهربائية، وصمامات، وموصلات، وأجهزة عزل، وأجهزة حماية من الصواعق، وأجهزة إيقاف طارئ، وأجهزة مراقبة العزل ذات التصنيف المناسب. تأكد من صحة القطبية قبل تشغيل الطاقة، واحرص على حماية الكابلات الموجبة والسالبة بشكل مادي.
لا تقم بخلط أنواع مختلفة من وحدات البطاريات في نظام واحد، ولا تقم بتوصيل عاكس غير معتمد. يجب على فني تركيب مؤهل اتباع تصميم الأسلاك المعتمد، ومتطلبات عزم الدوران، وتسلسل التشغيل، وإعدادات الاتصال. قد تؤدي التعديلات غير المصرح بها إلى إزالة التنسيق بين الحماية الكهربائية والتحكم في نظام إدارة البطارية.
القاعدة 6: بناء طبقات متعددة للحماية من الحرائق
لا يمكن لأي جهاز استشعار أو مطفأة حريق بمفرده توفير حماية كاملة. يحتاج نظام تخزين الجهد العالي المتين إلى الوقاية، والكشف المبكر، والإيقاف التلقائي، والاحتواء، والتهوية، والقمع. والهدف هو منع أي خلل في الخلية من أن يتحول إلى عطل في الوحدة، ومنع انتشار هذا العطل في الخزانة أو الحاوية.
الكشف المبكر عن الحرارة والدخان والغاز
يُدمج نظام مراقبة درجة حرارة الخلايا مع أنظمة كشف الدخان، وأجهزة إنذار الخزائن، والتحكم في العادم، والفصل المقاوم للحريق، والإخماد التلقائي. يُنصح بتركيب النظام في منطقة جيدة التهوية بعيدًا عن المواد القابلة للاشتعال، والماء، والغبار الموصل للكهرباء، ورذاذ الملح، والغازات المسببة للتآكل.
أما بالنسبة للمشاريع الأكبر حجماً، فـ حلول تخزين الطاقة بالبطاريات على نطاق المرافق يمكن دمج البطاريات، والمحولات، وأنظمة التحكم في المناخ، والمراقبة، واستشعار الدخان ودرجة الحرارة، وأنظمة إخماد الحرائق التلقائية، ووظائف العادم في منصة واحدة مُعبأة في حاوية. لا يُغني التكامل العالي عن الحاجة إلى تخطيط الموقع. يجب أن تظل مسارات الوصول، وتباعد المعدات، والصرف، والعزل في حالات الطوارئ، ومساحات الصيانة جزءًا من التصميم.
القاعدة 7: فحص النظام وتسجيل بياناته وصيانته
لا تنتهي عملية التشغيل بمرحلة السلامة. تتغير حالة البطارية مع دورات الشحن والتفريغ، ودرجة الحرارة، وعمرها الافتراضي، وتيار التشغيل، والتعرض للعوامل البيئية. يتيح لك الفحص الدوري تحديد ارتفاع المقاومة، وعدم توازن الجهد، وفقدان التبريد، والتآكل، أو الإنذارات المتكررة قبل أن تتسبب في توقف العمل.
حوّل بيانات التشغيل إلى صيانة وقائية
افحص الخزائن بحثًا عن أي تشوه أو صدأ أو تسرب للماء أو تلف في الأختام أو كابلات مفكوكة أو تسرب لسائل التبريد أو ضوضاء غير طبيعية أو ارتفاع في درجة الحرارة. راجع مدى تباين جهد الخلايا، وتوزيع درجة الحرارة، ومقاومة العزل، وحالة السلامة، وسجل الإنذارات، واتجاهات الشحن والتفريغ.
احتفظ بسجل تشغيل وقارن البيانات الحالية مع خط الأساس للتشغيل. قد يكشف الارتفاع البطيء في فرق درجة الحرارة أو انحراف جهد الخلية عن مشكلة متفاقمة قبل أن يصل النظام إلى عتبة الإنذار. يجب الحصول على تحديثات البرامج الثابتة من الدعم الفني المعتمد، ويجب تجنب العمل على الأنظمة الكهربائية أثناء التشغيل.
يُعدّ تخزين الطاقة عالي الجهد بشكل آمن مسألة تنسيق. يجب أن تعمل الكيمياء، ومنطق نظام إدارة المباني، والتصميم الحراري، والحماية الكهربائية، والاستجابة للحريق، والصيانة كنظام واحد متكامل. قبل اختيار السعة أو وضع التصميم النهائي، استخدم نظرة عامة على حلول الطاقة النظيفة لمقارنة مسارات التطبيق، ثم اتصل بفريق الهندسة للحصول على دعم في التصميم والتشغيل والتدريب الخاص بالموقع.
أسئلة متكررة
س1: ما هي أكثر أنواع كيمياء البطاريات أمانًا لتخزين الطاقة ذات الجهد العالي؟
ج: يتم اختيار LFP على نطاق واسع للتخزين الثابت نظرًا لاستقراره الحراري وأدائه الدوري، ولكن التشغيل الآمن لا يزال يتطلب نظام إدارة البطارية والتحكم في درجة الحرارة والعزل الكهربائي والحماية من الحرائق.
س2: هل يجب أن تبقى بطارية الجهد العالي مشحونة بالكامل؟
ج: ليس بشكل مستمر. قد يدعم الاحتفاظ بالطاقة الاحتياطية الطاقة الاحتياطية، لكن فترات الشحن الكامل الطويلة قد تزيد الضغط على النظام. اضبط نطاق التشغيل وفقًا لملف تعريف الحمل ودرجة الحرارة وحدود مزود الطاقة.
س3: ما الذي يراقبه نظام إدارة البطارية (BMS) في بطارية الجهد العالي؟
ج: يقوم بمراقبة الجهد والتيار ودرجة الحرارة وحالة الشحن وحالة النظام. كما يقوم بموازنة الخلايا، والتحكم في أجهزة الحماية، وتسجيل الأعطال، والتواصل مع وحدات التحكم الأخرى في النظام.
س4: كم مرة يجب فحص نظام البطاريات التجاري؟
أ: ينبغي مراجعة البيانات عن بُعد باستمرار، بينما يجب أن تتبع عمليات الفحص الميداني مستوى المخاطر في الموقع وخطة الصيانة. تتطلب الإنذارات المتكررة، أو الحرارة غير الطبيعية، أو عدم توازن الجهد، أو التسرب، أو تلف الأختام، اتخاذ إجراء فوري.
س5: هل يمكن تركيب أنظمة تخزين الجهد العالي في الهواء الطلق؟
ج: نعم، عندما تتناسب متطلبات الغلاف والتبريد والعزل والحماية من التآكل والصرف والتهوية وأنظمة مكافحة الحرائق ونطاق درجة حرارة التشغيل مع الموقع. تستطيع شركة وون فولت مطابقة هذه العوامل من خلال هندسة خاصة بكل مشروع.