محطة توليد الطاقة لتخزين الطاقة
#ما هي محطة تخزين الطاقة؟
محطة توليد الطاقة بتخزين الطاقة هي منشأة منهجية تُمكّن من تخزين الطاقة وتحويلها وإطلاقها. وتتمثل وظيفتها الأساسية في حل مشكلة عدم التوافق بين توليد الطاقة واستهلاكها من حيث الزمان والمكان والطاقة في نظام الطاقة، مما يُحسّن استقراره واقتصاده واستدامته. وهي بمثابة بنك الطاقة في نظام الطاقة، حيث تُخزّن الكهرباء عند توفرها وتُطلقها عند نقصها أو ذروة الطلب. وهي تُعدّ حلقة وصل رئيسية تربط مختلف مصادر الطاقة وشبكاتها ومستخدميها في نظام الطاقة الحديث.
##1、 المكونات الأساسية لمحطة تخزين الطاقة
محطات تخزين الطاقة ليست جهازًا واحدًا، بل هي مشروع معقد يتضمن أنظمة فرعية متعددة تعمل معًا، بما في ذلك المكونات الأساسية التالية بشكل أساسي:
نظام تخزين الطاقة مسؤول عن تخزين الطاقة الكهربائية، وهو بمثابة حاوية طاقة لمحطة الطاقة. تشمل تقنيات تخزين الطاقة الشائعة تخزين طاقة بطاريات أيون الليثيوم، وبطاريات الرصاص الحمضية، والتخزين بالضخ، وتخزين طاقة دولاب الموازنة، وتخزين طاقة الهواء المضغوط، وتخزين طاقة بطاريات التدفق، وغيرها. وتختلف مبادئ تخزين الطاقة وسعاتها وأعمارها اختلافًا كبيرًا باختلاف التقنيات.
نظام تحويل الطاقة (أجهزة الكمبيوتر الشخصية): يُحوّل الطاقة الكهربائية من تيار متردد إلى تيار مستمر، ويعمل بمثابة جسر بين أنظمة تخزين الطاقة وشبكة الكهرباء. يُحوّل طاقة التيار المتردد من شبكة الكهرباء إلى تيار مستمر أثناء الشحن ويُخزّنها، ويُحوّل طاقة التيار المستمر إلى تيار متردد أثناء التفريغ ويُوصلها إلى شبكة الكهرباء.
نظام التحكم: مسؤول عن جدولة تشغيل محطة الطاقة ومراقبتها، وهو نظام مماثل لـ "brain". من خلال مراقبة البيانات اللحظية، مثل أحمال الشبكة وناتج الطاقة، يتم التحكم تلقائيًا في استراتيجيات الشحن والتفريغ لنظام تخزين الطاقة لضمان تشغيل فعال وآمن لمحطة الطاقة.
-* *نظام مساعد* *: بما في ذلك نظام التبريد (الحفاظ على درجة حرارة ثابتة لمعدات تخزين الطاقة)، ونظام الحماية من الحرائق (منع المخاطر الأمنية للبطاريات والمعدات الأخرى)، ونظام إدارة بطارية تخزين الطاقة (نظام إدارة البطاريات، مراقبة حالة البطارية)، إلخ.
##2、 الوظائف الرئيسية لمحطات تخزين الطاقة
1. * * تثبيت تقلبات الطاقة**
بالنسبة لتوليد الطاقة الجديدة، مثل طاقة الرياح والخلايا الكهروضوئية، يتأثر إنتاجها بشكل كبير بالطقس (مثل قوة طاقة الرياح ليلاً وضعفت نهاراً، وقوة الخلايا الكهروضوئية نهاراً وغيابها ليلاً)، مع تقلبات كبيرة وتقطعات. تستطيع محطات تخزين الطاقة تخزين الطاقة الكهربائية عند وجود فائض من إنتاج الطاقة الجديدة، وإطلاقها عند نقص الإنتاج، مما يُخفف من تأثيره على شبكة الكهرباء.
2. حلاقة الذروة وملء الوادي**
يختلف الطلب على الكهرباء في نظام الطاقة بين ذروة الذروة وواديها (مثل تركيز الكهرباء الصناعية والسكنية خلال النهار كذروة، وانخفاض استهلاك الكهرباء ليلاً كوادي). تشحن محطات تخزين الطاقة الكهرباء خلال فترات الذروة المنخفضة (أسعار الكهرباء منخفضة) وتفرغها خلال فترات الذروة المرتفعة (أسعار الكهرباء مرتفعة)، مما لا يقلل تكاليف الكهرباء على المستخدمين فحسب، بل يخفف أيضاً من ضغط ذروة الطاقة في شبكة الكهرباء.
3. * * توفير مصدر طاقة احتياطي**
في حالة انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ في شبكة الطاقة، يمكن لمحطات تخزين الطاقة الاستجابة بسرعة (بالمللي ثانية أو ثوانٍ) والعمل كمصدر طاقة طارئة لتزويد الأحمال المهمة مثل المستشفيات ومراكز البيانات بالطاقة، مما يضمن إمدادًا مستمرًا بالطاقة.
4. * * تحسين استقرار شبكة الطاقة**
من خلال ضبط الجهد والتردد لشبكة الطاقة بسرعة من خلال الشحن والتفريغ، يتم الحفاظ على معلمات التشغيل المستقرة لشبكة الطاقة، وهي مناسبة بشكل خاص للمناطق النائية أو سيناريوهات شبكة الطاقة الضعيفة.
3. أهمية تطوير محطات توليد الطاقة لتخزين الطاقة
في إطار تعزيز أهداف الكربون المزدوج (ذروة انبعاثات الكربون والحياد الكربوني)، يُسرّع هيكل الطاقة العالمي من وتيرة انتقاله إلى مصادر الطاقة الجديدة، وأصبحت محطات تخزين الطاقة تقنيةً داعمةً رئيسيةً لحل مشكلة استهلاك الطاقة الجديدة وتطوير شبكة الكهرباء. فهي لا تُحسّن كفاءة استخدام الطاقة وتُخفّض تكاليف نظام الطاقة فحسب، بل تُعزز أيضًا تحوّل نظام الطاقة من الطاقة الأحفورية كركيزة أساسية إلى الطاقة الجديدة كركيزة أساسية، مما يُسهم في تحقيق تنمية خضراء ومنخفضة الكربون.
مع التقدم التكنولوجي (مثل خفض تكاليف البطاريات وتحسين الكفاءة) ودعم السياسات، تتوسع سيناريوهات تطبيق محطات تخزين الطاقة من جانب الشبكة وجانب مصدر الطاقة إلى جانب المستخدم (مثل المتنزهات الصناعية والتجارية وتخزين الطاقة المنزلية)، وسوف تلعب دورًا أكثر مركزية في نظام الطاقة الجديد في المستقبل.
محطة توليد الطاقة بتخزين الطاقة هي منشأة منهجية تُمكّن من تخزين الطاقة وتحويلها وإطلاقها. وتتمثل وظيفتها الأساسية في حل مشكلة عدم التوافق بين توليد الطاقة واستهلاكها من حيث الزمان والمكان والطاقة في نظام الطاقة، مما يُحسّن استقراره واقتصاده واستدامته. وهي بمثابة بنك الطاقة في نظام الطاقة، حيث تُخزّن الكهرباء عند توفرها وتُطلقها عند نقصها أو ذروة الطلب. وهي تُعدّ حلقة وصل رئيسية تربط مختلف مصادر الطاقة وشبكاتها ومستخدميها في نظام الطاقة الحديث.
##1、 المكونات الأساسية لمحطة تخزين الطاقة
محطات تخزين الطاقة ليست جهازًا واحدًا، بل هي مشروع معقد يتضمن أنظمة فرعية متعددة تعمل معًا، بما في ذلك المكونات الأساسية التالية بشكل أساسي:
نظام تخزين الطاقة مسؤول عن تخزين الطاقة الكهربائية، وهو بمثابة حاوية طاقة لمحطة الطاقة. تشمل تقنيات تخزين الطاقة الشائعة تخزين طاقة بطاريات أيون الليثيوم، وبطاريات الرصاص الحمضية، والتخزين بالضخ، وتخزين طاقة دولاب الموازنة، وتخزين طاقة الهواء المضغوط، وتخزين طاقة بطاريات التدفق، وغيرها. وتختلف مبادئ تخزين الطاقة وسعاتها وأعمارها اختلافًا كبيرًا باختلاف التقنيات.
نظام تحويل الطاقة (أجهزة الكمبيوتر الشخصية): يُحوّل الطاقة الكهربائية من تيار متردد إلى تيار مستمر، ويعمل بمثابة جسر بين أنظمة تخزين الطاقة وشبكة الكهرباء. يُحوّل طاقة التيار المتردد من شبكة الكهرباء إلى تيار مستمر أثناء الشحن ويُخزّنها، ويُحوّل طاقة التيار المستمر إلى تيار متردد أثناء التفريغ ويُوصلها إلى شبكة الكهرباء.
نظام التحكم: مسؤول عن جدولة تشغيل محطة الطاقة ومراقبتها، وهو نظام مماثل لـ "brain". من خلال مراقبة البيانات اللحظية، مثل أحمال الشبكة وناتج الطاقة، يتم التحكم تلقائيًا في استراتيجيات الشحن والتفريغ لنظام تخزين الطاقة لضمان تشغيل فعال وآمن لمحطة الطاقة.
-* *نظام مساعد* *: بما في ذلك نظام التبريد (الحفاظ على درجة حرارة ثابتة لمعدات تخزين الطاقة)، ونظام الحماية من الحرائق (منع المخاطر الأمنية للبطاريات والمعدات الأخرى)، ونظام إدارة بطارية تخزين الطاقة (نظام إدارة البطاريات، مراقبة حالة البطارية)، إلخ.
##2、 الوظائف الرئيسية لمحطات تخزين الطاقة
1. * * تثبيت تقلبات الطاقة**
بالنسبة لتوليد الطاقة الجديدة، مثل طاقة الرياح والخلايا الكهروضوئية، يتأثر إنتاجها بشكل كبير بالطقس (مثل قوة طاقة الرياح ليلاً وضعفت نهاراً، وقوة الخلايا الكهروضوئية نهاراً وغيابها ليلاً)، مع تقلبات كبيرة وتقطعات. تستطيع محطات تخزين الطاقة تخزين الطاقة الكهربائية عند وجود فائض من إنتاج الطاقة الجديدة، وإطلاقها عند نقص الإنتاج، مما يُخفف من تأثيره على شبكة الكهرباء.
2. حلاقة الذروة وملء الوادي**
يختلف الطلب على الكهرباء في نظام الطاقة بين ذروة الذروة وواديها (مثل تركيز الكهرباء الصناعية والسكنية خلال النهار كذروة، وانخفاض استهلاك الكهرباء ليلاً كوادي). تشحن محطات تخزين الطاقة الكهرباء خلال فترات الذروة المنخفضة (أسعار الكهرباء منخفضة) وتفرغها خلال فترات الذروة المرتفعة (أسعار الكهرباء مرتفعة)، مما لا يقلل تكاليف الكهرباء على المستخدمين فحسب، بل يخفف أيضاً من ضغط ذروة الطاقة في شبكة الكهرباء.
3. * * توفير مصدر طاقة احتياطي**
في حالة انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ في شبكة الطاقة، يمكن لمحطات تخزين الطاقة الاستجابة بسرعة (بالمللي ثانية أو ثوانٍ) والعمل كمصدر طاقة طارئة لتزويد الأحمال المهمة مثل المستشفيات ومراكز البيانات بالطاقة، مما يضمن إمدادًا مستمرًا بالطاقة.
4. * * تحسين استقرار شبكة الطاقة**
من خلال ضبط الجهد والتردد لشبكة الطاقة بسرعة من خلال الشحن والتفريغ، يتم الحفاظ على معلمات التشغيل المستقرة لشبكة الطاقة، وهي مناسبة بشكل خاص للمناطق النائية أو سيناريوهات شبكة الطاقة الضعيفة.
3. أهمية تطوير محطات توليد الطاقة لتخزين الطاقة
في إطار تعزيز أهداف الكربون المزدوج (ذروة انبعاثات الكربون والحياد الكربوني)، يُسرّع هيكل الطاقة العالمي من وتيرة انتقاله إلى مصادر الطاقة الجديدة، وأصبحت محطات تخزين الطاقة تقنيةً داعمةً رئيسيةً لحل مشكلة استهلاك الطاقة الجديدة وتطوير شبكة الكهرباء. فهي لا تُحسّن كفاءة استخدام الطاقة وتُخفّض تكاليف نظام الطاقة فحسب، بل تُعزز أيضًا تحوّل نظام الطاقة من الطاقة الأحفورية كركيزة أساسية إلى الطاقة الجديدة كركيزة أساسية، مما يُسهم في تحقيق تنمية خضراء ومنخفضة الكربون.
مع التقدم التكنولوجي (مثل خفض تكاليف البطاريات وتحسين الكفاءة) ودعم السياسات، تتوسع سيناريوهات تطبيق محطات تخزين الطاقة من جانب الشبكة وجانب مصدر الطاقة إلى جانب المستخدم (مثل المتنزهات الصناعية والتجارية وتخزين الطاقة المنزلية)، وسوف تلعب دورًا أكثر مركزية في نظام الطاقة الجديد في المستقبل.