ما هو نظام ess

نظام ESS هو اختصار لـ Energy Storage System (نظام تخزين الطاقة)، وهو نظام لتخزين الطاقة. يمكنه تخزين الطاقة عندما تكون هناك طاقة زائدة وإطلاقها عند الحاجة إليها. فيما يلي شرح مفصل لما هو نظام ESS:

1. التعريف والمفهوم الأساسي

نظام تخزين الطاقة (ESS) هو تقنية تمكن من التقاط وتخزين الطاقة لاستخدامها لاحقًا. وهو يعمل كحاجز بين توليد الطاقة واستهلاكها، مما يسمح باستخدام أكثر كفاءة ومرونة لموارد الطاقة. يمكن أن تكون الطاقة المخزنة في أشكال مختلفة مثل الطاقة الكهربائية أو الكيميائية أو الميكانيكية أو الحرارية.

2. مكونات نظام إدارة الطاقة

• بنك البطاريات : في العديد من أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية، وخاصة تلك المستخدمة لتخزين الطاقة الكهربائية، تشكل البطاريات مكونًا أساسيًا. تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون بشكل شائع بسبب كثافتها العالية من الطاقة وعمرها الطويل نسبيًا. على سبيل المثال، في نظام تخزين الطاقة المنزلية الذي يعمل بالطاقة الشمسية، تخزن بطاريات الليثيوم أيون الكهرباء المولدة بواسطة الألواح الشمسية أثناء النهار لاستخدامها في الليل.

• نظام تحويل الطاقة (PCS) : هذا المكون مسؤول عن تحويل الطاقة المخزنة من شكلها الأصلي (على سبيل المثال، التيار المستمر (DC) في حالة البطاريات) إلى شكل قابل للاستخدام، مثل التيار المتناوب (AC) الذي يمكن تغذيته إلى الشبكة الكهربائية أو استخدامه لتشغيل الأجهزة الكهربائية. يتحكم نظام تحويل الطاقة أيضًا في عمليات الشحن والتفريغ لنظام تخزين الطاقة لضمان تشغيله بشكل آمن وفعال.

• نظام التحكم : يراقب نظام التحكم ويدير التشغيل الإجمالي لنظام تخزين الطاقة. ويحدد متى يتم شحن وتفريغ تخزين الطاقة بناءً على عوامل مثل توفر توليد الطاقة (على سبيل المثال، من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح)، والطلب على الطاقة، وحالة شحن وسيط تخزين الطاقة. على سبيل المثال، في نظام تخزين الطاقة المتصل بالشبكة، قد يعطي نظام التحكم الأولوية لتفريغ الطاقة خلال فترات الذروة من الطلب لتقليل الضغط على الشبكة.

3. أنواع تقنيات تخزين الطاقة

• التخزين الكهروكيميائي :

  • البطاريات : كما ذكرنا سابقًا، تعد بطاريات الليثيوم أيون شائعة الاستخدام. وهناك أيضًا مركبات كيميائية أخرى للبطاريات مثل بطاريات الرصاص الحمضية (وهي أكثر تقليدية وأقل كثافة في استخدام الطاقة ولكنها تستخدم أحيانًا في التطبيقات حيث تكون التكلفة عاملًا رئيسيًا)، والتقنيات الناشئة مثل بطاريات أيون الصوديوم.

  • بطاريات التدفق : في بطارية التدفق، يتم تخزين الطاقة في إلكتروليتات سائلة موجودة في خزانات خارجية. يتم ضخ الإلكتروليتات عبر مجموعة خلايا حيث تحدث التفاعلات الكهروكيميائية. إحدى مزايا بطاريات التدفق هي أنه يمكن زيادة السعة بسهولة عن طريق زيادة حجم خزانات الإلكتروليت.

• التخزين الميكانيكي :

  • عجلات الموازنة : يخزن نظام تخزين طاقة عجلات الموازنة الطاقة في كتلة دوارة. وعندما تضاف الطاقة إلى النظام، تدور عجلات الموازنة بشكل أسرع، وعندما تكون هناك حاجة إلى الطاقة، يتم تحويل الطاقة الحركية لعجلة الموازنة الدوارة مرة أخرى إلى طاقة كهربائية. يمكن لعجلات الموازنة توفير خرج طاقة عالي جدًا في فترة قصيرة وغالبًا ما تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب إطلاقًا سريعًا للطاقة، كما هو الحال في بعض العمليات الصناعية أو لدعم شبكة الطاقة أثناء تقلبات الطاقة قصيرة المدى.

  • تخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES) : في نظام CAES، يتم ضغط الهواء وتخزينه تحت ضغط مرتفع. وعندما تكون هناك حاجة إلى الطاقة، يتم إطلاق الهواء المضغوط من خلال توربين لتوليد الكهرباء. تستخدم بعض أنظمة CAES كهوفًا تحت الأرض لتخزين الهواء المضغوط، والاستفادة من حجم التخزين الكبير المتاح.

• التخزين الحراري :

  • التخزين الحراري الحسي : يتضمن ذلك تخزين الطاقة في مادة ما عن طريق تغيير درجة حرارتها. على سبيل المثال، في محطة الطاقة الحرارية الشمسية، يمكن استخدام الأملاح المنصهرة لتخزين الحرارة المجمعة من الشمس. ومن ثم يمكن استخدام الأملاح المنصهرة الساخنة لتوليد البخار وتشغيل توربين لإنتاج الكهرباء حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة.

  • تخزين الحرارة الكامنة : هنا يتم تخزين الطاقة أثناء عملية تغير الطور للمادة. على سبيل المثال، تستخدم بعض الأنظمة مواد تغير الطور مثل شمع البارافين. عندما يذوب الشمع، فإنه يمتص كمية كبيرة من الحرارة، وعندما يتصلب، فإنه يطلق الحرارة المخزنة.

4. تطبيقات ESS

• تكامل الطاقة المتجددة : تلعب أنظمة تخزين الطاقة دورًا حاسمًا في دمج مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح في شبكة الطاقة. غالبًا ما يكون توليد الطاقة المتجددة متقطعًا (على سبيل المثال، تعتمد الطاقة الشمسية على توفر ضوء الشمس، وتعتمد طاقة الرياح على سرعة الرياح). يمكن لنظام تخزين الطاقة تخزين الطاقة الزائدة المولدة خلال أوقات الذروة وإطلاقها عندما لا ينتج مصدر الطاقة المتجددة، مما يضمن إمدادًا أكثر استقرارًا واستمرارية للطاقة.

• تقليل أوقات الذروة وإدارة الأحمال : في البيئات التجارية والصناعية، غالبًا ما تكون تكاليف الكهرباء أعلى خلال فترات ذروة الطلب. يمكن استخدام نظام تقليل أوقات الذروة لتقليل أحمال الذروة عن طريق تفريغ الطاقة المخزنة خلال هذه الأوقات، وبالتالي تقليل تكلفة الكهرباء الإجمالية. على سبيل المثال، قد يستخدم مصنع كبير نظام تقليل أوقات الذروة لتجنب رسوم الطلب المرتفعة من شركة المرافق.

• الطاقة الاحتياطية : يمكن لأنظمة تخزين الطاقة المنزلية توفير الطاقة الاحتياطية في حالة انقطاع التيار الكهربائي. على سبيل المثال، في مركز البيانات، يمكن لأنظمة تخزين الطاقة المنزلية ضمان استمرار تشغيل الخوادم والمعدات المهمة أثناء فشل الشبكة حتى يتمكن مولد احتياطي من بدء التشغيل. في التطبيقات السكنية، يمكن لنظام تخزين الطاقة المنزلية إبقاء الأجهزة الأساسية قيد التشغيل أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

5. الفوائد والتحديات

• فوائد :

  • كفاءة الطاقة المحسنة : من خلال تخزين وإعادة استخدام الطاقة، يمكن لأنظمة تخزين الطاقة تقليل هدر الطاقة وتحسين استخدام موارد الطاقة المتاحة.

  • استقرار الشبكة : تساهم في استقرار الشبكة الكهربائية من خلال تخفيف تقلبات الطاقة وتقليل تأثير مصادر الطاقة المتقطعة.

  • الاستقلال في مجال الطاقة : في بعض الحالات، كما هو الحال في التطبيقات خارج الشبكة أو مع أنظمة تخزين الطاقة المنزلية، يمكن للمستخدمين أن يصبحوا أكثر استقلالية عن الشبكة ويكون لديهم المزيد من التحكم في إمدادات الطاقة الخاصة بهم.

• التحديات :

  • التكلفة : قد تكون تكلفة الاستثمار الأولية لنظام تخزين الطاقة ، وخاصة تلك القائمة على تقنيات البطاريات المتقدمة، مرتفعة. وتتضمن التكلفة تكلفة وسيلة تخزين الطاقة ونظام تحويل الطاقة والتركيب.

  • العمر الافتراضي والتدهور : تتمتع البطاريات ووسائل تخزين الطاقة الأخرى بعمر افتراضي محدود ويمكن أن تتدهور بمرور الوقت، مما يقلل من قدرتها على تخزين الطاقة وأدائها. إن فهم وإدارة هذا التدهور يشكل تحديًا للتشغيل الطويل الأجل لأنظمة تخزين الطاقة.

  • المخاوف المتعلقة بالسلامة : تحمل بعض تقنيات تخزين الطاقة، مثل بعض مواد البطاريات الكيميائية، مخاطر تتعلق بالسلامة مثل احتمالية ارتفاع درجة الحرارة والحرائق. إن ضمان سلامة نظام تخزين الطاقة أثناء التشغيل والتخزين يعد جانبًا بالغ الأهمية.