في ظل أزمة المناخ العالمية ، أصبح استبدال الوقود الأحفوري بالطاقة النظيفة هو الطريق الأساسي للإنسانية لتحقيق أهداف حياد الكربون. ومع ذلك ، مع الزيادة المستمرة في نسبة الطاقة غير المستقرة للرياح والطاقة الشمسية المتصلة بشبكة الطاقة ، فإنها تشكل تحديات هائلة في التشغيل المستقر لشبكة الطاقة. تقنية تخزين الطاقة تحل مشكلة عدم التوازن المكاني والزماني في طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، وتضمن التشغيل الآمن والمستقر لشبكة الطاقة ، ويشكل نوعًا جديدًا من نظام الطاقة مع التركيب الأساسي "لتخزين شبكة المصدر" ، ليصبح دعمًا مهمًا للبشرية لتحقيق حلول الطاقة المستدامة.
بالنظر إلى صناعة تخزين الطاقة في عام 2025 ، فإن الظهور المستمر لحلول تكامل النظام هو السمة الرئيسية التي تعمل من جانب كل من جانب المستخدم وجانب الشبكة المصدر. كيفية دمج المكونات الرئيسية مثل حزم البطاريات ، ومحولات تخزين الطاقة (PCS) ، وأنظمة إدارة البطاريات (BMS) ، وأنظمة إدارة الطاقة (EMS) من خلال حلول فعالة لزيادة اقتصاد النظام والسلامة المبدأ الأول لتطوير الصناعة. وضع شكل المنتج المعقد لتخزين الطاقة جنبًا إلى جنب مع أوضاع التطبيق المعقدة الأساس لثورة تكنولوجيا التكامل. لذا ، فإن السؤال هو ، ما نوع مسار التكامل الذي يجب اختياره لسيناريوهات التطبيق المختلفة الآن؟ أين ستذهب خريطة الطريق التكنولوجية المستقبلية؟
1. تكامل تخزين الطاقة من الجيل الأول: الحل المركزي
يعد تخزين الطاقة المركزي هو طريق التكامل السائد للجيل الأول في الصناعة ، والذي يربط مجموعات بطارية متعددة بالتوازي على جانب DC ، ويشكل حاوية بطارية مع BMS ، ونظام التحكم في درجة الحرارة ، ونظام الحماية التلقائي للحريق ، وجهاز توزيع AC/DC. في الوقت نفسه ، في قسم المحول والزيادة ، يتم دمج أجهزة الكمبيوتر والمحول في حاوية طاقة ، ويتم توصيل الحاوين بواسطة كبل DC.
نظرًا لمزايا منخفضة التكلفة وعتبة تكنولوجية منخفضة ، فقد احتلت بسرعة سوق تخزين الطاقة وأصبحت الجيل الأول مسار تكامل تخزين الطاقة السائد ، مما يستهدف بشكل أساسي محطات طاقة تخزين الطاقة على نطاق واسع على جانب الشبكة المصدر.
ومع ذلك ، بعد عدد كبير من العمليات المتصلة بالشبكة ، تواجه الحلول المركزية أيضًا العديد من المشكلات. نحن بحاجة إلى تعزيز مفهوم هنا ، تكلفة الكهرباء ذات دورة الحياة الكاملة ، والتي تتأثر بعاملين أساسيين: تكلفة استثمار دورة الحياة الكاملة وقدرة إنتاجية الكهرباء على دورة الحياة الكاملة. أكبر مشكلة في الحلول المركزية هي عدم القدرة على تحقيق قدرة إنتاجية طاقة دورة الحياة الأمثل.
بعد التوصيل الموازي للبطاريات على جانب العاصمة ، نظرًا للاختلافات في الأداء الكهربائي بين البطاريات المختلفة ، قد لا يتم شحن أو تفريغ كل بطارية بالكامل ، مما قد يتسبب أيضًا في حدوث مشاكل خطيرة في الدورة الدموية. من أجل تجنب مشكلات سلامة النظام الناتجة عن التداول ، سيتم حجز هامش بنسبة 10 ٪ أثناء الشحن والتفريغ ، مما يقلل من عمق التخزين والتفريغ. فيما يتعلق بتصميم تبديد الحرارة ، تستخدم الحاويات عادة 1-2 مكيفات الهواء المركزية وتتطلب قنوات هواء أطول ، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة التبريد واختلافات كبيرة في درجة الحرارة داخل الحاوية. هذا يؤدي إلى تفاقم عدم تناسق خلايا البطارية ويقلل من عدد دورات النظام. بالنسبة لعملية التحويل ، هناك العديد من مجموعات البطاريات المتصلة بأجهزة الكمبيوتر الشخصية ، وبمجرد حدوث خطأ ، يكون فقدان السعة كبيرًا ، مما يؤثر على كفاءة النظام. يعني انخفاض قدرة إنتاجية طاقة دورة الحياة الكاملة أن الحلول المركزية يمكن أن تحافظ فقط على كفاءة اقتصادية جيدة من خلال تخفيض التكاليف. ومع ذلك ، فإن تخفيض التكاليف يجلب أيضًا المزيد من مشكلات السلامة. حتى الآن ، اعتمدت معظم محطات تخزين الطاقة التي واجهت مشاكل السلامة أيضًا حلولًا مركزية. في الوقت نفسه ، من منظور التشغيل والصيانة ، تحتل وحدات المقصورة المسبقة الجاهزة مساحة كبيرة ، وتضع مرونة سيئة ، ولا تدعم خلط البطاريات الجديدة والقديمة ، وتواجه صعوبة في تجديد الطاقة. ستصبح هذه المشكلات واضحة تدريجياً في عملية التشغيل اللاحقة.
في هذه المرحلة ، لا تزال صناعة تخزين الطاقة تتابع تكلفة الاستثمار المثلى ، كما أن تخفيض التكلفة هو العامل الأساسي للنظر الفني. الأسباب الكامنة وراء ذلك ذات شقين: أولاً ، نموذج الربح غير الواضح لتخزين الطاقة ، وثانياً ، حقيقة أن معظم المشاريع عبارة عن توزيع وتخزين للطاقة جديد ، ويهدف العديد من محطات الطاقة إلى تحقيق الأهداف المقابلة.
2. تكامل تخزين الطاقة من الجيل الثاني: الحل الموزع
السبب الأساسي لسعة إنتاجية منخفضة الطاقة طوال دورة حياة الحلول المركزية هو في الواقع عدم تناسق خلايا البطارية. إذا لم يتم التحكم في كل حزمة بطارية بدقة ، فسوف يؤدي ذلك حتماً إلى انخفاض في عمق التخزين ، وكفاءة النظام ، وعمر البطارية.
لحل هذه المشكلة ، فكر الجميع في توصيل محسن الطاقة بكل وحدة بطارية
يتم توصيل مجموعة البطارية بحافلة DC من خلال مُحسّن الطاقة هذا (DC/DC) ، ثم توصيله بالشبكة من خلال أجهزة الكمبيوتر ، وهو حل موزع. من مركزية إلى توزيعها ، يمكن للنظام بأكمله التحكم بدقة في قوة كل مجموعة بطارية ، وحل مشاكل الشحن غير الكافي ، والتفريغ غير المكتمل ، وتوزيع التيار الناجم عن اتصال متوازي على جانب العاصمة ، مما يؤدي إلى تحسين عمق التخزين والتفريغ بشكل كبير ، وضمان عمر البطارية. ومع ذلك ، نظرًا لإضافة وحدات DC/DC ، زادت تكاليف المعدات ، وقد خفضت العزف على مرحلتين من DC/DC و PCS كفاءة دورة النظام وزيادة وقت تصحيح توصيل الشبكة.
على مستوى التكامل المادي ، لا يزال الحل الموزع يتبنى تخطيط الحاويات ، والذي لا يمكنه تحقيق تخطيط معدات مرنة ، وعزل السلامة في القسم ، وعدد كبير من البطاريات المتصلة بأجهزة الكمبيوتر الشخصية ، ومشكلة فقدان السعة الكبيرة بعد الفشل لم يتم حلها.
مع ظهور الحلول الموزعة ، تحول الناس من مجرد متابعة تكاليف الاستثمار المثلى إلى متابعة تكاليف الكهرباء المثلى لكل كيلووات في الساعة. أصبحت سعة إنتاجية طاقة دورة الحياة الكاملة ذات أهمية متزايدة ، وقد قام التوضيح التدريجي لنماذج ربح تخزين الطاقة أيضًا بترقية الطلب على الصناعة من "إكمال أهداف التوزيع والتخزين" إلى "كيفية تحقيق الأرباح من خلال محطات طاقة تخزين الطاقة".
3. تكامل تخزين الطاقة من الجيل الثالث: الحل الموزع
سواء كان حلًا مركزيًا أو موزعة ، فإن جوهره هو استخدام التقارب المتوازي على جانب DC ثم يتم عكسه عبر أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، مما يجعل الحاوية نموذجًا فعليًا ضروريًا. ومع ذلك ، لم يتمكن أبدًا من حل مشاكل كفاءة النظام المنخفضة وارتفاع تكلفة الكهرباء طوال دورة الحياة بأكملها. من ناحية أخرى ، مع الزيادة المستمرة في الفرق بين السعر بين الكهرباء الصناعية والتجارية والزيادة السريعة في المنشآت الكهروضوئية الموزعة ، بدأ عدد كبير من متطلبات جانب المستخدم في الظهور. في هذا الوقت ، هناك نقطة ألم في عدم التوافق بين الشكل المادي للحاويات والتضاريس المعقدة للنباتات الصناعية والتجارية. في الوقت نفسه ، لا يمكن لسعة بطاريات الحاويات ، والتي يمكن أن تصل بسهولة إلى عدة ميغاواط ، مطابقة حمولة الكهرباء للمستخدمين. نحتاج إلى حل أكثر مرونة في تكامل تخزين الطاقة لمعالجة نقاط ألم أنظمة تخزين الطاقة جانب المستخدم.
أصبحت الخزانة الصغيرة الشكل المادي لحل تكامل تخزين الطاقة من الجيل الثالث
على أساس خزانة صغيرة ، إذا كان الاتصال المتوازي جانب العاصمة لا يزال يستخدم ، فلا يزال هناك حاجة إلى خزانة أجهزة الكمبيوتر الكبيرة لإكمال عمل العاكس ، والذي يتضمن مشكلتين. أحدهما هو أن أجهزة الكمبيوتر ذات السعة العالية تشغل مساحة كبيرة ولديها متطلبات عالية لموقع المستخدمين ، والتي لا تزال غير مناسبة للعديد من السيناريوهات ؛ النقطة الثانية هي أنه في القطاع الصناعي والتجاري ، مع التغييرات المستمرة في حمل الكهرباء المستخدم ، من الضروري تحسين مرونة عمليات تجديد الطاقة وتوسيعها. من الصعب الحفاظ على أجهزة الكمبيوتر الشخصية ذات السعة الكبيرة كفاءة النظام بعد تجديد الطاقة وتوسيعها ، ولا يمكنها تلبية احتياجات المستخدمين من حيث المرونة.
أصبح تنظيم المنتج هو المفهوم الأساسي لحل تكامل تخزين الطاقة من الجيل الثالث
لذلك ، اقترح بعض الشركات المصنعة استخدام مجموعات بطارية متكاملة للغاية ، وأجهزة الكمبيوتر ، و BMS ، وأنظمة حماية الحرائق التحكم في درجة الحرارة لإنشاء خزائن صغيرة متكاملة ، مما يجعل المنتجات منهجية. باستخدام خزائن صغيرة ، لا يمكن التغلب على قيود سيناريوهات التطبيق فحسب ، بل يمكن أيضًا تحقيق التوسع المرن ، مما يحل مشكلة تجديد الطاقة. يتم التحكم في كل خزانة صغيرة بواسطة BMS وأجهزة الكمبيوتر المستقلة ، ويمكن أن يصل عمق التخزين إلى 100 ٪. إن تنسيق الارتفاع بين أجهزة الكمبيوتر الشخصية ومجموعات البطارية قد اخترق أيضًا ارتفاعات جديدة في كفاءة النظام.
تحتوي الحلول الموزعة أيضًا على اختراقات كبيرة في أمان ، حيث أن التصميم المادي للخزانات الصغيرة والزيادة في دقة التحكم ، يمكّن النظام من تحديد موقع البطاريات الإشكالية بسرعة ودقة في حالة وجود مخاطر السلامة. في الوقت نفسه ، يتم التحكم في خطر الهرب الحراري أيضًا داخل خزانة واحدة. طالما تم تحسين مقاومة الحريق والانفجار في مجلس الوزراء ، يمكن تقليل منطقة التأثير بشكل فعال ، مما يتيح لرجال الإطفاء وقتًا كافيًا للتعامل مع مشهد الإطفاء. كانت الطاقة المفردة أول من اقترح حلول موزعة وأصبحت الآن حيدًا متصاعدًا في هذه الصناعة. اعتمدت العديد من الشركات المصنعة أيضًا حلول تكامل موزعة للمنتجات الجديدة على جانب المستخدم.
مع ظهور حلول متكاملة من الجيل الثالث ، لا تستخدم أنظمة تخزين الطاقة الموزعة على نطاق واسع على جانب المستخدم فحسب ، بل تستخدم أيضًا بشكل متكرر في مشاريع شبكة المصدر على نطاق واسع. إن الزيادة في سعة تخزين وتفريغ دورة الحياة الكاملة ، والسلامة ، والراحة التشغيلية التي جلبتها الحلول الموزعة جعلت المزيد والمزيد من المالكين ومعاهد التصميم على استعداد لتبني هذا النموذج الجديد. على الرغم من أنه قد يجلب بعض الزيادات الأولي للاستثمار ، إلا أن فوائد دورة الحياة الكاملة لا تزال أفضل من حلول الحاويات. أخذ منطقة Ningxia ذاتية الحكم ، التي تتمتع بأعلى زيادة في تخزين الطاقة الجديد على جانب شبكة المصدر في عام 2024 ، على سبيل المثال ، شهدنا تقرير تخزين الطاقة الشهري الذي تم إصداره بواسطة Ningxia Power Grid وزارنا العديد من محطات الطاقة المحلية لتخزين الطاقة مع المؤسسات. تقع ساعات الاستخدام الشاملة لمحطات الطاقة التي تستخدم الحلول الموزعة في الوضع الرئيسي في الشهر الحالي ، ومتوسط كفاءة التحويل الجانبية AC أكثر من 90 ٪. وفقًا لتعليقات الموظفين في الموقع ، EPC ، والمالك ، بسبب استخدام نظام موزع ، أصبحت المراقبة أكثر دقة وتحسين الأمان. في الواقع ، لا يُطلب من الموظفين في الموقع أن يكونوا في الخدمة في محطة توليد الكهرباء ، وتحقيق عملية وصيانة شاملة عبر الإنترنت.
