تم تنفيذ هذا المشروع في جنوب أفريقيا لتلبية احتياجات الطاقة الاحتياطية وإدارة الأحمال وترشيد استهلاك الطاقة لعميل تجاري وصناعي محلي. يتكون النظام من خزانتين لتخزين الطاقة مبردة بالهواء، سعة كل منهما 125 كيلوواط/241 كيلوواط ساعة، مما يوفر طاقة إجمالية مصنفة تبلغ 250 كيلوواط وسعة تخزين طاقة إجمالية تبلغ 482 كيلوواط ساعة.

يدعم النظام التشغيل المتوازي متعدد الوحدات، مما يسمح بإضافة خزائن تخزين طاقة إضافية وفقًا لنمو الأحمال المستقبلية وتغير متطلبات الكهرباء.

في بعض مناطق جنوب أفريقيا، قد يؤدي محدودية سعة الشبكة الكهربائية، وانقطاع التيار الكهربائي، وتقلبات الجهد إلى تعطيل الإنتاج، وتشغيل المعدات، والأنشطة التجارية الاعتيادية. وتتضمن حلول مولدات الديزل التقليدية تكاليف وقود وصيانة مرتفعة، فضلاً عن الضوضاء والانبعاثات والإدارة اليومية المعقدة.

استجابةً لمتطلبات العميل فيما يتعلق بموثوقية الطاقة، والتحكم في التكاليف، وسهولة الصيانة، يعتمد هذا المشروع حلاً متكاملاً لتخزين الطاقة بالبطاريات المبردة بالهواء. يُحسّن هذا النظام قدرة الطاقة الاحتياطية، ويُحسّن استهلاك الكهرباء، ويُخفف الضغط على الشبكة خلال فترات ذروة الطلب، مما يوفر للعميل إمداداً أكثر استقراراً ومرونة وفعالية من حيث التكلفة للطاقة.

2. أعدادات النظام

يتضمن المشروع خزانتين خارجيتين لتخزين الطاقة المبردة بالهواء، كل منهما بقدرة اسمية تبلغ 125 كيلوواط وسعة تخزين طاقة تبلغ 241 كيلوواط ساعة.

عند تشغيلهما بالتوازي، توفر الوحدتان ما يلي:

• إجمالي القدرة المقدرة: 250 كيلوواط
• إجمالي سعة تخزين الطاقة: 482 كيلوواط ساعة
• القدرة المقدرة للوحدة الواحدة: 125 كيلوواط
• سعة التخزين للوحدة الواحدة: 241 كيلوواط ساعة

تتضمن كل خزانة نظام البطارية، ونظام تحويل الطاقة (PCS)، ونظام إدارة البطارية (BMS)، ونظام إدارة الطاقة (EMS)، ونظام التحكم في درجة الحرارة، ونظام الحماية من الحرائق، ومكونات الحماية الكهربائية.

يُقلل هذا التصميم المتكامل للغاية من أعمال تركيب المعدات في الموقع وتشغيل النظام. كما أنه يُقصر فترة تنفيذ المشروع ويُقلل من مخاطر التوافق بين مكونات النظام المختلفة.

3. استراتيجية تشغيل النظام

في ظل ظروف الشبكة العادية، يمكن للنظام شحن الطاقة خلال فترات انخفاض الطلب أو انخفاض التعرفة، وذلك بناءً على استراتيجية تشغيل العميل. ويمكن بعد ذلك تفريغ الطاقة المخزنة خلال فترات ذروة الطلب لتقليل استهلاك الشبكة في أوقات الذروة وتحسين نمط استخدام العميل للكهرباء.

عندما تتعرض الشبكة لانقطاع التيار الكهربائي، أو تقلبات الجهد، أو نقص في إمدادات الطاقة، يمكن لنظام تخزين الطاقة دعم الأحمال الحيوية وفقًا لاستراتيجية التحكم المُهيأة. وهذا يُسهم في تقليل وقت توقف الإنتاج، وانقطاع الأعمال، والخسائر الناجمة عن انقطاعات التيار الكهربائي غير المتوقعة.

يقوم نظام إدارة الطاقة بمراقبة وتنسيق الشبكة ومعدات تخزين الطاقة والأحمال الموجودة في الموقع بشكل مستمر. كما يقوم النظام بتعديل استراتيجيات الشحن والتفريغ تلقائيًا وفقًا لطلب الحمل وحالة شحن البطارية وظروف تشغيل النظام، مما يحسن كفاءة استخدام الطاقة بشكل عام.

4. تصميم نظام التبريد الهوائي

يعتمد المشروع على بنية تبريد هوائي متطورة. وتوفر قنوات تدفق الهواء الداخلية المحسّنة وأنظمة مراقبة درجة الحرارة تبديدًا مستمرًا للحرارة لوحدات البطارية ومعدات تحويل الطاقة.

بالمقارنة مع أنظمة التبريد السائل الأكثر تعقيدًا، فإن نظام التبريد الهوائي يُغني عن أنابيب التبريد، وسائل التبريد، والمضخات، ومكونات تدوير السائل الأخرى. وهذا يُؤدي إلى بنية نظام أبسط، وفحص دوري أسهل، وصيانة طويلة الأمد أكثر ملاءمة.

كما يساعد التصميم المبرد بالهواء على تقليل الاستثمار الأولي في المعدات وتكاليف التشغيل والصيانة على المدى الطويل.

للتكيف مع الظروف الخارجية ذات درجات الحرارة المرتفعة والغبار الكثيف في بعض مناطق جنوب أفريقيا، يستخدم الجهاز تصميمًا خارجيًا مقاومًا للعوامل الجوية، بالإضافة إلى أنظمة تهوية ذكية، وتحكم في درجة الحرارة، وآليات حماية للنظام. تُحسّن هذه الميزات استقرار التشغيل في ظل الظروف البيئية الصعبة.

5. التحكم الذكي وإدارة السلامة

يدمج النظام ثلاث منصات تحكم أساسية: نظام التحكم في الطاقة (PCS)، ونظام إدارة البطارية (BMS)، ونظام إدارة الطاقة (EMS). وتعمل هذه المنصات معًا على تنسيق إدارة البطارية، وتحويل الطاقة، ومراقبة النظام، وتوزيع الطاقة.

يراقب نظام إدارة البطارية (BMS) باستمرار جهد خلية البطارية ودرجة حرارتها وتيارها وحالة شحنها وحالة تشغيلها. وعند اكتشاف أي حالة غير طبيعية، يُصدر النظام تنبيهًا ويُفعّل إجراءات الحماية المناسبة.

يتولى نظام التحكم في الطاقة إدارة تحويل الطاقة ثنائي الاتجاه بين نظام البطارية ونظام الطاقة المترددة، بينما يقوم نظام إدارة الطاقة بتطوير وتنفيذ استراتيجيات الشحن والتفريغ وفقًا لمتطلبات الكهرباء الخاصة بالعميل.

بفضل آليات المراقبة والإنذار والحماية متعددة المستويات، يستطيع النظام تحديد المخاطر التشغيلية والاستجابة لها، مثل زيادة الجهد، وانخفاض الجهد، وزيادة التيار، وارتفاع درجة الحرارة، والدوائر القصيرة، وأعطال الاتصال. وهذا يُحسّن السلامة والموثوقية العامة لنظام تخزين الطاقة.

6. قيمة تطبيق المشروع

يوفر النظام دعمًا للطاقة للأحمال الحرجة عندما يكون إمداد الشبكة غير كافٍ أو منقطعًا، مما يقلل من خسائر الإنتاج والتشغيل الناجمة عن انقطاع التيار الكهربائي.

أثناء التشغيل العادي، يمكن لنظام تخزين الطاقة أيضاً القيام بتقليل ذروة الطلب، وتحويل الأحمال، وتحسين استهلاك الكهرباء. وهذا يقلل من ضغط ذروة الطلب ويحسن من قدرة نظام توزيع الطاقة الحالي لدى العميل.

باستخدام تخزين الطاقة بالبطاريات، يمكن للعميل تجنب أو تأجيل التحديثات المكلفة للمحولات وغيرها من البنية التحتية الكهربائية مع الحصول على وصول أكثر مرونة إلى الطاقة.

يدعم النظام المعياري التوسع المتوازي. ويمكن تركيب وحدات تخزين طاقة إضافية مع زيادة الطاقة الإنتاجية أو كمية المعدات أو الطلب على الكهرباء. وهذا يساعد على تجنب الاستثمار الأولي المفرط ويحسن قابلية المشروع للتوسع على المدى الطويل.

بفضل تصميمه المتكامل، وإدارة الطاقة الذكية، وانخفاض تكلفة الاستثمار الإجمالية، وسهولة الصيانة على المدى الطويل، يوفر هذا المشروع مرجعًا عمليًا لتطبيقات تخزين الطاقة التجارية والصناعية في جنوب إفريقيا وغيرها من الأسواق ذات درجات الحرارة العالية أو الشبكات الضعيفة.