مع ارتفاع معدلات استخدام السيارات الكهربائية، يواجه مشغلو محطات الشحن تحدياً كبيراً: فواتير الكهرباء المرتفعة للغاية وتحديثات الشبكة المكلفة. يمكن أن يؤدي الطلب المفاجئ والعالي على الطاقة من الشواحن السريعة إلى إعاقة الشبكات المحلية وتكبد رسوم طلب باهظة. وهذا هو بالضبط السبب في أن أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية (BESS) لم تعد خياراً، بل حجر الزاوية في البنية التحتية للشحن من الجيل التالي.
التعريف: يشير نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) إلى الأنظمة المتقدمة التي تحتفظ بالكهرباء مؤقتاً لتشغيل شواحن السيارات الكهربائية (EV).
الوظيفة: وهي تعمل كبطارية قوية وذكية تعمل على تخزين إمدادات الطاقة، سواء من شبكة الكهرباء الرئيسية أو من مصدر متجدد مثل الألواح الشمسية.
العملية: يخزن النظام الطاقة مقدمًا ويطلقها بسرعة لتوفير تدفق طاقة ثابت وقوي للشحن.
الأهمية: وهذا أمر بالغ الأهمية للتعامل مع متطلبات الطاقة العالية والمفاجئة لشواحن السيارات الكهربائية الحديثة، وخاصة الشواحن السريعة.
التطبيق: وغالباً ما تكون هذه الأنظمة موجودة داخل حاوية مخصصة لتخزين الطاقة، مما يجعلها وحدة مكتفية ذاتياً وجاهزة للنشر.
تشغيل تخزين الطاقة في الموقع تدور حول إدارة تدفق الكهرباء بكفاءة. ويتمثل المبدأ الأساسي في "التحويل الزمني" لاستخدام الطاقة - تخزينها عندما تكون وفيرة أو رخيصة الثمن، وإطلاقها عندما تكون الحاجة إليها أكثر أو تكون باهظة الثمن.
تخزين الطاقة: يقوم نظام BESS بشحن بطارياته باستخدام الكهرباء من الشبكة خارج ساعات الذروة أو من مصادر الطاقة المتجددة في الموقع مثل الألواح الشمسية.
إطلاق الطاقة: عندما يتم توصيل السيارة الكهربائية بالكهرباء، يتم تفريغ الطاقة المخزنة في نظام BESS. وهذا يحول دون حدوث حمل مفاجئ وكبير على الشبكة ويجنبك رسوم الطلب المرتفعة.
التحكم الذكي: يعمل نظام إدارة الطاقة الذكي (EMS) بمثابة العقل المدبر الذي يراقب ظروف الشبكة والأسعار واحتياجات الشحن لتحسين توقيت الشحن والتفريغ.
عند الحديث عن أنظمة تخزين الطاقة المتصلة بالشبكة، عدة أرقام مهمة تساعدنا على فهم قدراتها ومدى جودة أدائها. هذه المقاييس ضرورية لتقييم كفاءتها وملاءمتها لاحتياجات الشحن المختلفة:
التخفيف من تأثيرات الشبكة والتخفيف من الذروة: يؤدي الشحن عالي الطاقة للمركبات الكهربائية إلى طفرات كبيرة في الطلب يمكن أن تضغط على الشبكات المحلية. تسحب BESS الطاقة في غير ساعات الذروة عندما تكون الكهرباء أرخص. ثم تقوم بتفريغ هذه الطاقة المخزنة خلال أوقات الذروة، وهي عملية تُعرف باسم "ذروة الحلاقة". وهذا يقلل من الضغط على الشبكة ويقلل من تكاليف مشغلي محطات الشحن.
تمكين سرعات شحن أسرع: غالباً ما يتطلب الشحن فائق السرعة توصيلات شبكية باهظة التكلفة. تتغلب BESS في الموقع على هذا القيد من خلال توفير دفعات من الطاقة العالية للمركبة الكهربائية من احتياطياتها المخزنة. يتيح ذلك لمحطات الشحن توفير سرعات شحن عالية حتى في المواقع ذات البنية التحتية الضعيفة للشبكة.
التكامل السلس لمصادر الطاقة المتجددة: يعد نظام BESS ضروريًا لدمج مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. يمكن لألواح الطاقة الشمسية أن تشحن BESS خلال النهار. يمكن للطاقة الشمسية المخزنة بعد ذلك تشغيل شحن السيارات الكهربائية بعد غروب الشمس أو في الأيام الغائمة، مما يجعل العملية خضراء حقاً ويقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري.
توفير خدمات الشبكة وفرص الإيرادات: بالإضافة إلى دعم الشحن، يمكن أن توفر BESS خدمات قيمة للشبكة. من خلال المشاركة في برامج الاستجابة للطلب أو توفير دعم الجهد الكهربائي، يمكن لهذه الأنظمة أن تولد إيرادات لمالكيها. وهذا يحول محطات الشحن إلى مشاركين فاعلين في استقرار الشبكة.
المرونة والقدرات خارج الشبكة: في المناطق التي لا يمكن الاعتماد عليها في الطاقة، توفر حلول BESS مرونة بالغة الأهمية. ويمكنها تمكين الشحن خارج الشبكة، مما يضمن وصول الخدمات الأساسية أو المجتمعات النائية إلى شحن السيارات الكهربائية أثناء انقطاع التيار الكهربائي. وهذا أمر حيوي بشكل خاص لمستودعات الأساطيل أو المحطات العامة التي تحتاج إلى خدمة غير متقطعة.
تتوقف فعالية دعم بطاريات محور الشحن على التقنيات الأساسية وكيفية دمجها. وعلى الرغم من وجود العديد من تقنيات التخزين المختلفة، إلا أن بطاريات الليثيوم أيون تهيمن حالياً على السوق لتطبيقات شحن السيارات الكهربائية نظراً لتوازنها في كثافة الطاقة ومخرجات الطاقة وانخفاض تكاليفها.
بطاريات الليثيوم أيون هي العمود الفقري للبطاريات الحديثة أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) لشحن السيارات الكهربائية. وهي تتميز بما يلي:
وغالبًا ما يتم نشر هذه الأنظمة على أنها قائمة بذاتها حاوية نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS)تقدم حلاً معياريًا وقابلاً للتطوير لمختلف سيناريوهات الشحن، بدءًا من أجهزة الشحن السريع الفردية إلى مستودعات الشحن على نطاق واسع.
للتطبيقات التي تتطلب طاقة عالية وطاقة عالية, أنظمة تخزين الطاقة الهجينة (HESS) الجمع بين تقنيات التخزين المختلفة. وهناك اقتران شائع يتضمن بطاريات أيونات الليثيوم (للطاقة) مع المكثفات الفائقة (للطاقة).
محوري في أي شحن البنية التحتية للبنية التحتية للبطاريات الحل هو إلكترونيات طاقة متطورة ونظام ذكي لإدارة الطاقة (EMS).
| التكنولوجيا | الخصائص الرئيسية | المزايا | العيوب | ملاءمة شحن السيارات الكهربائية |
|---|---|---|---|---|
| بيس الليثيوم أيون الليثيوم | كثافة طاقة وطاقة عالية، وانخفاض التكاليف | تقنية متعددة الاستخدامات وقابلة للتطوير وناضجة | الإدارة الحرارية والتدهور الحراري بمرور الوقت | الخيار الأساسي لمعظم شحن السيارات الكهربائية ESS |
| المكثفات الفائقة | كثافة طاقة عالية جدًا، شحن/تفريغ سريع | دورة حياة طويلة، توصيل طاقة فورية | كثافة طاقة منخفضة، تفريغ ذاتي عالي التفريغ الذاتي | مثالية للأنظمة الهجينة المزودة ببطاريات (HESS) للحصول على طاقة الذروة |
| بطاريات التدفق | طاقة/طاقة قابلة للتطوير، ومدة طويلة، وطاقة/طاقة منفصلة | عمر طويل، لا تفريغ ذاتي، أكثر أمانًا | كثافة طاقة أقل، بصمة أكبر | ناشئة لمستودعات الشحن طويلة الأمد حيث لا تمثل المساحة مشكلة |
| الحذافات | تخزين ميكانيكي، طاقة عالية، استجابة سريعة جداً | عمر دورة طويل للغاية وكفاءة عالية | سعة الطاقة المحدودة، التعقيد الميكانيكي | مكان مخصص للشحن السريع المتخصص أو الشحن السريع عالي الطاقة وقصير المدة أو الشحن السريع المتخصص |
تعدد الاستخدامات شحن السيارات الكهربائية خارج الشبكة يسمح بنماذج نشر مختلفة، كل منها مصمم خصيصًا لاحتياجات ومقاييس محددة.
ربما يكون هذا هو التطبيق الأكثر وضوحًا. حيث تواجه محطات الشحن السريع العامة، التي غالباً ما تقع على طول الطرق السريعة أو في المراكز الحضرية، طلباً كبيراً على الطاقة في أوقات الذروة. ومن شأن دمج حاوية نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) يسمح لهذه المحطات بتقديم شحن ثابت وعالي السرعة دون الحاجة إلى ترقيات مكلفة للشبكة. وهذا يقلل من رسوم الطلب على المشغلين ويتيح تركيبات أسرع. ومن الأمثلة البارزة على ذلك قيام شركة Electrify America بنشر نظام الشحن الكهربائي في العديد من محطات الشحن التابعة لها في الولايات المتحدة، مما يعزز مرونة الشبكة وتوافر الشحن.
بالنسبة للأساطيل التجارية (الحافلات وشاحنات التوصيل وسيارات الأجرة)، يمكن أن تمثل مستودعات الشحن المركزية متطلبات تحميل هائلة، خاصة أثناء الشحن الليلي. على نطاق واسع بنوك تخزين الطاقة يمكن إدارة هذا الحمل، وتحسين جداول الشحن، والاستفادة من الكهرباء خارج أوقات الذروة، والتكامل مع مصادر الطاقة المتجددة لتشغيل الأسطول بأكمله. وهذا أمر بالغ الأهمية لمشغلي الأساطيل الذين يهدفون إلى تقليل التكاليف التشغيلية وتحقيق أهداف الاستدامة.
في حين أنه أقل شيوعًا بالنسبة للمنازل الفردية نظرًا لفعالية التكلفة الحالية، فإن دمج شاحن تخزين البطارية الكهربائية وحدات مزودة بالطاقة الشمسية المنزلية و بنوك تخزين الطاقة هو اتجاه ناشئ للمستهلكين المحترفين. بالنسبة لأماكن العمل، فإن المشاركة حاوية تخزين الطاقة يمكن للحلول إدارة شحن العديد من السيارات الكهربائية للموظفين، مما يقلل من ذروة الطلب على المنشأة.
في الحالات التي يكون فيها الوصول إلى الشبكة محدوداً أو غير موجود، أو لاحتياجات الشحن في حالات الطوارئ، يمكن استخدام الهاتف المحمول حاوية تخزين الطاقة يمكن أن توفر وحدات شحن السيارات الكهربائية مؤقتاً أو خارج الشبكة. يمكن نشر هذه الوحدات المكتفية ذاتيًا بسرعة في الأحداث أو مناطق الكوارث أو مواقع البناء، مما يدل على المرونة والاستقلالية التي توفرها أنظمة تخزين الطاقة.
على الرغم من الفوائد الهائلة، إلا أن الاعتماد الواسع النطاق لإدارة الطاقة لمحطات الشحن يواجه العديد من العقبات، إلى جانب الاتجاهات الواعدة والتطورات السياسية.
في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة، تقدم الحكومات والمرافق في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة حوافز لتشجيع نشر شبكة شحن السيارات الكهربائية العازلة على نطاق الشبكة
مستقبل بنوك طاقة شحن السيارات الكهربائية مشرقة ومترابطة. نحن نتوقع:
سيؤدي التقدم المستمر في تكنولوجيا البطاريات وحجم التصنيع إلى زيادة انخفاض تكلفة أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات و شاحن تخزين البطارية الكهربائية الحلول، مما يجعلها منتشرة في كل مكان.
يمكن للمركبات الكهربائية نفسها، المجهزة بقدرات شحن ثنائية الاتجاه، أن تصبح متنقلة بنوك تخزين الطاقةومن المحتمل أن تعيد تغذية الشبكة بالطاقة أثناء ذروة الطلب أو تعمل كمصادر طاقة في حالات الطوارئ. وهذا يحول السيارة الكهربائية من مستهلك إلى أصل ديناميكي للشبكة، مدعومًا بمصادر طاقة متطورة بطاريات تخزين الطاقة لمحطات شحن السيارات الكهربائية التكنولوجيا.
سيصبح نظام إدارة الطاقة المدعوم بالذكاء الاصطناعي أكثر تطوراً، مما يتيح التحسين التنبؤي بناءً على توقعات الطقس وظروف الشبكة وسلوك المستخدم، مما يزيد من كفاءة وربحية حاوية تخزين الطاقة عمليات النشر.
ومع انخفاض تكاليف التخزين، سيتم تشغيل المزيد من عمليات شحن السيارات الكهربائية مباشرةً بواسطة الطاقة المتجددة في الموقع أو الطاقة المتجددة القريبة، مما يؤدي إلى نظام نقل خالٍ من الانبعاثات.
حجر الزاوية في المستقبل: يتطلب النمو السريع للمركبات الكهربائية بنية تحتية قوية ومستدامة للشحن. تخزين الطاقة الثابت ليس مجرد تحسين؛ بل هو حجر الزاوية الأساسي لهذا المستقبل.
تحويل المشهد الطبيعي: تعمل أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) على تحويل التنقل الكهربائي من خلال تخفيف الضغط على الشبكة وتمكين الشحن فائق السرعة. كما أنها تساعد على دمج مصادر الطاقة المتجددة وتوفير خدمات الشبكة القيّمة.
مكوّن لا غنى عنه: ومع استمرار انخفاض التكاليف، سيصبح نظام الشحن الكهربائي BESS عنصراً لا غنى عنه في محطات شحن السيارات الكهربائية. وسيؤدي ذلك إلى تسريع عملية انتقال العالم إلى مستقبل نقل أنظف وأكثر كهربائية.
يمكن استخدام السيارات الكهربائية (EVs) كأجهزة لتخزين الطاقة في المقام الأول من خلال Vمن السيارة إلى الشبكة (V2G), من السيارة إلى المنزل (V2H)و مركبة إلى حمولة (V2L) التقنيات. وتتيح هذه الأنظمة تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه، مما يعني أن بطارية السيارة الكهربائية لا يمكنها تلقي الكهرباء للشحن فحسب، بل يمكنها أيضًا تفريغ الطاقة المخزنة مرة أخرى إلى الشبكة أو تزويد المنزل بالطاقة أو تزويد الأجهزة الخارجية بالطاقة. تحول هذه الوظيفة السيارات الكهربائية إلى سيارات كهربائية متنقلة بنوك تخزين الطاقةوالمساهمة في استقرار الشبكة، وتوفير الطاقة في حالات الطوارئ، وإمكانية توليد إيرادات للمالكين.
للحفاظ على سلامة البطارية وطول عمرها على النحو الأمثل، يجب عادةً الحفاظ على مستوى شحن السيارة الكهربائية للتخزين (خاصة عند المشاركة في خدمات V2G أو V2H) ضمن نطاق، غالبًا ما يكون بين من 20% إلى 80% حالة الشحن (SoC). وهذا يجنبك ضغط الشحن المتكرر إلى 100% أو التفريغ إلى ما يقرب من 0%. عند تقديم خدمات الشبكة، عادةً ما يضع المستخدمون حداً أدنى للتفريغ (على سبيل المثال، ترك الشحن إلى ما لا يقل عن 20-50%) لضمان مدى كافٍ لرحلتهم التالية.
إدارة الطاقة لشحن السيارات الكهربائية يشير إلى التحسين الذكي لتدفق الطاقة من السيارات الكهربائية وإليها والبنية التحتية لشحنها. ويتضمن استخدام أنظمة إدارة الطاقة (EMS) وتقنيات الشحن الذكي للتحكم في توقيت وسرعة وكمية الطاقة التي تتلقاها السيارة الكهربائية أو يتم تفريغها. وتشمل الأهداف الرئيسية خفض تكاليف الكهرباء (على سبيل المثال، من خلال ذروة الحلاقة والشحن خارج أوقات الذروة)، مما يقلل من إجهاد الشبكة، ويزيد من تكامل مصادر الطاقة المتجددةوالحفاظ على تخزين بطاريات السيارات الكهربائية طول العمر.
يتم تخزين الطاقة في السيارة الكهربائية في المقام الأول في حزمة بطارية ليثيوم أيون. وتتكون هذه الحزمة من العديد من خلايا البطارية الفردية المجمعة في وحدات يتم تجميعها بعد ذلك في وحدة أكبر. تحدث تفاعلات كهروكيميائية داخل كل خلية، حيث تتحرك أيونات الليثيوم بين قطب كهربائي موجب (كاثود) وقطب كهربائي سالب (أنود) عبر إلكتروليت. عندما يتم شحن السيارة، تتحرك الأيونات في اتجاه واحد لتخزين الطاقة؛ وعندما يتم تفريغ شحن السيارة (تشغيل المحرك)، تتحرك الأيونات في الاتجاه المعاكس، وتطلق الطاقة. إن الأيونات المتطورة نظام إدارة البطارية (BMS) تراقب هذه العملية وتتحكم فيها من أجل السلامة والكفاءة.
المصطلح تخزين بطاريات السيارات الكهربائية يمكن أن يشير إلى مفهومين رئيسيين:
الوكالة الدولية للطاقة (IEA) - التوقعات العالمية للمركبات الكهربائية:
المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) - البنية التحتية لشحن السيارات الكهربائية والتخزين:
BloombergNEF (BNEF) - استبيان أسعار البطاريات / توقعات تخزين الطاقة:
وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) - قانون الاستثمار في البنية التحتية والوظائف (IIJA) وقانون تخفيض التضخم (IRA):
المفوضية الأوروبية - حزمة صالحة لـ 55 وسياسة النقل المستدام:
كهربة أمريكا (دراسات حالة/إصدارات صحفية):
سنرسل لك المعلومات الفنية التفصيلية وعرض الأسعار!
