هيكل ومبدأ عمل نظام تخزين الطاقة بالبطارية (BESS)

مع تطوير الطاقة المتجددة والتقدم السريع في التحول العالمي للطاقة،نظام تخزين الطاقة بالبطارية (BESS) يلعب دوراً متزايداً في أنظمة الطاقة الحديثةباستخدام تكنولوجيا بطارية ليتيم أيون متطورة، يقوم BESS بتخزين الطاقة الكهربائية في البطاريات وتوزيعها عند الطلب عند الحاجة، مما يساعد على الحفاظ على التشغيل المستقر لشبكة الطاقة.في هذه الأثناء، يمكن دمجها مع أجهزة توليد الطاقة من الطاقة المتجددة لتحقيق إدارة طاقة أكثر كفاءة.ستقدم هذه المقالة مقدمة مفصلة للهندسة المعمارية الأساسية لنظام تخزين الطاقة بالبطارية ومبادئ عمل مكوناته الرئيسية.

يتم عرض بنية وتدفق الطاقة لنظام BESS في الشكل أدناه.

يتكون BESS من المكونات الرئيسية التالية:

1حزمة البطاريات

تتكون مجموعة البطاريات من خلايا متعددة متصلة بسلسلة وموازية (مع نطاق فولتاج الخلية من 2.5 فولت إلى 3.65 فولت) ، وهي مسؤولة عن تخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها.لزيادة فولتاج البطارية، يتم توصيل مجموعات البطاريات بسلسلة لتشكيل رفات البطاريات أو مجموعات البطاريات (بجهد يصل إلى 1500VDC).رفوف البطارية / مجموعات متصلة بالتوازي لتشكيل حاويات البطارية (عادة 20 قدم في الحجم، بطاقة حوالي 5 ميجاواط ساعة).

وتشمل أنواع الخلايا بطاريات ليثيوم أيون، وبطاريات حمض الرصاص وأنواع أخرى، وعادة ما يتم اختيار البطاريات ذات الأداء المختلف وفقًا لسيناريوهات التطبيق المحددة.من خلالها تتدفق الطاقة من الألواح الضوئية إلى البطارياتوالحمولات وشبكة الكهرباء.

2نظام إدارة البطارية (BMS)

نظام إدارة البطارية (BMS) هو نظام أساسي مصمم لمراقبة وإدارة البطاريات مع مجموعة من الوظائف الحيوية.التيار والحرارة، BMS يبقي البطارية تعمل ضمن حدود آمنة ويتجنب بشكل فعال مخاطر مثل زيادة الشحن، زيادة التفريغ، وقطع قصيرة والحرارة الزائدة.يستفيد من استراتيجيات الشحن والتفريغ الذكية وتقنيات إدارة التوازن لتحسين أداء البطارية وتمديد عمر الخدمةكما يتبنى تقنيات التوازن السلبية أو النشطة للقضاء على "تأثير البرميل" الناجم عن مستويات الطاقة غير المتسقة بين خلايا البطارية الفردية.جهاز BMS قادر على تقدير حالة الشحن (SOC) وحالة الصحة (SOH) للبطارية، وتوفير الدعم الدقيق للعمل الآمن وتحسين أداء البطاريات.الرسم البياني لبرنامج BMS الموضح أدناه يوضح بشكل بديهي وظائفه ومكوناته العامةلمزيد من التفاصيل، يرجى الرجوع إلى حلول BMS القابلة للتراكم على الموقع الرسمي لشركة Infineon.

3نظام تحويل الطاقة (PCS)

يعمل PCS كجهاز وسيط بين مكونات تخزين الطاقة (مثل بطاريات DC الكبيرة) وشبكة الكهرباء المتغيرة ،تنفيذ تحويل الطاقة الكهربائية ثنائي الاتجاه مع مبدأ عملها الذي يشمل أنماط الشحن والفراغ.

في وضع الشحن، تحول PCS التيار المتردد من شبكة الكهرباء إلى تيار مباشر وتخزين الطاقة الكهربائية في البطاريات.يستخدم محول DC / DC لضبط التيار المستمر إلى الجهد والتيار المناسب لشحن البطاريةلتحقيق شحن بطارية فعال.

في وضع التفريغ، تحويل PCS التيار المستمر من البطاريات إلى التيار المتبادل لتزويد الطاقة إلى الأحمال الكهربائية أو تغذية الكهرباء في شبكة الكهرباء. في سيناريو آخر،محول DC / DC يعدل أولاً التيار المستمر من البطاريات إلى الجهد والتيار الذي يتطابق مع متطلبات تشغيل المحول، وبعد ذلك يحول عاكس التيار المستمر / التيار المتردد التيار المستمر المكيّف إلى تيار متناوب. بناءً على متطلبات التطبيق ، يتم تصنيف PCS إلى سكني وصناعي وتجاري ،وأنواع محطات تخزين الطاقة على نطاق واسعيتم استخدامه على نطاق واسع في المنازل والمؤسسات وأنظمة تخزين الطاقة على نطاق واسع ، وأصبح عنصرًا أساسيًا لا غنى عنه في أنظمة الطاقة الحديثة.الرسمة أدناه توضح مخطط الكتل لنظام PCS، والتي تعرض صراحة مكوناتها الأساسية وآلية عملها. لمزيد من التفاصيل، يرجى الرجوع إلى إدخال نظام تحويل الطاقة (PCS) على الموقع الرسمي لشركة Infineon.

4نظام إدارة الطاقة (EMS)

نظام إدارة الطاقة (EMS) هو نظام ذكي مصمم لمراقبة وتحكم وتحسين تدفق الطاقة واستهلاك نظم الطاقة.يجمع نظام EMS بيانات في الوقت الحقيقي بما في ذلك حالة شحن البطارية وتفريغها، درجة الحرارة والجهد والتيار من خلال أجهزة الاستشعار. يتبنى تقنية تحليل البيانات لمراقبة تشغيل النظام، وتحديد المشاكل المحتملة وتحسين كفاءة استخدام الطاقة.نظام EMS يمكنه إرسال منشآت تخزين الطاقة بشكل ذكي وفقًا لطلب الطاقة، أسعار الكهرباء، وتحميل الشبكة وغيرها من الظروف لتحقيق استهلاك الطاقة الفعال.التي يمكن أن تحذر في الوقت المناسب من الشذوذ مثل شحن البطارية الزائدة والفراغ الزائد، ودعم التحكم عن بعد وحماية الربط لضمان التشغيل الآمن للنظام. وفقا لمتطلبات التطبيق المحددة،منصة مراقبة EMS يمكن أن تتبنى بنية C / S (العميل / الخادم) أو B / S (متصفح / خادم)يظهر الشكل أدناه مخطط الطوبولوجيا لنظام EMS لمحطة طاقة تخزين الطاقة ومنصة مراقبة نظام EMS لتخزين الطاقة.تقديم بنية النظام العامة وكذلك أنماط التفصيل لتدفق الطاقة وإدارتها.

5النظام المساعد

النظام المساعد لنظام تخزين الطاقة هو المفتاح لضمان التشغيل الآمن والمستقر للنظام، والذي يتضمن المكونات التالية:نظام التحكم في درجة الحرارة يدير بكفاءة درجة حرارة البطارية من خلال تبريد الهواء أو تبريد السائل لمنع ارتفاع درجة حرارة البطارية أو انخفاض درجة تبريدها من التأثير على أداء البطارية وعمرها. يتم تجهيز نظام الحماية من الحرائق بأجهزة الكشف عن الحرائق وأجهزة إطفاء الحرائق التلقائية (مثل الهيبتافلوروبروبان ،أجهزة اطفاء الحرائق الغازية والبودرة الجافة) للاستجابة بسرعة لخطر الحرائق المحتملة وضمان سلامة التشغيل. تتولى خزانة توزيع الطاقة وظائف توزيع الطاقة وحماية الدوائر لتجنب تلف المعدات الناجم عن الأخطاء.يجمع خزانة المزيج الطاقة الكهربائية من وحدات البطارية وينقلها إلى معدات تحويل الطاقة، مع توفير المراقبة في الوقت الحقيقي وحماية السلامة.التشغيل الآمن والمستقر لنظام تخزين الطاقة في ظل ظروف مختلفة.

نظام تخزين الطاقة في البطارية (BESS) يحقق تخزين الطاقة الفعال، والجدول الذكي وإدارة الطاقة الآمنة من خلال التشغيل المنسق لحزم البطارية، BMS، PCS،نظام EMS والأنظمة المساعدةبينما تدعم التشغيل المستقر لشبكة الطاقة ، يتم دمج BESS بشكل عميق مع الطاقة المتجددة ،تقديم دعم قوي لتحسين كفاءة استخدام الطاقة وتعزيز التحول العالمي للطاقة، وسوف تستمر في لعب دور حيوي في نظام الطاقة في المستقبل.