أثر تخزين الطاقة في بيك لواد الإدارة وخفض التكاليف

تخزين الطاقة: تحويل إدارة لود بيك وتكاليف قطع الأشجار

وتواجه شبكة الكهرباء الحديثة تحديا أساسيا: فالطلب على الطاقة ليس ثابتا، بل يميل إلى التدفق طوال اليوم، ويستنبط في فترات من ارتفاع استخدام الطاقة في فترات متأخرة في الصيف، حيث تدار مكيفات الهواء في الهواء بشكل كامل، وتتحول في وقت مبكر من الشتاء عندما تتحول نظم التسخين، المعروفة بحجم الذروة، إلى استخدام المرافق لطرد مصانع مسطحة ذات طاقة باهظة، تكون في معظم الأحيان ذات قدرة على إنتاج الوقود الأحفوري.

Understanding Peak Load: The Costly Spike in Electricity demand

ويُعدّ عبء الفولط أعلى مستوى من الطلب على الكهرباء المسجلة على مدى فترة محددة، ويقاس عادةً بالميغاوات خلال فترة مدتها 15 دقيقة أو ساعة، ولا يُستخدم هذا الطلب على الشبكة إلا في شكل موحد، وفي معظم المناطق، يُمثل منحنى الحمل اليومي شكلاً من أشكال الجرس: انخفاض الطلب أثناء الليل، وتسارع الصباح مع فتح المشاريع التجارية، وهبوط نصف يوم، وطول ذروة بعد الظهر قبل أن يتراجع

تكاليف الاختباء

وتُستخدم محطات البكر باهظة الثمن، وتحرق الوقود في الساعات المتوسطة أكثر من محطات تحميل النفايات، وتخفض الكفاءة الحرارية، وتعتمد في كثير من الأحيان على الغاز الطبيعي الذي يمكن أن يكون سعره متقلباً، وتنتج كذلك انبعاثات أعلى من ثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتروجين وخامات الجسيمات، وتساهم دراسة أجرتها مختبر الطاقة المتجددة في حالات الذروة.

كيف أن تخزين الطاقة يشعل نداء الطلب

نظم تخزين الطاقة، ولا سيما صفائف البطاريات الليثيومية، تقدم نهجا مختلفا بشكل أساسي، بدلا من بناء قدرة توليدية أكبر لتلبية أعلى الطلب، فإن التخزين يعمل كعازف، وخلال ساعات العمل التي تكون فيها الكهرباء رخيصة ووافرة في الليل عندما تكون الطاقة الريحية قوية أو هيدروة تحمل على معدات تخزينية، ثم، مع ارتفاع حجم الطلب خلال ذروة العصر، يفرغون من عملية الكهرباء المخزنة إلى آخر.

"ميكانيكات بيك شاينق" "مع البطاريات"

مرفق نموذجي لتخزين البطاريات على نطاق واسع (مثل 100 ميغاواط/400 ميغاواط) يمكن أن يُصرف لمدة أربع ساعات كاملة، متوافق تماماً مع نافذة الذروة النموذجية من 4 ميغاواط إلى 8 ميغاواط في أيام الصيف، وعندما يقترن ذلك ببرامج التحكم المتقدمة، يمكن لهذه النظم أن تستجيب للإشارات الشبكية في مسافات مضاعفة للغاز الطبيعي، والتي قد تستغرق 10 إلى 30 دقيقة لبدء ومتزامنة.

خفض التكاليف: الحالة الاقتصادية للخزن

أما الحجة الأكثر قسوة لتخزين الطاقة في إدارة عبء الذروة فهي خفض التكاليف، إذ إن المرافق، بتفكيكها لعمليات محطات الذروة، تنقذ الوقود والصيانة ومدفوعات القدرة، وهذه الوفورات يمكن أن تكون كبيرة: إذ أن تحليل " لا يزال يُجرى على مستوى منخفض " للتحليل الذي يُجرى على أساس البطاريات (LCOS) ، حيث أن تخزين البطاريات قد زاد بنسبة تصل إلى أعلى من حيث تبلغ إلى 90%.

تكاليف القدرات والوقود

وعندما تنشر شركة نفطية مدفعية من طراز MW لتخزين البطاريات في ذروة الحلاقة، يمكنها أن تؤجل أو تتجنب بناء محطة جديدة تبلغ ذروتها 100 ميغاواط، ويمكن أن تتراوح تكلفة استخدام الغازات الجديدة من 700 إلى 200 1 دولار لكل كيلوواط من القدرة، بالإضافة إلى تكاليف الوقود وتخزينه على مدى 20 سنة، بينما يعمل نظام للبطارية، مع ارتفاع تكلفة رأس المال، على ألا تتجاوز تكلفة الوقود الهامشية الحد الأدنى (10).

تحويل الوفورات إلى المستهلكين

يمكن أن يقلل تخزين الطاقة من فواتير الكهرباء عن طريق إدارة رسوم الطلب، كما أن الزبائن التجاريين والصناعاتيين (العملاء الصناعيون) يُشترطون ليس فقط من أجل مجموع الطاقة المستهلكة (كوا) ولكن أيضاً من أجل أعلى الطاقة التي تُسحب خلال فترة فواتير، ويمكن أن يضاعف سعر الصرف في 15 دقيقة من تكلفة المرفق، وذلك بتركيب البطاريات التي تتخلل عن ارتفاع قيمة هذه المرافق.

Energy Storage Technologies for Peak Management

وفي حين تهيمن بطاريات الليثيوم -يون على سوق تخزينها في فترة قصيرة )١-٤ ساعات(، فإن مجموعة متزايدة من التكنولوجيات تتوسع في إمكانيات إدارة الحمولة القصوى.

البطاريات الليثيوم - الأيون (ليون)

وتوفر البطاريات التي تستخدم الليون كفاءة عالية في المرحلتين ذهابا وإيابا )٨٥-٩٥ في المائة(، والاستجابة السريعة، وانخفاض التكاليف، وهي العمود الفقري لمعظم مشاريع التخزين على نطاق الشبكة التي تنشر اليوم، من احتياطي قوة القرن في استراليا إلى مرفق الهبوط في المواصلات في كاليفورنيا، ويتمثل الحد الأدنى منها في أنها أفضل ملاءمة لمدد تصل إلى أربع ساعات - كافية بالنسبة إلى معظم فترات الذروة اليومية ولكنها لا تلبي احتياجات أطول من الوقت.

البطاريات المتفجرة

وتخزن بطاريات التدفق الأحمر في فاناديوم الطاقة بالكهرباء السائلة، وهي توفر فترة أطول (4-12 ساعة)، وترفع الطاقة والقدرة على الطاقة بشكل مستقل، ولا تتدهور في الحياة الدائرية، وفي حين أن التكاليف الأمامية أعلى من الليوني، فإنها مثالية لفترات التصريف الطويلة، مثل إدارة الذروة المسائية التي تمتد إلى الليل أو توفر الدعم المتعدد ساعات خلال الجفاف المتجدد.

تخزين الهيدروجين المأجور

إن المياه المأهولة هي تكنولوجيا ناضجة منخفضة التكلفة لتخزينها على نطاق واسع وطويل (6-16 ساعة)، وهي تتطلب خزانين في ارتفاعات مختلفة، وخلال ساعات العمل غير المكتملة، تضخ المياه في أعلى؛ وتطلق في ذروة التربينات، وتستأثر الهيدروجين المضخ بأكثر من 90 في المائة من القدرة على تخزين الطاقة العالمية، وتظل الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتلبية احتياجات الذروة المتعددة ساعات في المناطق التي توجد فيها ذروت.

تخزين الطاقة الجوية المطبعية

وتضغط دائرة الاتصالات الجوية والكهرباء على الهواء وتخزنه في الكهوف الجوفية، وعندما تكون هناك حاجة إلى الكهرباء، يسخن الهواء المضغوط ويتوسع من خلال توربين، ويمكن أن تحقق النظم الحديثة لطب الأطفال الكهوف المتحركة ما بين 60 و70 في المائة ومدة 6 إلى 12 ساعة، وهي خيار واعد لإدارة الذروة السائبة، ولكنها تتطلب تشكيلات جيولوجية محددة.

سائقو السياسات والتنظيم

والوزع السريع لتخزين الطاقة من أجل إدارة الحمولة القصوى ليس مجرد قصة تكنولوجية - بل هو أيضا قصة سياساتية، وهناك عدة آليات تنظيمية رئيسية تتسارع في الاعتماد.

أسواق القدرات والمعرفة بالموارد

وفي المناطق التي توجد فيها أسواق للقدرات (مثلاً، PJM، ISO-NE، NYISO في الولايات المتحدة)، يمكن للتخزين أن يتنافس على تقديم التزامات تتعلق بالقدرات، ويكسبون مدفوعات لمجرد توافرهم للعمل خلال ساعات الذروة. وقد قامت لجنة الطاقة الاتحادية (FERC) بتقليص حجم الطاقة، بإصدار 841 في عام 2018، وإزالة الحواجز أمام مشاركة أسواق الطاقة في عمليات تخزين الطاقة.

الولايات والحوافز على مستوى الدولة

وقد قامت دول مثل كاليفورنيا ونيويورك وماساتشوستس ونيو جيرسي بسن أهداف لتخزين الطاقة وبرامج للحوافز، كما أن برنامج كاليفورنيا للحوافز الذاتية للتنويع الذاتي وولايتها بالنسبة لمرافق الدولة لشراء 325 1 ميغاواط من التخزين بحلول عام 2024 (وهو هدف تم تجاوزه) قد أدى إلى انتشار واسع النطاق، كما أن مشروع الائتمان الضريبي للاستثمار في إطار قانون تخفيض التضخم لعام 2022 يغطي الآن 30 وحدة تخزين احتياطية.

شراء المرافق وخطط الموارد المتكاملة

فالمرافق التطلعية تُدرج بشكل متزايد التخزين كمورد مفضل في خططها المتكاملة للموارد، فعلى سبيل المثال، تم بناء مركز تخزين الطاقة التابع لفلوريدا للطاقة الكهربائية البالغ 409 ميغاواط/900 ميغاه ماناتي، على وجه التحديد، ليحل محل ذروة الغاز القديمة، وكثيرا ما تكون عمليات الشراء هذه محركة من مزيج من الوفورات في التكاليف، والأهداف البيئية، والاحتياجات الموثوقية.

دراسات الحالة: تخزين العمل

أزمة بيك لود في كاليفورنيا وإنقاذ البطاريات

وخلال الموجة الحرارية في آب/أغسطس 2020، شهدت كاليفورنيا انقطاعاً في الكهرباء عند ارتفاع الطلب على الإمدادات، ورداً على ذلك، تم تركيب أكثر من 000 4 ميغاواط من مخزن البطاريات بحلول الصيف 2022، وخلال الموجة الحرارية في أيلول/سبتمبر 2022، تم تفريغ البطاريات بحوالي 000 3 ميغاواط خلال ساعات الذروة التي تبلغ 5-9 ميغاواط، مما كان سيمنع حدوث انقطاع في نظام كاليفورنيا المستقل عن العمل.

احتياطي قوة القرن (أستراليا)

واحتياطي الطاقة من طراز MW/ 193.5 MWh Hornsdale (المعظمي 100 MW/129 MWh) في جنوب أستراليا مشروع تاريخي، وقد وفر للمستهلكين أكثر من 150 مليون دولار في السنتين الأوليين من خلال توفير خدمات مراقبة الترددات، والتبريد، وقوام خدمات الحلاقة، وفي عام 2023، قام متعهد الطاقة بتوثيق دوره في خفض أسعار الكهرباء بالجملة بنسبة تتراوح بين 30 و 40 في المائة.

التحديات والحدود

وعلى الرغم من وعدها، فإن تخزين الطاقة من أجل مواجهة العقبات التي تعترض إدارة الحمولة في ذروة الشحن، ما زالت البطاريات الليثيوم - الأسيون خاضعة لقيود في سلسلة الإمداد بالنسبة للمواد الحرجة مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل، كما أن إعادة التدوير والتخلص من النفايات في نهاية العمر هي مسائل آخذة في التطور، وبالإضافة إلى ذلك، فإن فترات خدمة الاقتصاد الحالية التي تتراوح بين ساعتين وأربع ساعات؛ وإدارة الذروات التي تمتد من 6 إلى 12 ساعة بسبب موجات الحرارة الممتدة أو الجفاف المتجدد تتطلب تكنولوجيات مختلفة (ي)

وهناك تحد آخر يتمثل في الجلوس والترابط، إذ تتطلب مرافق البطاريات تصاريح، واعتبارات السلامة من الحرائق، وتحسينات الربط الشبكي بين الشبكات، ويمكن للمعارضة المجتمعية والاستفسارات الطويلة المترابطة في بعض المناطق أن تؤخر المشاريع، كما أن المرافق تواجه القلق بشأن دوامة الموت نتيجة للعجز: فمع اعتماد الزبائن للبطاريات التي تتخلل المقابر، فإنها تقلل من مطالبتهم من الشبكة، التي يمكن أن تنقل تكاليف الشبكة الثابتة إلى زبائن لا يشترطون.

المستقبل: مدة أطول، تكلفة أقل، سمارتر غريد

إن مسار تخزين الطاقة واضح: زيادة القدرة، ومدة أطول، وزيادة التكامل مع توليد الطاقة المتجددة، وتهدف إدارة تخزين الطاقة الطويلة الأمد إلى خفض تكلفة نظم التخزين التي تتراوح مدتها بين 10 ساعات و 10 دولارات و 10.5 كيلوواط و 2030، كما أن تكنولوجيات مثل البطاريات الحديدية والبطاريات ذات الولاية الصلبة، والتخزين الحراري في طور التطوير الفعلي.

وفي الأجل القريب، يتوقع أن يرى تراكما هائلا من البطاريات التي تبلغ مدتها أربع ساعات ليحل محل الأسطول الحالي من أجهزة ذروة الغاز، وبحلول عام 2030، يمكن أن يبدأ الجمع بين البطاريات التدفقية التي تبلغ مدتها 8 ساعات والتخزين الموسمي لمدة 100 ساعة في إعادة تشكيل كيفية معالجة الشبكات للحدثات التي تبلغ ذروتها عدة أيام، مثل دوامة القطب أو موجات الحرارة التي تضغط على النظام لأيام متتالية.

الخلاصة: تخزين كحارس لجريمة حديثة

إن تخزين الطاقة ليس مجرد وسيلة وصول جيدة إلى شبكة الطاقة؛ بل إنه يتحول بسرعة إلى التكنولوجيا الأساسية لإدارة حمولات الذروة وتخفيض تكاليف الكهرباء، إذ أن تحويل الطاقة من ساعات منخفضة الطلب إلى ساعات عالية، وتخزين المصانع مكلفة، وتلوث محطات الذروة، وتزيد من الموثوقية، وتسمح بزيادة تغلغل الطاقة المتجددة، وتثبت الحالة الاقتصادية في مستويات التكاثر، وتتسارع في نطاقات النشر، وتتسارع في جميع أنحاء العالم.