Table of Contents
مقدمة: نظم دعم الطاقة وكيمياء البطاريات
وتوفر نظم دعم الطاقة شبكة أمان حرجة للأعمال التجارية ومراكز البيانات ومرافق الرعاية الصحية وحتى التجهيزات السكنية، وعندما تفشل الشبكة، فإن مصرف البطاريات داخل جهاز إمداد كهربائي غير قابل للانفصام أو منحرف احتياطي يجب أن يقدم طاقة موثوقة فورية، كما أن اثنين من أكثر الكيمياء انتشاراً لهذه التطبيقات هما خواص الارتيوم (Li----ION) وكميات النيكل المميزة (N.
ونظراً لأن البطاريات الاحتياطية كثيراً ما تكون معطلة لمدة أشهر أو سنوات بين تصريفات، فإن عوامل مثل الشيخوخة التقويمية، ومعدل التشريح الذاتي، والتسامح إزاء التفرغ الجزئي للشحنات، تصبح ذات أهمية كثافة الطاقة الخام، ففهم هذه الكتيبات الفرعية يساعد على تجنب التحديد المفرط (الدفع من أجل القدرة غير الضرورية) أو التحديد الناقص (تعرض الفشل المبكر أثناء انقطاع الكهرباء).
البطاريات الليثيومية - الأيونية في نظم الدعم
الكيمياء وكثافة الطاقة
)١( E/CN.4/2002/2/Add.1
الحياة والحياة العضلية
وتُقيَّم الخلايا الحديثة لمركبات الكربون المفلورة بواقع 000 3 إلى 000 5 دورة بنسبة 80 في المائة من عمق الشحنات (الدمية) قبل أن تهبط القدرة إلى 80 في المائة من التصنيف الأصلي، وتُحقق خلايا النيتروز عادة ما يتراوح بين 000 2 و000 2 دورة، وفي الخدمة الاحتياطية (عملية التوليد)، فإن الحياة التقويمية متساوية في الأهمية: فقد البطاريون حوالي 2 إلى 5 في المائة من الطاقة في السنة عندما تخزن في درجة حرارة 25 درجة مئوية.
متطلبات الصيانة والرصد
وكثيرا ما تُسوق بطاريات الليثيوم كبطاريات " خالية من الصيانة " ، بينما صحيح أنها لا تحتاج إلى تخطي دوري لرسوم المياه أو التعادل، فإنها تعتمد على نظام متطور من نوع BMS لرصد فولت الخلايا ودرجات الحرارة وحاليا، كما يمكن أن يتواصل نظام إدارة المباني مع نظام الإنذار العالمي عن طريق حافلة أو مودبوسات، مما يتيح التشخيص عن بعد والإنذار المبكر بمواقع الخلوية.
السلامة، المجرى الحراري، التخفيف من المخاطر
أما أكثر عيوب الليثيوم انتشاراً في مجال الارتداد، فهي مخاطرة في الركض الحراري - وهو حدث حراري متصل بالسلاسل يمكن أن يطلق غازات قابلة للاشتعال ويتسبب في حريق، وفي التطبيقات الآلية، يزداد هذا الخطر نتيجة الإساءة الميكانيكية؛ وفي نظم الدعم الثابتة، تكون عوامل الاكتشاف الرئيسية زائدة عن الحاجة، وخلل داخلي (Secten)
تحليل التكاليف: مقدما مقابل التكلفة الإجمالية للممتلكات
وعلى أساس الطول المائي، فإن بطارية الليثيوم - الفوسفات المحتوية على الفوسفات تبلغ نحو 150 دولاراً - 350 دولاراً، في حين أن بطارية النيكل كاديوم (التي لها قدرة وحياة دورة مماثلة) يمكن أن تكلف ما بين 200 و400 دولار مقدماً، ولكن نظراً لأن معامل ليون يولد طاقة أكثر قابلية للاستخدام في الحجم والوزن، فإن التكلفة المركبة لنظام كامل - بما في ذلك الرف والكبلات والهاتف:
درجة الحرارة والإدارة الحرارية
وتعاني خلايا الليثيوم من نطاق تشغيل مثالي يتراوح بين 15 درجة مئوية و 35 درجة مئوية. وبدون درجة مئوية صفر، يجب أن يقتصر الشحن بشدة على تجنب تلويث الليثيوم (الذي يلحق ضرراً دائماً بالسنود) ويزداد التدهور ارتفاعاً في عدد أجهزة التلقيح الكثيفة الحرارية، وبالتالي فإن العديد من المنشآت الاحتياطية تشمل إدارة حرارية نشطة - أصنافاً مبردة من أجل المناخ البارد أو بيئة متجانسة.
ناكل - كاتريوم: مجموعة العمل الدائمة
التشييد والسطو
وتستخدم خلايا النيكالكاميوم كهروريد ايجابي للنيكل، وكهرباء كدميوم سلبي، وهدروكسيد البوتاسيوم كهروليت، وتتسبب في تسارع كهرباء النيكل المغلقين (المتقطعين) أو في بناء جهاز (البطاقات المتحركة) آليا: فزنانات النيكل يمكنها تحمل تصريفات عميقة إلى صفر في كل زنزان دون ضرر عكسي.
الأثر الذكري وكيفية إدارة ذلك
فالحد المعروف جيدا من هذه البطاريات هو " الأثر البسيط " - وهو فقدان قابل للعكس للقدرات التي تحدث عندما تشحن البطارية بصورة متكررة قبل أن تفرغ بالكامل، وينجم عن ذلك تشكيل بلورات كبيرة من الكادميوم على الكهرباء السلبية، وفي الممارسة العملية، فإن الخلايا الحديثة المتقطعة من نيكاد في الخدمة الاحتياطية لا تتأثر إلا لأنها تمارس بانتظام أثناء اختبارات القدرة على الصيد.
التحديات البيئية والتصرفية
أما بالنسبة لمادة الكادميوم فهي معدن ثقيل سامة مدرجة في قائمة المواد الخطرة بموجب اتفاقية بازل، حيث إن استخدامها في بطاريات المستهلكين مقيد بشدة في أوروبا (إرشاد كتيبة الاتحاد الأوروبي) وفي العديد من الولايات المتحدة الأمريكية، غير أن البطاريات الصناعية للنيكدرات الخافضة لا تزال مسموحا بها عند وجود بنية أساسية لإعادة التدوير، وتسترد عملية إعادة التدوير كلا من الكادميوم (التي تعاد استخدامها في البطاريات الجديدة) والنيكل
كثافة الطاقة، الوزن، وضغوط الفضاء
وبكثافة طاقة نموذجية تبلغ ٤٥-٥٥ و/كغ، يمكن أن يزن مصرف نيكاد ل ٥٠٠ كيلوفولط أمبير متعدد الكلور عدة أطنان ويشغل غرفة تتراوح بين ٢٠ و٣٠ متر مربع.
مقارنات الرأس: معايير القرار الرئيسية
الحياة العضلية ودم التصريف
ويمكن أن تحقق البطاريات النيكالية 000 2 إلى 000 3 دورة بنسبة 80 في المائة من الـ ديوان الـ دي، ولكن مزيتها الحقيقية تظهر عند درجة عالية من الـ دي: يمكن تصريفها إلى 100 في المائة بصورة روتينية، كما أن الليف، ولا سيما LFP، يؤدي أيضاً إلى نسبة 80 في المائة من الـ ديوان، ولكن عادة ما يحتاج إلى نظام بي إم بي إم في أعماق الخلية دون 2.5 في كل خلية.
معدل النزعة الذاتية
- خلايا الليثيوم - المتفرغة الذاتية بنسبة ٢-٥ في المائة في الشهر عند درجة حرارة الغرفة - ترتفع نسبة الجروح الذاتية للنيتسيون - نحو ١٠-٢٠ في المائة في الشهر في ظروف مماثلة وفي النظم الاحتياطية التي يمكن أن تكون البطارية فيها متعطلة لعدة أشهر، يحتفظ ليون بمستوى أعلى من الشحن دون الحاجة إلى شحنة عالية، مما يقلل من خطر استنفاد البطارية جزئيا عند حدوث انقطاع في الطاقة.
درجة الحرارة التشغيلية
| Parameter | Lithium‑ion (LFP) | NiCd |
|---|---|---|
| Charge temperature | 0–45 °C | –20 to 50 °C |
| Discharge temperature | –20 to 60 °C | –40 to 60 °C |
| Storage (recommended) | –20 to 25 °C, 50 % SoC | –20 to 30 °C, full charge |
وبالنسبة للبيئات الباردة القصوى، لا تتطلب شركة نيكاد أي تدفئة - وهي ميزة تشغيلية كبرى لمواقع الاتصالات عن بعد، وبالنسبة للمناخ الساخنة، قد تحتاج شركة ليون إلى تكييف الهواء، مما يضيف تكلفة الطاقة، بينما يمكن للشركة الوطنية للتسامح مع ارتفاع درجات الحرارة المحيطة دون تسارع السن.
التوصيات المتعلقة بالتطبيق
مراكز البيانات والهياكل الأساسية لتكنولوجيا المعلومات
أما مراكز البيانات الحديثة المتعلقة بالضخ المفرط والمواقع المشتركة فتقتصر على بطاريات الليثيوم المزودة بمقياس لليورانيوم، والمحركات الرئيسية هي وفورات في الفضاء )التي تقل مباشرة تكلفة العقارات(، وانخفاض التكلفة الإجمالية للملكية على مدى ١٠ سنوات، والتوافق مع منابر إدارة المباني الذكية التي تتكامل مع نظم رصد المرافق، ويحتاج ارتفاع وزن النيتروجين إلى طابقين معززين في بيئات أعلى من حيث الحجم.
برج الاتصالات السلكية واللاسلكية ومواقع التطهير عن بعد
وكثيرا ما يعمل مشغلو الاتصالات السلكية واللاسلكية في المناخات المتطرفة - من جبال المنطقة القطبية الشمالية إلى المناطق الصحراوية، وهنا، لا تزال شركة نيكاد متنافسة قوية لأنه يمكن نشرها بدون إدارة حرارية، ولا تزال معايير الاتصالات السلكية واللاسلكية (مثلا، ETSI) قائمة بـ " نيكاد " ككيمياء خط الأساس للمواقع الخارجية، غير أن الدافع نحو الأبراج ذات التقلب الشمسي المختلط، الليثيوبي (خاص).
النظم الطبية ونظم الطوارئ
وتحتاج المستشفيات إلى قوة احتياطية لمعدات الدعم الحياتي، ويجب أن تكون البطاريات موثوقة للغاية، ولشركة نيكاد سجل طويل هنا بسبب قوتها وتحملها للتصريف الكامل، غير أن تصميمات المستشفى الجديدة تحدد بشكل متزايد الليثيوم بسبب صغر حجمه (المهم في غرف كهربائية مزدحمة) وعبء الصيانة الأدنى، ويعالج الأمان بإسكان مصارف البطاريات في خزانات مشتعلة منفصلة عن مناطق المرضى.
الصناعة والنفط والغاز
وفي المصافي، وأجهزة الحفر، والنباتات الكيميائية، تعد البطاريات النيكاد معياراً بحكم الواقع لأنها يمكن أن تعمل في درجات حرارة محيطة تُحبط بطارية الليثيوم -يون، كما أنها تتساهل مع الاهتزازات، والرطوبة العالية، والحمولات الزائدة أحياناً، كما أن ارتفاع الوزن وانخفاض الكفاءة هما ثانويان للموثوقية في البيئات الخطرة.
الاستنتاج: كيفية الاختيار
ولا يهيمن أي كيميائي للبطارية على كل طلب احتياطي، ويأتي القرار إلى تقييم شامل لبيئة التشغيل، وقيود البصمات، ومجموع تكلفة الملكية، ومواهب الصيانة المتاحة.
- (أ) اختيار الاليثيوم [LFP أو NMC] ] عندما يكون الحيز الأرضي محدوداً، ومراقبة المناخ موجودة، ويمكنك الاستثمار في نظام إدارة المباني، وسيدور النظام بضع مرات على الأقل في الشهر، وستحصل على تكلفة أقل مدى الحياة، وزن أقصر، وملاءمة.
- اختيار النيكل - الكاديم عندما يتم نشر البطارية في درجات حرارة قصوى، مع التعرض لإساءة شديدة، أو دورة غير منتظمة جدا، أو مطلوبة البقاء في حالة الشحن الكامل لفترات طويلة، وسوف تضحي بالحيز وتتقبل الصيانة العليا في مقابل البساط المثبت.
(ب) أن تُحسن [الإطار الاستراتيجي] [الإطار الاستراتيجي]، وتُدمج في البيانات الحديثة [القيمة الكاملة]، وتُعدُّ هذه البيانات، وتُعدُّ هذه البيانات، وتُعدُّ هذه البيانات، وتُعدُّها معلومات عن هذه التطورات، وتُشير إلى [الإطار الاستراتيجي]،]، وتُعدُّ هذه البيانات بيانات مستقلة.