ونظراً لأن النقل العام الكهربائي يتحول بسرعة إلى مشهد حضري في جميع أنحاء العالم، مما يتيح تنقلاً أنظف وأسرع وأكثر هدوءاً، وتنشر المدن من شينزين إلى لندن آلاف الحافلات الكهربائية وتدمج القطارات الكهربائية المتطورة التي تُستخدم في البطاريات في شبكاتها، إلا أن هذا التحول يمثل تحدياً أساسياً: كيف يمكن الاعتماد على الطاقة الكهربائية التي تستخدم في مركبات عالية الطلب دون الإفراط في تحميل الشبكة الكهربائية أو تكبد تكاليف باه.

دور تخزين البطاريات في نظم النقل العابر العامة

ويمكن أن يؤدي تخزين البطاريات إلى العزل بين الشبكة والهياكل الأساسية للمرور العابر، واستيعاب الطاقة خلال فترات انخفاض الطلب أو ارتفاع مستوى توليد الطاقة المتجددة، وإطلاقها عند ارتفاع الطلب، وهذا يعني بالنسبة لمستودع للحافلات المعتاد أن تشحن البطاريات في ليلة واحدة عندما تكون أسعار الكهرباء أدنى، ثم تعتمد على الطاقة المخزنة لتوليد الطاقة في منتصف النهار أو لدعم أحداث سريعة التواتر يمكن أن تسبب في رسوم من آلاف المنشآت التي تقدم شهريا.

Aligning Charging Load with Renewable Generation

ومن أقوى التطبيقات التي تستخدمها شركة BESS في النقل العام، التمكين من اختراق الطاقة الشمسية والريحية بدرجة عالية، وبدون تخزينها، يمكن أن تكون ذروة الجيل الشمسي في منتصف النهار، عندما تكون الحافلات على الطريق في حين أن الطلب على النقل العابر قد يكون أعلى في الصباح الباكر وبعد الظهر، بينما تلتقط البطاريات المحطة طاقة نصف يومية وتطلقها في فترة ما بين ليلة وضحاها أو لدعم سرعة الشحن بعد غروب الشمس.

المنافع الرئيسية لخزن البطاريات لأغراض النقل العام

وفي حين أن المزايا المفاهيمية لنظام تقييم الأداء هي تحقيق الاستقرار على نطاق واسع، والتكامل المتجدد، ووفورات التكاليف، والمرونة التشغيلية - كل منها يستحق نظرة أعمق، لا سيما في سياق وكالات العبور التي تواجه قيودا تشغيلية فريدة وضغوط في الإيرادات.

نظام إدارة طلبات الحصول على القروض

وفي كثير من الأحيان، تتفاوت القوى في المخازن العابرة بشكل كبير: فمن الطلب شبه الصفري في منتصف الليل إلى زيادة هائلة عندما تهب عشرات الحافلات في وقت واحد قبل اندفاع الصباح، وبدون عائق، يمكن أن يتجاوز " رسوم السفر لمدة ساعة " قدرة المحولات والشبكات الفرعية القائمة، مما يتطلب تحسيناً باهظاً في الهياكل الأساسية، ويستخدم تخزين البطاريات كمصوم للصدمات، ويقل حجماً بحيث تُدَ حجماً الطلب على أسعار الصرف.

تيسير الهياكل الأساسية ذات الدفع العالي

ويمكن أن تسحب محطات التبريد السريع من 350 كيلوواط إلى 1 ميغاواط أو أكثر من كل مدفع، كما أن تركيب عدة شحنات في مستودع واحد يمكن أن يخلق حملا فوريا يقحم المرفق التجاري النموذجي، وتعطل تخزين البطاريات هذه المطالب بالطاقة الكهربائية: وحدة تخزين متوسطة الحجم (مثل 500 كيلوواط/ 1.5 ميغاواط) يمكن أن توفر الطاقة القصوى اللازمة لشحن سريع لمدة 10 دقائق.

وفورات التكاليف من خلال التحكيم في مجال الطاقة وخفض رسوم الطلب

أما وكالات النقل فهي من أكبر المستهلكين للطاقة في العديد من البلديات، ولكنها تعمل في ميزانيات ضيقة، وتسمح لها شركة " بي سي " بتأجير أسعار الاستخدام: رسوم من الشبكة عندما تكون الكهرباء أرخص (في كثير من الأحيان بين عشية أو خلال ذروة منتصف النهار) وتبديدها عندما تكون المعدلات أعلى (في وقت متأخر من عصر اليوم) ويمكن لنظام تخزين واسع النطاق أن يقلل من تكاليف الكهرباء بنسبة تتراوح بين 20 و40 في المائة بالنسبة لوكالات العبور.

تعزيز المرونة والصلاحية في العمليات

كما يوفر تخزين البطاريات طبقة لا تقدر بثمن من المرونة التشغيلية، وعندما تحتاج الحافلات إلى شحن خارج جدولها العادي، بسبب تغيير المسار، أو الصيانة غير المقررة، أو مستودع الطاقة الجاهزة، بدلا من دفع معدلات مرتفعة في منطقة القراصنة، كما أن التخزين يعمل كإمدادات غير قابلة للقطع من الطاقة لنظم المراقبة الحرجة ويمكن أن يبقي مستودعاً يعمل أثناء انقطاع الشبكة، مما يتيح لقلة من الحافلات أن تستمر في عمليات الإجلاء.

انخفاض الانبعاثات بعد التايلب

وفي حين أن الحافلات الكهربائية تنتج انبعاثات من قطع الأرض الصفرية، فإن فوائدها البيئية تتوقف على كثافة الكربون في الكهرباء التي تستهلكها، إذ يمكن للوكالات، عن طريق خلط مستودعات الطاقة الشمسية في الموقع أو عن طريق التملص من الشبكة فقط خلال ساعات منخفضة الكربون (مثلاً عندما تكون الرياح وفرة)، أن تخفض الانبعاثات في أعلى المجرى المتجدد المرتبطة بكل كيلوواط - ساعة، وفي الحالات التي تتباين فيها كثافة الكربون في الشبكة عن طريق البرمجيات التي تقرر فيها ساعات

تكنولوجيات البطاريات

ولا تتناسب جميع تكنولوجيات البطاريات على قدم المساواة مع الطلب المرتفع على النقل العام من حيث الدراجة والقوى العالية، وفي حين أن الليثيوم يهيمن حاليا على الليون، فإن الكيمياء الجديدة وهيكل النظام آخذة في الظهور لمعالجة نقاط ألم محددة حول التكلفة والسلامة والعمر.

ليثيوم - إيون:

ويستخدم حالياً في أجهزة تخزين الطاقة الحديثة التي تستخدمها شركة ليثيوم، وهي تستخدم في الوقت نفسه كثافة عالية للطاقة، وتستجيب بسرعة، في كل من الخزن الثابت وبطاريات المركبات الموجودة على متنها، ويزيد من فرص استخدام هذه البطاريات في التطبيقات الثابتة بسبب طول دورة حياتها (أكثر من 000 6 دورة) ويفضل أن تؤدي هذه الأجهزة إلى زيادة المخاطرة التي تنطوي عليها.

Solid-State and next-Generation Chemistries

وتعود البطاريات ذات الوضع الصلب، التي تحل محل الكهروليت السائل بمواد صلبة، إلى زيادة كثافة الطاقة والسلامة، إلى جانب طول مدة دورة الحياة، وفي حين أن شركات مثل كوانتوم سكاب وتويوتا لا تزال في المرحلة التجريبية تستخدم في إنتاج الطاقة الكهربائية الكبيرة، فإن تخزين الطاقة الكهربائية في الوقت نفسه يستهدف 2025-2027 لإنتاج الكتلة، أما بالنسبة للمرور العابر، فإن تخزين الطاقة الصلبة يمكن أن يتيح في نهاية المطاف نظما أصغر حجماً تكون أكثر ملاءمة في إطار البصمات الموجودة.

الثاني - الحياة الباتري

ومن بين أوجه التقارب المبتكرة استخدام البطاريات الكهربائية المتقاعدة كمخزن ثابت، وبعد فترة تتراوح بين 8 و12 سنة من الخدمة على الطريق، يمكن أن تحتفظ بطارية حافلة بنسبة 70-80 في المائة من طاقتها الأصلية أكثر من كافية للتطبيقات الثابتة حيث يقل وزنها وحجمها، كما أن وكالات النقل مثل Los Angeles Metro تقوم بدور رائد في نظم بطاقات نقل النفايات الكهربائية التي تستخدم في المستقبل.

النشرات والدروس المستفادة في العالم الحقيقي

وتوضح عدة مشاريع رائدة كيف يمكن تخزين البطاريات أن يتيح كهربة المرور العابر اليوم والدروس العملية التي ظهرت.

ABB’s Flash-Charging in Geneva

وفي جنيف، سويسرا، قام مصرف AB بتركيب 13 محطة للشحن السريع على طول طريق حافلة، مجهزة ببطارية ثابتة تشحن 600 كيلوواط لمدة 15 ثانية في كل محطة، و 200 كيلوواط لمدة 3-5 دقائق في المحطات، والحافلات لا توجد بها بطاريات سطحية، بل تعتمد على هذه الحوادث القصيرة والشديدة التكرار، وتعاد البطاريات الثابتة نفسها ببطء من شبكة الشحن لعام 2020.

Los Angeles Metro’s Depot Storage

وينشر مترو لوس أنجلوس أكثر من 100 حافلة كهربائية بحلول عام 2025، وقد استثمر في تخزين ثابت واسع النطاق في مستودعاته، كما أن نظاماً للبطارية MW/8 MWh في مستودعات الحافلات الثلاث عشرة تخزن الطاقة الشمسية المتولدة من لوحات سطحية، وتوفر ذروة للحلق في البنية التحتية لشحن النفايات، كما أن النظام يشارك في ارتفاع حجم الطلب على الطاقة في نظام كاليفورنيا المستقل بنسبة 5 في المائة تقريباً.

كينغ كاونتي ميترو باتري - سا - سيرفيك

وقد أبرمت شركة سياتل للشركة العسكرية اتفاقاً مدته 10 سنوات مع متعهد خدمات البطاريات لتركيب وتشغيل نظام تخزين مدفعي مدفعي مدفعي واحد/خمسة ميغاواط في حرم قاعدة الجنوب، وبموجب نموذج " باتري - كالسيرفي " ، لا تدفع الوكالة أي تكاليف رأسمالية؛ بل تتقاسم نسبة من مدخرات الطاقة مع مقدم الخدمات.

التحديات والحواجز أمام التبني

ورغم الفوائد الواضحة، فإن انتشار تخزين البطاريات على نطاق واسع في المرور العابر العام يواجه عدة عقبات يجب معالجتها من خلال السياسات، والتحسينات التكنولوجية، والابتكارات في نماذج الأعمال التجارية.

التكاليف الرأسمالية الأولية والتمويل

وعلى الرغم من انخفاض تكاليف التخزين بما يزيد على 80 في المائة في العقد الماضي، فإن نظام البطاريات المتعددة الأطراف لا يزال يتطلب استثماراً قدره مليون دولار، ويفتقر العديد من وكالات المرور العابر إلى مرونة الميزانية أو تقدير الائتمان لتمويل هذه المشاريع بصورة مستقلة، وكما تبين حالة مقاطعة كينغ، فإن الملكية والنماذج المتعلقة بالخدمة لدى الأطراف الثالثة هي حلول ناشئة، ولكنها لا تزال نادرة.

Battery Lifespan and Degradation

وقد تحتاج البطاريات الثابتة إلى استبدالها بمرور الوقت بسبب درجة الحرارة وتواتر التدوير وعمق التصريف، وقد يحتاج نظام يقل حجمه أو يخضع لتدوير متواتر من الطاقة العالية إلى استبداله بعد مرور 7-10 سنوات، مما يقوض الحالة الاقتصادية، إذ يمكن أن يؤدي التخصيب السليم والإدارة الحرارية (مثل التبريد السائلي أو التمركز تحت الأرضي في المناخات المعتدلة) إلى تمديد العمر إلى 15 سنة أو أكثر.

السلامة ومخاطر الحرائق

وتتحمل نظم الليثيوم الكبيرة مخاطرة في المجرى الحراري، خاصة إذا تعرضت الخلايا للتلف أو للتركيب غير السليم، وفي حين أن كيمياء الليثيوم في المنطقة أكثر أمانا من المركز الوطني للكيمياء، فإنه لا يوجد نظام خال من المخاطر، ويجب على وكالات النقل أن ترسي نظم كشف الحرائق وإغلاقها وتهوية تلبي المدونات المحلية لحرائق يمكن أن تضيف نسبة تتراوح بين 15 و20 في المائة إلى تكلفة المشروع.

حالات التأخير في الربط بين الشبكات

وحتى عندما تكون وكالة العبور مستعدة لتركيب التخزين، فإن عملية الربط بين المنافع يمكن أن تستغرق 6 إلى 18 شهرا، وهذه الاختناقات حادة بشكل خاص في المناطق التي يوجد فيها تغل كبير في مصادر الطاقة المتجددة، حيث تُغلَّب على المرافق طلبات الربط بين الشبكات، فالمشاركة المبكرة مع فائدة واستخدام اتفاقات الربط بين الطاقة فقط يمكن أن تبسط العملية، ولكن يلزم إجراء إصلاح نظامي على مستوى الدولة للحد من الجداول الزمنية.

السياسات والحوافز والدعم التنظيمي

وتؤدي السياسة العامة دورا حاسما في التعجيل بتخزين البطاريات للمرور العابر، وتشمل الآليات الرئيسية ما يلي:

  • Investmentment Tax Credits (ITC):] In the United States, the Inflation Reduction Act extended the ITC to stand-alone energy storage, covering up to 30% of the capital cost. This has dramatically improved the return on investment for transit storage projects.
  • State —State-Level mandates:] California’s Advanced Clean Fleets rule requires all public transit buses to be zeroemission by 2040, creating a massive demand for charging infrastructure- and the storage needed to support it.
  • Low —Carbon Fuel Standard (LCFS) Credits: In California, Oregon, and other states, transit agencies can generate LCFS credits by charging buses with renewable energy, with storage allowing them to time charging for maximum credit generation.
  • Federal Transit Administration (FTA) Grants:] The FTA’s Low or No-Emission Vehicle Program provides competitive grants for both vehicles and charging/storage infrastructure, with many recent awards going to projects that include BESS.

التوقعات المستقبلية: سمارتر، نظم متكاملة أكثر

ومع نضج النقل الكهربائي، سيتطور تخزين البطاريات من عنصر قائم بذاته إلى جزء لا يتجزأ من نظام إيكولوجي أذكى للطاقة، ونحن نشهد بالفعل أول نشر لنظم إدارة المركبات - الحشود، حيث تستخدم البطاريات في التخزين المتنقل، وتوزع مرة أخرى إلى المخزن خلال ساعات الذروة، ويمكن للتكامل مع نظم إدارة المباني في مراكز العبور أن يحقق أفضل قدر من البرمجيات التي تبدأ في الإضاءة، والتصوير.

وفي بعض الأحيان تكون خلايا وقود الهيدروجين الطويلة الأجل بديلاً للمرور العابر بالبطارية وحدها، ولكن التخزين سيظل مركزياً حتى في السيناريوهات المهيدرجينية: يمكن تشغيل الكهرباء (التي تنتج الهيدروجين) على نحو أكثر كفاءة عندما يقترن ببطاريات ثابتة لتقويض الطاقة المتجددة المتقطعة، وفي جميع المستقبل، يوفر تخزين البطاريات المرونة والقدرة على التكيف التي تتطلبها عمليات النقل العام الكهربائية.

والدليل واضح: إن تخزين البطاريات ليس مجرد أداة دعم - بل هو التعزيز الهيكلي الذي سيسمح للمرور الكهربائي العام بالتوسع من المشاريع الرائدة إلى النظم على نطاق المدينة - ومن خلال تثبيت الشبكة، وتخفيض التكاليف، ودمج الطاقة المتجددة، وتوفير القدرة على التكيف، يتيح لوكالات المرور العابر الوفاء بأهدافها الطموحة في مجالي المناخ والخدمات، وستجد المدن التي تستثمر في وقت مبكر في تخزين البطاريات وطرقها في مواقع أفضل لتقديم نقل موثوق به ونظيف وميسوع.