ما مدى موثوقية وحدة التخزين المتنقلة للطاقة المشغَّلة ببطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LFP) في حالات الطوارئ؟

تتميّز بطاريات لثيوم حديد الفوسفات (LFP) بهيكلها البلوري الفريد من نوعه على شكل أوليفين، الذي يمنع حدوث الانفلات الحراري والارتفاع المفرط في درجة الحرارة أثناء حالات الطوارئ الكهربائية. وعادةً ما تواجه بطاريات الليثيوم الأيونية صعوبات في التعامل مع الظروف التي تُدارها بسهولة ببطاريات LFP. ويمكن لبطاريات LFP أن تتحمل درجات حرارة تصل إلى أكثر من ٨٠٠ درجة مئوية أثناء الاستخدام دون أن تفقد استقرارها. ويشمل ذلك حالات التعرّض للحرارة، أو الصدمات الميكانيكية، بل وحتى الشحن الزائد، الذي يحدث بشكل متكرر أثناء حالات الطوارئ. وتُشير الأدلة المستمدة من الواقع العملي إلى أن بطاريات LFP تسجّل انخفاضاً بنسبة ٧٢٪ في حالات ارتفاع درجة الحرارة والانفلات الحراري مقارنةً بأنواع البطاريات الأخرى أثناء الاستخدام في حالات الطوارئ عند درجة حرارة ٤٥ درجة مئوية. وقد نُشرت هذه الأدلة في «تقرير سلامة تخزين الطاقة» لعام ٢٠٢٢.

المقارنة المرجعية للسلامة مقابل بطاريات NMC/NCA: المخاوف العملية الحقيقية المتعلقة بأنظمة تخزين الطاقة المتنقّلة القابلة للنشر الميداني

في تقييم بطاريات NMC (نيكل-منغنيز-كوبالت) وNCA (نيكل-كوبالت-ألمنيوم)، تُظهر كيمياء بطاريات LFP (ليثيوم حديد فوسفات) مقاييس سلامة أكثر ملاءمةً، وهي عوامل بالغة الأهمية لتوفير الطاقة في حالات الطوارئ. وهناك احتمالٌ لانخفاض كبير في مستوى المخاطر نظراً لارتفاع عتبة الانفلات الحراري، خاصةً مع غياب الكوبالت المتطاير.

عامل السلامة: كيمياء LFP مقابل كيمياء NMC/NCA
بداية الانفلات الحراري: >270°م مقابل 150–210°م
خطر الاشتعال: منخفض مقابل متوسط إلى مرتفع
إطلاق الأكسجين أثناء الفشل: غير موجود مقابل كبير

ويتجلى الاستقرار في السلامة التشغيلية: حيث تُظهر وحدات تخزين الطاقة المتنقلة القائمة على LFP معدلات فشل أقل بخمس مرات أثناء الزلازل، وأقل بنسبة 68% من الحرائق خلال عمليات النشر المتعددة الأيام (دراسة مرونة الشبكة الكهربائية 2023). كما أن الموثوقية تجنب حدوث مخاطر إضافية عند تشغيل البنية التحتية الحيوية في الظروف الخطرة.

توصيل طاقة ثابت ومستمر تحت ملفات الأحمال الحرجة في حالات الطوارئ

تُعَد الاستقرارية أمرًا بالغ الأهمية لتشغيل الأجهزة الطبية وأدوات الاتصال في حالات الطوارئ. وتم تصميم أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة التي تعمل ببطاريات فوسفات الليثيوم الحديدي (LFP) خصيصًا لتلبية هذا المتطلب الحيوي، نظرًا للمزايا المتأصلة في تصميمها.

وبالاشتراك مع وحدات التخزين المتنقلة للطاقة، أظهرت شركات المرافق قدرةً تبلغ ٩٨,٣٪ على التنبؤ بمدة التشغيل أثناء انقطاع التيار الكهربائي الذي يستمر لأكثر من ٣ أيام (تقرير مرونة الطاقة الصادر عن وكالة إدارة الطوارئ الفيدرالية FEMA لعام ٢٠٢٤)، ما يسمح بتوزيع الوقود المخصص لمولدات الطوارئ بشكل دقيق وفعال.

وخلافًا للأنظمة الأخرى، يجب أن يضمن نظام إدارة البطاريات (BMS) عدم وجود أي نقاط فشل واحدة (SPOFs)، لأنها قد تؤدي إلى تعطّل وحدة التخزين المتنقلة للطاقة (MES) بالكامل. وبالمراحل الأولى من التطوير، صمّم المهندسون نظام إدارة البطاريات (BMS) ليتيح أعلى مستويات الموثوقية ويحافظ على التشغيل غير المنقطع. وعند حدوث ارتفاع مفاجئ في التيار الكهربائي، يجب أن يستجيب نظام إدارة البطاريات (BMS) خلال جزء من الألف من الثانية لضمان سلامة النظام. بل إن الطبقة الفرعية الميلي ثانية في نظام إدارة البطاريات (BMS) هي التي ستُحقِّق ديناميكيًّا حالة التوازن في النظام. وتتم إعادة توزيع الطاقة بين الخلايا غير المتوازنة بشكل نشط، مما يمنع إلحاق أي ضرر دائم بتلك الخلايا. كما يوفّر هذا النظام وسيلة موثوقة للحفاظ على تشغيل النظام دون وجود نقطة فشل واحدة. وهذه المسألة بالغة الأهمية خصوصًا بالنسبة لخلايا فوسفات الليثيوم الحديدي (LiFePO4) المستخدمة في أنظمة دعم الحياة، إذ قد تكون أزمنة الاستجابة السريعة الفارق بين الحياة والموت.

تُظهر الاختبارات التي أُجريت في العالم الحقيقي أن أنظمة إدارة البطاريات (BMS) الجديدة هذه تواصل تقديم إخراج طاقةٍ ثابتٍ خلال نحو ٩٨ حالةً من أصل ١٠٠ حالة فشل في شبكة الكهرباء. وهي تتعامل مع التقلبات الكهربائية بنسبة تفوق ٤٠٪ مقارنةً بالأنظمة الأساسية التي تقطع التيار فور ظهور المشكلات.

عمر البطارية الافتراضي على الرف، وانخفاض نسبة التفريغ الذاتي، والموثوقية الطويلة الأمد للاستخدام غير المتكرر.

تتطلب أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة في حالات الطوارئ نشرًا فوريًّا، حتى بعد فترات طويلة من التخزين تمتد إلى شهور أو سنوات. وتتميَّز تكنولوجيا ليثيوم حديد الفوسفات (LFP) بموثوقيتها الاستثنائية. فمعظم بطاريات LFP تحتفظ بما يقارب ٩٠٪ من شحنتها بعد سنة واحدة فقط من التخزين. وهذه تحسينٌ بالغ الأهمية مقارنةً بتقنية البطاريات الرصاصية التقليدية، التي قد تفقد ما بين ٥٪ و١٥٪ من شحنتها كل شهر، بل وتتطلَّب شحنًا دوريًّا لتفادي التلف الناجم عن التصلُّب الكبريتّي (Sulfation). ولا حاجة إلى جداول شحن أو صيانة دورية مع بطاريات LFP. وهذا أمرٌ بالغ الأهمية خصوصًا بالنسبة للوحدات المُنصَّبة في المواقع النائية أو تلك التي ستُستخدَم فقط خلال موسم الأعاصير. إذ يمكن ترك البطاريات دون استخدامٍ تامٍّ لفترات طويلة جدًّا. كما توفر بطاريات LFP عمر انتظار (Shelf Life) يبلغ نحو ١٠ سنوات، ما يضفي قيمةً أكبر على البنية التحتية الحرجة، حيث قد تبقى البطاريات غير مستخدمةٍ لفترات طويلة. ومن غير المرغوب جدًّا استبدال بطاريات لا تزال تمتلك عمرًا افتراضيًّا مفيدًا متبقّيًا.

راحة بالك هي أولويتنا رقم واحد عندما يتعلق الأمر بموثوقيتنا خلال الانقطاعات الكهربائية الطويلة جدًّا التي شهدناها مؤخرًا. ومعنا، تظل الأجهزة الطبية تعمل، وبعض أجهزة الراديو تعمل أيضًا، ويمكن التخلي عن البطاريات الاحتياطية نظرًا لموثوقيتنا العالية في الأوقات التي تكون فيها هذه الموثوقية بالغة الأهمية.

الأسئلة الشائعة.

ما الذي يميز بطاريات LFP مقارنةً بأنواع بطاريات الليثيوم-أيون الأخرى؟

تتميَّز بطاريات LFP بأنها الأكثر أمانًا في حالات الطوارئ، إذ يقل احتمال اشتعالها وتعرُّضها لمشاكل الحرارة مقارنةً بأنواع بطاريات الليثيوم-أيون الأخرى.

ما الذي يمكن قوله عن بطاريات Grizzly LFP فيما يتعلَّق بالانقطاعات الكهربائية الممتدة؟

عند مواجهة حالات انقطاع كهربائي ممتدة خارج الشبكة، تبقى أداء بطاريات Grizzly LFP ثابتًا للغاية حتى عند التفريغ العميق.

هل يمكن استخدام بطاريات LFP في الحالات التي يتوقع أن يكون الاستخدام فيها نادرًا، خاصةً مع الأخذ في الاعتبار إمكانية استخدامها في مواقع نائية؟

بالتأكيد! حتى بعد فترات طويلة جدًّا من عدم الاستخدام، تظل بطاريات الليثيوم حديد الفوسفات (LFP) جاهزة للتشغيل فورًا لأنها تتميّز بكفاءة عالية في فقدان الشحنة الذاتي. وينطبق هذا بشكل خاص عند توقُّع فترة طويلة من عدم النشاط، حيث تبقى البطارية في حالة سكون.