ما السعة المناسبة لوحدات تخزين الطاقة المتنقلة لتوفير الطاقة في حالات الطوارئ المنزلية؟

ما هي وحدات تخزين الطاقة المتنقلة؟ التكنولوجيا الأساسية والمكونات الرئيسية

ما هي أنظمة تخزين الطاقة المتنقلة (MESS)، وكيف تختلف عن أنظمة تخزين الطاقة الثابتة (BESS)؟

يمكن وصف أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة (MESS) بأنها وحدات طاقة متنقلة، تتكون من بطاريات ليثيوم أيون محشورة داخل حاويات شحن قياسية مثبتة على مقطورات. وعلى عكس حلول أنظمة التخزين الثابتة للطاقة (BESS)، لا تتطلب وحدات MESS أسسًا ثابتة أو ربطًا بشبكة الكهرباء أو تحضيرات مطولة لموقع التثبيت. ويمكن نشر وحدات MESS بسرعة في أي موقع تقريبًا دون الحاجة إلى إجراء تعديلات على البنية التحتية القائمة. وبالتالي، فهي قادرة على تزويد المواقع التي تحتاج إلى كهرباء بشكل مؤقت—مثل مواقع العمل النائية، والمواقع المتضررة بعد الكوارث، وأي مكان آخر تتطلب فيه الحلول الفورية لتوفير الطاقة. ويُعزى الطلب المتزايد على هذه الحلول المؤقتة لتوفير الطاقة إلى ازدياد الحاجة إليها في القطاعات التي تشهد تغيرات سريعة في متطلبات الطاقة، وقد تمتد هذه المتطلبات لبضعة أسابيع أو أشهر.

المكونات الأساسية: البطاريات، وتحويل الطاقة، وإدارة الحرارة، ودمج خاصية التنقّل

يُعرَّف نظام التخزين المتنقّل عالي الأداء للطاقة (MESS) بأربعة أنظمة فرعية متكاملة:

يدعم نظام التحكم في الطاقة (PCS) أيضًا توفير القدرة العكسية والقدرة على التشغيل الذاتي بعد الانقطاع الكلي (Black-Start)، وذلك بفضل تحويله ثنائي الاتجاه من تيار مستمر إلى تيار متناوب، ما يسمح بإدماج الشبكات الكهربائية والمولدات والأحمال التيار المتناوب.

كما توفر أنظمة الإدارة الحرارية النشطة المبرَّدة سائلًا أو المبرَّدة بالهواء القسري حمايةً لمكونات البطارية وعملياتها من التأثيرات الضارة للحرارة، وتوفِّر إجراءات وقائية آمنة وسريعة الاستجابة، لا سيما أثناء النقل وفي المناخات القاسية وأثناء التشغيل.

كما يتوافق التصميم الهيكلي المدمج مع أنظمة التنقُّل في هذا النظام مع معايير الحاويات ISO 1496-1، ويضمن صلاحيته للسير على الطرق، وقدرته على الرفع بواسطة الرافعات، وسهولة نقله بين وسائل النقل المختلفة (مثل الشاحنات أو القطارات أو السفن) بشكل سريع.

وظيفة المكوِّن الحرجة وتأثيرها التشغيلي

خلايا البطارية: سعة تخزين الطاقة — تحدد مدة التشغيل ومعدلات التفريغ

نظام تحويل الطاقة: تحويل الكهرباء من تيار مستمر إلى تيار متناوب — يمكِّن التوافق مع الشبكة الكهربائية والمعدات

أنظمة التحكم الحراري: تنظيم درجة الحرارة — تمنع تدهور الأداء

الإطار المخصص للتنقُّل: دمج وظائف النقل — يسمح بإعادة توزيع الموقع بسرعة

أهم التطبيقات التي تُعزِّز اعتماد أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة

توفر أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة (MESS) طاقةً موثوقةً ونظيفةً وقابلةً للنشر السريع في الأماكن التي تكون فيها أنظمة الطاقة التقليدية غير عملية أو مدمرة أو مكلفةً للغاية. وخلال العام الماضي، ازداد اعتماد أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة بشكلٍ ملحوظٍ في الحالات الاستخدامية الثلاث التالية:

توفير الطاقة للاستجابة للطوارئ والتعافي من الكوارث

عندما تتضرر شبكة الكهرباء، توفر أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة كهرباءً احتياطيةً نظيفةً، وتكون عادةً جاهزةً للعمل خلال ساعاتٍ قليلةٍ من نشرها. وتدعم هذه الأنظمة تقديم الخدمات الأساسية من خلال توفير الاتصالات الطارئة، والمستشفيات الميدانية، ووحدات التبريد السلسلية للأدوية، والإضاءة لمراكز الإيواء، وغيرها. فعلى سبيل المثال، خلال إعصار آيان عام ٢٠٢٢، زُوِّدت العديد من المستشفيات ووحدات العناية المركزة في فلوريدا بالطاقة بواسطة أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة، لأن المولدات الديزل التقليدية كانت عُرضةً للفيضانات ولم تعد قادرةً على تزويدها بالوقود بعد اليوم الثالث.

حلول الطاقة المؤقتة للمشاريع الإنشائية والفعاليات والمواقع النائية

تُعَدُّ منظومة الـMESS مكمِّلاً أو بديلاً عن مولِّدات الديزل التقليدية في مواقع العمل، ومواقع تصوير الأفلام، وقاعات الحفلات الموسيقية، والمناجم. وهي تلغي التلوث الضوضائي، وتقلِّل الانبعاثات المحلية، وتوفِّر عناء إدارة الوقود. ويمكن لوحدة واحدة من منظومة الـMESS ذات سعة تبلغ ميغاواط ساعة واحدة أن تعمل لمدة ٨ ساعات في مساحة تبلغ ٥٠٬٠٠٠ قدم مربّع، ما يؤدي إلى خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار ٢٫٥ طن مقارنةً باستخدام مولِّدات الديزل. أما في المواقع النائية التي لا تتصل بشبكة الكهرباء، فإن تقنية الـMESS قادرة على العمل جنبًا إلى جنب مع أنظمة الطاقة الشمسية أو الرياح الموجودة مسبقًا لتكوين ما نسمّيه «الشبكات المصغَّرة». وفي بعض الحالات، يمكن لهذا التكامل أن يقلِّل استهلاك الوقود الأحفوري بنسبة تصل إلى ٤٠٪.

دعم الشبكة وتنعيم الذروة في الشبكات المصغَّرة المتنقِّلة

تستخدم شركات المرافق والمرافق التجارية أنظمة تخزين الطاقة المتنقلة (MESS) كموارد مرنة للشبكة الكهربائية— حيث تُشحن وحدات التخزين البطارية خلال الساعات منخفضة التكلفة وغير الذروية، وتُفرغ خلال الساعات ذات الطلب المرتفع. وخلال أحداث تنبيه المرونة (Flex Alert) لعام ٢٠٢٣ في كاليفورنيا، حققت وحدات نظام تخزين الطاقة المتنقلة (MESS) التي تم وضعها للاستجابة لتقليل الطلب على الشبكة تأجيلًا لتكاليف ترقية المحطة الفرعية بقيمة ٧٤٠ ألف دولار أمريكي، وحسّنت من أداء استجابة الطلب.

الفوائد الأساسية لأنظمة تخزين الطاقة المتنقلة (MESS) للعملاء

المرونة التشغيلية والنشر السريع

تتمتع الشركات والصناعات الآن بمرونة أكبر في إدارة احتياجات الطاقة الموسمية والدورية وغير المجدولة بفضل نظام MESS. وعلى عكس أنظمة تخزين البطاريات التقليدية، التي تتطلب تراخيص وأعمال بنية تحتية مدنية، يمكن تركيب هذه الوحدات وتشغيلها في الموقع خلال أقل من يوم واحد. وتُعد أنظمة MESS مفيدةً بشكل خاص لمراكز التزلج، حيث يؤدي فصل الشتاء إلى زيادة كبيرة في متطلبات الحمل الكهربائي (وفي بعض الحالات، تصل إلى عشرة أضعاف متطلبات الحمل التشغيلي «العادية»). وبذلك يمكن تجنّب إنفاق رأس المال على ترقيات دائمة للبنية التحتية الكهربائية. وبالمثل، يستخدم المزارعون ومعالجو الأغذية وحدات MESS للتخفيف من حالات التعطيل التشغيلية الناجمة عن الحاجة إلى التبريد والمعالجة. وبعد انتهاء الموسم، يمكن نقل وحدات MESS إلى مواقع أخرى لدعم شحن الألواح الشمسية والتدفئة خلال أشهر البرد الموسمية. ويُحقِّق هذا النوع من المرونة التشغيلية أقصى عائدٍ على الاستثمار (ROI) مع دعم حلول الطاقة الخضراء.

تخفيض رأس المال المُنفق (CapEx) مقارنةً بالبنية التحتية الدائمة وتجنب ترقيات شبكة الكهرباء

تتمثل التوفيرات الفعلية في التكاليف الناتجة عن حلول التخزين المتنقلة في كونها أكبر من تلك الناتجة عن البنية التحتية الدائمة. فوحدات أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة (MESS) تؤجّل إجراء ترقيات مكلفة لمحطات التحويل، والتي تتراوح تكاليفها بين ٥٠٠٬٠٠٠ دولار أمريكي و٢٬٠٠٠٬٠٠٠ دولار أمريكي. كما أن استخدام تقنية التخفيف الذكي من أحمال الذروة يؤدي إلى خفض الرسوم المرتبطة بالطلب بنسبة تتراوح بين ٣٠٪ و٥٠٪. وعند دمج هذه الحلول مع المولدات الحالية، فإن أنظمة التخزين المتنقلة تحسّن الأداء عبر خفض مدة تشغيل المولدات العاملة بالديزل بنسبة تقارب ٤٠٪، ما يترتب عليه خفض تكاليف الوقود وتكاليف الصيانة، وكذلك تقليل الانبعاثات الملوثة. علاوةً على ذلك، فإن أنظمة التخزين المتنقلة تلغي الحاجة إلى استثمارات أولية كبيرة لتلبية احتياجات قصيرة الأجل، مثل إنتاج الأفلام وإنشاء مراكز البيانات الجديدة والاستجابات الطارئة.

عوامل التكلفة: الميزة التنافسية لأنظمة التخزين المتنقلة

تأجيل ترقية الشبكة: يمكن تجنّب تكاليف ترقية محطات التحويل التي تتراوح بين ٥٠٠ ألف دولار أمريكي و٢ مليون دولار أمريكي

خفض رسوم الطلب: انخفاض بنسبة ٣٠–٥٠٪ في تعريفات أحمال الذروة

التكامل مع المولدات: خفض بنسبة ٤٠٪ في استهلاك الوقود

تقييم حلول أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة

المتطلبات المتعلقة بالسعة، والتصنيف القدرة، ومدة التشغيل

يجب أن يبدأ اختيار حل تخزين الطاقة المتنقل (MESS) بفهمٍ متينٍ لمتطلبات المهمة التشغيلية الحرجة، ومواءمتها مع المعايير الفنية للحل (MESS)، بما يتجاوز المعايير البارزة. فاستخدامات مثل الدعم الطارئ، وتسطيح قمم الحمل، وخدمات الشبكة الكهربائية، والعمليات الصناعية النائية تختلف في معاييرها الأساسية.

أما بالنسبة للدعم الطارئ، فإن السعة القابلة للاستخدام (بالكيلوواط ساعة) ومدة التشغيل (مثل 15 كيلوواط لمدة 48 ساعة تعادل نحو 720 كيلوواط ساعة من الطاقة القابلة للاستخدام، مع أخذ عمق التفريغ بنسبة 80–90% في الاعتبار) هي عوامل بالغة الأهمية؛ بينما تتطلب عمليات تسطيح قمم الحمل وخدمات الشبكة الكهربائية قدرةً عاليةً (بالكيلوواط أو الكيلوفولت أمبير) واستجابةً فائقة السرعة (أقل من ثانية واحدة للوصول إلى القدرة الكاملة)، إضافةً إلى قدرة تفريغ شبه فورية تبلغ نحو 500 كيلوواط.

أما العمليات الصناعية النائية، لا سيما تلك التي تُمارَس في درجات حرارة محيطة قصوى تقل عن -10°م أو تزيد على 45°م، فهي تتطلب حلاً لتخزين الطاقة المتنقل يتمتع بعمر دورة طويل، وحماية بيئية (مستوى حماية من الغبار والماء لا يقل عن IP55)، وقدرة تحمل حرارية عالية.

مثال على مقاييس الأولوية حسب حالة الاستخدام

مدة التشغيل الاحتياطي في حالات الطوارئ + السعة: تغطية لمدة ٤٨ ساعة عند قدرة ١٥ كيلوواط

تصنيف القدرة لتخفيض القمم + الاستجابة: ارتفاع القدرة إلى ٥٠٠ كيلوواط في أقل من ثانية واحدة

عمر دورة التعدين عن بُعد + المتانة: أكثر من ٥٠٠٠ دورة، مع تصنيف IP55

الشهادات ومعايير السلامة وتوافق الخدمات اللوجستية (مثل التكامل مع حاويات ISO): لا يجوز أن تُعرِّض أنظمة تخزين الطاقة المتنقلة (MESS) والخدمات المرتبطة بها سلامة أو امتثال الأنظمة للشهادات أو جاهزية النقل للخطر. وأفضل أنظمة MESS قد خضعت لاختبارات سهلة (مثل UL 9540A)، وسهولة اختبار انتشار الحريق، والامتثال للمعيار UN38.3 الخاص بنقل بطاريات الليثيوم. وتتماشى هذه الأنظمة مع معايير ISO 1496-1 الخاصة بالتكامل في الحاويات القياسية (ISO)، ما يعني أنها متوافقة مع النقل متعدد الوسائط. كما أنها متوافقة مع رفع الحاويات بواسطة الرافعات وتراكمها، ومُمتثلة لقيود الوزن المسموح على الطرق. وتطرح الخدمات اللوجستية تحديات إضافية عديدة، مثل...

تتضمن الرافعات نقاط رفع مدمجة وقوالب زوايا معزَّزة

الغُرف مُحكَمة المناخ — تعمل البطاريات ضمن نطاق درجة حرارة يتراوح بين ١٥–٢٥°م

مُركَّبة مع مُخفِّضات اهتزاز النقل البري ومُعلَّقات تمتص الصدمات

يمكن أن يؤدي تجاهل إدارة الحرارة من حيث المسؤولية إلى تسريع معدل انخفاض السعة. فقد تصل الخسارة في الطاقة القابلة للاستخدام إلى ٢٠٪ في الظروف المستمرة دون الصفر، وهي خسارة قد تكون دائمة في قدرة الاحتفاظ بالطاقة (المجتمع الكهروكيميائي، ٢٠٢٣). وعلى الرغم من طول مدة هذه العملية، فإن الحصول على شهادة سلامة من جهة خارجية يمكن أن يساعد في تجنُّب الحوادث، وبتكلفة مباشرة قدرها ٧٤٠ ألف دولار أمريكي (معهد بونيون، ٢٠٢٣).

أسئلة شائعة

ما هو نظام التخزين المتنقِّل للطاقة؟
أنظمة التخزين المتنقِّلة للطاقة (MESS) هي وحدة طاقة متنقِّلة مزوَّدة ببطارية ليثيوم-أيون. ويمكن نشر أنظمة MESS واستخدامها فورًا دون الحاجة إلى الاتصال بالشبكة الكهربائية أو تركيبات دائمة.

ما المكوِّنات التي تتضمَّنها أنظمة التخزين المتنقِّلة للطاقة؟
تأتي أنظمة MESS المتقدِّمة مزوَّدةً بوحدات بطاريات ليثيوم-أيون، ونظام تحويل الطاقة، وهيكلٍ مصمَّمٍ ليشمل إمكانية التنقُّل المدمجة.

أين تُستخدم أنظمة التخزين المتنقِّلة للطاقة عادةً؟
تم تصميم نظام MESS لتوفير الطاقة المتنقلة للشبكات المصغَّرة، ومشاريع البناء، والطاقة المطلوبة في الفعاليات، والاستجابة للطوارئ.

ما هي المزايا التي يقدِّمها استخدام نظام MESS للشركات؟
وبالمقارنة مع مولدات الطاقة المتنقلة أو غيرها من الخيارات المتصلة بالشبكة، فإن نظام MESS اقتصادي التكلفة، ومرن، وسهل التركيب، ويتفادى الحاجة إلى ترقيات مكلفة لربط الشبكة.

ما العوامل التي يجب أن أراعيها عند اختيار حلٍّ متنقِّل لتخزين الطاقة؟

راجع حالة الاستخدام الخاصة بك من حيث السعة، وتصنيف القدرة، ومدة التشغيل، والسلامة، وتوافقها مع متطلبات اللوجستيات.