ما السيناريوهات المناسبة لمعدات التخزين المتنقلة للطاقة؟

حدث انقطاع طاقة الشبكة: طاقة احتياطية طارئة

تزايد خطر انقطاع التيار الكهربائي

تؤدي البنية التحتية القديمة إلى تفاقم التحديات الناجمة عن الكوارث الطبيعية التي تسبّبها آثار تغير المناخ. ويبين أحدث تقرير صادر عام ٢٠٢٣ عن هيئة موثوقية شبكة الكهرباء في أمريكا الشمالية (NERC) ازديادًا بنسبة ٦٥٪ في التحديات الواسعة النطاق التي تواجه الشبكة الكهربائية (عام ٢٠٢٣)، حيث يُعزى ٨٣٪ من حالات الانقطاع الكبرى في الولايات المتحدة منذ عام ٢٠٢٠ إلى الظروف الجوية القصوى. ويعرّض هذا التهديد المتزايد الكيانات التشغيلية الحساسة لخللٍ متزايد الخطورة ناتجٍ عن فشل متسلسل في الشبكة الكهربائية.

طاقة استجابة طارئة سريعة ومستمرة من وحدات التخزين المتنقلة

توفر أنظمة التخزين المتنقلة أنظمة فريدة تتفاعل ديناميكيًّا مع 'الوحدات المعزولة'، وهي أنظمة منفصلة عن الشبكة الكهربائية. وتوفّر أنظمة التخزين المتنقلة طاقةً سريعةً وغير منقطعةٍ بفضل محولات التيار الرقمية الفريدة المُدمجة فيها، والتي تتجاوز أنظمة الديزل التقليدية ووقت تشغيلها الذي يتراوح بين ١٠ و٣٠ دقيقة. ويمكن تفعيل وحدات أنظمة التخزين المتنقلة في غضون أقل من ساعتين. كما يمكن تحويل أنظمة الديزل التقليدية غير العاملة إلى أنظمة وحداتية قادرة على خفض الذروة الكهربائية، وبسعة تتراوح بين ١٠٠ كيلوواط و٢ ميغاواط.

الجسم

كانت أنظمة التخزين المتنقلة (BESS) في نظم الرعاية الصحية خلال عمليات انقطاع التيار الكهربائي الوقائي المُخطَّط لها (PSPS) في كاليفورنيا عام 2023 ذات أهمية بالغة. وخلال عمليات الإيقاف الطارئة الحساسة زمنيًّا، تدعم أنظمة التخزين المتنقلة بقدرة ٥٠٠ كيلوواط (BESS) منشأة ميرسيد للرعاية الصحية في إعدادها المسبق للإيقاف لمدة تصل إلى ٧٢ ساعة ضمن دعم الرعاية الصحية الطارئ/ دعم الحياة (EOHCLSL)، ما يلغي انبعاثات الجسيمات الناتجة عن احتراق الديزل ويحقِّق خفضًا إجماليًّا بنسبة ٤٠٪ في تكلفة الوقود. وقد حقَّقت هذه الحلول عائدًا تقديريًّا قدره ٢٢٠.٠٠٠ دولار أمريكي لكل ساعة لضمان استمرارية التشغيل دون انقطاع، وذلك نتيجة القدرة السريعة على الربط الشبكي لمراكز المستشفيات الإقليمية.

تُروِّج الحلول المقترحة لتكنولوجيا الانبعاثات الصفرية كبديلٍ لمولدات الديزل.

التحديات التشغيلية للمواقع المؤقتة الناجمة عن المولدات التي تعمل بالوقود الأحفوري.

تُعَدُّ مولدات الديزل الخيار الرئيسي للحلول المؤقتة لتوفير الطاقة، لكنها تتمتَّع بعيوب جوهرية.

يمكن أن تؤدي الضوضاء الناتجة عن المولدات إلى اضطرابات في البيئات السكنية أو الفنادق أو مواقع الفعاليات. وتُشكِّل مولدات الديزل، بسبب صوتها الذي يتجاوز ٨٥ ديسيبل، خطرًا على اضطراب البيئة المحيطة. (إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية OSHA، ٢٠٢٣).

تُطلق مولدات الديزل مستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وأكاسيد النيتروجين (NOₓ) والجسيمات نتيجة احتراق الوقود الأحفوري أثناء التشغيل. وتشكل الانبعاثات الناتجة عن فرن مولد الديزل خطرًا في تجاوز لوائح جودة الهواء التي تزداد صرامةً باستمرار.

اللوجستيات القاتلة لأنظمة مولدات وقود الديزل هي: الحاجة إلى تخزين وقود مؤقت في الموقع، وأنظمة النقل وإعادة التزود بالوقود، وارتفاع تكاليف المشروع ومخاطر التسرب.

يتطلب تشغيل مولدات الديزل مستوىً عاليًا من الصيانة يشمل تغيير الزيت وتغيير الفلاتر وصيانة المحرك. وتؤدي هذه المتطلبات الصيانية إلى ارتفاع تكاليف المشروع بسبب تزايد فترات التوقف عن العمل والجهد العامل المطلوب.

وتخلق هذه التحديات مسؤوليات تشغيلية وبيئية.

مع أخذ جميع التكاليف في الاعتبار: عندما تتفوق أنظمة التخزين المتنقل للطاقة على مولدات الديزل.

صحيحٌ أن مولدات الديزل الوقودية أكثر فعالية من حيث التكلفة في البداية، ولكن عند أخذ تكاليف الوقود والصيانة والغرامات التنظيمية وطول عمر التشغيل في الاعتبار، تُعتبر حلول تخزين الطاقة المتنقلة النهج الأفضل.

ساعات التشغيل أو تكاليف الوقود
٩٠٠ ساعة سنويًّا (في مشاريع الإنشاءات عالية الحجم)؛ وعادةً ما تؤدي المولدات الديزلية إلى تكاليف أعلى من حلول تخزين الطاقة المتنقلة خلال فترة ٥ إلى ٧ سنوات، كما أن هذه التكنولوجيا تتطور بسرعة كبيرة.

أنظمة شبكية صغيرة مستقلة عن الشبكة الرئيسية ومرنة

المواقع القطبية الشمالية، والصحراوية، والجزرية

تواجه المناطق النائية أكبر الفجوات حرجة في بنية التحتية للطاقة. ففي منطقة القطب الشمالي، تتعرض المستوطنات لدرجات حرارة منخفضة قصوى تؤدي إلى انقطاع خطوط النقل الكهربائي. أما في الصحارى، فإن المعدات قد تتآكل بمعدل متسارع. وتواجه المجتمعات الجزيرية صعوبات بالغة بسبب عدم إمكانية ربط الكابلات البحرية. وقد تصل تكلفة تركيب هذه الكابلات إلى أكثر من مليوني دولار أمريكي لكل كيلومتر (الوكالة الدولية للطاقة، ٢٠٢٣). وفي غياب بديل، تعتمد المجتمعات النائية على مولدات الديزل لتوليد الطاقة. وتتراوح تكلفة الوقود بين ٠,٩٢ و١,٣٠ دولار أمريكي لكل كيلوواط ساعة، ما يجعل تشغيلها يكلف ما يقرب من ثلاثة أضعاف تكلفة أنظمة الطاقة المتجددة البديلة. ووحدات تخزين الطاقة المتنقلة هي التكنولوجيا الوحيدة القادرة على توريد الطاقة مؤقتًا وتقديم طاقة عالية الموثوقية في المناطق التي لا يمكن للشبكات التقليدية الوصول إليها.

نظام هجين للطاقة الشمسية/الرياح مع وحدات تخزين طاقة متنقلة لتوفير طاقة موثوقة على مدار ٢٤ ساعة يوميًّا

عندما تتكامل تقنية تخزين الطاقة المتنقلة مع تقنية توليد الطاقة المتجددة، يمكن إنشاء شبكات دقيقة ذاتية الاكتفاء في معظم المواقع المعزولة. وتوفّر أنظمة الطاقة الشمسية أو الرياح الإمداد بالطاقة الأساسي، بينما تساعد بطاريات التخزين في التحكم في إمداد الطاقة في الأوقات التي لا يكون فيها التوليد مثاليًّا. وتشير الأبحاث الحديثة إلى أن هذه الأنظمة الهجينة قادرة على التشغيل بنسبة ٩٩,٩٨٪ من الوقت، وأن تكلفة التشغيل تتراوح بين ٠,٤٠ و٠,٦١ دولار أمريكي لكل كيلوواط ساعة، أي ما يمثل انخفاضًا بنسبة ٦٠٪ مقارنةً بأنظمة الديزل التقليدية. ومن أبرز الفوائد الرئيسية لهذه الأنظمة:

فورية وموثوقة. جاهزة للتشغيل في غضون أقل من ٤ ساعات

آمنة. إن استبدال مولّد ديزل واحد يمنع انبعاث ١٢–١٨ طنًّا متريًّا من غاز ثاني أكسيد الكربون شهريًّا.

وهذا يعني أن مضخات المياه والمدارس والعيادات يمكنها أن تستأنف العمل مجددًا.

مستقبل الفعاليات المؤقتة هو طاقة مرنة ومستدامة

تُمثِّل الجبهة الجديدة لتكنولوجيا تخزين الطاقة المتنقِّلة حَدًّا فاصلًا جديدًا في إدخال أنظمة الطاقة المرنة والمستدامة إلى أسواق الفعاليات المؤقتة، التي كانت تعتمد في السابق بشكل رئيسي على مولِّدات الديزل التقليدية. وباتت أسواق الفعاليات المؤقتة المتطوِّرة—مثل المهرجانات الخارجية، والفعاليات الرياضية، والمعارض—تبدأ في استخدام أنظمة البطاريات الكهروكيميائية المتنقِّلة كمصدر طاقة رئيسي لها. وعادةً ما تستخدم الفعاليات الخارجية مولِّدات الديزل لتوفير الطاقة، ويستمر ٧٣٪ من الفعاليات الخارجية المنعقدة اليوم في الاعتماد على مولِّدات الديزل. وتُنتج مولِّدات الديزل ضجيجًا يتجاوز ٨٥ ديسيبل، ما يُسبِّب اضطرابًا كبيرًا في الفعاليات المؤقتة. أما أنظمة تغذية الفعاليات المؤقتة التي تُطوَّر حاليًّا فهي أكثر همسًا بكثير، ولا تُنتِج غازات عادمة سامة، كما تحسِّن جودة الهواء المحيط وجودة التجربة العامة للفعالية بشكل ملحوظ. وبجانب توفير الطاقة عبر أنظمة البطاريات، فإن الأنظمة التي تتضمَّن صفائف شمسية متنقِّلة توفِّر أيضًا أنظمة طاقة تعمل بنسبة ١٠٠٪ من مصادر الطاقة المتجددة. ويُفيد منظِّمو الفعاليات بأنهم يلاحظون انخفاضًا بنسبة ٤٠٪ في وقت الإعداد مقارنةً بأنظمة مولِّدات الديزل. وتوفر المرونة الفريدة والتصميم المتنقِّل لهذه الأنظمة الجديدة ميزةً كبيرةً، إذ تتيح نقل أنظمة الطاقة إلى المواقع النائية التي لا تتوافر فيها إمكانية الوصول إلى الشبكة الكهربائية الحالية. وباتت الفعاليات المؤقتة مثل تصوير الأفلام وحفلات الزفاف على الشواطئ تمتلك الآن مصدر طاقةٍ موثوقٍ في مواقع لم تكن تتوافر فيها سابقًا إمكانية الحصول على الطاقة.

قسم الأسئلة الشائعة

ما هي التحديات الرئيسية لاستخدام مولدات الديزل لتوفير الطاقة المؤقتة؟

توجد العديد من التحديات المرتبطة باستخدام مولدات الديزل، مثل الضوضاء المفرطة التي تتجاوز ٨٥ ديسيبل، والتلوث الهوائي الذي يشكل خطرًا على جودة الطاقة مُؤكَّد ومُوثَّق، وكذلك القيود الزمنية والمالية المتأصلة في نقل الوقود وشحنه وتخزينه. ومن ثم هناك متطلبات الوقت المتعلقة بالتشغيل والصيانة اللازمة لتشغيل مولدات الديزل.

كيف تقارن أنظمة التخزين المتنقلة للطاقة بمولدات الديزل من حيث التكلفة؟

ورغم أن مولدات الديزل قد تبدو أقل تكلفةً في البداية، فإن إجمالي التكاليف على المدى الطويل مقارنةً بأنظمة التخزين المتنقلة الأخرى يُظهر أن مولدات الطاقة (التي تعمل بالبطاريات) لا تتطلب تكاليف وقود، وتحتاج إلى صيانة بسيطة جدًّا، ولها عمر تشغيلي أطول بكثير. وفي ظل ظروف الاستخدام الكثيف، تحقق مولدات الطاقة عائد استثمار (ROI) خلال فترة تتراوح بين ٣ و٥ سنوات.

ما الذي يجعل حلول تخزين الطاقة المتنقلة مُفضَّلةً في المواقع النائية أو خارج الشبكة؟

يمكن لوحدات تخزين الطاقة المتنقلة تقديم حلول طاقةٍ موثوقةٍ دون الحاجة إلى بنية تحتية ثابتة. وهي توفر حلول طاقةٍ موثوقةٍ في المواقع التي تعاني من قيودٍ شديدةٍ على شبكات التوزيع الكهربائي، مثل منطقة القطب الشمالي والصحاري والجزر النائية.

ما الفوائد التي تقدِّمها أنظمة تخزين الطاقة المتنقلة للمناسبات المؤقتة؟

توفر هذه الأنظمة طاقةً نظيفةً ومرنةً وموثوقةً دون الضوضاء أو الانبعاثات الناتجة عن مولدات الديزل. وتتميَّز بسرعة نشرها، كما يمكن تركيبها في وقتٍ أقل بنسبة ٤٠٪ مقارنةً بالأنظمة التقليدية، وهي ميزةٌ بالغة الأهمية للمناسبات التي تركز على الاستدامة.