تخزين الطاقة باستخدام البطاريات التجارية: كيف يساهم تخفيف أحمال الذروة في تحسين التحكم في تكاليف الطاقة

غالبًا ما تتأثر فواتير الكهرباء التجارية والصناعية بعوامل أخرى غير إجمالي عدد الكيلوواط/ساعة. ففي العديد من هياكل التعريفات، يمكن لفترة قصيرة من ارتفاع الطلب أن تؤثر على رسوم الاستهلاك الشهرية، حتى لو كان متوسط استهلاك المنشأة أقل بكثير. تخزين الطاقة باستخدام البطاريات لأغراض تجارية يتيح لمشغلي المواقع وسيلة قابلة للتحكم لتقليل تلك الذروات قصيرة الأمد، وتنسيق الأحمال المرنة، والاستفادة بشكل أفضل من توليد الطاقة المتجددة في الموقع.

بالنسبة لمنشأة تجارية وصناعية، لا تقتصر الجدوى الاقتصادية على مجرد “تركيب بطارية وتوفير المال”. بل تعتمد على مخطط الأحمال المتقطعة للموقع، وتعرفة المرافق، وجدول التشغيل، وحدود الربط الشبكي، واستراتيجية تشغيل البطارية، وقيمة المرونة التشغيلية. تركز شركة DAXIN ENERGY حلولها الخاصة بأنظمة تخزين الطاقة (ESS) التجارية والصناعية على تطبيقات تشمل تخفيف أحمال الذروة، والاستجابة للطلب، والطاقة الاحتياطية، وتكامل الطاقة الشمسية مع التخزين.1 لذلك، من الضروري إجراء تقييم خاص بالموقع قبل تقديم أي ادعاءات بشأن التوفير أو توصيات بشأن حجم النظام.

ما المقصود بـ«تخفيف الذروة»؟

يُعرف «تخفيف أحمال الذروة» بأنه الاستخدام المنظم للبطارية لتقليل كمية الطاقة التي تستهلكها المنشأة من الشبكة خلال فترات محددة تشهد ارتفاعًا في الطلب. وعندما يرتفع حمل المبنى فوق عتبة محددة مسبقًا، يتم تفريغ البطارية لتزويد جزء من الحمل بالطاقة. وعندما ينخفض الطلب، أو عندما تكون أسعار الطاقة وظروف التشغيل مواتية، يمكن للنظام إعادة الشحن.

ومن الأمثلة البسيطة على ذلك:

الاستيراد من الشبكة = حمل المنشأة − تفريغ البطارية + شحن البطارية

إذا وصلت إحدى المنشآت إلى ذروة طلب تبلغ 1,000 كيلوواط وقامت البطارية بتفريغ 200 كيلوواط في تلك اللحظة، فإن الشبكة ستستقبل ما يقارب 800 كيلوواط، رهناً بضوابط النظام ووقت الاستجابة وحالة الشحن وترتيبات القياس. والغرض ليس بالضرورة التخلص من كل ذروة، بل إدارة الذروات ذات الأهمية في إطار التعرفة وخطة التشغيل المعمول بها.

A بطارية تخفيف الأحمال وعادةً ما تضم هذه الأنظمة حوامل البطاريات، ونظام تحويل الطاقة، وأجهزة التحكم في إدارة الطاقة، ومعدات الحماية، وأنظمة المراقبة، وأنظمة إدارة الحرارة. وتشمل مجموعة منتجات شركة «داكسين» خزانات تخزين الطاقة الخارجية المبردة بالسائل والمصممة لتطبيقات أنظمة تخزين الطاقة الصناعية والتجارية، بما في ذلك فئتي المنتجات «X-CUBE 215» و«X-CUBE 261».2 يجب التأكد من التكوين الدقيق، والطاقة القابلة للاستخدام، والقدرة المقدرة، وأجهزة التحكم، ومدى ملاءمة الموقع، بالرجوع إلى تصميم المشروع بدلاً من استنتاجها من اسم فئة المنتج.

لماذا تعتبر رسوم الاستهلاك مهمة بالنسبة للمرافق التجارية

ترتبط رسوم الطاقة عمومًا بكمية الكهرباء المستهلكة خلال فترة الفوترة. أما رسوم الطلب، فترتبط بأعلى مستوى تم قياسه للطلب على الطاقة، أو بحساب الطلب المحدد في التعريفة، خلال فترة زمنية محددة. وقد تكون هذه الفترة قصيرة، وتختلف قواعد التعريفة باختلاف شركة التوزيع وفئة العميل والموسم والموقع.

هذا التمييز يغير طبيعة مسألة التخزين. فقد تتكبد المنشأة التي تتمتع باستهلاك سنوي معتدل للطاقة فاتورة باهظة إذا تسبب تشغيل مبرد، أو تغيير في نوبة الإنتاج، أو عملية شحن سيارة كهربائية، أو أحمال عمليات متزامنة في حدوث ذروة شهرية عالية. وعلى العكس من ذلك، قد تكون فرص «تخفيف الذروة» أقل في المنشأة التي تتمتع بملف أحمال ثابت، حتى لو كان إجمالي استهلاكها كبيرًا.

تتمثل المهمة التحليلية الأولى في رسم خريطة للموقع ملف تعريف التحميل. وتشمل المدخلات المفيدة عادةً بيانات الطلب بفواصل زمنية مدتها 15 دقيقة أو 5 دقائق، وفواتير لمدة 12 شهرًا على الأقل، وتعريفات الطلب الواردة في التعرفة، وتقويمات التشغيل، ومشاريع الكهربة المخطط لها، وإنتاج الطاقة الشمسية، وأي قيود على التصدير. وينبغي أن يحدد التحليل ليس فقط أعلى ذروة للطلب، بل أيضًا مدى تكرار حدوث أحداث الطلب المرتفع، ومدة استمرارها، وما إذا كانت قابلة للتنبؤ، وما إذا كانت تتركز في الأوقات التي يمكن فيها شحن البطارية.

سؤال بشأن ملف تعريف الحمل	ما الذي يجعل هذا الأمر مهمًا بالنسبة لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات التجاري؟
ما مدى ارتفاع القيم القصوى الشهرية والموسمية؟	يحدد الهدف المحتمل لخفض الطلب.
كم من الوقت تستمر فترات الذروة؟	يساعد في تحديد الطاقة المطلوبة والطاقة القابلة للاستخدام.
هل يمكن التنبؤ بالذروات؟	يدعم التوزيع الموثوق به والتخطيط لحالة الشحن.
هل تتزامن فترات الذروة مع إنتاج الطاقة الشمسية؟	يحدد ما إذا كان بإمكان الطاقة الشمسية شحن البطارية مباشرةً أو تقليل الاستهلاك من الشبكة.
هل توجد قيود على التصدير أو التوصيل البيني؟	يؤثر على عناصر التحكم وأنماط التشغيل والجوانب الاقتصادية للمشروع.

وبدون هذه البيانات، لا يُعتبر من المسؤولية الوعد بنسبة تخفيض معينة، أو رقمًا محددًا للوفورات السنوية، أو فترة استرداد التكلفة. يمكن للبطارية أن تقلل من ذروة استهلاك محددة بدقة، لكنها لا تستطيع ضمان تحقيق وفورات إذا كانت التعرفة لا تكافئ هذا السلوك، أو إذا كانت مدة الذروة أطول من الطاقة المتاحة، أو إذا لم يتم تزويد النظام بحالة شحن كافية.

مقارنة بين استراتيجيات أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات التجارية

يُعد «تخفيف أحمال الذروة» إحدى استراتيجيات التشغيل من بين عدة استراتيجيات. ويمكن تصميم نظام تخزين البطاريات التجاري لخدمة مسار قيمة رئيسي واحد أو أن يتم تنسيقه ليعمل عبر تطبيقات متعددة. وينبغي تحديد الأولويات قبل تهيئة عناصر التحكم، لأن البطارية لا يمكنها توفير طاقة وكهرباء غير محدودتين لكل خدمة في الوقت نفسه.

الاستراتيجية	مبدأ التشغيل	القيمة الأساسية	الاعتبارات الرئيسية في التصميم	المقاس القياسي
تخفيف الأحمال في أوقات الذروة	قم بالتفريغ عندما يقترب الطلب في الموقع من عتبة مستهدفة.	إدارة رسوم الاستهلاك.	مدة الذروة، ومتطلبات الطاقة، وفترة قياس التعرفة، واحتياطي حالة الشحن.	مصانع، ومستودعات، ومباني تجارية، ومواقع تشهد ارتفاعات حادة في الطلب.
المراجحة على أساس وقت الاستهلاك	قم بالشحن في الفترات التي تنخفض فيها الأسعار، وقم بالتفريغ في الفترات التي ترتفع فيها الأسعار.	تحسين تكلفة الطاقة.	فارق أسعار الاستهلاك حسب الوقت، وخسائر النقل ذهابًا وإيابًا، وتكلفة التشغيل المتكرر، وقواعد التعرفة.	مرافق ذات جداول زمنية يمكن التنبؤ بها وفروق أسعار ملموسة.
الطاقة الاحتياطية	الحفاظ على الطاقة المخزنة لتلبية احتياجات الأحمال الحيوية أثناء انقطاع التيار الكهربائي.	الاستمرارية والمرونة.	تعريف الحمل الحرج، ومعدات النقل، وأنظمة التحكم في التشغيل المنفصل، والمدة، وخطة إعادة الشحن.	المواقع التي يُشكل فيها التعطل أو فقدان البيانات أو انقطاع العمليات تكلفة باهظة.
خدمات الشبكة	الاستجابة لإشارة خارجية أو لبرنامج سوقي.	إيرادات المرونة أو دعم النظام.	شروط الأهلية للبرنامج، والقياس عن بُعد، والتزامات الإرسال، ومتطلبات التوافر.	المواقع المشاركة في برامج الاستجابة للطلب أو برامج المرونة المعتمدة.

والفرق المهم هو أن «تخفيف الأحمال في أوقات الذروة» يُقاس على أساس كمية الطاقة المستوردة من الشبكة إلى المنشأة، في حين تُقاس «الطاقة الاحتياطية» على أساس متطلبات استمرارية الخدمة. وقد لا يتمكن النظام المُحسَّن لإدارة رسوم الاستهلاك اليومي من تفريغ شحنته بالكامل أثناء انقطاع التيار الكهربائي إذا كان قد استهلك طاقته بالفعل في وقت سابق من اليوم. لذلك، يجب أن يحدد موجز المشروع ما إذا كانت المرونة ميزة ثانوية، أم متطلبًا تعاقديًا، أم السبب الرئيسي للتخزين.

كيف تساهم استجابة الطلب في توسيع نطاق تخفيف أحمال الذروة

الاستجابة للطلب يُغير استهلاك الكهرباء استجابةً لظروف الشبكة، أو إشارات شركة الكهرباء، أو التغيرات في الأسعار. ويمكن للبطارية أن تساهم في ذلك عن طريق تقليل استيراد الطاقة من الشبكة عندما يتلقى النظام طلب توزيع، في حين يمكن للمنشأة أيضًا تعديل جداول تشغيل أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، أو التبريد، أو الضخ، أو الشحن، أو الإنتاج.

بالنسبة لأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) في قطاع التجارة والصناعة (C&I)، يمكن أن تُكمل استجابة الطلب عملية تخفيف أحمال الذروة المحلية. تعمل آليات التحكم المحلية على حماية هدف الطلب الخاص بالمنشأة؛ فقد يتطلب برنامج استجابة الطلب الخارجي خفضًا في وقت مختلف. ويجب على نظام إدارة الطاقة أن يقرر ما إذا كان سيتجاوب أم لا، وما هي السعة المتاحة، وما هو احتياطي حالة الشحن الذي يجب الحفاظ عليه لتلبية أولويات الموقع.

تصف وكالة الطاقة الدولية مرونة الطلب بأنها وسيلة لتغيير أو تعديل استخدام الكهرباء استجابةً لظروف الشبكة، مما يؤدي إلى تحسين الاستفادة من أصول التوليد والشبكة.3 وهذا الأمر مهم للمشترين التجاريين لأن قيمة البطارية تزداد عندما يمكن تنسيقها مع أحمال مرنة بدلاً من تشغيلها كأصل منفصل. ومع ذلك، فإن توفر البرامج، والتعويضات، وقياس الاستهلاك، والمتطلبات الفنية تختلف باختلاف الموقع. لذا ينبغي التحقق منها مع شركة الكهرباء، أو الجهة المجمعة، أو مزود خدمات الطاقة.

قيمة الطاقة الاحتياطية وتكامل مصادر الطاقة المتجددة

غالبًا ما يكون تخفيف أحمال الذروة هو أول حالة استخدام اقتصادية، لكن النظام المصمم بشكل سليم يمكنه أيضًا دعم المرونة. أثناء انقطاع التيار الكهربائي، قد يزود النظام الأحمال الحيوية المحددة بالكهرباء إذا كان الموقع مزودًا بالبنية اللازمة للتحويل والحماية والعمل في وضع الجزيرة. وينبغي فصل الأحمال الحيوية عن الأحمال غير الأساسية من خلال عملية هندسية؛ فـ“النسخ الاحتياطي للمنشأة بأكملها” ليس افتراضًا افتراضيًا.

ويضيف دمج الطاقة الشمسية قيمة إضافية. فالبطارية قادرة على امتصاص فائض إنتاج الألواح الكهروضوئية الذي كان سيُحد منه أو يُصدَّر بقيمة أقل لولا ذلك، ثم تفريغه لاحقًا عندما يرتفع الحمل على الموقع أو ترتفع تكلفة الكهرباء من الشبكة. كما يمكن أن تساعد تقنية «الطاقة الشمسية مع التخزين» في مواءمة توليد الطاقة المتجددة مع الطلب التشغيلي. وتشير الوكالة الدولية للطاقة (IEA) إلى أن الموارد الموزعة، مثل الألواح الشمسية المثبتة على أسطح المباني ومصادر المرونة الأخرى، تزداد أهميتها في كيفية تشغيل الشبكات.4

تُعد الخزانات الخارجية المبردة بالسائل خيارًا مناسبًا عندما يتطلب المشروع وحدة خارجية متكاملة وبيئة حرارية خاضعة للتحكم. وتُحدد قوائم المنتجات المنشورة من شركة DAXIN خيارات الخزانات الخارجية المبردة بالسائل ضمن محفظة منتجاتها الخاصة بتخزين الطاقة الصناعية والتجارية.2 يجب أن يراعي الاختيار دائمًا مناخ الموقع، ومكان التثبيت، والمسافات الآمنة، وتصميم السلامة من الحرائق، ووصول خدمات الصيانة، ومتطلبات الحد من الضوضاء، ووسائل الاتصال، وإجراءات الحصول على الموافقات المحلية. ولا تُعد الصياغة الخاصة بفئة المنتج بديلاً عن المواصفات الخاصة بالمشروع.

إطار عمل بسيط لحساب العائد على الاستثمار (ROI) من أجل تحسين تكاليف الطاقة في القطاع التجاري

ينبغي أن يفصل نموذج التقييم العملي بين الفوائد التي يمكن تحديدها والافتراضات. ومن الأمثلة على معادلات القيمة السنوية ما يلي:

القيمة السنوية للتخزين = تخفيض رسوم الطلب + قيمة المراجحة في الطاقة + قيمة الاستجابة للطلب + تكلفة انقطاع التيار التي تم تجنبها − تكلفة الشحن − الخسائر − تكاليف التشغيل والصيانة

بالنسبة لإدارة رسوم الاستهلاك، فيما يلي حساب توضيحي مبسط:

القيمة التقديرية للطلب السنوي = متوسط التخفيض الشهري في أحمال الذروة × معدل رسوم الطلب × 12 شهرًا

على سبيل المثال، إذا كان الملف التقني المقاس للموقع يدعم تخفيضًا متوسطًا قدره 150 كيلوواط، وافترضنا أن رسوم الطلب المطبقة تبلغ 12 دولارًا أمريكيًا لكل كيلوواط-شهر، فإن القيمة الإجمالية التوضيحية للطلب ستكون 150 × 12 × 12 = 21,600 دولار أمريكي سنويًّا. هذا مجرد مثال رياضي، وليس عرض أسعار أو توقعات أو نتيجة مضمونة من DAXIN. ولا يشمل هذا المثال تدهور أداء البطارية، أو خسائر التحويل، أو أنظمة التحكم، أو التركيب، أو التمويل، أو الصيانة، أو التغييرات في التعريفات، أو تكلفة الاحتفاظ بالطاقة الاحتياطية لأغراض الدعم.

ينبغي أن تتضمن دراسة الجدوى الأكثر شمولاً للمشروع مقارنة بين عدة سيناريوهات: عدم وجود تخزين، وتخفيف أحمال الذروة فقط، وتخفيف أحمال الذروة مع المراجحة حسب وقت الاستخدام، وتخفيف أحمال الذروة مع احتياطي دعم محدد. وينبغي أن يختبر النموذج سعات مختلفة للطاقة والقدرة الكهربائية للبطارية مقارنةً ببيانات الفترات الزمنية الفعلية. كما ينبغي أن يطبق قيدًا على توزيع الطاقة بحيث لا تُحسب للبطارية طاقة تزيد عما يمكنها توفيره فعليًّا بعد احتساب خسائر الشحن ومتطلبات الاحتياطي.

بيانات العائد على الاستثمار	الدليل أو الافتراض الموصى به
ميزة رسوم الاستهلاك	محاكاة تعريفات المرافق العامة وعدادات الاستهلاك الدورية.
فائدة المراجحة في مجال الطاقة	أسعار الاستهلاك حسب وقت الاستخدام، وجدول التشغيل، وافتراضات الكفاءة.
قيمة النسخة الاحتياطية	قائمة الأحمال الحرجة، وسجل الانقطاعات، والتكلفة المحددة للانقطاعات.
قيمة الاستجابة للطلب	تم التأكيد على قواعد البرنامج، وتوافر الخدمات، وتعويضات الإرسال.
التكلفة الإجمالية للمشروع	نطاق عمل المقاول، والأعمال الكهربائية، وأنظمة التحكم، وإجراءات الحصول على التراخيص، والتشغيل.
الحساسية تجاه المخاطر	تدهور أداء البطاريات، وتغيرات التعرفة، ومعدل الذروة الأقل من المتوقع، وقيود الاحتياطي.

قد تشمل النتائج المستخلصة فترة الاسترداد البسيطة، والقيمة الحالية الصافية، ومعدل العائد الداخلي، ونطاقات الحساسية. ولا ينبغي أن يتوقف التحليل التجاري عند السيناريو الأكثر تفاؤلاً. فالقرار السليم يوضح ما سيحدث إذا انخفضت وتيرة الأحداث القصوى، أو تغير معدل الطلب، أو اضطرت البطارية إلى الاحتفاظ بالطاقة لأغراض الدعم الاحتياطي.

أسئلة التخطيط قبل اختيار نظام تخزين الطاقة الكهربائية (BESS) للقطاعين التجاري والصناعي

ينبغي على المشترين الاستفسار عما إذا كان النظام المقترح قد تم تصميمه من حيث القدرة أو الطاقة أو المرونة أو دورة تشغيل مركبة. كما ينبغي عليهم التأكد من كيفية تلقي نظام إدارة الطاقة لبيانات العدادات، وكيفية تعديل عتبة الذروة، وماذا يحدث في حالة وقوع حدث غير متوقع، ومن المسؤول عن التشغيل والمراقبة المستمرة.

تحدد مجموعة حلول شركة «داكسين» حالات الاستخدام التجارية والصناعية لأنظمة تخزين الطاقة (ESS)، مثل تخفيف أحمال الذروة، والاستجابة للطلب، والطاقة الاحتياطية، بينما تنظم صفحة منتجاتها أنظمة تخزين الطاقة جنبًا إلى جنب مع منتجات الطاقة الأخرى.1 بالنسبة لفريق المشروع، تتمثل الخطوة التالية في توفير المعلومات ذات الصلة بالحمل والتعريفات، حتى يمكن تقييم بنية النظام استنادًا إلى أدلة ملموسة بدلاً من مجرد وعود عامة بتحقيق وفورات.

الخلاصة: استخدم «ملف تعريف الحمل» لتحويل التخزين إلى استراتيجية

يمكن أن يسهم تخزين الطاقة التجاري باستخدام البطاريات في تحسين التحكم في تكاليف الطاقة من خلال تقليل بعض ذروات الطلب على الشبكة، وتحويل الطاقة عبر فترات التعرفة المختلفة، ودعم الاستجابة للطلب، والحفاظ على القدرة الاحتياطية، وزيادة القيمة القابلة للاستخدام لتوليد الطاقة الشمسية. وتبدأ أفضل المشاريع بتحديد ملف الحمل ونظام التعرفة — وليس بحجم البطارية المحدد مسبقًا.

يوفر التوجه الذي تتبعه شركة «داكسين إنيرجي» في مجال أنظمة تخزين الطاقة (ESS) التجارية والصناعية — بما في ذلك خيارات الخزانات الخارجية المبردة بالسائل — للمشترين نقطة انطلاق لمناقشة التصميم الهندسي المخصص لكل موقع على حدة. لاستكشاف التطبيق المناسب ومتطلبات البيانات، يرجى الاطلاع على حلول تخزين الطاقة التجارية والصناعية, ، تصفح فئات منتجات تخزين الطاقة, ، أو مشاركة معلومات المشروع عبر صفحة الاستفسارات الخاصة بشركة داكسين. والهدف هو التوصل إلى تصميم يمكن تبريره من الناحية الفنية، بحيث تتوافق استراتيجية تشغيله مع تعريفة المنشأة، وسلوك الحمل، وأولويات المرونة، والموارد المتجددة.

المراجع