اقرأ في هذا المقال
تواجه مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية والعديد من العقبات، بما في ذلك انكماش الطاقة، حيث تتجاوز الطاقة المولدة الطلب المحلي ويجب خفض الإنتاج بسبب قدرة النقل المحدودة، وفي الوقت نفسه يتوسع طلب المستهلكين على البطاريات ذات السعة الكبيرة بسبب التطور السريع الأخير للسيارات الكهربائية (EVs) والمركبات الكهربائية الهجينة الموصولة بالكهرباء.
الغاية من تقليص طاقة الرياح على أساس نقل البطارية
أصبح الاستهلاك المفرط للوقود الأحفوري وانبعاثات الكربون قضايا خطيرة على نحو متزايد في جميع أنحاء العالم، وبالتالي يركز الباحثون بشكل تدريجي على الطاقة المتجددة النظيفة والمستدامة، ومع ذلك؛ فإن المناطق ذات موارد الطاقة المتجددة الوفيرة منتشرة في المواقع النائية، حيث يكون استهلاك الطاقة المحلي منخفضاً ولكن قدرة النقل لمسافات طويلة محدودة.
كذلك يمكن أن تواجه هذه المناطق تقلصاً شديداً في طاقة الرياح والطاقة الشمسية، بحيث يتجاوز توليد الطاقة الطلب، كما ويجب تقليل الإنتاج، على سبيل المثال تتركز موارد توليد طاقة الرياح في الصين بشكل أساسي في الشمال، بينما يقع مركز التحميل على الساحل الجنوبي الشرقي، كذلك لا يمكن أن تتطابق سعة خطوط النقل لمسافات طويلة مع العرض، مما يؤدي إلى تقليص خطير للرياح.
تقدير مدى الذروة الخاص بتخزين طاقة الرياح
تحسيناً باستخدام قدرة الذروة للتخزين بالضخ لتحسين استهلاك طاقة الرياح ومعالجة مشكلة تقليص الرياح؛ فمثلاً في ألمانيا تمت التوصية بإمكانية استخدام محطات تخزين الطاقة المائية التي يتم ضخها في سويسرا لتقليل النقص والفائض في الطاقة المتجددة، كما أن اقترح مستوى تقليص الرياح يعتمد على مرونة النظام، بحيث تعتمد هذه المرونة على نسب وحدات توليد الطاقة ومحطات الدورة المركبة ومحطات ضخ المياه داخل النظام.
أيضاً وبالنسبة الى مشغلي نظام الطاقة؛ فإنه يمكنهم تقليل الحد الأدنى من إنتاج الطاقة للحرارة والطاقة المجمعة (CHP) للسماح باستخدام طاقة الرياح الزائدة عند دمج وحدات طاقة الرياح و (CHP) عن طريق إدخال غلايات كهربائية وخزانات تخزين الحرارة أثناء موسم التدفئة، بحيث يمكن لهذه التقنيات أن تخفف قليلاً من تقلص الرياح، ولكن لكل تقنية عيوبها مثل اختيار موقع أكثر صعوبة نظراً للقيود المتعلقة بالمنطقة والتضاريس.
كما يعد وقت البناء الممتد والأداء الاقتصادي السيئ من القضايا الحاسمة، وذلك على الرغم من أن زيادة سعة خط النقل يمكن أن تحل تقليص الرياح؛ لذلك ينبغي استكشاف المزيد من الحلول المرنة للحد من الرياح، بحيث يجب أن تتطلب هذه فترات تخطيط وبناء قصيرة نسبياً.
وصف الوضع الأساسي وهيكل شحن البطارية
في وصف الوضع تستخدم الدراسة الحالية مزرعة الرياح، حيث يحدث تقليص الرياح كمثال موضح في الشكل التالي (1)، بحيث يمكن نقل البطاريات المفرغة من محطات تبديل البطاريات في منطقة مركز التحميل إلى مزرعة الرياح وشحنها مركزياً عن طريق تركيب أجهزة شحن البطاريات في مزرعة الرياح واستخدام السكك الحديدية أو وسائل النقل منخفضة التكلفة.
كما تخزن هذه البطاريات فائضاً من الطاقة وتسهل إخراج طاقة الرياح غير المستقر في وقت واحد. في حين أن البطاريات مثبتة في أنظمة تخزين طاقة البطارية النموذجية الموجودة (BESSs)، أيضاً يمكن فصل وحدات البطارية (BMs) في هذا الوضع عن مرافق الشحن ونقلها إلى مركز التحميل لاستخدام (EV) بمجرد شحنها بالكامل.
وهناك أسباب معقدة مختلفة تؤدي إلى التقليص، لذلك قد تؤدي أوامر التقليص المختلفة وأنظمة الرياح إلى صعوبة في التنبؤ بكمية البطارية المطلوبة، ومع ذلك نادراً ما تنقل (WTG) أو مزرعة رياح واحدة الطاقة عبر مسافة طويلة، وبشكل عام تكون الصلاحيات من مصادر متعددة مركزية ويتم إنتاجها بشكل مشترك، كما يمكن أن يقلل هذا التجمع التقلبات في ناتج طاقة الرياح عن طريق زيادة مقياس المركز، وبالتالي توليد توقعات يمكن التنبؤ بها لنسبة التقليص.
تصميم الخدمات اللوجستية على أساس وضع التخزين
يتضمن الوضع نقل البطاريات وإرسالها، وهذا النشاط هو بنية الشبكة بين العديد من مجالات الطاقة والمستخدمين، بحيث تم تطوير خطة إرسال البطاريات بشكل أساسي باستخدام نقاط توزيع البطارية في مناطق مركز التحميل المعنية من خلال تحديد معلومات التنبؤ الخاصة بتوليد الطاقة وجوانب مستخدم (EV) جنباً إلى جنب مع الوضع الفعلي.
وبالتالي؛ فإنه يمكن للمشغل تحسين عملية إرسال البطاريات على مستوى النظام لضمان نقل دفعة أخرى من البطاريات الفارغة إلى مزرعة الرياح عندما تكون بطاريات الشحن ممتلئة تقريباً، بحيث يوضح الشكل التالي (2) العملية اللوجستية القائمة على الأسلوب.
أما بالنسبة الى هيكل شحن البطارية؛ توجد حالياً طريقتان نموذجيتان رئيسيتان لدمج (BESS) في نظام طاقة (WTG)، حيث أن الطريقة الأولى هي توصيل رابط (DC) بين محولات تعديل عرض النبض المستمر (PWM) في (WTG) عبر محول (DC / DC)، أما الطريقة الثانية هي توصيل الشبكة مباشرة من خلال محولات (DC / AC) أو (DC / DC + DC / AC)، بحيث يتم تحقيق توسيع القدرات والإدارة المعيارية بسهولة من خلال الطريقة الثانية، وبالتالي التحقق من ملاءمة الوضع المقترح.
طوبولوجيا نطاق شحن بطارية طاقة الرياح
يمكن أن تكون (BM) في هذا الوضع من أنواع متنوعة نظراً لمصنعي البطاريات المتنوعين مقارنةً بـ (BESS) النموذجي مع نوع بطارية موحد، بحيث يزيد (BESS) من صعوبة إدارة شحن البطارية وتعقيد هيكل الشحن، كما تقترح الدراسة الحالية حاوية شحن البطارية (BCC) لمعالجة المشكلة المذكورة أعلاه، كما يمكن اعتبار (BCC) واجهة الشحن المتاحة لتوصيل وخروج (BM).
كذلك يجب توحيد المعلمات المميزة العامة لـ (BCC)، مثل الحجم ونطاق مستوى الجهد والطاقة المقدرة وقدرة الطاقة، كذلك يمكن تصميم الهيكل الداخلي لـ (BCC) بشكل مختلف من قبل الشركات المصنعة وفقاً لأنواع وخصائص البطاريات المحددة، بحيث يمكن توصيل (BMs) التي تم تفريغها في محطة تبادل البطاريات مباشرة بـ (BCC) المقابلة بعد معالجة التعادل دون اتصال بالإنترنت (للتحكم في SOC لـ BM على نفس المستوى).
كما أنه يتم توصيل (BMs) في سلسلة موازية لتلبية المعلمات المميزة العامة من خلال الدائرة الداخلية لـ (BCC)، بحيث يتم نقل (BCC) بشكل موحد إلى مزرعة الرياح بالسكك الحديدية بمجرد ملئها بالكامل بمخلفات التفريغ، أيضاً يمكن لـ (BCC) تبسيط إدارة شحن البطارية بأنواع مختلفة من البطاريات، وهذا أيضاً يعتبر مناسب للنقل.
وأخيراً يمكن توحيد المعلمات المميزة العامة لـ (BCCs) وتنفيذها بسهولة، ومع ذلك قد تختلف خصائص الشحن والتفريغ والسمات العابرة لـ (BCC) عن بعضها البعض، مما يتطلب أن يشتمل (BCC) على أنواع مختلفة من البطاريات، كما أنه يمكن أن يختلف التغيير في جهد الدائرة المفتوحة (Uoc) وخصائص الممانعة لكل من (BCC) مع اختلاف (SOCs).
لذلك قد ينتج عن التحكم الموحد عبر وحدة (PCS) واحدة تيار شحن زائد وحتى شحن زائد (BCC)، وبالتالي؛ فإن وحدات (PCS) المستقلة لأنواع البطاريات المختلفة (BCCs) ضرورية، وبالتالي يمكن تنفيذ إدارة الشحن الدقيقة لإطالة عمر البطارية كما هو موضح في الشكل التالي (3-A).
