اقرأ في هذا المقال
وفقاً لظروف السوق؛ فإنه يمكن لـ (BESS) تقليل تكاليف البناء الإضافية من خلال تحقيق ربح بناءً على فارق التوقيت في تكلفة الكهرباء، ومن أجل الحجم المناسب لسعة المحطة الفرعية يجب مراعاة العديد من العوامل بما في ذلك العوامل البيئية وهيكل السوق و (BESS) في النظام، كما يتم تقديم سلسلة من منهجية التقييم لحساب السعة المثلى للمحطة الفرعية و (BESS) للربط البيني للمزارع الكهروضوئية.
أهمية تخطيط ودمج النظام الكهروضوئي مع المحطة الفرعية
يبدأ تخطيط النظام الكهروضوئي بحجم قدرة (BESS) لتحقيق أقصى ربح، وفي هذه العملية يعد هيكل السوق عاملاً مهيمناً لتحديد حجم (BESS) المناسب للطاقة الكهروضوئية، لذلك إذا كان مستوى تغلغل المولدات المتجددة منخفضاً وكان (SMP) مستقراً؛ فلن يحقق تركيب (BESS) أرباحاً كبيرة بما يكفي لتغطية التكلفة الرأسمالية للنظام بأكمله.
ونظراً لزيادة مستوى الاختراق وقيم مشغل نظام النقل أجهزة التخزين من أجل تقليل التباين من المصادر المتجددة؛ فإنه يمكن أن تتمتع (BESS) بميزة مالية، وعندما تزداد فجوة (SMP) بين النقطة القصوى والدنيا؛ فإن النظام الكهروضوئي مع (BESS) يحقق ربحاً أكبر مقارنة بالمصانع ذات الطاقة الكهروضوئية فقط. في بعض الحالات.
وغالباً ما يقدم مشغل نظام النقل حوافز للمصانع التي تحتوي على (BESS) أو يحد من التوليد من محطات بدون نظام تخزين، بحيث يمكن للمحطات الكهروضوئية المزودة بـ (BESS) والمثبتة في مواقع التوليد أن تحصل على أرباح بالإضافة إلى المبيعات إلى سوق الكهرباء بواسطة (SMP)، كما يتناسب مقدار الحوافز مع إجمالي إنتاج الطاقة التي يتم تفريغها من (BESS) فقط ولا يمكن لـ (BESS) الشحن إلا من قوى المصادر الكهروضوئية.
دور المحول الكهروضوئي في عمليات بناء المحطات الفرعية
لا تعد سعة المحول عاملاً حاسماً في تخطيط النظام الكهروضوئي حيث أن تكلفة البناء منخفضة نسبياً مقارنة بالأجهزة الكهروضوئية وأجهزة (ESS)، وعلاوة على ذلك غالباً ما تكون سعة المحول محدودة بواسطة مشغلي نظام النقل الذين يعتمدون على سعة استضافة الشبكة الكهربائية المترابطة، وعلى سبيل المثال يقتصر حجم القدرة الكهروضوئية على السعة المتبقية من المحولات عند توصيل النظام الكهروضوئي بمحطة فرعية موجودة.
وكما هو معروف؛ فإن نسبة استخدام المولد الكهروضوئي تكون أقل من (20٪) ونادراً ما تعمل بالقرب من السعة المقدرة للأجهزة، لذلك إذا كان بإمكان (BESS) شحن الفائض من المولدات الكهروضوئية وأجهزة التحكم الكهروضوئية؛ فإن ناتجها مع مراعاة الحدود القصوى لسعة المحطة الفرعية، لذلك يمكن زيادة الحد من السعة الكهروضوئية حسب حالة الشبكة، كما يوضح الشكل التالي (1) إستراتيجية تشغيل (PV) و (BESS) في محطة فرعية ذات سعة منخفضة.
أيضاً عندما يكون قمع التوليد الزائد بواسطة (ESS) قابلاً للتطبيق على مشكلة التحسين؛ فإنه يجب أن يأخذ تحجيم النظام الكهروضوئي لتحقيق أقصى ربح العديد من العوامل في الاعتبار لأن النطاق الأقصى للقدرة الكهروضوئية لم يعد مقيداً بقدرة المحولات المترابطة، كما أنه من المؤكد أن تركيب (PV) و (ESS) خارج حدود سعة المحول، بحيث لا يزال بإمكانه زيادة الربح الإجمالي عند إجراء عملية الشحن والتفريغ المناسبة.
ومن أجل التحقق من هذا الافتراض والعثور على الحجم الأمثل ومجموعة المرافق في نظام الطاقة الكهروضوئية، تم اقتراح الطريقة التالية، وأثناء ظروف التشغيل العادية من المقرر أن تزيد (BESS) الربح إلى أقصى حد عن طريق الشحن والتفريغ في فترات مختلفة، ولحل مشكلة التحسين بطريقة بسيطة؛ فإنه يمكن تحديد الدورة بين عملية الشحن والتفريغ لـ (BESS) مرتين في اليوم الواحد.
كما أن هذا الافتراض صحيح بالنظر إلى حقيقة أن معظم مصنعي (BESS) يضمنون قدرة تشغيل الأجهزة في ظل ظروف دورة الشحن أو التفريغ المحدودة، بحيث يمكن لهذا القيد أن يجعل حل مشكلة التحسين أسهل بكثير من خلال زيادة متوسط العمر المتوقع للأجهزة، أيضاً يوضح الشكل (2) نتائج المحاكاة بعد عملية التحسين مع محطة طاقة كهروضوئية بقدرة (40) ميجاوات متصلة بمحطات فرعية بقدرة (10) ميجاوات.
المحاكاة الخاصة تخطيط ودمج النظام الكهروضوئي
لأغراض المحاكاة، يتم استخدام بيانات الإشعاع الشمسي، بحيث يتم جمع البيانات المقابلة للسعر الهامشي للنظام من تبادل الطاقة، أيضاً تم تصميم المحطات الكهروضوئية لتتمتع بكفاءة (90٪) وبطارية ليثيوم أيون تعتبر لـ (BESS) نظراً لأن لها دورة حياة طويلة في نظام تدوير جزئي لـ (SOC) بمعدلات مختلفة، وبالنسبة لعملية التحسين؛ فإنه يتم حساب التكلفة الرأسمالية الإجمالية لنظام بطارية الليثيوم أيون لكل كيلو وات وقيم كيلو وات في الساعة.
كما أشار تحليل من الدراسات والتقارير الفنية إلى أن نطاق التكلفة الرأسمالية لبطارية الليثيوم أيون هو (223) إلى (323) لكل كيلو وات ساعة في المتوسط، بحيث يتم استخدام القيمة التقديرية لتكلفة رأس المال لعام (2018)م، كما أن متوسط العمر المتوقع للخدمة والذي تم اعتباره في عملية التحسين هو (10) سنوات، بحيث تظهر معلمات المحاكاة التفصيلية في الجدول التالي.
أيضاً ويمكن العثور على نتيجة المحاكاة في الشكل التالي (3) عند استخدام محول بقدرة (10) ميجاوات لدمج مرافق الطاقة الكهروضوئية بقدرة (10) ميجاوات، بحيث يمكن الاستنتاج من نتيجة المحاكاة أن التركيبة المحسّنة من (ESS) لمحطات الطاقة الكهروضوئية بقدرة (10) ميجاوات هي نظام (PCS) بقدرة (8) ميجاوات مع بطاريات (60) ميجاوات في الساعة، كما بدأت القدرات فوق هذه النقطة في إظهار ربح منخفض بسبب ارتفاع تكلفة رأس المال وضعف نسبة استخدام (ESS).
تحجيم المحولات للمحطات الكهروضوئية: بالنسبة لمحطات كهروضوئية معينة؛ فإنه يمكن إجراء تقييم التأثير بواسطة المحولات باستخدام الطريقة المقترحة، وكما هو مبين في الشكل السابق (1)؛ فإن حد تشغيل المحطات الكهروضوئية هو قدرة المحولات المترابطة، لذا إذا تجاوز تدفق الطاقة من المولدات الكهروضوئية و (ESS) حدود المحولات؛ فإن كل من (ESS) و (PV) يحاولان قمعها.
تحجيم المحطات الكهروضوئية للمحولات: في حالة ربط محطات الطاقة الكهروضوئية بمحولات ذات هوامش قدرة محدودة؛ فإنه يمكن تطبيق إجراء التقييم المقترح، كما تم إعداد مجموعة من المحاكاة بسعة محول ثابتة (10) ميجاوات، مع تغير قدرة المحطات الكهروضوئية يحتاج نطاق قدرة (ESS) أيضاً إلى التغيير على عكس الحالات السابقة.
أخيراً اقترحت هذه الدراسة إجراءً للعثور على السعة المُحسَّنة لـ (PV) و (ESS) مع تحسين تشغيل (ESS) لتحقيق الربح دون انتهاك حد المحولات المترابطة، بحيث يتم إعادة تصميم مشكلات التحسين المعقدة ذات المتغيرات المتعددة في سلسلة من مشكلات التحسين الأسهل التي يمكن تقييمها خطوة بخطوة.
ونتيجة لإجراء التقييم المقترح؛ فإنه يتم التحقق من ربحية محطات الطاقة الكهروضوئية في ظل ظروف ربط محدودة، ونظراً لأنه من المتوقع أن تنخفض التكلفة الرأسمالية لنظام التخزين والمحطات الكهروضوئية في المستقبل؛ فإن هذا النوع من التحليل سيصبح أكثر أهمية، كما وتجدر الإشارة أيضاً إلى أن نظام (PV) و (ESS).
