سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی

سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی

1- معرفی

با توجه به اینکه کشور با مشکل کمبود توان در ساعات اوج مصرف روبه‌رو است، یکی از راه حل‌های جلوگیری از خاموشی استفاده از سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی[1] است. با استفاده از سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی می‌توان از خسارت‌های خاموشی برای واحدهای مختلف تجاری، صنعتی و خانگی جلوگیری کرد.

سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی برای ذخیره‌سازی انرژی در زمان مشخص و بهره‌برداری از آن در زمان دیگر به‌کار می‌روند. این سامانه‌ها شامل انواع مختلف مکانیکی، الکتروشیمیایی، الکتریکی، شیمیایی، حرارتی و گرماشیمی است که هر یک انرژی الکتریکی را به شکل متفاوتی ذخیره و در اختیار مصرف‌کننده قرار می‌دهند.

از میان انواع مختلف ذخیره‌ساز‌های انرژی، سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی به‌کمک باتری[2] ‌ اهمیت ویژه‌ای دارند. باتری‌ها می‌توانند از چند کیلووات تا چندصد مگاوات ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی داشته با‌شند. استفاده از باتری‌ها می‌تواند از طریق تعدیل نوسانات برق به پایداری شبکه برق‌رسانی کمک کند و یا از خاموشی در ساعات اوج مصرف جلوگیری کند یا اینکه به‌طور مستقل از شبکه و با استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر، برق یک خانه یا جزیره دورافتاده را تأمین کند.

با استفاده از این سامانه‌ها می‌توان انرژی الکتریکی را در ساعات کم‌باری ذخیره و در زمان نیاز به شبکه تزریق کرد. همچنین این سامانه‌ها قادر به نصب در کنار منابع تولید انرژی‌های تجدیدپذیر هستند و از طریق ذخیره‌سازی انرژی مازاد نیروگاه‌های تجدیدپذیر در ساعات کم‌باری و فروش آن در ساعات اوج مصرف منجر به سودآوری بیشتر می‌شود.

 

2- ویژگی‌­های فناورانه

در حال حاضر سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی به‌کمک باتری بیشترین سهم را به‌منظور ذخیره‌سازی انرژی در جهان دارند. از بین باتری‌های ذخیره‌ساز انرژی، باتری‌های لیتیوم-یون به‌دلیل چگالی بالای انرژی، چرخه عمر بالا و سایر ویژگی‌های برجسته آن‌ها بیشتر از سایر باتری‌ها برای استفاده در این سامانه‌ها مورد توجه قرار گرفته اند. این سامانه‌ها دامنه وسیعی از کاربردها را پوشش می‌دهند که از مصارف خانگی تا مقیاس صنعتی و شبکه (شکل 1) را شامل می‌شود.

همانطورکه پیش‌تر گفته شد این سامانه در سطح وسیعی از جهان مورد استفاده قرار گرفته است. کشورهای چین، ایالات متحده آمریکا، آلمان و استرالیا از بزرگترین مصرف‌کننده‌های این سامانه هستند و کشورهای بسیار دیگری از جمله امارات متحده عربی و عربستان در حال توسعه این سامانه‌ها می‌باشند. این در حالی است که با وجود خاموشی‌های گسترده در کشور، هنوز تلاش جدی در راستای توسعه این سامانه‌ها به عمل نیامده است. از این رو لازم است تا دستیابی به دانش فنی طراحی، ساخت و نصب این سامانه‌ها در دستور کار قرار گیرد.

شرکت نیروان با اتکا بر نیروی متخصص و امکانات موجود در مجموعه و نیز مطالعات گسترده‌‎ای که در این خصوص انجام داده است، توانایی مهندسی معکوس، دستیابی به دانش فنی تولید و همچنین نمونه‌سازی سامانه ذخیره‌سازی انرژی به‌کمک باتری را دارا است. بنابر بررسی‌های انجام‌شده، در حال حاضر هیچ شرکتی داخلی این سامانه‌ها را به صورت عمده به بازار عرضه نکرده است و شرکت نیروان برای اولین بار در کشور، تجاری‌سازی این سامانه را در دستور کار مجموعه قرار داده است.

شکل 1- یک نمونه BESS در مقیاس شبکه

 

3- کاربردهای سامانه

این سامانه با توجه به ظرفیت ذخیره‌سازی و توان الکتریکی خود، دارای کاربردهای مختلف و گسترده‌ای است. در کاربرد خانگی که ساده‌ترین کاربرد است، سامانه می‌تواند جهت ذخیره انرژی در ساعات کم‌باری و ارائه آن در ساعات اوج مصرف یا جلوگیری از خاموشی استفاده شود. همچنین استفاده از سامانه‌های خانگی در کنار صفحات خورشیدی و فروش آن به شبکه در ساعات اوج مصرف رایج است. در کاربرد صنعتی و تجاری می‌توان از این سامانه علاوه بر موارد یادشده جهت بهبود کیفیت برق برای استفاده از دستگاه‌های حساس استفاده نمود. از مهم‌ترین کاریردهای این سامانه در مقیاس شبکه می‌توان به جابه‌جایی پیک بار، تعدیل فرکانس شبکه و افزایش کیفیت برق عرضه شده، تأمین انرژی مورد نیاز برای روشن‌کردن نیروگاه‌ها پس از خاموشی جهت تعمیرات، افزایش بهره‌وری نیروگاه‌های تجدیدپذیر، استفاده در ریزشبکه و کاهش هزینه‌های انتقال و توزیع قدرت و … اشاره کرد.

شایان ذکر است که از این سامانه می‌توان در مکان‌هایی همچون، خانه‌ها، رستوران‌ها، مراکز اداری، تجاری، صنعتی، رفاهی و تفریحی، ورزشی، مراکز بهداشتی و بیمارستان‌ها، موسسات مالی و … استفاده کرد.

 

4- مقایسه محصول با محصولات مشابه سایر تولید کنندگان

تا کنون هیچ نمونه‌ تجاری شده‌ای‌ از سامانه‌های ذخیره‌ساز انرژی در داخل کشور تولید نشده است. BESSها در مقایسه با محصولات مشابه همچون UPSهای رایج در کشور دارای عمر باتری بالاتری هستند. همچنین برخلاف UPSها که تنها برای جلوگیری از خاموشی در صورت قطع ناگهانی برق استفاده می‌شوند، این سامانه‌ها دارای کاربردهای گسترده‌تری هستند و می‌توانند همزمان چند منبع مصرف انرژی و تولید انرژی را مدیریت کنند. به‌عنوان مثال سامانه مدیریت انرژی (EMS) که بر روی بیشتر BESSها نصب شده است، قادر به کنترل و نظارت بر مولدهای توان و مصرف شبکه بوده و در صورت نیاز می‌تواند به سرعت باتری را ملزم به شارژ یا دشارژ و بدین ترتیب به ثبات ولتاژ و فرکانس شبکه کمک کند. BESSها برخلاف UPSها در ظرفیت‌های بسیار بالا و در حد چنیدین مگاوات مورد استفاده قرار گرفته اند. علاوه‌بر تمام برتری‌های یاد‌شده برای BESS، این سامانه می‌تواند به گونه‌ای طراحی شود که تمام وظایف UPS را نیز انجام دهد ولی بالعکس آن ممکن نیست. در صورت موفقیت در مرحله طراحی و ساخت نمونه اولیه شرکت می‌تواند این محصول را به مرحله تولید انبوه رساند و طبق بررسی‌های انجام‌شده، در این صورت قیمت آن نیز از رقبای خارجی ارزان‌تر خواهد بود.

در مقایسه با ژنراتورهای دیزل، BESSها مزایای فراوانی دارند. این سامانه‌ها فضای کمتری اشغال می‌کنند، آلودگی صوتی به مراتب کمتری دارند، محیط زیست را آلوده نمی‌کنند و انعطاف پذیری و سرعت پاسخ‌گویی بسیار بالاتری دارند.

 

5- وضعیت تأمین توان در ایران و پیامدهای خاموشی

طبق آخرین آمار منتشر‌شده مجموع ظرفیت اسمی واحدهای نصب‌شده نیروگاهی کشور حدوداً MW85000 است (جدول 1). با توجه به جمعیت ایران و ظرفیت عملی تأمین توان در ایران، سهم هر ایرانی از توان کمتر از kW1 است و کشور در زمان اوج مصرف با کمبود توان در حدود GW12 و متعاقباً خاموشی روبه‌رو است (به جدول 2 توجه کنید). بنابراین ضرورت افزایش ظرفیت تولید و نیز ظرفیت ذخیره انرژی الکتریکی امری بدیهی است.

جدول 1- وضعیت تولید توان در ایران به تفکیک ظرفیت نصب‌شده نیروگاهی تا پایان مرداد 1400.

ظرفیت نصب شده نیروگاهی

میزان (MW)

سهم (%)

بخاری

15829

5/18

گازی

21992

7/25

چرخه ترکیبی

31179

4/36

برق-آبی

12088

1/14

اتمی

1020

2/1

تولید پراکنده

2098

5/2

انرژی‌های تجدیدپذیر

904

1

دیزلی

439

5/0

کل ظرفیت نصب‌شده

85549

100

جدول 2- وضعیت تولید و مصرف توان در ایران تا پایان مرداد 1400.

عنوان

توضیحات

میزان (MW)

تولید همزمان شبكه سراسری در زمان پیک 1400

حرارتی و اتمی

49712

 

برق-آبی و انرژی‌های تجدیدپذیر

5049

 

جمع

54761

دریافت برون مرزی

در زمان پیک 1400 (19/5/1400 ساعت 12:41)

326

قدرت تأمین‌شده

55087

حداکثر نیاز مصرف اصلاح‌‌شده سال 1400

پیک روز (19/5/1400 ساعت 12:41)

67012

پیک شب (19/5/1400 ساعت 21:24)

62793

همانطورکه در جدول 2 قابل مشاهده است، تا پایان مرداد ماه سال 1400، در زمان پیک مصرف، GW12 کمبود عرضه توان وجود داشته است. همچنین بر اساس وضعیت گزارش‌شده در طرح‌های موجود به‌منظور احداث نیروگاه‌های جدید انتظار می‌رود طی سال‌های آتی، مشکل تأمین قدرت در کشور ادامه یابد و حتی مضاعف گردد. به‌عنوان مثال استان تهران با حدود 7 میلیون مشترک یعنی 20 درصد مشترکان کل کشور با رشد 9/1 درصدی مصرف در سال جاری نسبت به سال 1399 مواجه شده‌است؛ به طوری که در شرایط پیک، میزان مصرف به 8800 مگاوات رسیده و در مقابل وزارت نیرو 7253 مگاوات در اختیار شبکه توزیع قرار داده و این به معنای 1540 مگاوات کسری برق است.

خسارت‌های مالی که به بخش صنعتی و تجاری وارد می‌شود عبارتند از [1]:

  • توقف یا کاهش تولید
  • تأخیر در تولید، خدمت‌رسانی یا رسیدن مرسولات
  • از دست رفتن اطلاعات
  • آسیب به تجهیزات یا مواد اولیه
  • از دست‌دادن فروش / لغو سفارش‌ها
  • از دست‌دادن مشتری و نارضایتی آن‌ها
  • هزینه سویچ‌کردن برای استفاده از برق اضطراری

پیامدهای خاموشی در بخش خانگی عبارتند از [1]:

  • توقف تمام وسایل برقی، شامل روشنایی، لوازم خانگی، وسایل گرمایشی و سرمایشی
  • قطعی آب
  • فاسد شدن مواد غذایی و دارویی موجود در یخچال
  • خطر جانی برای بیمارانی که نیاز به تجهیزات پزشکی وابسته به برق دارند
  • آسیب به وسایل برقی
  • خسارت به کسب و کارهای خانگی و کارمندان دورکار
  • تأثیرات سوء روانی و سلب آسایش شهروندان

بر اساس اطلاعات ذکر شده واضح است که BESSها دارای بازار قابل توجهی در کشور می‌باشند. دسترسی به این بازار بالقوه نیازمند بومی‌سازی فناوری و ساخت نمونه اولیه است و استفاده از توانمندی داخلی منجر به کاهش هزینه‌های تولید آن شده و باعث ایجاد بازار برای این محصول خواهد شد.

 

[1] Energy Storage System (ESS)

[2] Battery Energy Storage System (BESS)

یک دیدگاه ارسال کنید

ایده خود را ارسال کنید

Fill in the form below to book a 30 min no-obligation consulting session.

I will reply within 24 hours.