نظام تخزين الطاقة المبرد بالسوائل بقدرة ١٦٠ كيلوواط / ٤١٨ كيلوواط ساعة يعمل بنجاح في ظروف الشتاء في أوكرانيا

يُشكِّل نشر أنظمة تخزين الطاقة في المناطق الباردة تحديات فنية كبيرة، لا سيما في تحقيق تشغيل مستقر على المدى الطويل تحت درجات حرارة منخفضة مستمرة دون الصفر. ويمكن أن تؤثِّر درجات الحرارة المحيطة المنخفضة سلبًا على نشاط خلايا البطارية، وأداء الشحن والتفريغ، وموثوقية النظام ككل. علاوةً على ذلك، فإن البيئات الباردة تُعرِّض الأنظمة لمخاطر مثل التكاثف وتراكم الرطوبة والاختلافات في الإجهادات الحرارية، ما يفرض متطلبات أعلى على أنظمة إدارة الحرارة للبطاريات واستراتيجيات التحكم فيها.

تعرض هذه الدراسة الحالة التشغيل الفعلي لـ نظام تخزين طاقة سائل التبريد من شركة GSL ENERGY بسعة ١٦٠ كيلوواط / ٤١٨ كيلوواط ساعة المُركَّب في موقع عميل في أوكرانيا حيث تشمل ظروف الشتاء درجات حرارة منخفضة لفترات طويلة وتغطية بالثلوج/الجليد. وفي هذا المشروع، تم تركيب محول نظام التحكم في الطاقة (PCS) داخليًّا، بينما تم تركيب خزائن البطاريات في الهواء الطلق. وعلى الرغم من القساوة الشديدة لظروف الشتاء، أظهر النظام تشغيلًا مستقرًا ومستمرًا، مدعومًا بأداءٍ موثوقٍ للتسخين الكهربائي للبطاريات وبيانات رصد شاملة.

نظرة عامة على المشروع: نشر أنظمة تخزين الطاقة في المناخ البارد

يتميز موقع المشروع بانخفاض مستمر في درجات الحرارة طوال موسم الشتاء، ما يتطلب أن يعمل نظام تخزين الطاقة بشكل موثوقٍ في ظروف خارجية قاسية على مدى فترات طويلة. وخلال مرحلة تخطيط المشروع، حدد العميل بوضوح المتطلبات التالية:

• القدرة على التشغيل الخارجي طويل الأمد لنظام تخزين طاقة البطاريات
• أداء مستقر في عمليتي الشحن والتفريغ في ظل ظروف انخفاض درجات الحرارة
• رصد كامل وقابلية تتبع كاملة لتحكم درجة الحرارة والحالة التشغيلية لأغراض الصيانة والتشغيل المستقبلية

استنادًا إلى ظروف الموقع هذه والمتطلبات التشغيلية، اعتمد الحل النهائي عاكس وحدة التحكم في الطاقة (PCS) داخلي + خزانة بطاريات خارجية وهذا التصميم يحسّن استقرار النظام مع السماح بمرونة أكبر في التركيب والتشغيل والصيانة على المدى الطويل.

تكوين النظام

• القدرة الاسميّة / السعة: ١٦٠ كيلوواط / ٤١٨ كيلوواط ساعة
• تكنولوجيا البطارية: ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO₄)
• نظام إدارة الحرارة: تبريد سائل نشط مع تسخين مدمج للبطاريات
• ترتيب التركيب:

• عاكس وحدة التحكم في الطاقة (PCS): تركيب داخلي
• خزائن البطاريات: تركيب خارجي

• سيناريوهات التطبيق： دمج مصادر الطاقة المتجددة، وتوفير طاقة احتياطية، وتنظيم الأحمال

لماذا تبريد السوائل والتحكم في درجة الحرارة أمران حاسمان في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة

إن الإدارة الحرارية في أنظمة تخزين الطاقة لا تقتصر على تبديد الحرارة أثناء التشغيل عند درجات الحرارة المرتفعة. بل في المناطق الباردة، تؤدي الإدارة الحرارية وظيفة نظام تحكم حراري على مدار العام لضمان بقاء خلايا البطارية ضمن نطاق التشغيل الأمثل.

الأهداف الرئيسية تشمل:

• العزل النشط والتسخين أثناء ظروف درجات الحرارة المنخفضة
• الحفاظ على درجات حرارة ثابتة لخلايا البطارية لتقليل التقلبات في الأداء
• ضمان توحُّد درجة الحرارة داخل خزائن البطاريات
• تقليل عدم التوازن في السعة والتنبيهات النظامية الناجمة عن التبريد المفرط في مناطق محددة
• توفير منطق تحكم حراري قابل للتنبؤ به لتجنب دورات التسخين المتكررة (تشغيل/إيقاف)

الميزة الهندسية لـ أنظمة تخزين الطاقة المبردة بالسوائل تكمن في قدرتها على توفير تنظيم حراري دقيق ومتجانس وقابل للتحكم. ومن خلال دوران السائل واستراتيجيات التحكم الذكية، يُنشئ النظام حدودًا داخلية مستقرة لدرجة الحرارة، وهي ضرورية لتشغيل البطاريات بشكل موثوق في البيئات التي تقل فيها درجات الحرارة عن الصفر.

أداء التشغيل في درجات الحرارة المنخفضة وبيانات المراقبة

استنادًا إلى بيانات مراقبة النظام وسجلات درجة حرارة البيئة المقدمة من العميل:

• ظلت درجات حرارة الهواء الخارجي ضمن نطاقات درجات الحرارة المنخفضة النموذجية في فصل الشتاء
• تم الحفاظ باستمرار على درجات حرارة البطاريات الداخلية ضمن الحدود الآمنة للتشغيل
• تم تفعيل وظائف تسخين البطارية والتحكم في درجة حرارتها تلقائيًّا وفقًا للمنطق المحدَّد مسبقًا
• عند انخفاض درجات حرارة البيئة عن العتبات المحددة، شغَّل نظام تسخين البطارية تلقائيًّا
• كفل التبريد بالسوائل تسخينًا متجانسًا عبر خلايا البطارية، ما سمح بعملية شحن وتفريغ غير منقطعة

تُظهر منحنيات المراقبة بوضوح الفصل الحراري الفعّال بين درجات حرارة البطارية الداخلية وظروف البيئة الخارجية. وخلال التشغيل الشتوي، عمل النظام باستمرار دون حدوث تقلبات غير طبيعية أو إيقافات وقائية غير مخطط لها.

مزايا أنظمة تخزين الطاقة المبرَّدة بالسوائل في الظروف الشتوية

وبالمقارنة مع أنظمة تخزين الطاقة التقليدية المبرَّدة بالهواء، فإن التبريد بالسوائل يقدِّم مزايا واضحة في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة:

• انخفاض كبير في فروق درجات الحرارة بين خلايا البطارية
• الوقاية من تدهور الأداء الناجم عن النقاط الباردة المحلية
• تحسين السعة الاستخدامية للبطارية والاستقرار الكلي للنظام

وخلال هذه المشروع، عمل نظام إدارة الحرارة المبرَّد بالسوائل بشكلٍ موثوقٍ تحت ظروف تغطية الثلوج والجليد. ولم تُلاحظ أية عمليات تشغيل متكررة لحماية النظام أو خفض القدرة أو قيود مرتبطة بدرجات الحرارة المنخفضة.

أثر ترتيب تركيب النظام على استقرار التشغيل

الـ «وحدة تحويل الطاقة (PCS) الداخلية + نظام بطاريات خارجي» أثبتت التكوينات فعالية عالية أثناء التشغيل الفعلي:

• توفر تركيب وحدات التحكم في الطاقة (PCS) داخل المباني بيئة خاضعة للتحكم لتوصيل النظام بالشبكة الكهربائية، كما يُبسِّط عملية الصيانة
• صُمِّمت خزائن البطاريات الخارجية بمعدلات حماية مناسبة، وقوة هيكلية كافية، وأنظمة تحكم مدمجة في درجة الحرارة لتحمل التعرُّض طويل الأمد
• يدعم هيكل النظام المراقبة عن بُعد، والمنطق التشغيلي الواضح، وإمكانية تتبع جميع البيانات بشكل كامل

ملخَّص تشغيل المشروع

خلال دورة التشغيل الشتوية بأكملها، حافظ نظام تخزين الطاقة على أداءٍ مستقرٍ:

• لم تظهر أي إنذارات غير طبيعية في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة
• استجابت أنظمة التحكم في درجة الحرارة وتسخين البطاريات بسرعة، وعملت وفقًا للمنطق التصميمي المحدد
• تحقَّقت موثوقية النظام العامة وقدرته على التشغيل المتواصل تمامًا بما يتوافق مع توقعات العميل

يؤكِّد هذا المشروع النضج الهندسي وموثوقية أنظمة تخزين الطاقة سائلة التبريد من شركة GSL ENERGY للتطبيقات في المناطق الباردة والتركيبات الخارجية. كما توفر مرجعاً قابلاً للتكرار لمشاريع تخزين الطاقة في أوروبا الشرقية وغيرها من المناطق الباردة حول العالم .

خبرة شركة GSL ENERGY في حلول تخزين الطاقة

تمتلك شركة GSL ENERGY خبرة واسعة في توريد حلول تخزين الطاقة في ظل ظروف مناخية متنوعة، تشمل البيئات ذات الحرارة العالية والحرارة المنخفضة والرطوبة العالية والبيئات الخارجية المعقدة. وباستخدام منصة نظام قياسية وتخطيطات هندسية مرنة، تُوفِّر شركة GSL ENERGY أنظمة موثوقة ومستدامة لتخزين الطاقة لـ المشاريع السكنية والتجارية والصناعية (C&I) والمشاريع على نطاق المرافق العامة ، والمُصمَّمة خصيصاً لتلبية متطلبات التشغيل الفعلية في أرض الواقع.