چگونه سیستم‌های باتری بزرگ شبکه‌های برق را پایدار می‌کنند؟

چگونه سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ شبکه را پایدار می‌کنند

سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ (LSBs) نقشی رو به افزایش در سیستم‌های قدرت مدرن دارند، به ویژه با افزایش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند باد و خورشید). این سیستم‌های باتری خدمات چندگانه‌ای را برای کمک به پایداری شبکه ارائه می‌دهند که مطمئن می‌شود قابلیت اطمینان و کارایی سیستم قدرت حفظ شود. زیرا اصلی‌ترین روش‌هایی که سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ به پایداری شبکه کمک می‌کنند عبارتند از:

1. تنظیم فرکانس

• مشکل: فرکانس یک سیستم قدرت باید در محدوده بسیار کوچکی (مثلاً ۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز) حفظ شود تا اطمینان حاصل شود که تمام دستگاه‌های متصل به درستی عمل می‌کنند. وقتی عدم تطابق بین تولید و بار وجود دارد، فرکانس می‌تواند نوسان کند. سنتاً، تنظیم فرکانس به گشتاور ژنراتورهای چرخان (مانند نیروگاه‌های حرارتی) متکی بوده است.

• راه‌حل: سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ می‌توانند به انحرافات فرکانسی با جذب یا تزریق برق به سرعت واکنش نشان دهند تا پایداری فرکانس حفظ شود. سیستم‌های باتری دارای زمان‌های پاسخ بسیار سریع هستند که معمولاً عملیات شارژ یا دشارژ را در چند میلی‌ثانیه انجام می‌دهند، که بسیار سریع‌تر از ژنراتورهای چرخان سنتی است. این توانایی پاسخ سریع اجازه می‌دهد سیستم‌های باتری به مؤثر بودن در مقابله با نوسانات کوتاه‌مدت بار یا کمبود تولید، بنابراین پایداری فرکانس حفظ می‌شود.

2. پشتیبانی ولتاژ

• مشکل: در خطوط انتقال طولانی یا مناطق با منابع انرژی توزیع شده (مانند کارخانه‌های فتوولتائیک)، سطح ولتاژ می‌تواند نوسان کند، به ویژه وقتی توان واکنشی کافی نیست یا بارها به طور قابل توجهی تغییر می‌کنند. ناپایداری ولتاژ می‌تواند عملکرد عادی تجهیزات را تحت تأثیر قرار دهد و حتی می‌تواند منجر به فروپاشی ولتاژ شود.

• راه‌حل: سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ می‌توانند توان واکنشی ارائه یا جذب کنند تا سطح ولتاژ را پشتیبانی کنند. سیستم‌های باتری معمولاً با تبدیل‌کننده‌های الکترونیک قدرت پیشرفته (مانند انورترها) مجهز شده‌اند که می‌توانند توان فعال و واکنشی را به صورت انعطاف‌پذیر تنظیم کنند. با این کار، سیستم‌های باتری می‌توانند توان واکنشی را در مواقع لازم برای افزایش سطح ولتاژ محلی ارائه دهند یا توان واکنشی را جذب کنند تا از افزایش بیش از حد ولتاژ جلوگیری کنند.

3. کاهش اوج و پر کردن دره

• مشکل: تقاضای برق در طول روز به طور قابل توجهی متفاوت است، با بارهای بالاتر در ساعات اوج (مانند شب‌ها) و بارهای پایین‌تر در ساعات غیر اوج (مانند شب‌های آرام). برای برآورده کردن تقاضای اوج، اپراتوران شبکه معمولاً به واحدهای تولید ذخیره گران‌قیمت متکی هستند که هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد و کارایی سیستم را کاهش می‌دهد.

• راه‌حل: سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ می‌توانند برق اضافی را در ساعات غیر اوج (مانند باد یا خورشید شب) ذخیره کرده و آن را در ساعات اوج آزاد کنند، بنابراین منحنی بار را صاف می‌کنند. این رویکرد "کاهش اوج و پر کردن دره" نه تنها به کاهش وابستگی به واحدهای تولید ذخیره کمک می‌کند بلکه کارایی کلی شبکه را افزایش می‌دهد و هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد.

4. شروع سیاه

• مشکل: بعد از یک سیاه‌چالی گسترده یا خرابی شبکه، بازگرداندن برق یک فرآیند پیچیده است زیرا بیشتر واحدهای تولیدی به برق خارجی برای شروع نیاز دارند. اگر کل شبکه برق را از دست دهد، فرآیند بازگردانی بسیار چالش‌برانگیز می‌شود.

• راه‌حل: سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ می‌توانند خدمات "شروع سیاه" را ارائه دهند با ارائه برق ضروری به واحدهای تولیدی حیاتی برای بازگرداندن آنها به خط زمانی که شبکه کاملاً بی‌قدرت است. پاسخ سریع و استقلال سیستم‌های باتری آنها را برای شروع سیاه متناسب می‌کند، به ویژه در مناطق دورافتاده یا سیستم‌های انرژی توزیع شده.

5. خدمات جانبی

• مشکل: سیستم‌های قدرت به مجموعه‌ای از خدمات جانبی نیاز دارند تا عملکرد ایمن، پایدار و کارآمد را تضمین کنند. این خدمات شامل تنظیم فرکانس، پشتیبانی ولتاژ، ظرفیت ذخیره و پیگیری بار می‌شود. با افزایش سهم انرژی تجدیدپذیر، فراهم‌کنندگان سنتی خدمات جانبی (مانند نیروگاه‌های زغال‌سنگی) کاهش می‌یابند، نیاز به شکل‌های جدیدی از خدمات جانبی را افزایش می‌دهد.

• راه‌حل: سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ می‌توانند خدمات مختلف جانبی را ارائه دهند تا به شبکه در مقابله با ناپایداری و عدم قطعیت انرژی تجدیدپذیر کمک کنند. به عنوان مثال، سیستم‌های باتری می‌توانند به عنوان ظرفیت ذخیره عمل کنند و به سرعت برق را در صورت کمبود تولید ارائه دهند یا با پاسخ سریع به تغییرات بار تنظیم فرکانس را انجام دهند. علاوه بر این، سیستم‌های باتری می‌توانند در بازارهای خدمات جانبی شرکت کنند و درآمد اضافی تولید کنند.

6. صاف کردن نوسانات انرژی تجدیدپذیر

• مشکل: منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید متناوب و متغیر هستند که منجر به ناپایداری خروجی برق می‌شود که می‌تواند تعادل سیستم قدرت را چالش‌برانگیز کند. این تغییرات با افزایش سهم انرژی تجدیدپذیر چالش‌برانگیز‌تر می‌شود.

• راه‌حل: سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ می‌توانند با تسهیلات تولید انرژی تجدیدپذیر (مانند مزارع بادی یا کارخانه‌های خورشیدی) یکپارچه شوند تا برق اضافی را در زمان واقعی ذخیره کرده و آن را در صورت کمبود تولید آزاد کنند. با این کار، سیستم‌های باتری می‌توانند نوسانات خروجی انرژی تجدیدپذیر را صاف کنند و تأمین برق پایدار و مطمئن را تضمین کنند. علاوه بر این، سیستم‌های باتری می‌توانند استراتژی‌های شارژ و دشارژ خود را بر اساس پیش‌بینی‌های هواشناسی و تقاضای بار بهینه کنند که کارایی سیستم را بیشتر می‌کند.

7. بهبود مقاومت شبکه

• مشکل: شبکه ممکن است توسط بلایای طبیعی، خرابی تجهیزات یا حوادث غیرمنتظره تحت تأثیر قرار گیرد که منجر به قطع برق می‌شود. بهبود مقاومت شبکه (یعنی توانایی سریع بازگرداندن برق) برای تضمین قابلیت اطمینان سیستم قدرت بسیار مهم است.

• راه‌حل: سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ می‌توانند در صورت اختلال در شبکه پشتیبانی برق اضطراری ارائه دهند و به حفظ عملکرد زیرساخت‌های حیاتی مانند بیمارستان‌ها، برج‌های ارتباطی و سیستم‌های حمل و نقل کمک کنند. علاوه بر این، سیستم‌های باتری می‌توانند به عنوان بخشی از منابع انرژی توزیع شده عمل کنند و خودکفا بودن محلی را افزایش دهند و وابستگی به تأمین برق خارجی را کاهش دهند، بنابراین مقاومت کلی شبکه را بهبود می‌بخشند.

8. شرکت در بازارهای برق

• مشکل: قیمت‌های برق در بازارهای برق بر اساس تأمین و تقاضا نوسان می‌کنند. در ساعات اوج، قیمت‌ها می‌توانند به طور قابل توجهی افزایش یابند. برای شرکت‌های برق و مصرف‌کنندگان، چگونگی ذخیره برق در زمانی که قیمت‌ها پایین است و فروش آن در زمانی که قیمت‌ها بالا است یک در نظر گرفتن اقتصادی مهم است.

• راه‌حل: سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ می‌توانند در بازارهای برق شرکت کنند با استفاده از توانایی‌های شارژ و دشارژ سریع خود. آنها می‌توانند برق را در زمانی که قیمت‌ها پایین است ذخیره کرده و آن را در زمانی که قیمت‌ها بالا است فروخته و سود تولید کنند. این معامله نه تنها قابلیت اقتصادی سیستم‌های باتری را افزایش می‌دهد بلکه به صاف کردن نوسانات قیمت کمک می‌کند و کارایی بازارهای برق را بهبود می‌بخشد.

خلاصه

سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ با ارائه تنظیم فرکانس، پشتیبانی ولتاژ، کاهش اوج، شروع سیاه، خدمات جانبی، صاف کردن نوسانات انرژی تجدیدپذیر، بهبود مقاومت شبکه و شرکت در بازارهای برق به پایداری شبکه کمک می‌کنند. با پیشرفت تکنولوژی باتری و کاهش هزینه‌ها، نقش سیستم‌های باتری مقیاس بزرگ در سیستم‌های قدرت آینده حتی بیشتر خواهد شد، به ویژه در شبکه‌های با نفوذ بالای انرژی تجدیدپذیر. آنها ابزارهای کلیدی برای تضمین قابلیت اطمینان و کارایی سیستم قدرت خواهند بود.