ما هي الأعطال الشائعة التي تحدث أثناء تشغيل المعدات المتعلقة بتخزين الطاقة الصناعية والتجارية

كجزء مهم من النظام الكهربائي الجديد، يرتبط تشغيل أنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية المستقر بشكل مباشر بكفاءة استخدام الطاقة ومزايا الاقتصاد للشركات. مع النمو السريع لسعة التثبيت لأنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية، أصبح معدل فشل المعدات عاملاً رئيسياً يؤثر على عوائد الاستثمار. وفقاً لبيانات مجلس الكهرباء الصيني، في عام 2023، بلغت نسبة الانقطاعات غير المخططة للمحطات الخازنة للطاقة أكثر من 57%، وأكثر من 80% منها كانت ناجمة عن مشاكل مثل عيوب المعدات وأعطال النظام والتكتل الواسع. خلال سنوات عملي على الخط الأمامي لأنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية، تعاملت مع العديد من أعطال النظام. الآن، سأقوم بتحليل نظامي لأنواع الأعطال الشائعة والأسباب والحلول لكل نظام فرعي لأنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية لتوفير توجيه عملي لتشغيل وصيانة النظام.

1. الأعطال الشائعة وتحليل الأسباب لنظام البطاريات

نظام البطارية، كوحدة تخزين الطاقة الأساسية لنظام تخزين الطاقة، تؤثر أعطاله مباشرة على الأداء العام للنظام.

1.1 تقادم البطارية

تقادم البطارية هو أحد أنواع الأعطال الأكثر شيوعاً في أنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية، ويظهر بشكل رئيسي بتقلص العمر الدائري وتزايد المقاومة الداخلية وتراجع كثافة الطاقة. في تحقيقاتي الميدانية، وفقاً لبيانات عام 2023، بعد دورة خدمة مدتها 2.5 سنة، بلغ تراجع السعة للبطاريات الفوسفاتية الليثيوم 28%، بينما بلغ تراجع السعة للبطاريات الليثيوم ثلاثية المعادن 41%، مما يتجاوز توقعات الصناعة. هذا التراجع يعود بشكل أساسي إلى عوامل مثل تقادم مادة البطارية وتغير هيكل الأقطاب وتحلل الإلكتروليت، مما يؤدي إلى تقلص قدرة البطارية على تخزين الطاقة وتراجع الكفاءة الكلية للنظام.

1.2 الهروب الحراري

الهروب الحراري هو النوع الأكثر خطورة من الأعطال في نظام البطارية. بمجرد حدوثه، قد يؤدي إلى حريق أو حتى انفجار. بناءً على خبرتي في التعامل مع حالات الطوارئ، فإن الهروب الحراري عادة ما يكون ناجماً عن درجات حرارة غير طبيعية. عندما يتجاوز درجة حرارة داخل البطارية 120°C، قد يتم تشغيل رد فعل متسلسل. على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة تجاري صناعي شاركت فيه، كان الفرق في درجة الحرارة بين الوحدات البطارية يتجاوز 15°C، مما أدى إلى تشغيل آلية الحماية BMS وإيقاف النظام. العوامل المؤدية للهروب الحراري تشمل الشحن الزائد والتفريغ الزائد والقصور الخارجي والقصور الداخلي الدقيق والأضرار الميكانيكية. من بينها، عدم التجانس داخل البطارية هو العامل الرئيسي للخطر.

1.3 التأكسد والتآكل في موصلات البطارية

التآكل والتأكسد في موصلات البطارية هما عطل شائع ولكنهما غالباً ما يتم تجاهلهما في أنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية. في البيئات ذات الرطوبة العالية، التي واجهتها في العديد من المشاريع الساحلية، تكون موصلات البطارية عرضة للتآكل، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة الاتصال وبالتالي تسبب في تسخين محلي وهروب حراري. على سبيل المثال، خلال فترة "عودة الرطوبة الجنوبية" في قوانغدونغ، ظهرت كميات كبيرة من الماء المتكاثف داخل بعض خزانات الطاقة، مما أدى إلى تأكسد الموصلات وإيقاف النظام بشكل متكرر. بالإضافة إلى ذلك، تسرب الإلكتروليت وإصدار الغاز داخل البطارية هما أيضاً أعطال شائعة يمكن أن تؤدي إلى تدهور أداء البطارية ومخاطر السلامة.

2. الأعطال الشائعة وتحليل الأسباب لنظام إدارة البطارية (BMS)

BMS هو "دماغ" نظام تخزين الطاقة، المسؤول عن مراقبة حالة البطارية وحمايتها وإدارتها.

2.1 أخطاء الاتصال

أخطاء الاتصال هي المشكلة الأكثر شيوعاً في BMS، حيث تمثل 34% من الأعطال المتعلقة بـ BMS. في عملي اليومي للتصحيح، تظهر أخطاء الاتصال بشكل رئيسي في عدم قدرة BMS على التفاعل بشكل طبيعي مع النظام العلوي، وعدم قدرتها على إرسال بيانات حالة البطارية أو استقبال الأوامر التحكمية. هذا عادة ما يكون ناجماً عن عوامل مثل تداخل حافلة CAN واتصالات الموصل السيئة وعدم توافق البروتوكولات. على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة تجاري صناعي، كان بروتوكول الاتصال بين BMS وPLC غير متوافق، مما أدى إلى عدم القدرة على تنفيذ أوامر الشحن والتفريغ بشكل صحيح، وكفاءة النظام انخفضت بأكثر من 20%.

2.2 انحراف تقدير SOC/SOH

انحراف تقدير SOC/SOH هو عطل آخر شائع في BMS. في المشاريع التي شاركت فيها، إذا تجاوز خطأ تقدير SOC 8%، سيؤدي ذلك إلى إنهاء الشحن مبكراً جداً أو متأخراً جداً، مما يؤثر على عمر البطارية وكفاءة النظام. انحراف تقدير SOC يعود بشكل أساسي إلى عوامل مثل تأثير درجة الحرارة وعدم التجانس في البطارية ودقة مستشعر التيار غير الكافية وعيوب الخوارزميات. على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة في بيئة ذات درجة حرارة عالية، بلغ خطأ تقدير SOC في BMS 12%، مما أدى إلى عدم استخدام البطارية بشكل كامل وتضرر الإيرادات بشكل كبير.

2.3 تعارض الإصدارات الثابتة للأجهزة وعيوب البرمجيات

تعارض الإصدارات الثابتة للأجهزة وعيوب البرمجيات هي أيضاً مشاكل شائعة في BMS. مع تحسين مستوى الذكاء لأنظمة تخزين الطاقة، تزداد تعقيد البرمجيات، وتصبح ثغرات البرمجيات وقضايا التوافق أكثر بروزًا. على سبيل المثال، تعرضت سيارة Tesla Model 3 لحالة عدم توافق بين إصدار برنامج BMS V12.7.1 والنظام التحكمي، مما أدى إلى شحن غير طبيعي لـ 12% من أصحاب السيارات. بالإضافة إلى ذلك، تدهور دقة مستشعرات BMS وجمع البيانات بشكل غير طبيعي هما أيضاً أعطال شائعة، وقد يكون السبب وراءها عوامل مثل تقدم سن المستشعرات والتشويش الكهرومغناطيسي ومشاكل نقل الإشارات.

3. الأعطال الشائعة وتحليل الأسباب لنظام التحويل الكهربائي (PCS)

PCS هو المعدات الأساسية لتحويل الطاقة الكهربائية في نظام تخزين الطاقة، مسؤول عن تحويل التيار المباشر إلى التيار المتردد والعكس بالعكس.

3.1 تراجع الكفاءة

تراجع الكفاءة هو المشكلة الأكثر شيوعاً في PCS، ويظهر بشكل رئيسي بتراجع كفاءة التحويل عند الشحن والتفريغ. في الأعمال الفعلية التي قمت بها لقياس الكفاءة، وفقاً لبيانات الاختبار، تبلغ كفاءة التحويل الشحن المتوسطة لـ PCS التقليدية ثنائية المستوى 95% (أعلى من 30% من الحمل)، وكفاءة التحويل التفريغ 96% (أعلى من 30% من الحمل)؛ بينما تبلغ كفاءة التحويل الشحن المتوسطة لـ PCS باستخدام معتقلات T ثلاثية المستوى 95.5% (أعلى من 30% من الحمل) وكفاءة التحويل التفريغ 96.5% (أعلى من 30% من الحمل). تراجع الكفاءة عادة ما يكون ناجماً عن عوامل مثل تقدم سن الوحدات IGBT/MOSFET وسوء التبريد والاستراتيجيات التحكمية غير المناسبة. على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة تجاري صناعي، تم تشغيل PCS لفترة طويلة في درجات حرارة عالية، مما أدى إلى تقدم سن الوحدات IGBT، وانخفضت الكفاءة إلى أقل من 93%، وتراجعت الإيرادات بنسبة 15%.

3.2 فشل حماية التشغيل الزائد

فشل حماية التشغيل الزائد هو عطل آخر شائع في PCS، قد يؤدي إلى تلف المعدات وحتى حريق. في الحالات التي قمت بمعالجتها لأعطال، فشل حماية التشغيل الزائد عادة ما يكون ناجماً عن عوامل مثل تصميم الدائرة الحامية غير المناسب وتدهور دقة المستشعرات وأخطاء المنطق التحكمي. على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة، لم يتم تشغيل حماية التشغيل الزائد في الوقت المناسب عندما ازداد الحمل فجأة، مما أدى إلى احتراق المكثف وإيقاف النظام لمدة 2 أيام، وخسائر تجاوزت 100,000 يوان. بالإضافة إلى ذلك، أعطال المعتقلات وزيادة التوافقيات واستقرار الجهد/التيار غير كافٍ هم أيضًا مشاكل شائعة في PCS، والتي قد تكون ناجمة عن عوامل مثل تقدم سن المكونات وسوء التبريد وأخطاء الخوارزميات التحكمية.

3.3 درجة مقاومة التآكل غير كافية

درجة مقاومة التآكل غير كافية هي عطل خاص بـ PCS في أنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية، خاصة في المناطق الساحلية أو ذات الرطوبة العالية. في المشاريع التي زرتها في قوانغدونغ، تؤدي درجة مقاومة التآكل غير الكافية إلى تآكل اللوحة PCB وتآكل أطراف الأسلاك وتدهور أداء المكونات. على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة تجاري صناعي في قوانغدونغ، بسبب درجة مقاومة التآكل غير الكافية لـ PCS، خلال "عودة الرطوبة الجنوبية"، تآكلت اللوحة PCB، مما أدى إلى إشارات متعددة القنوات غير طبيعية ولم يستطع النظام العمل بشكل طبيعي.

4. الأعطال الشائعة وتحليل الأسباب لنظام التحكم في درجة الحرارة

نظام التحكم في درجة الحرارة هو المفتاح لضمان التشغيل الآمن لنظام تخزين الطاقة، ويتقسم بشكل أساسي إلى حلول التبريد الهوائي والتبريد السائل.

4.1 ضعف التبريد

ضعف التبريد هو المشكلة الأكثر شيوعاً في نظام التحكم في درجة الحرارة، وقد يؤدي إلى زيادة درجة حرارة البطارية وتراجع الكفاءة وتقصير العمر الخدمة. في المشاريع التي شاركت فيها لإدارة الحرارة، وفقاً للبحث، كل زيادة بـ 10°C في درجة حرارة البطارية، سيتم تقصير دورة حياتها بنسبة حوالي 50%. ضعف التبريد عادة ما يكون ناجماً عن عوامل مثل تلوث المبردات وأعطال المراوح وتصميم القنوات الهوائية غير المناسب وارتفاع درجة الحرارة المحيطة. على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة تجاري صناعي، بسبب تلوث المبردات، تجاوزت درجة حرارة البطارية 45°C، مما أدى إلى تشغيل حماية BMS، وتراجعت كفاءة النظام بنسبة 18%، وتراجعت الإيرادات بمقدار حوالي 80,000 يوان/سنة.

4.2 تسرب نظام التبريد السائل

تسرب نظام التبريد السائل هو أحد الأعطال الأكثر خطورة في نظام التحكم في درجة الحرارة. لا يؤدي التسرب فقط إلى نقص في السائل المبرد وتضرر تأثير التبريد، ولكن قد يؤدي أيضًا إلى قصر دائرة البطارية وأعطال كهربائية. في أعمال الصيانة لنظم التبريد السائل التي قمت بها، عادة ما يكون تسرب نظام التبريد السائل ناجمًا عن عوامل مثل تقدم سن الأختام وانفجار الأنابيب بسبب الاهتزاز وفك موصلات. على سبيل المثال، في خزان تخزين طاقة لمحطة استقبال غاز المسال الطبيعي، بسبب تقدم سن أختام أنابيب التبريد السائل، حدث تسرب للسائل المبرد، ظهرت كميات كبيرة من الماء المتكاثف داخل الخزان، والإيقاف المتكرر للنظام. وفقًا لبيانات الاختبار، تزيد صلابة الأختام PTFE من 65 Shore D عند درجة حرارة الغرفة إلى 85 Shore D عند -70°C، وتقل نسبة الاسترداد الضاغطة بنسبة 40%، وهي السبب الرئيسي للتسرب.

4.3 عدم انتظام التحكم في درجة الحرارة

عدم انتظام التحكم في درجة الحرارة هو مشكلة شائعة في أنظمة التبريد السائل، وقد يؤدي إلى تفاقم عدم التجانس الداخلي لحزمة البطاريات. في المشاريع التي شاركت فيها لتصميم أنظمة التبريد السائل، عادة ما يكون عدم انتظام التحكم في درجة الحرارة ناجمًا عن عوامل مثل تصميم أنابيب التبريد السائل غير المناسب وتوزيع التدفق غير المنتظم وأخطاء الخوارزميات التحكمية. على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة تجاري صناعي، أدت تصميم أنابيب التبريد السائل غير المناسب إلى اختلاف درجة الحرارة في حزمة البطاريات بأكثر من 10°C، مما أسرع تقدم سن البطاريات وقصر عمر النظام بنسبة 30%.

5. الأعطال الشائعة وتحليل الأسباب لنظام إدارة الطاقة (EMS)

EMS هو "المدير" لنظام تخزين الطاقة، مسؤول عن تحسين استراتيجية تشغيل النظام وتوزيع الطاقة.

5.1 عيوب الخوارزميات

عيوب الخوارزميات هي المشكلة الأكثر شيوعاً في EMS، وقد تؤدي إلى استراتيجيات شحن وتفريغ غير مناسبة وتقليل الإيرادات. في المشاريع التي شاركت فيها لتحسين إدارة الطاقة، على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة تجاري صناعي، أدت عيوب الخوارزميات في EMS إلى عدم القدرة على التنبؤ بدقة بتوقيت الشحن والتفريغ الأمثل أثناء تقلبات أسعار الكهرباء، وتراجعت الإيرادات السنوية بنسبة حوالي 15%. عيوب الخوارزميات عادة ما تكون ناجمة عن عوامل مثل نماذج غير دقيقة وبيانات تاريخية غير كافية وإعدادات معلمات غير مناسبة.

5.2 انقطاع الاتصال

انقطاع الاتصال هو عطل آخر شائع في EMS، وقد يؤدي إلى عدم قدرة النظام على استقبال الأوامر العليا أو تحميل بيانات التشغيل. في الأعمال التي قمت بها لتصحيح الاتصال، عادة ما يكون انقطاع الاتصال ناجماً عن عوامل مثل عدم توافق البروتوكولات وتداخل الشبكة وأعطال الأجهزة. على سبيل المثال، في مشروع تخزين طاقة تجاري صناعي، كان بروتوكول الاتصال بين EMS ونظام جدولة الشبكة الكهربائية غير متوافق. عندما تغيرت أسعار الكهرباء في الوقت الحقيقي، لم يتمكن النظام من تعديل استراتيجيات الشحن والتفريغ في الوقت المناسب، مما أدى إلى تقليل الإيرادات من التجارة بنسبة أكثر من 20%. بالإضافة إلى ذلك، الثغرات الأمنية لبيانات EMS هي أيضًا مشاكل شائعة، وقد تؤدي إلى هجمات على النظام أو تسرب البيانات. وفقًا لبيانات عام 2023، كانت ثلاثة حوادث تسرب بيانات مرتبطة بهجمات MOVEit ضمن العشرة الأوائل لحوادث تسرب البيانات، مما أثر على أكثر من مليون شخص.

في التشغيل والصيانة الفعلي لأنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية، يحتاج الممارسون على الخط الأمامي إلى تحديد هذه الأنواع من الأعطال بدقة، وفهم أسبابها بعمق، ومن ثم اتخاذ حلول موجهة. فقط بهذه الطريقة يمكننا ضمان التشغيل المستقر للنظام وتحسين كفاءة استخدام الطاقة ومساعد الشركات على تحقيق مزايا اقتصادية أفضل، وفي نفس الوقت المساهمة في بناء نظام كهربائي جديد.