مع انتقال العالم نحو مصادر الطاقة المتجددة، يصبح دور أنظمة تخزين الطاقة (ESS) أصبحت أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية ذات أهمية متزايدة. تضمن أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية، التي تتضمن تقنيات مثل البطاريات والمكثفات الفائقة والعجلات الدوارة، استقرار وموثوقية شبكات الطاقة.
ومع ذلك، يجب تأمين هذه الأنظمة ضد ظروف التيار الزائد التي يمكن أن تؤدي إلى أعطال كارثية. الصمامات، باعتبارها أجهزة حماية بسيطة ولكنها فعالة، تشكل جزءًا لا يتجزأ من حماية أنظمة التحكم في الإمداد بالطاقة من مثل هذه السيناريوهات. تهدف هذه الورقة إلى التعمق في بنية أنظمة التحكم في الإمداد بالطاقة، ودورها في الصمامات في ESS, ومعايير الاختيار، والتحديات التي واجهتهم في عملية نشرهم.
مقدمة عن أنظمة تخزين الطاقة
تم تصميم أنظمة تخزين الطاقة لتخزين الطاقة وإطلاقها عند الحاجة إليها، مما يضمن الموثوقية والكفاءة والاستقرار في إمدادات الطاقة. يشتمل هيكل نظام تخزين الطاقة على العديد من المكونات والأنظمة الفرعية الرئيسية، حيث يلعب كل منها دورًا حاسمًا في الوظائف العامة.
تتضمن العناصر الأساسية لنظام تخزين الطاقة وسيلة تخزين الطاقة (مثل بطاريات ليثيوم أيون)، ونظام تحويل الطاقة (PCS)، ونظام إدارة الطاقة (EMS)، والأنظمة المساعدة. يتيح هذا الهيكل الشامل لـ ESS إدارة تدفق الطاقة بشكل فعال، والحفاظ على السلامة، وتحسين الأداء.
يتكون نظام ESS النموذجي من عدة مستويات من مجموعات البطاريات المختلفة:
الشكل 1: مثال على مجموعات بطاريات ESS
الشكل 2: مثال على طوبولوجيا ESS
دور الصمامات ذات التيار المستمر في أنظمة تخزين الطاقة
الصمامة هي جهاز يحمي النظام الكهربائي من التيار الزائد (التيار الزائد) عن طريق تفجير عنصر أو أكثر من عناصر الصمامة، وبالتالي فتح الدائرة المعيبة وعزلها. تُستخدم الصمامات فائقة السرعة على نطاق واسع لحماية أشباه الموصلات في تطبيقات إلكترونيات الطاقة بالتيار المتردد والتيار المستمر، وتُستخدم الآن لحماية أنظمة البطاريات مثل تخزين الطاقة وأجهزة UPS والمركبات الكهربائية. توفر الصمامات فائقة السرعة حماية ممتازة ضد التأثيرات الضارة المحتملة لتيارات الدائرة القصيرة.
تحقق صمامات ESS هذه الحماية من خلال الحد من حجم ومدة العطل، وبالتالي الحد من الطاقة الناتجة عن التيار الزائد والتيار الأقصى المسموح بتدفقه.
في نظام ESS، يعني هذا تركيب الصمامات ليس فقط لحماية المستويات المختلفة للنظام من دوائر قصر البطارية ولكن أيضًا لحماية أجهزة حماية التيار الزائد الأخرى مثل الموصلات والمفاتيح من التلف إذا تم اختيارها بشكل صحيح. في بعض الحالات، يمكن تحقيق التنسيق الانتقائي بين الصمامات، مما يضيف طبقة أخرى من الحماية.
معايير الاختيار لصمامات التيار المستمر في ESS
يتضمن اختيار الصمامة المناسبة لنظام ESS مراعاة العديد من العوامل لضمان الحماية المثلى وأداء النظام:
1. تصنيف الجهد:
يجب أن يكون للصمام تصنيف جهد يساوي أو أعلى من جهد تشغيل النظام لضمان التشغيل الآمن. قد يؤدي استخدام صمام بتصنيف جهد غير مناسب إلى فشل الصمام في قطع تيار العطل، مما يؤدي إلى أضرار محتملة ومخاطر تتعلق بالسلامة.
2. التقييم الحالي:
يجب أن يتوافق التصنيف الحالي مع التيار التشغيلي الطبيعي للنظام، مع وجود هامش لاستيعاب الظروف المؤقتة دون حدوث انفجار غير ضروري. من الضروري تحقيق التوازن بين حماية النظام وتجنب التعثر المزعج، والذي قد يحدث إذا كان الصمام حساسًا للغاية.
3. تصنيف المقاطعة:
يشير هذا التصنيف إلى أقصى تيار خطأ يمكن للصمام أن يقطعه بأمان. يجب أن يكون أعلى من تيار الخطأ المحتمل في ESS. يعد التقييم الدقيق لتيار الخطأ المحتمل أمرًا بالغ الأهمية لاختيار الصمام الذي يتمتع بتصنيف قطع مناسب.
4. الحد الأدنى لقدرة الكسر (MBC):
يتم تحديد MBC للصمام عند جهد وثابت زمني معينين. من الضروري معرفة أن MBC هي دالة لجهد النظام وثابت زمني للدائرة التي يتم استخدامها فيها. إذا كان النظام الذي يتم فيه تطبيق الصمام به جهد وثابت زمني أقل، فسوف يختلف MBC للصمام.
يمكن أن يختلف MBC بشكل كبير عبر أنواع الصمامات. بالنسبة للصمامات المستخدمة في تطبيقات ESS، يمكن أن يختلف MBC من 3 إلى 15 ضعف التصنيف الحالي للصمام. اتصل بمصنع الصمامات للحصول على معلومات إضافية حول MBC.
في حين أن IR معروف جيدًا للمستخدمين، إلا أن MBC يتم تجاهله عادةً. في تطبيقات ESS، يجب أخذ MBC في الاعتبار، نظرًا لقدرات توليد تيار الدائرة القصيرة المحدودة للبطاريات. ومع ذلك، من المهم أيضًا معرفة MBC للتأكد من أن تيارات الخطأ التي يجب أن يقطعها الصمام تقع ضمن نطاق نطاق تشغيل الصمام. بالنسبة للصمامات ذات الرف، فإن وجود MBC منخفض في نطاق 2-3In مفيد للغاية لتعزيز التنسيق مع وحماية المقاول.
5. خصائص الزمن-التيار:
يجب أن يتوافق وقت استجابة الصمامة لظروف التيار الزائد مع متطلبات الحماية الخاصة بـ ESS. الصمامات سريعة الاستجابة مناسبة للمكونات الحساسة، في حين أن الصمامات البطيئة النفخ مثالية للدوائر ذات التيارات الاندفاعية. يوفر منحنى خصائص الوقت والتيار للصمامة نظرة ثاقبة لسلوكها في ظل ظروف التيار الزائد المختلفة.
6. الاعتبارات البيئية:
يجب أيضًا مراعاة الظروف البيئية التي سيعمل فيها الصمام. يمكن لعوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة والتعرض لبيئات تآكلية أن تؤثر على أداء الصمام وطول عمره. يضمن اختيار الصمام الذي يتمتع بتصنيفات بيئية مناسبة التشغيل الموثوق به في ظل ظروف محددة.
احصل على حل ESS الخاص بك
وفي الختام
تلعب الصمامات دورًا حيويًا في حماية أنظمة تخزين الطاقة وضمان موثوقيتها وسلامتها. ومن خلال فهم الأنواع المختلفة من الصمامات ومعايير اختيارها والتحديات المرتبطة بتنفيذها، يمكن للمهندسين تصميم أنظمة تخزين طاقة أكثر فعالية ومرونة. ومع استمرار نمو الطلب على الطاقة المتجددة وأنظمة تخزين الطاقة، سيكون تطوير تقنيات الصمامات المتقدمة أمرًا بالغ الأهمية في تلبية الاحتياجات المتطورة لقطاع الطاقة.
لا توفر الصمامات الحماية الفورية ضد ظروف التيار الزائد فحسب، بل تساهم أيضًا في استقرار وكفاءة أنظمة تخزين الطاقة على المدى الطويل. يمكن للصمامات المختارة والمحافظة عليها بشكل صحيح أن تمنع الأعطال الكارثية، وتقلل من تكاليف الصيانة، وتطيل عمر تركيبات ESS.
ينبغي أن تركز الأبحاث والتطوير المستقبلية في تكنولوجيا الصمامات على تحسين خصائص أداء الصمامات، وتحسين توافقها مع تقنيات تخزين الطاقة الجديدة، وتطوير حلول فعالة من حيث التكلفة لنشر أنظمة تخزين الطاقة على نطاق واسع.
