ما هي الأنواع المختلفة لحلول الطاقة الهجينة؟

تجمع حلول الطاقة الهجينة بين مصدرين أو أكثر من مصادر الطاقة — مصادر الطاقة المتجددة والتخزين والمولدات العادية — لتمنحك كهرباء أكثر موثوقية وكفاءة. يمكنك العثور على هذا الإعداد في أشكال عديدة. تجمع الألواح الشمسية والتخزين مع البطاريات. ويفعل تخزين الرياح الزائد الشيء نفسه مع التوربينات. تمزج أنظمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بين مصادر الطاقة المتجددة. تضيف أجهزة الديزل المتجددة مولدًا للنسخ الاحتياطي. تربط شبكات Microgrid الهجينة كل شيء معًا لمجتمعات أو مرافق بأكملها. يشرح هذا الدليل كيفية عمل كل نوع وأين يستخدمه الأشخاص وإيجابياته وسلبياته. يمكنك بعد ذلك مقارنة خياراتك في لمحة. تظل اللغة واضحة، دون أي مصطلحات تقنية.

الوجبات السريعة الرئيسية

• تجمع حلول الطاقة الهجينة بين مصدرين أو أكثر من مصادر الطاقة لتمنحك كهرباء ثابتة وفعالة.

• تجمع أنظمة الطاقة الشمسية والتخزين بين الألواح الشمسية والبطاريات لتوفير الطاقة ليلًا ونهارًا.

• تستخدم أنظمة تخزين الرياح بالإضافة إلى توربينات الرياح والبطاريات لجعل طاقة الرياح أكثر ثباتًا.

• تجمع الأنظمة الهجينة بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتوفير الطاقة طوال النهار والليل.

• تضيف الأنظمة الهجينة العاملة بالديزل والمتجددة مولد ديزل ليكون بمثابة نسخة احتياطية للمصادر المتجددة.

• تربط شبكات Microgrid الهجينة مصادر الطاقة المتجددة والتخزين والمولدات لمجتمعات بأكملها.

• قارن بين الأنواع الهجينة من حيث التكلفة والموثوقية والصيانة للعثور على الأفضل.

• توفر الأنظمة الهجينة المال بمرور الوقت من خلال استخدام كمية أقل من الوقود والحاجة إلى صيانة أقل.

ما هي حلول الطاقة الهجينة؟

الفكرة الأساسية

يجمع حل الطاقة الهجين بين مصدرين أو أكثر للطاقة تحت وحدة تحكم ذكية واحدة. يمنحك هذا المزيج طاقة موثوقة وأقل تكلفة. يجمع الإعداد الأكثر شيوعًا بين مولد الديزل وبنك بطارية الليثيوم ومجموعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. تتعامل الألواح الشمسية مع أحمال النهار. توفر البطارية طاقة إضافية وتغطي الفجوات القصيرة. يعمل المولد فقط عندما لا تتمكن مصادر الطاقة المتجددة والتخزين من تلبية الحاجة. يرسل نظام إدارة الطاقة، أو EMS، أرخص طاقة في الوقت الفعلي.

إليك كيفية تدفق النظام خلال يوم عادي:

• نهار مشمس - أولوية الطاقة الكهروضوئية بالإضافة إلى الشحن : تعمل الألواح الشمسية على توليد طاقة التيار المستمر. يقوم العاكس الهجين بتحويله إلى تيار متردد ويستخدمه أولاً للأحمال النشطة. طاقة إضافية تشحن البطارية. إذا كانت مربوطة بالشبكة، يمكنك إرسال الطاقة الزائدة للخارج.

• المساء أو الليل أو الشمس المنخفضة - تفريغ البطارية : عندما ينخفض ​​خرج الطاقة الكهروضوئية، يتحول النظام إلى مصدر إمداد البطارية من تلقاء نفسه. فهو يحول التيار المستمر المخزن إلى تيار متردد للحفاظ على تشغيل الأحمال. تحصل على استقلال الطاقة خلال هذه الساعات.

• استنفدت البطارية - احتياطي الشبكة : إذا كان مستوى البطارية منخفضًا جدًا ولم تكن الطاقة الشمسية متوفرة، فسيتحول النظام إلى طاقة الشبكة. يستخدم الطاقة النظيفة أولاً لتجنب الإفراط في تفريغ البطارية.

• انقطاع التيار الكهربائي - إمداد غير منقطع : تقوم وظيفة UPS المدمجة في العاكس الهجين بالتبديل إلى طاقة البطارية خلال أجزاء من الثانية. تستمر حمولاتك الحيوية — أنظمة الاتصالات، والمعدات الطبية، والمصاعد — في العمل دون انقطاع.

يعني هذا الطلب أنك تستخدم الطاقة الأرخص والأنظف أولاً. تعمل المولدات بشكل أقل، وتنخفض تكاليف الوقود، ويستمر نظامك لفترة أطول.

لماذا الجمع بين المصادر مهم؟

يمنحك الجمع بين مصادر طاقة متعددة فوائد لا يمكن لمصدر واحد أن يضاهيها. إليك ما تكسبه:

• الموثوقية : لم تعد تعتمد على مصدر طاقة واحد. إذا فشل مصدر واحد، يتولى آخر. تحسن توفر النظام من 97.2% إلى 99.7% في العديد من التركيبات.

• توفير التكاليف : الاعتماد الأقل على الطاقة التقليدية يعني انخفاض تكاليف التشغيل. الأرقام تظهر التأثير بوضوح. انظر إلى التحسن عند التبديل من إعداد المولد فقط إلى نظام هجين:

  متري	قبل (المولد فقط)	بعد (النظام الهجين)	تحسين
  وقت التشغيل اليومي	12-16 ساعة	4-6 ساعات	تخفيض 67%
  الوقود الشهري	2400 لتر	960 لتر	تخفيض 60%
  تكلفة الوقود	3600 دولار	1,440 دولار	توفير 2160 دولارًا
  كفاءة المولدات	متوسط ​​32%	متوسط ​​44%	تحسن 38%

المدخرات طويلة الأجل تتراكم بسرعة. يصل التوفير السنوي في الوقود إلى 25,920 دولارًا. يضيف تخفيض الصيانة 8400 دولار. يساهم تمديد عمر المولد بمبلغ 3600 دولار أخرى. يصل إجمالي مدخراتك السنوية إلى 37,920 دولارًا. على مدى عشر سنوات، يصبح ذلك 379.200 دولار. يتم سداد الاستثمار الأولي للنظام البالغ 45000 دولار في 18 شهرًا فقط.

• الاستدامة : أنت تصنع طاقة متجددة لتحقيق الأهداف البيئية وأهداف إزالة الكربون. تتيح لك الأنظمة الهجينة خفض البصمة الكربونية دون التخلي عن الموثوقية.

• المرونة : يمكنك تصميم النظام ليناسب احتياجاتك المحددة من الطاقة. إنه يعمل على الشبكة أو خارج الشبكة، للمنازل الصغيرة أو المواقع الصناعية الكبيرة.

• الاستقلال في مجال الطاقة : تعتمد بشكل أقل على مصادر الطاقة الخارجية. يتحسن أمن الطاقة الخاص بك لأنك تتحكم في إمدادات الطاقة الخاصة بك.

كيفية مقارنة الأنواع

عندما تبدأ في مقارنة حلول الطاقة الهجينة المختلفة، فإن هناك ثلاثة معايير هي الأكثر أهمية: التكلفة والموثوقية والصيانة.

التكلفة تعني النظر إلى التكلفة الإجمالية للملكية، وليس فقط السعر المقدم. تكلف الأنظمة الهجينة في البداية أكثر من أنظمة المولدات التقليدية فقط. ولكنها تحقق وفورات تشغيلية كبيرة من خلال تقليل الوقود وتقليل الصيانة. تظهر الدراسات أن معدلات العائد الداخلي تتراوح بين 7.1% و58% للاستثمارات الهجينة. تتراوح فترات الاسترداد من 1.6 إلى 8.8 سنة. والسؤال الرئيسي هو مدى سرعة تغطية مدخراتك للتكلفة الأولية.

تغطي الموثوقية وقت تشغيل النظام والتسامح مع الأخطاء. أنت تريد نظامًا يتعامل مع التغيرات المفاجئة في الحمل أو التوليد دون انقطاع الطاقة. ابحث عن التسامح القوي مع الخطأ في التصميم. أفضل الأنظمة الهجينة توفر نسبة توافر تزيد عن 99%. يقومون بالتبديل بين مصادر الطاقة بسلاسة أثناء التحولات.

غالبًا ما تصبح الصيانة العامل الحاسم للنجاح على المدى الطويل. تعمل الأنظمة الهجينة على تقليل وقت تشغيل المولد كثيرًا. إن ساعات التشغيل الأقل تعني تغييرات أقل للزيت، وتآكلًا أقل للأجزاء، وعمرًا أطول للمعدات. ومع ذلك، لا تزال بحاجة إلى عمال ماهرين لنظام البطارية ونظام إدارة الطاقة. المراقبة عن بعد والتصميم المعياري يجعل الصيانة أسهل بكثير. اسأل نفسك ما إذا كان لديك الدعم الفني اللازم للحفاظ على تشغيل النظام بأعلى أداء.

استخدم هذه المعايير الثلاثة - التكلفة والموثوقية والصيانة - للحكم على كل نوع هجين وفقًا لاحتياجاتك المحددة.

أنظمة تخزين الطاقة الشمسية

كيف يعمل

تجمع أنظمة الطاقة الشمسية والتخزين بين الألواح الشمسية والبطاريات وشبكة الطاقة في نظام ذكي واحد. يمنحك هذا الإعداد تحكمًا أفضل في الطاقة، والتحرر من الاعتماد على الشبكة، والنسخ الاحتياطي أثناء انقطاع التيار الكهربائي، وتكاليف أقل.

تجمع أنظمة الطاقة الهجينة ذات الطاقة الشمسية والتخزين بين الألواح الشمسية وتخزين البطاريات والشبكة في نظام طاقة واحد منسق لإدارة الطاقة بشكل أكثر ذكاءً. يمنحك هذا فوائد مثل استقلال الطاقة والحماية أثناء انقطاع التيار الكهربائي وخفض التكاليف.

يعمل العاكس الهجين بمثابة دماغ النظام. فهو يتتبع أفضل نقطة طاقة من الألواح الشمسية، ويتحكم في شحن البطارية وتفريغها، ويتحدث مع الشبكة. في كل ثانية، تقرر أين يذهب كل واط: إلى منزلك أو عملك، أو إلى البطارية، أو العودة إلى الشبكة. يمكنك توصيل الأجزاء بطريقتين:

• اقتران التيار المستمر مع عاكس هجين : تتصل كل من الألواح الشمسية والبطارية بجانب التيار المستمر لعاكس هجين واحد. تعمل الطاقة الشمسية على شحن البطارية مباشرة كتيار مستمر دون الحاجة إلى تحويلها. هذا هو الإعداد الأكثر كفاءة للأنظمة الجديدة.

• اقتران التيار المتردد بعاكسات منفصلة : تحتوي الألواح الشمسية على عاكس خاص بها، والبطارية لها عاكس خاص بها. يجتمعون على الجانب AC. هذه هي الطريقة المعتادة لإضافة بطارية إلى نظام شمسي موجود. إنها أقل كفاءة قليلاً في نقل الطاقة الشمسية إلى البطارية، ولكنها أكثر مرونة.

الاستخدامات النموذجية

سوف تجد أنظمة الطاقة الشمسية والتخزين في ثلاث مناطق سوق رئيسية. تستخدم كل منطقة التكنولوجيا لأسباب مختلفة.

في المنازل، تقوم هذه الأنظمة بتحويل الطاقة الشمسية الموجودة على الأسطح إلى مورد على مدار الساعة. يقومون بتخزين طاقة نهارية إضافية للاستخدام في المساء أو أثناء انقطاع التيار الكهربائي. وفي البيئات التجارية والصناعية، فإنها تخدم المستودعات أو المصانع أو الجامعات عن طريق تحويل استخدام الطاقة الثقيلة بعيدًا عن ساعات الذروة الباهظة الثمن للشبكة. تراها أيضًا في أنظمة مستقلة خارج الشبكة للمنتجعات النائية والمواقع الصناعية.

المزايا والاعتبارات

إن فوائد التخزين الشمسي الزائد واضحة. يمكنك الحصول على طاقة مستمرة أثناء انقطاع التيار الكهربائي وفي الليل لأن البطاريات تخزن طاقة شمسية إضافية. يحقق النظام أقصى استفادة من الطاقة المتجددة عن طريق توفير الطاقة الشمسية الفائضة للأيام الملبدة بالغيوم أو أثناء الليل بدلاً من إهدارها. تظل تكاليف الصيانة على المدى الطويل منخفضة، ولن تشتري أي وقود كما تفعل مع المولد. تكلف الإصدارات خارج الشبكة أقل تكلفة للتثبيت والصيانة من الأنظمة الكاملة خارج الشبكة، ولا تحتاج إلى مولد احتياطي، وتسمح بحجم بطارية أصغر.

ومع ذلك، يجب أن تفكر في بعض المقايضات. تكلفة التركيب الأولية أعلى من تكلفة تركيب نظام الطاقة الشمسية فقط. يمكن أن ينخفض ​​عمر البطارية بسبب الحرارة أو البرودة أو المطر ما لم تقم بتركيب البطارية في مكان جيد. عدد الأجهزة التي يمكنك الاتصال بها محدود ويختلف حسب النظام. كما أن عملية التحكم معقدة أيضًا لأن مصادر الطاقة المتعددة يجب أن تعمل معًا بسلاسة.

أنظمة تخزين الرياح الإضافية

كيف يعمل

تعمل أنظمة تخزين الرياح بالإضافة إلى دمج توربينات الرياح مع البطاريات لتخفيف التقلبات الطبيعية في طاقة الرياح. عندما تكون الرياح قوية، يتم إنتاج طاقة إضافية وتقوم البطارية بتخزينها بدلاً من إهدارها. عندما تتباطأ الرياح، ترسل البطارية تلك الطاقة المخزنة للحفاظ على تشغيل الأحمال. يؤدي هذا الاقتران إلى تحويل مورد لا يمكنك التنبؤ به إلى مصدر ثابت.

العاكس الذكي يعمل مثل دماغ النظام. يقوم بتتبع أقصى نقطة طاقة في الوقت الفعلي عبر مولد الرياح. يقوم العاكس بمعالجة عملية تسليم التيار المستمر إلى البطارية، متخطيًا خطوة تحويل التيار المتردد التي تضيف خسائر في الإعدادات الأخرى. يقوم نفس العاكس بإدارة مزامنة الشبكة، ومكافحة الجزر، والطاقة التفاعلية. تحصل طبقة AI تسمى Adaptix على بيانات الرياح الحية وتنسق الإرسال مع دورات البطارية وأسعارها. يرسل النظام إنتاج الرياح إلى التخزين عندما تكون الأسعار منخفضة وإلى التصدير إلى الشبكة عندما تكون الأسعار مرتفعة. تتعامل هذه الطريقة مع طاقة الرياح والتخزين كنظام واحد محسّن، مما يعمل على تحسين عامل السعة وزيادة عمر البطارية.

الاستخدامات النموذجية

يمكنك العثور على وحدات تخزين الرياح الإضافية في كل من الإعدادات البعيدة والمتصلة بالشبكة. وتستخدم مشاريع كهربة الريف هذه الأنظمة لتوصيل الطاقة إلى الأماكن التي لا تصلها الشبكة. يتعامل التخزين مع تقلبات الرياح حتى تحصل على طاقة مستقرة في المواقع البعيدة. ويعتمد تطوير الشبكات الصغيرة أيضًا على هذه الأنظمة لتقليل الاعتماد على الشبكة وتعزيز أمن الطاقة أثناء انقطاعها.

يقوم التخزين على نطاق الشبكة بإدارة الطاقة من منشآت الرياح عن طريق تخزين طاقة إضافية وإطلاقها عندما يصل الطلب إلى الذروة. وهذا يعزز مرونة الشبكة ويقلل من التقلبات. يعمل نظام Wind-plus-Storage أيضًا مع البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية، مما يوفر استجابة سريعة لموازنة الشبكة. سواء كان متصلاً بالشبكة أو خارجها، يحافظ النظام على استقرار الطاقة ويحقق أقصى استفادة من استخدام الطاقة المتجددة.

المزايا والاعتبارات

يمنحك نظام Wind-plus-Storage الطاقة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع من خلال تخزين الطاقة لفترات الهدوء. يمكنك تقليل الاعتماد على الشبكات الضعيفة عن طريق تخزين الطاقة الرخيصة لأوقات الذروة. لا يتم إهدار طاقة الرياح. يتيح لك الاستخدام الأفضل للأصول تخزين توليد إضافي وبيعه بأسعار الذروة. إن التقليص الأقل يعني المزيد من الإيرادات التي يمكن التنبؤ بها. يصبح الاتصال بالشبكة أسهل مع المشاركة الأفضل في أسواق المرونة.

تظهر نتائج المحاكاة انخفاضًا بنسبة 15 إلى 40 بالمائة في تكاليف الخلل وزيادة بنسبة 8 إلى 10 بالمائة في الإيرادات من التصاميم المحسنة. تساعدك حلول الطاقة الهجينة هذه على المشاركة في أسواق الطاقة من خلال تنظيم التردد ، وتحويل الأحمال، والمراجحة.

لكن الحجم مهم. تعمل سعة البطارية بشكل أفضل في حدود 5 إلى 70 ميجاوات. يؤثر الحجم على الربحية ومدة استمرار البطارية. أنت بحاجة إلى أنظمة التحكم المناسبة والدعم الفني. يعد الاستثمار الأولي أمرًا كبيرًا، لكن المدخرات طويلة الأجل غالبًا ما تجعل التكلفة تستحق العناء. يعمل نظام تخزين الرياح بشكل أفضل في الأماكن التي تتمتع بموارد رياح ثابتة.

أنظمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح الهجينة

كيف يعمل

يستخدم النظام الهجين بين الطاقة الشمسية والرياح الألواح الشمسية وتوربينات الرياح معًا. يحتوي كل جزء على محول الطاقة الخاص به وطريقة للعثور على أفضل نقطة طاقة، مثل طريقة Perturb & Observe. كلاهما يرسل الطاقة إلى ناقل DC مشترك. يتيح هذا الإعداد لكل جزء العمل بأفضل حالاته.

التنسيق يمنع المصدرين من العمل ضد بعضهما البعض. عندما يكون الحمل منخفضًا، قد لا يحتفظ نظام الرياح بأفضل نقطة طاقة له. عندما يكون الحمل مرتفعًا، قد يتركه الجانب الشمسي. تتيح التصميمات الجيدة لكل طريقة تتبع مراعاة القوة التي يخلقها المصدر الآخر. ثم تقوم طبقة التحكم بتقسيم العمل: حيث تأخذ الرياح العبء عندما يكون الطلب مرتفعًا، وتتحمله الطاقة الشمسية عندما يكون الطلب منخفضًا. للاتصال بالشبكة، يمكن لكل مصدر استخدام العاكس الخاص به مع التحكم في PWM. تتصل البطارية من خلال محول DC-DC ثنائي الاتجاه الذي يتحقق من مستوى شحن البطارية.

تخزين البطارية يسد الفجوة بين العرض والطلب المتغير. في كل لحظة، تساوي الطاقة المخزنة الطاقة المخزنة السابقة مطروحًا منها معدل الخسارة، بالإضافة إلى الطاقة المضافة (المعدلة لكفاءة رحلة الذهاب والإياب)، مطروحًا منها الطاقة المستخدمة. يجب أن يساوي إجمالي مصادر الطاقة المتجددة بالإضافة إلى تفريغ البطارية الطلب بالإضافة إلى شحن البطارية. يمكن لوقت التخزين الأطول أن يحل محل طاقة التوليد الإضافية. يؤدي الانتقال من التخزين لمدة 12 ساعة إلى 7 أيام إلى تقليل الجيل الإضافي المطلوب من 2.5 إلى 3 مرات إلى 1.5 مرة. لا يزال هذا يلبي معيار موثوقية NERC بنسبة 99.97%.

الاستخدامات النموذجية

تجد هذه الأنظمة في أغلب الأحيان في الأماكن التي يصعب فيها الحصول على طاقة الشبكة. وتستخدمها الجزر النائية في إندونيسيا والفلبين لأن الاتصال بالشبكة الرئيسية أمر صعب للغاية. تستخدم المناطق الصناعية الريفية في الهند وأستراليا أنظمة وقود الديزل الشمسية وطاقة الرياح أو أنظمة هيدروجين الطاقة الشمسية لتقليل استخدام الديزل وخفض تكاليف التشغيل. تفضل المناخات القاسية وشبكات الجزر والمواقع الصناعية التي تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع أيضًا الهجينة التي تعمل بالطاقة الشمسية والرياح والديزل عندما لا تكون التصميمات المعتمدة على الطاقة الشمسية فقط كافية.

الأمثلة الحقيقية تظهر النطاق. قامت قرية سانت ماري في ألاسكا باختبار النظام على شبكة مجتمعية نائية. وقد أثبتت تعاونية آيوا ليكس للكهرباء في ولاية أيوا ذلك من خلال شبكة محلية متصلة بالشبكة. تتصدر منطقة آسيا والمحيط الهادئ السوق بحصة تبلغ حوالي 40%، بمساعدة الجغرافيا والنمو السريع للصناعة والاعتماد السريع للتكنولوجيا الجديدة.

المزايا والاعتبارات

الفوائد قوية. يمكنك الحصول على طاقة موثوقة على مدار 24 ساعة عن طريق مزج الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. يؤدي التآكل الأقل للبطارية إلى إطالة العمر إلى 5-15 عامًا. تصبح بصمتك الكربونية أصغر بفضل مصدرين متجددين. تتيح لك ميزات إنترنت الأشياء الذكية المراقبة من بعيد. توفر التوربينات العمودية وألواح السطح المساحة. وكثيراً ما تساعد الحوافز والإعانات الحكومية.

الجوانب السلبية تحتاج إلى تفكير. التكلفة الأولية أعلى لأنك تشتري نظامين. التثبيت معقد ويتطلب تخطيطًا دقيقًا. تحتاج كل من التوربينات والألواح إلى الصيانة. لا تزال البطاريات تستهلك، لكن البطاريات الحديثة تدوم لأكثر من 10 سنوات. يمكن للطقس القاسي الطويل أن يدفع حدود التخزين. تعمل هذه حلول الطاقة الهجينة بشكل جيد مع التصميم الجيد، ولكنها تتطلب جهدًا تقنيًا حقيقيًا.

الأنظمة الهجينة التي تعمل بالديزل والمتجددة

كيف يعمل

ينضم النظام الهجين الذي يعمل بالديزل والمتجدد إلى مولد ديزل مع الألواح الشمسية أو توربينات الرياح أو كليهما، بالإضافة إلى تخزين البطارية ووحدة التحكم الذكية. يمكنك الحصول على طاقة ثابتة حتى عندما تختبئ الشمس أو تنخفض الرياح. يعمل مولد الديزل كنسخة احتياطية يمكنك الاعتماد عليها. فهو يحافظ على استقرار الشبكة بينما تستخدم أكبر قدر ممكن من الطاقة المتجددة.

تعمل وحدة التحكم الهجينة على تشغيل تدفق الطاقة بين جميع المصادر. يحافظ على ثبات الجهد والتردد ويتنقل بين الطاقة المتجددة والميكانيكية دون توقف. توفر الألواح الشمسية طاقة نظيفة خلال النهار. توفر البطاريات الإضافية أثناء الليل أو الأوقات الغائمة. يبدأ تشغيل المولد فقط عندما تنخفض الطاقة المخزنة أو يقفز الطلب.

منطق التحكم يبقي المولد يعمل بشكل جيد. عند التحميل المنخفض، يقوم النظام بإيقاف تشغيل المولد بالكامل ويعمل بطاقة البطارية الهادئة. عند ذروة الحمل، يتم تشغيل المولد فقط عندما يكون الطلب أكبر مما تستطيع البطارية التعامل معه. يعمل هذا الأسلوب على إيقاف التكديس الرطب وتحقيق أقصى استفادة من الوقود. تسمح أجهزة الشحن الشمسية MPPT المدمجة للألواح المحمولة بشحن البطاريات مباشرة، لذلك قد لا يعمل محرك الديزل على الإطلاق في الصيف.

الاستخدامات النموذجية

تجد هذه الأنظمة في العديد من القطاعات التي تحتاج إلى الطاقة طوال النهار والليل في الظروف البعيدة أو المتغيرة. الاستخدامات الشائعة تشمل:

• البناء والبنية التحتية

• النفط والغاز

• التعدين

• مراكز البيانات

• الرعاية الصحية

• الزراعية

• البلديات

• تصنيع

• اتصالات

وتعتمد عليها بشكل كبير عمليات التعدين، ومجموعات الاتصالات الكبيرة، ومشاريع كهربة الريف. تستخدمها مواقع الدفاع والمرافق التجارية مثل مراكز البيانات والمستشفيات أيضًا لتوفير الأمان الاحتياطي. تناسب حلول الطاقة الهجينة هذه أي موقع تكون فيه طاقة الشبكة ضعيفة أو مكلفة أو غير موجودة.

المزايا والاعتبارات

الفوائد تضيف بشكل جيد. تحافظ مصادر التوليد المتعددة على استمرار العرض حتى في حالة فشل مصدر واحد. يتم تخزين الكهرباء المتجددة الإضافية أو مشاركتها بدلاً من إهدارها. يمكنك تقليل الاعتماد على الديزل، مما يقلل من تكاليف التشغيل على المدى الطويل حتى مع ارتفاع التكلفة الأولية. تنخفض انبعاثات الكربون مع استبدال مصادر الطاقة المتجددة بالكهرباء المعتمدة على الوقود الأحفوري. يتحسن أمن الطاقة لأنك لم تعد تعتمد على مصدر وقود واحد أو الشبكة. يمكنك أيضًا إضافة سعة البطارية أو الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح خطوة بخطوة دون استبدال ما لديك بالفعل.

بعض التحديات تحتاج إلى اهتمامكم. يمكن لطرق التحسين الإرشادية أن تعطي نتائج ضعيفة وتحتاج إلى أوقات حسابية طويلة على الأنظمة المعقدة. غالبًا ما تحتاج استراتيجيات الإرسال المبنية على القواعد إلى بطاريات أكبر من أجل إرسال جيد لكل ساعة. أخطاء التنبؤ تجعل من الصعب الحفاظ على دقة مصدر الطاقة. قد تؤدي التغييرات الكهروضوئية السريعة المرسلة إلى البطارية إلى تقصير عمرها. لا يزال تدهور البطارية يشكل مصدر قلق. يساعدك التصميم الجيد والدعم الفني القوي على التعامل مع هذه المخاطر.

حلول مايكروغريد الهجينة

ما يميزهم

الحل الهجين للشبكة الصغيرة هو نظام طاقة محلي. ويستخدم الطاقة المتجددة والبطاريات والطاقة الاحتياطية. يمكنك تشغيله مع الشبكة الرئيسية أو بمفرده. وهذا يجعلها مختلفة عن الشبكة الكبيرة. تستخدم الشبكة الكبيرة محطات توليد الطاقة البعيدة والطوابير الطويلة. تعمل الشبكة الصغيرة على توليد الطاقة بالقرب من المكان الذي تستخدمها فيه.

يعمل الإعدادان بشكل مختلف. ويبين الجدول أدناه التناقضات الرئيسية.

يمنحك Islanding فائدة كبيرة. تقوم المفاتيح والمرحلات بفصل الشبكة الصغيرة عن الأداة المساعدة. ومن ثم تقوم الضوابط المحلية باستعادة الاستقرار وتوازن القوة داخل الجزيرة. يعمل نظام إدارة الطاقة بمثابة الدماغ. فهو يدير الإرسال ويتتبع الوقود ويحافظ على ثبات الجهد والتردد. كل أصل لديه وحدة تحكم محلية خاصة به. يزيل هذا التصميم نقطة فشل واحدة ويجعل القياس أسهل.

الاستخدامات النموذجية

يمكنك العثور على هجينة ذات شبكة صغيرة في العديد من الأماكن. تساعد الشبكات الصغيرة المجتمعية الجمهور. إنهم يزودون مراكز الشرطة والإطفاء وأبراج الخلايا وأنظمة المياه بالطاقة أثناء حالات الطوارئ. يمكنهم أيضًا إضافة أو استبدال طاقة الشبكة الرئيسية يوميًا. تعمل الشبكات الصغيرة في الحرم الجامعي على تشغيل مستشفى أو مدرسة أو حي. توفر الشبكات الصناعية الصغيرة الطاقة للمصانع أو القواعد العسكرية. وقد عملت هذه الأنظمة في المصانع والقواعد لعقود من الزمن.

وتشمل القطاعات المشتركة الأخرى مراكز البيانات، والطاقة، والحكومة، والرعاية الصحية، والخدمات اللوجستية، والتصنيع، وتجارة التجزئة. يُظهر موقع اختبار Caterpillar في توكسون، أريزونا، مدى نجاح هذا الأمر. وكان الموقع يعتمد على ثلاثة مولدات تعمل بالديزل. وفي عام 2016، أضافت الألواح الشمسية ونظام البطاريات. ومن المتوقع أن يؤدي هذا الإعداد إلى خفض استخدام الوقود بنسبة 33% وتقليل ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 1000 طن كل عام. يعمل الموقع الآن بشكل كامل خارج الشبكة، طوال اليوم، كل يوم.

المزايا والاعتبارات

فوائد حلول الطاقة الهجينة هذه كبيرة. يمكنك خفض البصمة الكربونية الخاصة بك باستخدام الطاقة المتجددة والبطاريات. أثناء انقطاع التيار الكهربائي، يمكن لمصادر الطاقة المتجددة أن تحل محل مولدات الديزل. ويمكن بيع الطاقة الإضافية للشبكة، مما يدر المال ويساعد على دفع التكاليف بشكل أسرع. يمكنك أيضًا الحصول على استخدام أفضل للطاقة وطاقة موثوقة. يقوم النظام بالتبديل بين الشبكة الرئيسية ومصادر الطاقة المتجددة والمولدات الاحتياطية حسب الحاجة. هذا هو الأكثر أهمية بالنسبة للعمليات العسكرية والرعاية الصحية.

التحديات لا تقل أهمية. التكلفة الأولية أعلى من تكلفة الشبكة الصغيرة البسيطة لأن النظام أكثر تعقيدًا. تحتاج الميزات المتقدمة إلى إدارة جيدة، ويعتمد العديد من المستخدمين على الشركاء للمراقبة المباشرة. تحتاج العديد من مصادر الطاقة الصغيرة إلى رعاية أكثر من مصدر واحد. سوف تحتاج إلى فريق أو مزود خارجي. القواعد والسياسات غير واضحة للمطورين. كما أن التعقيد الفني وانخفاض المعرفة العامة يؤديان أيضًا إلى إبطاء اعتمادها. التخطيط الجيد والدعم القوي يساعدك على التعامل مع هذه المخاطر.

اختيار حلول الطاقة الهجينة المناسبة

مطابقة النظام للاحتياجات

ابدأ بالمكان الذي أنت فيه. يحتاج الموقع البعيد الذي لا يحتوي على شبكة إلى إعداد خارج الشبكة. قد يحتاج مبنى المدينة ذو الشبكة الضعيفة إلى الدعم عند انقطاع التيار الكهربائي. يحدد ضوء الشمس وسرعة الرياح والطقس المصادر التي تعمل. الصحراء المشمسة جيدة لتخزين الطاقة الشمسية . قد يعمل الساحل ذو الرياح الثابتة بشكل أفضل مع تخزين الرياح.

بعد ذلك، تحقق من ميزانيتك ومدى موثوقية حاجتك إلى الطاقة. يكلف النظام الهجين في البداية أكثر من إعداد المولد فقط. ولكنه يوفر المال بمرور الوقت باستخدام وقود أقل وصيانة أقل. إذا كنت بحاجة إلى الطاقة طوال اليوم، كل يوم، فإن التخزين أمر لا بد منه. إذا كان انقطاع التيار الكهربائي لفترة قصيرة أمرًا جيدًا، فيمكنك استخدام بطارية أصغر.

تُظهر الاستخدامات الصناعية كيف يتم ذلك في الحياة الواقعية. تستخدم المناجم ومشاريع البناء وأعمال السكك الحديدية والسفن ومواقع الدفاع أنظمة هجينة. غالبًا ما تحتاج هذه الأماكن إلى محطات طاقة قوية للتعامل مع الأحمال الثقيلة في الظروف الصعبة. قد يحتاج برج اتصالات بعيد إلى نظام هجين يعمل بالديزل الشمسي مع بطارية احتياطية. يمكن لمصنع في مكان ما بسعر وقت الاستخدام تخزين الطاقة الشمسية في النهار واستخدامها في ساعات الذروة لخفض رسوم الطلب.

عوامل القرار الرئيسية

هناك ثلاثة أشياء تدفع كل خيار: التكلفة والموثوقية والصيانة. ويبين الجدول أدناه ما يغطيه كل واحد.

التكلفة تعني أكثر من السعر. يجب أن تزن صافي التكلفة الحالية وتكلفة الطاقة وتكلفة الوقود. يمكن للمساعدة الحكومية مثل الإعفاءات الضريبية والحسومات أن تخفض ما تدفعه مقدمًا. الموثوقية تعني أن نظامك يلبي الطلب دون أي ثغرات. يعني انخفاض LPSP تصميمًا أكثر موثوقية. تغطي الصيانة الرعاية طويلة الأجل. يؤدي عبء العمل المتوازن إلى تقليل التآكل ويجعل الأجزاء تدوم لفترة أطول. تتيح لك التصميمات المعيارية إضافة وحدات طاقة جديدة دون توقف العمل.

أسئلة لطرحها

اسأل نفسك بعض الأسئلة الواضحة قبل أن تقرر. ما هو طلب التحميل الخاص بي، وما مدى تغيره؟ هل أحتاج إلى حرية خارج الشبكة أم مجرد نسخة احتياطية؟ ما هي الموارد المتجددة التي يمتلكها موقعي؟ ما المبلغ الذي يمكنني إنفاقه مقدمًا، وما هي فترة الاسترداد التي تناسبني؟ هل لدي دعم فني محلي للبطاريات وأجهزة التحكم؟

يمكنك أيضًا استخدام برامج التحسين مثل HOMER لمقارنة الإعدادات. تساعدك الأساليب متعددة المعايير مثل TOPSIS أو VIKOR على تقييم تعقيد النظام والتكلفة والأثر البيئي. تمنحك هذه الأدوات صورة واضحة عن حلول الطاقة الهجينة التي تناسب موقعك بشكل أفضل.

أنت الآن تعرف الحلول الخمسة الرئيسية للطاقة الهجينة : الطاقة الشمسية المعززة للتخزين، والرياح المعززة للتخزين، والطاقة الشمسية الريحية، والديزل المتجدد، والشبكات الهجينة الصغيرة. كل واحد يمزج مصادره بطريقة مختلفة. كل واحد يناسب موقعًا مختلفًا وميزانية واحتياجات موثوقية مختلفة. موقع صحراوي مشمس يقودك نحو الطاقة الشمسية. يقودك الساحل العاصف نحو التوربينات. قد يحتاج منجم بعيد إلى وقود الديزل الاحتياطي.

استخدم العوامل التي قرأت عنها هنا. قم بمقارنة التكلفة والموثوقية والصيانة مع موقعك الخاص. اطرح أسئلتك الرئيسية. ثم اختر النظام الذي يناسب حمولتك ومحفظتك. القوة الهجينة تستمر في النمو. وسوف تلعب دورًا أكبر في توفير الطاقة الموثوقة والمرنة لسنوات قادمة.

التعليمات

ما حجم البطارية الذي أحتاجه لنظام هجين؟

يعتمد حجم البطارية على احتياجاتك اليومية من التحميل والنسخ الاحتياطي. يحتاج النظام الصغير لانقطاعات الخدمة القصيرة إلى مساحة تخزين أقل من النظام الذي يقوم بتشغيل الأحمال المهمة على مدار الساعة. يقوم المثبت الخاص بك بحساب السعة المناسبة.

هل يمكنني إضافة بطاريات إلى نظام شمسي موجود؟

نعم. تقوم بتوصيل البطارية بالعاكس الخاص بها على جانب التيار المتردد. يعمل أسلوب اقتران التيار المتردد هذا بشكل جيد مع التعديلات التحديثية. تنخفض الكفاءة قليلاً، لكنك تكتسب المرونة دون استبدال اللوحات الموجودة لديك.

ما هي مدة بقاء بطاريات النظام الهجين؟

تدوم بطاريات الليثيوم الحديثة من 5 إلى 15 سنة حسب الاستخدام ودرجة الحرارة وعمق التفريغ. يؤدي التثبيت السليم بعيدًا عن الحرارة والبرودة إلى إطالة عمر الخدمة بشكل كبير.

هل توفر الأنظمة الهجينة نسخة احتياطية أثناء انقطاع الخدمة؟

نعم. يقوم العاكس الهجين بالتبديل إلى طاقة البطارية خلال أجزاء من الثانية. تستمر أحمالك الحيوية مثل أنظمة الاتصالات والمعدات الطبية في العمل دون انقطاع أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

ما هي فترة الاسترداد للنظام الهجين؟

يختلف الاسترداد حسب حجم النظام والموقع. يوضح أحد الأمثلة استردادًا لمدة 18 شهرًا مع توفير سنوي قدره 37,920 دولارًا. تتراوح فترات الاسترداد النموذجية من 1.6 إلى 8.8 سنة اعتمادًا على تكاليف الطاقة لديك.

هل أحتاج إلى عاكس خاص للنظام الهجين؟

نعم. يعمل العاكس الهجين بمثابة دماغ النظام. فهو يدير مدخلات الطاقة الشمسية، وشحن البطارية، والاتصال بالشبكة، والتحكم في المولدات في وحدة واحدة. يقوم هذا الجهاز الواحد بتنسيق جميع مصادر الطاقة.

ما هي الصيانة التي يتطلبها النظام الهجين؟

تعمل الأنظمة الهجينة على تقليل وقت تشغيل المولد بشكل كبير، مما يقلل من تغيرات الزيت وتآكل الأجزاء. لا تزال بحاجة إلى عمال ماهرين لنظام البطاريات وضوابط إدارة الطاقة. تساعد المراقبة عن بعد في اكتشاف المشكلات مبكرًا.