אחסון בטריות במכלים
-- מפרטים ודרישות לאתר
אחסון בטריות במכלים: מפרטים ודרישות לאתר
בטריה במכל היא מכל שייחוא שמכיל בתוכו מערכת אחסון אנרגיה בטריות (BESS – Battery Energy Storage System): מדפים עם מודולי ליתיום, מערכת המרת חשמל (PCS – Power Conversion System), מערכת ניהול תרמי, מערכת הגנה מאש ומערכת ניהול בטריות (BMS – Battery Management System) המפקחת על כל תא בטריה בנפרד. הגרסה המקורית של דף זה הסבירה את הרעיון באופן כללי, ללא פרטים מסוימים. בגרסה הנוכחית מצוינים הערכים הטיפוסיים, התנאים הנדרשים באתר והמפרטים שיש לדרוש מכל ספק. חשוב לציין מראש: Open Solar Design היא יצרנית של מערכות תאורה ואחסון על בסיס אנרגיה סולרית, ולא יצרנית של מערכות BESS במכלים; אנו משלבים את המערכות הסולריות עם מערכות הצריכה באמצעות שותפים מוסמכים. מטרת כתיבת דף זה היא לספק מידע מדויק לצורך הפרויקטים המתבצעים על ידי Open Solar Design.
מה מוסיף המכל מעבר לסתם מדפי בטריות?
המכל מספק יתרונות רבים מעבר לסתם ארגון של בטריות באופן פיזי:
- בטחה גבוהה יותר : המכל מספק הגנה מפני תנאי מזג אוויר קיצוניים, פיצוץ וגורמים אחרים שעלולים לנגוע לבטריות.
- ניהול מתוחם : מערכת ה-BMS מבצעת בקרה תמידית על מצב הבטריות ומבטיחה עבודה יציבה של המערכת.
- אחסון מרוכז : המכל מאפשר אחסון אנרגיה בכמויות גדולות, מה שמקל על השימוש בה במקומות שונים.
- ניידות : המכלים ניתנים להעברה בקלות ממקום למקום, מה שמקל על התאמת המערכת לדרישות הפרויקט.
- התאמה לתקנים : המכלים מתאימים לתקנים בינלאומיים, מה שמסייע בהקמת מערכות בכל סביבה.
כדי להקים מערכת אחסון בטריות במכלים בהצלחה, חובה לוודא שהאתר מספק את כל הדרישות המפורטות לעיל ושהספקים מספקים מוצרים שעומדים בתקנים הנדרשים.
מודולי הבטריות הם החלק הבסיסי של המערכת; המכל, לעומת זאת, מייצג את ההיבט ההנדסי שלה. המכל מספק חמישה דברים שמסגרת בסיסית לא יכולה להציע: סביבה בעלת שליטה תרמית (בטריות אובדות את כושר הפעולה שלהן מהר מחוץ לטווח הטמפרטורה המותאם להן), הגנה פיזית ומפני תנאי מזג האוויר, שליטה באש וכיבויה, ביטחון, וחדר חשמל מוכן מראש – שכולל מערכות שליטה (PCS), מתקני הפעלה (switchgear) ולעתים קרובות גם משנקי כוח (transformers) – המגיע לאתר מוכן לחיבור מיידית. האינטגרציה המוקדמת של כל אלה היא הסיבה האמיתית שמערכות מבוססות על מכלים נבחרות: העבודות הנדסיות מתבצעות מחוץ למסלולים הקריטיים של הפרויקט, ואתרים מרוחקים יכולים לקבל מערכות באיכות דומה לזו של רשת החשמל מבלי להקים תחנות חשמל נפרדות.
הניידות מהווה גורם חשוב ביותר בשני שלבים מרכזיים של חיי הפרויקט: בתחילה, היא מאפשרת לאתרי בנייה או למופעי חציבה לקבל חשמל לפני שהרשת החשמל מורחבת; בסוף הפרויקט, או כאשר האתר הוא זמני, המערכת יכולה להועבר למקום אחר במקרה הצורך, במקום שהיא תישאר ללא אפשרות פעולה.
מפרטים טיפוסיים
זו סדרה טיפוסית של קרטונים ששימשו בניסויי מוצרים בתחום אחסון ציוד משרדי; הפרטים מצוינים כדי שתוכלו להשוות אותם עם המידע המפורסם במסמכי הספק. המספרים המתייחסים לפרויקטים מסוימים מגיעים מהמאפיינים הייחודיים של כל פרויקט (כמו פרופיל העומס ומחזור העבודה שלו).
| פרמטר | טווח טיפוסי | מה חיוני לבדוק? |
|---|---|---|
| אריזה | קונטיינר של 20 רגל לשילוח (40 רגל בגדלים גדולים יותר) | אמצעים להעמסה והרמה של הקונטיינר, אישורי תעבורה |
| קיבולת ניתנת לשימוש | ~0.5–5 מגהוואט-שעה לקונטיינר בקנה מסחרי; 100–500 קילוואט-שעה ביחידות קטנות יותר | הקיבולת הניתנת לשימוש בהשוואה למפורט על הקונטיינר; ערימות אנרגיה שמוחסכות במערכת הניהול של הסוללות (BMS) |
| כימיה | סוללות מסוג LiFePO4 (ליתיום-חדקרבונן-פוספט) משמשות בעיקר ביישומים קבועים; סוללות מסוג NMC כאשר דחיפות נמצאת בצפיפות האנרגיה | אחריות על משך חיי הסוללה, לא רק על הנתונים המפורטים במסמכים הטכניים |
| יעילות הלוך ושוב | ~88–92% במעבר מחשמל חילופי (AC) לחשמל יציב (DC), כולל אובדני אנרגיה במערכות המתאמה (PCS) | יעילות במעבר מחשמל יציב לחשמל חילופי, וצריכת אנרגיה במצב של המתנה (idle) |
| משך חיי הסוללה | ~4,000–6,000 מחזורים עד פחות מ-80% מהקיבולת המקסימלית (במקרה של סוללות LiFePO4) | באיזו רמה של פריקה ובאיזו טמפרטורה |
| סביבת הפעולה | חדר הסוללות מוחזק בתוך הטווח הטמפרטורי המותר על ידי מערכת המיזוג האוויר (HVAC) | עודף במערכת המיזוג האוויר וצריכת אנרגיה בחודש הקשה ביותר |
| בטיחות ואש | תקנים: UL 9540 (למערכת כולה), UL 9540A (נתוני בדיקות להתרחשות תגבורת תרמית), NFPA 855 (דרישות למיקום הסוללות), IEC 62619 | דרושות הדיות מפורטות מהמבחנים האמיתיים, לא רק אישורים תיאוריים |
| שליטה | מערכת ניהול של סוללות (BMS) עם אפשרויות מעקב מרחוק, התרעות ותקשורת עם רשת החשמל או מקורות אנרגיה מתחדשת | אילו פרוטוקולים משמשים לתקשורת |
זהו המקום שבו ההטמעות (integrations) כושלות.
הבעיות הנפוצות בעבודות הינטגרציה
הבעיות הנפוצות ביותר אינן קשיים טכניים ברמת המערכתים עצמות, אלא בעיות באינטרפייסים בין המערכות השונות:
- מערכות HVAC (חימום, וניהול אוויר וקירור) מתוכננות לעומס ממוצע, ולא לחודש האקוטי ביותר. באקלים חם, החדר שמכיל את הבטריות משמר את טמפרטורת האוויר הסביבה בימים רגילים, אך בחודשי הפסקה החמים ביותר הבטריות נשרפות. יש לבקש תכנון תרמי שמתאים לחודש האקוטי ביותר באתר, ולא לממוצע הנמצא במסמכי המפרטים של המערכת.
- אי התאמה בתקשורת בין מערכת הבקרה (BMS) למערכת השליטה בבטריות (PCS). הבטריות משתמשות בפרוטוקול אחד, מערכת השליטה בבטריות בפרוטוקול אחר, ומערכת המעקב המרוחק שהלקוח שילם עבורה לא עובד כפי שהיא אמורה לעבוד. יש לציין במפרטי הרכישה את הפרוטוקולים המדויקים ואת הדרישות לבדיקות ההתאמה.
- בלבול בנוגע לסוג החיבור בין מערכות הסולריות למערכות האחסון (AC vs DC). במתקנים שמשלבים אנרגיה סולרית עם אחסון בטריות, חיבור המערכות באמצעות חשמל ישר (DC) מפחית את מספר שלבי ההמרה ומשפר את יעילות האנרגיה – אך הוא מוגבל בנוגע לבחירת המגוון של מכשירים המשמשים בתהליך ההמרה. יש להחליט על סוג החיבור לפני הזמנת הציוד, ולא לאחר מכן.
- גילוי דרישות חוקיות בנוגע לבטיחות מאוחר מדי. דרישות חוקיות כמו אלו המפורטות בתקנת NFPA 855 עלולות לגרום להצורך בעיצוב מחודש לאחר שהבנייה כבר החלה. יש להזמין את המומחה לבטיחות מוקדם יותר, בשלב התכנון הראשוני של המתקן.
מה חייב להיות מסופק על ידי האתר שלכם
קיבולת סולרית מגיעה לאתר שלכם, אך האתר מבצע את השאר:
- בסיס וגישה: משטח בטון משוטח או קרקע יציב שמסוגל להחזיק במשקל הכבד של הקיבולת, בתוספת גישה למנוף למיקומה.
- מרחבים פנויים: מקום לזרימת אוויר של מערכות החימום, הקירור והאוורור (HVAC), גישה לתחזוקה, ועמידה בדרישות חוקי הבטיחות מפני שריפות.
- חיבורים חשמליים: חקירה והסכם לחיבורים עם ספקי שירותי ציבור, ציוד הגנה, והגדרת הצורכים במשנקים או מערכות הפעלה (switchgear). לרוב, הזמן הנדרש לספקי שירותי הציבור הוא הגורם המכריע בתהליך הבנייה.
- היתרים והרשויות המוסמכות: היתרים חשמליים, בנייה ובטיחות מפני שריפות; כל היתר נבדק על ידי גורם אחר.
המקומות שבהם אחסון בקיבולות סולריות מתאים – והמקומות שבהם הוא אינו מתאים
מקומות מתאימים: רשתות חשמליות קטנות (microgrids) המשרתות קהילות, אתרי בנייה, או פעילויות כרייה שמחוץ לטווח הרשת הקיימת; שימוש באנרגיה סולרית בשילוב עם אחסון אנרגיה (solar-plus-storage) במתקנים אקדמיים ותעשייתיים; אספקת כוח חירום לצורך תגובה לאסונות; העברה של אנרגיה מתחדשת משעות שפל לשעות שיא הביקוש.
המקרים שאינם מתאימים: שירותי אחסון ביתיים (שימוש במכל באורך 20 רגלים לאחסון בבית הוא בלתי מתאים מבחינת הגודל – ראו אחסון ביתי למידע על הגדלים הנכונים); אתרים עם רשת חשמלית יציבה ובהם אין תשלומי על צריכה, שבהם אין בסיס להעריך את הערך הכלכלי של המערכת; וכל פרויקט שהכדאיות הכלכלית שלו תלויה בהפרשי תעריפים שהבעל הפרויקט לא אישר בכתב.
הכלכלה האמיתית
הערך של בטריות שמותקנות במכלים מגיע משלושה מקורות, וכל אחד מהם תלוי בהנחות שיש להצהיר עליהן בכתב:
- הפחתת תשלומי על צריכה: משמעותית בסך $/kW – אך רק אם התעריפים אכן כוללים תשלומים על צריכה, ורק עד השיא בו הבטריה יכולה להפחית את הצריכה באופן אמין.
- ארביטרגיה אנרגטית: משמעותית בהתבסס על ההפרשים במחירי האנרגיה בשעות השימוש; אולם ההפרשים אלו משתנים כתלות במדיניות, והם צפויים להצטמצם ככל שיותר מערכות אחסון ייכנסו לשוק.
- חוסנות: משמעותית בהפחתת הנזקים הנגרמים לפעילות העסקית במקרה של תקלות חשמליות; זו החלטה כלכלית, ולא הנדסית. יש להעריך את העלות כפחתת סיכון, ולא להחשיב אותה כהכנסה.
הנקודה הסביבתית שעליה מסתיים הדף המקורי היא אמיתית, אך באופן עקיף: אחסון האנרגיה מאפשר שימוש באנרגיה הנוצרת ממקורות סולאריים ורוחיים במקום שהיא תיחסך, דבר המקטין את התלות במשאבים פוסיליים. זו טענה שנעשית ברמת הרשת החשמלית, ולא חלה על הפרטים המפורטים במודל הפרויקט שלכם.
מה לא מכוסה בדף זה
הדף מכסה את אמצעי האחסון בגודל של תיבות (containers) כקטגוריה מסוימת של מוצרים, ואת התנאים הנדרשים להפעלתם. הוא אינו מכסה בטריות לשימוש ביתי, תהליכי ייצור ברמת התאים (cell-level manufacturing), הנדסת החיבור לרשת החשמלית, או תכנון תחנות סולאריות שמחוברות לרשת ללא אמצעי אחסון. אם מעניין אתכם ההיבט הסולארי – למשל, מערכות שמחברות אנרגיה סולארית ישירות לאמצעי אחסון או למטענים ישירים כמו תאורה – זה נמצא בתוך המסגרת העיקרית של עבודתנו; ראו את מוצרי התאורה הסולארית המתקפלים /all-in-one-solar-street-light או את מוצרי אחסון האנרגיה לבתים [] לגודלים הקטנים יותר.