المتطلبات الأمنية الحرجة لخزائن تخزين الطاقة الصناعية

المقاومة النارية وأنظمة إخماد الحرائق الداخلية

بالنسبة لخزائن التخزين الصناعي للطاقة، فإن دمج مواد مقاومة للحريق مع تصاميم وحدات مُقسَّمة إلى أقسام منفصلة وأنظمة إخماد تلقائية يُعد أمرًا بالغ الأهمية للسيطرة على تلك الحوادث الحرارية المزعجة. وعندما تبدأ درجات الحرارة في الارتفاع بشكل مفرط داخل هذه الوحدات، فإن عوامل الإخماد النظيفة غير الموصلة مثل FM-200 أو Novec 1230 تُفعَّل عند علامة ١٥٠ درجة مئوية تقريبًا، مما يؤدي إلى إخماد اللهب دون الإضرار بالمكونات الإلكترونية الدقيقة. وتتعاون أنظمة الإخماد النشطة مع حواجز الحريق السلبية القادرة على احتواء اللهب لمدة ساعتين متواصلتين تقريبًا. وفي الوقت نفسه، تكتشف أجهزة استشعار الحرارة والدخان الموزَّعة في جميع أنحاء الخزانة المشكلات في مراحلها المبكرة قبل أن تتفاقم. ولكن ما الذي يُحدث فرقًا حقيقيًّا حقًّا؟ إنها تقسيمات مستوى الخلايا التي تحصر الوحدات المعطوبة بعيدًا عن باقي النظام. ويؤدي هذا النهج إلى خفض مخاطر انتشار الحريق بنسبة تصل إلى ٨٠٪ تقريبًا مقارنةً بالطرز القديمة التي لا تتضمن تقسيمًا كهذا، وهو ما أكَّدته معايير NFPA الحديثة الصادرة العام الماضي. وبالمجمل، تنجح جميع هذه التدابير الأمنية معًا في اجتياز الاختبارات الصعبة المنصوص عليها في معيار UL 9540A فيما يتعلق بسيناريوهات الانفلات الحراري.

• أغلفة بطاريات مقاومة للهب
• تفعيل تلقائي لإخماد الحريق عند درجة حرارة 150°م
• مراقبة مستمرة لتكوين الغازات

الوقاية من التسرّب الحراري من خلال التهوية والرصد

يتطلب إيقاف التدهور الحراري إدارة حرارية جيدة تستجيب بسرعة عندما تبدأ الأمور في الارتفاع الحراري. غالبًا ما تدمج الأنظمة الحديثة بين التبريد بالهواء القسري ومبادلات الحرارة السائلة، والتي يمكنها التخلص من الحرارة أسرع بنسبة 40 بالمئة تقريبًا مقارنة بالاعتماد فقط على الأساليب السلبية. وهذا يحافظ على تشغيل المعدات ضمن النطاق الحراري المثالي الذي يتراوح حول 15 إلى 35 درجة مئوية. تستشعر الحساسات المنتشرة في جميع أنحاء هذه الأنظمة حتى التغيرات الحرارية الطفيفة، وتصل إلى أجزاء من الدرجة. وعندما تلاحظ شيئًا غير طبيعي، تستجيب النظام فورًا عن طريق زيادة قدرة التبريد، أو تقليل العبء التشغيلي، أو فصل الخلايا الفردية عند الحاجة. كما أن طريقة حركة الهواء داخل النظام مهمة أيضًا. ويضمن تصميم تدفق الهواء الجيد وصول الهواء البارد بشكل متساوٍ إلى جميع الأجزاء، مع دفع الهواء الساخن المستهلك بعيدًا عن المناطق التي قد يتسبب فيها بمشاكل. وإذا كان هناك فرق أكثر من 5 درجات بين الوحدات المجاورة، يُصدر النظام تحذيرات ليتمكن الفنيون من التحقق من الأمور قبل أن تتحول المشكلات الصغيرة إلى مشكلات كبيرة.

السلامة الكهربائية: دمج شحن آمن وبروتوكولات العزل

عندما يتعلق الأمر بضمان السلامة الكهربائية، فثمة ثلاث طبقات رئيسية للحماية تعمل معًا باستمرار. أولها العزل الغالفاني، الذي يُبقي دوائر البطاريات المستمرة (DC) منفصلةً عن نظام الطاقة المتناوبة (AC). وتكتسب هذه العزلة أهميةً بالغةً لأنها تمنع حدوث أعطال خطيرة في التأريض أو انفجارات القوس الكهربائي. ووفقًا لبعض الدراسات الصناعية التي أجرتها شركة «DNV GL» عام ٢٠٢٣، فإن نحو ربع الحوادث المرتبطة بأنظمة تخزين الطاقة يعود سببها الفعلي إلى أعطال كهربائية. ثم تأتي أيضًا الحلول الذكية: إذ تعتمد أنظمة الشحن الحديثة خوارزمياتٍ ذكيةً تراقب باستمرار ما يحدث داخل البطاريات. وتقوم هذه الخوارزميات بتعديل التيار المار وفقًا للحالة الفعلية للبطارية في أي لحظةٍ معينة، مما يجنبنا حالات ارتفاع الجهد المفرط التي قد تتسبب في تلف المعدات. وبجانب هذه الإجراءات، تشمل استراتيجية الحماية الشاملة عدة ميزات أمنية حرجة أخرى، ومن بينها...

• فصل الدائرة عند حدوث عطل خلال ٢٥ مللي ثانية
• اختبار قوة العزل الكهربائي عند ضعف جهد التشغيل الاسمي
• أحويية طرفية ذات تصنيف IP54
  معًا، تضمن هذه التدابير تفاعلًا آمنًا مع الشبكة والامتثال الكامل لمتطلبات السلامة الكهربائية للبطاريات الثابتة وفقًا للمعيار IEC 62619.

مكونات خزانة تخزين الطاقة الأساسية وتكاملها

نظام إدارة البطارية (BMS) لمراقبة والتحكم في الوقت الفعلي

نظام إدارة البطاريات، أو ما يُشار إليه اختصارًا بـ BMS، يعمل نوعًا ما كدماغ داخل وحدات تخزين الطاقة الصناعية الكبيرة. وتراقب هذه الأنظمة مجموعةً متنوعةً من العوامل على مستوى الخلايا، ومنها مستويات الجهد، ودرجة الحرارة، والنسبة المئوية للشحن لكل خلية. ويتم ذلك باستخدام أجهزة استشعار فائقة الحساسية مقترنةً ببرمجيات ذكية تتكيف مع التغيرات في الظروف. وعندما يتعلق الأمر بالحفاظ على صحة البطاريات، يضع نظام إدارة البطاريات حدودًا صارمةً ضد أمور مثل الشحن الزائد الذي يتجاوز نحو ٤,٢ فولت لكل خلية، أو التفريغ المفرط الذي يهبط بالجهد إلى أقل من نحو ٢,٥ فولت. وتساعد هذه الإدارة الدقيقة في إطالة عمر معظم البطاريات بنسبة تتراوح بين ٣٠ و٤٠ في المئة مقارنةً بما كانت عليه لولا وجود هذا النظام. وخلال دورات الشحن، تضمن عملية الموازنة النشطة ألا تعمل أي خلية واحدة بشكل أشد من غيرها، مما يحافظ على اتساق الأداء العام ويقلل من التآكل والانهيار التدريجي. كما أن أجهزة استشعار الحرارة تكتشف حتى أصغر التغيرات في درجة الحرارة، حتى لو كانت بمقدار درجة مئوية واحدة فقط، وتُفعِّل إجراءات السلامة قبل أن يُمكن أن يحدث أي أمر خطيرٍ بوقتٍ طويل. ولا ننسى كذلك ميزات التحليل التنبؤي التي تكشف المؤشرات المبكرة لمشاكل صحة البطارية، ما يسمح للفنيين بجدولة عمليات الصيانة مسبقًا بدلًا من التعامل مع أعطالٍ مفاجئة قد تخفض وقت التوقف غير المخطط له بنسبة تقارب النصف في كثير من الحالات.

التكامل بين نظام تحويل الطاقة (PCS) ونظام إدارة الطاقة (EMS)

عندما تعمل أنظمة وحدة التحكم في الطاقة (PCS) ونظام إدارة الطاقة (EMS) معًا، فإنها تُحدث أمرًا مذهلًا للغاية. فتقوم وحدة التحكم في الطاقة (PCS) بالحفاظ على استقرار الشبكة الكهربائية ضمن نطاق يبلغ نحو نصف هرتز تقريبًا، كما تتولى التعامل مع المسائل المعقدة المتعلقة بالطاقة الاستيعابية. وفي الوقت نفسه، تقوم نظام إدارة الطاقة (EMS) باستمرار بمعالجة البيانات العددية باستخدام خوارزميات التعلُّم الآلي لتحليل أنماط استهلاك الطاقة السابقة، والتحقق من الظروف الجوية المتوقعة غدًا، ومراقبة حالة الشبكة الكهربائية الفعلية لحظيًّا أثناء حدوثها. وما النتيجة عندما تتواصل هاتان التقنيتان مع بعضهما؟ نحصل على عملية تداول تلقائي للطاقة، حيث تنتقل أحمال الاستهلاك تلقائيًّا إلى فترات الذروة المنخفضة التكلفة دون الحاجة لأي تدخل يدوي أو ضغط على أزرار. علاوةً على ذلك، تتوفر طاقة احتياطية جاهزة للتشغيل فورًا تقريبًا أثناء انقطاع التيار الكهربائي، وذلك بفضل أوقات الانتقال التي لا تتجاوز ٢٠ ملي ثانية. وبشكل عام، تبدأ معظم المنشآت التي تنفذ هذا النوع من التنسيق في تحقيق عائدٍ على استثمارها خلال فترة تتراوح بين ثلاث وخمس سنوات، وفقًا لمعدلات الكهرباء المحلية وحجم النظام.

الشهادات، والامتثال، والمتانة البيئية لخزائن تخزين الطاقة

الشهادات الإلزامية: IEC 62619، UN38.3، CE، وUL 9540A

الامتثال للمعايير العالمية ليس اختياريًا عندما يتعلق الأمر بخزائن تخزين الطاقة الصناعية. يُعدّ معيار IEC 62619 مجموعة من القواعد الأساسية للسلامة الخاصة بالبطاريات الليثيوم أيون الثابتة، ويشمل اختبارات للتحكم في حالات التسرّب الحراري. ثم تأتي شهادة UN38.3 التي تتحقق بشكل أساسي مما إذا كانت خلايا البطارية قادرة على تحمل تحديات النقل مثل الارتفاعات العالية المحاكاة والاهتزازات الناتجة عن الحركة. وتماشيًا مع اللوائح التنظيمية في معظم مناطق الشحن الدولية، وإن لم تشمل جميعها. أما علامة CE فتشير إلى الامتثال للقواعد المعمول بها في الاتحاد الأوروبي فيما يتعلق بالتداخل الكهرومغناطيسي وسلامة الجهد المنخفض. وتوفر UL 9540A إثباتًا من الواقع العملي حول مدى كفاءة الأنظمة في احتواء الحرائق أثناء تلك الأحداث الحرارية الخطرة. ويؤدي تطبيق كل هذه الشهادات معًا إلى تقليل الأعطال الكبيرة في النظام بشكل كبير. وتُشير بعض الدراسات الحديثة لعام 2024 إلى حدوث مشاكل أقل بنسبة ثلثين تقريبًا في المرافق التي تتبع إرشادات هذه الشهادات بشكل صحيح.

المرونة البيئية: مقاومة التآكل، التصنيف الزلزالي، والغلاف المُصنَّف وفق درجة الحماية (IP)

يحتاج العالم الصناعي إلى معداتٍ قادرةٍ على التحمُّل الشديد والعمل بموثوقيةٍ عاليةٍ يومًا بعد يوم. وتأتي الخزائن الحديثة إما ب корпус من الفولاذ المقاوم للصدأ أو بتشطيبات مغلفة بالبودرة، المصممة لمقاومة التآكل بما يعادل معايير NEMA 4X، ما يجعلها تتحمَّل جيدًا المواد الكيميائية القاسية الشائعة في مصانع التصنيع. أما فيما يتعلق بمتطلبات مقاومة الزلازل، فإن هذه الوحدات تفي بمعايير كود البناء الدولي (IBC) الخاصة بالسلامة الإنشائية في المناطق التي تصل فيها تسارع الأرض إلى 0.3g أو أكثر — وهي ميزةٌ ضروريةٌ تمامًا للمنشآت الواقعة بالقرب من خطوط الصدع الجيولوجية. ويعني تصنيف IP65 أن الغبار وتيارات المياه لن تخترق الغلاف الواقي، وبالتالي تستمر العمليات بسلاسةٍ حتى عند ارتفاع مستويات الرطوبة إلى ما يتجاوز ٩٠٪ نسبة رطوبة نسبية (RH)، أو أثناء عواصف المطر الطويلة الأمد. وكل هذه المتانة المدمجة تُترجم إلى أعمار افتراضية أطول بكثيرٍ مقارنةً بالنماذج القياسية، حيث تصل إلى ما بين ٤٠٪ و٦٠٪ أطول عادةً. وهذا يعني عددًا أقل من عمليات الإصلاح، وانخفاضًا في أوقات التوقف عن التشغيل، ووفوراتٍ شاملةٍ على امتداد دورة حياة المعدات بأكملها.

الأسئلة الشائعة

ما هي إجراءات السلامة من الحرائق المُضمَّنة في خزائن تخزين الطاقة الصناعية؟

تستخدم خزائن تخزين الطاقة الصناعية مواد مقاومة للحريق، وأنظمة إخماد تلقائية تعتمد على عوامل نظيفة غير موصلة مثل FM-200 أو Novec 1230، وحواجز حريق سلبية لاحتواء الأحداث الحرارية. وتتوافق هذه الإجراءات مع معايير مثل UL 9540A.

كيف يُحسِّن نظام إدارة البطاريات (BMS) عمر البطاريات الافتراضي؟

يُحسِّن نظام إدارة البطاريات (BMS) عمر البطاريات من خلال رصد جهد الخلايا، ومنع الشحن الزائد والتفريغ العميق، والحفاظ على الإدارة الحرارية. وبذلك تدوم البطاريات لمدة أطول بنسبة ٣٠–٤٠٪ مقارنةً بالأنظمة غير المُدارة.

ما الشهادات المطلوبة لخزائن تخزين الطاقة الصناعية؟

تشمل الشهادات المطلوبة IEC 62619، وUN38.3 لسلامة النقل، وCE للامتثال للمتطلبات الأوروبية، وUL 9540A لاحتواء الحرائق. وتضمن هذه الشهادات السلامة والموثوقية في أنظمة تخزين الطاقة.