عملکرد اصلی ذخیره‌سازی انرژی در عملیات نیروگاه مجازی

جداکردن زمانی: همترازی تولید متغیر با تقاضای پویا

نیروگاه‌های مجازی یا VPPها به‌شدت وابسته به راهکارهای ذخیره‌سازی انرژی هستند تا بتوانند مشکل دسترسی به انرژی تجدیدپذیر در زمان‌هایی که ما واقعاً به آن نیاز نداریم، حل کنند. خورشید در زمانی که هیچ‌کس در خانه نیست، روشن‌ترین حالت را دارد و باد قوی‌ترین وزش را زمانی دارد که مردم مدت‌هاست لامپ‌هایشان را خاموش کرده‌اند و این امر همه‌گونه مشکلاتی برای ثبات شبکه برق ایجاد می‌کند. در همین‌جا است که سیستم‌های ذخیره‌سازی وارد عمل می‌شوند. در طول روز، زمانی که صفحات خورشیدی برق زیادی تولید می‌کنند که هیچ‌کس در آن لحظه به آن نیاز ندارد، باتری‌ها این انرژی اضافی را جذب می‌کنند. سپس در عصر همان روز، زمانی که همه از محل کار بازمی‌گردند و دوباره شروع به استفاده از وسایل برقی می‌کنند، همین باتری‌ها انرژی ذخیره‌شده را آزاد می‌کنند، دقیقاً در زمانی که قیمت‌ها به‌طور چشمگیری بالا می‌رود، گاهی تا سه برابر قیمت روز. تمام این فرآیند الگوهای غیرقابل پیش‌بینی آب‌وهوایی را به چیزی تبدیل می‌کند که کسب‌وکارها می‌توانند از آن درآمد کسب کنند، نه اینکه درآمد بالقوه از دست بدهند. امروزه سیستم‌های مدرن VPP از کنترل‌کننده‌های هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی استفاده می‌کنند که به‌طور مداوم مقدار برق تزریقی به شبکه را بر اساس شرایط فعلی بازار و ظرفیت تحمل شبکه در هر لحظه تنظیم می‌کنند. اگر این بافر ارائه‌شده توسط فناوری ذخیره‌سازی وجود نداشت، نیروگاه‌های مجازی به‌هیچ‌وجه قادر نبودند به‌صورت مداوم و دقیقاً در زمان‌های اوج نیاز مشتریان، برق پاک تأمین کنند.

سرویس‌های شبکه فعال: تنظیم فرکانس، کاهش پیک و پشتیبانی از راه‌اندازی در صورت قطعی برق

زمان‌های پاسخگویی بسیار سریع سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، قابلیت‌هایی فراتر از صرفاً تأمین برق به نیروگاه‌های مجازی (VPP) می‌دهد. در زمینه حفظ ثبات شبکه، این واحدهای ذخیره‌سازی قادرند ظرف حدود یک دهم ثانیه یا توان اضافی را به شبکه وارد کنند یا برق مازاد را جذب نمایند تا عملکرد شبکه در فرکانس استاندارد 60 هرتز حفظ شود. این عملکرد به‌مراتب بهتر از ژنراتورهای سنتی است و در آن لحظات حیاتی تقریباً بیست برابر کارآمدتر عمل می‌کند. در روزهای گرم تابستان که همه دستگاه‌های تهویه مطبوع خود را روشن می‌کنند، شبکه‌های باتری‌های توزیع‌شده به‌صورت هماهنگ عمل کرده و از اوج تقاضا کاسته می‌شود. این امر نه تنها فشار وارده بر زیرساخت‌های قدیمی را کاهش می‌دهد، بلکه هزینه‌های هنگفتی را نیز که در غیر این‌صورت صرف تعویض ترانسفورماتورهای گران‌قیمت (به میزان صدها هزار دلار برای هر مدار) می‌شد، صرفه‌جویی می‌کند. در زمان قطعی برق چه اتفاقی می‌افتد؟ VPPهای مجهز به سیستم ذخیره‌سازی قادرند با روشن کردن منابع مختلف به‌ترتیب، ظرف چند دقیقه بخش‌های بزرگی از شبکه را از ابتدا راه‌اندازی کنند. تصویر مالی نیز چشمگیر است. طبق تحقیقات مؤسسه Ponemon در سال گذشته، یک شبکه ذخیره‌سازی 80 مگاواتی به‌طور متوسط سالانه حدود 740,000 دلار از طریق خدمات پشتیبانی مختلف درآمدزایی کرده است. این اعداد نشان می‌دهند که فناوری ذخیره‌سازی چگونه چیزی که قبلاً فقط تولید منفعل برق بود را به چیزی بسیار ارزشمندتر برای عملیات مدرن شبکه تبدیل کرده است.

سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری به عنوان ستون فقرات مقیاس‌پذیر معماری نیروگاه مجازی

سلطه لیتیوم-یون: عملکرد، روندهای هزینه و هماهنگی استانداردشده VPP

سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری لیتیوم-یون امروزه به راه‌حل مورد انتخاب برای اکثر پیکربندی‌های نیروگاه مجازی تبدیل شده‌اند، زیرا آن‌ها مقدار زیادی انرژی را در فضاهای کوچک ذخیره می‌کنند و قیمت‌هایشان به سرعت در حال کاهش است. داده‌های بلومبرگ‌ان‌ئی‌اف نشان می‌دهد که هزینه‌ها از سال ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۳ حدود ۸۹ درصد کاهش یافته که آن‌ها را برای کاربردهای مختلف بسیار جذاب کرده است. این باتری‌ها به ویژه هنگام اتصال به مبدل‌های توان ماژولار به خوبی کار می‌کنند. آن‌ها به طور قابل اعتمادی وظایفی مانند تنظیم فرکانس و پشتیبانی ولتاژ را انجام می‌دهند. نکته جالب توجه، انعطاف‌پذیری بالای آن‌ها نیز است. برخی مدل‌های مسکونی از حدود ۵۰۰ کیلووات‌ساعت شروع می‌شوند، در حالی که مدل‌های بزرگتر می‌توانند برای پروژه‌های بزرگ عمومی تا ۲۰ مگاوات‌ساعت نیز برسند. این محدوده اندازه‌ها امکان قرارگیری آسان آن‌ها در سیستم‌های کنترلی مختلف را فراهم می‌کند.

پاسخ فوق‌العاده سریع: چگونه تخصیص زیر ۱۰۰ میلی‌ثانیه سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) کنترل بلادرنگ نیروگاه مجازی را ممکن می‌سازد

توانایی تخصیص در کمتر از ۱۰۰ میلی‌ثانیه، به سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) مزیت واقعی در کنترل نیروگاه‌های مجازی در زمان واقعی می‌دهد. نیروگاه‌های حرارتی برای شروع کار تنها چندین دقیقه زمان می‌برند، در حالی که باتری‌های لیتیوم-یونی می‌توانند به تغییرات فرکانس شبکه تقریباً بلافاصله پاسخ دهند - گاهی در عرض یک سیکل AC. این سطح از واکنش‌پذیری هنگام مدیریت خروجی نامنظم خورشیدی یا افزایش ناگهانی تقاضا بسیار مهم است. زمان‌های پاسخ سریع به جلوگیری از واکنش‌های زنجیره‌ای خطرناکی که منجر به قطعی گسترده برق می‌شوند کمک می‌کنند. علاوه بر این، بهره‌برداران می‌توانند از طریق این خدمات جانبی سریع، درآمد اضافی کسب کنند. گزارش اخیری از وزارت انرژی ایالات متحده نشان می‌دهد که نیروگاه‌های مجازی که از این فناوری فوق‌سریع BESS استفاده می‌کنند، حدود ۲۵ تا ۴۰ درصد درآمد بیشتری از این خدمات پشتیبانی نسبت به نمونه‌های کندتر خود کسب می‌کنند.

ذخیره‌سازی انرژی توزیع‌شده: ادغام باتری‌های خانگی و خودروهای الکتریکی در اکوسیستم نیروگاه مجازی

تجمیع در مقیاس بزرگ: از ۵۰٫۰۰۰ باتری مسکونی به بالا به ظرفیت یکپارچه VPP

نیروگاه‌های مجازی (VPPs) در حال تغییر شیوه تفکر ما درباره باتری‌های خانگی هستند و آنچه قبلاً فقط تجهیزات پراکنده‌ای در محله‌ها بود به چیزی بسیار بزرگ‌تر برای شبکه برق تبدیل می‌شود. وقتی این سیستم‌ها با ده‌ها هزار باتری خانگی هماهنگ می‌شوند، در واقع صدها مگاوات‌ساعت ظرفیت ذخیره‌سازی را متمرکز می‌کنند که شرکت‌های توزیع برق می‌توانند در صورت نیاز به آن دسترسی داشته باشند. این توانمندی تجمیع‌شده به چندین شکل استفاده می‌شود، از جمله کاهش دوره‌های گران‌قیمت تقاضای اوج، کمک به تثبیت فرکانس شبکه و تأمین برق پشتیبان در جاهایی که بیشترین اهمیت محلی را دارد. چیزی که این رویکرد را خاص می‌کند، حفظ عملکرد روان در سطح محله و تضمین جریان الکتریسیته پایدار در محدوده‌های بسیار دقیق است. و یک مزیت دیگر هم وجود دارد: در مقایسه با نیروگاه‌های سنتی، این رویکرد غیرمتمرکز از ۷ تا ۱۲ درصد از تلفات انرژی در هنگام انتقال می‌کاهد. علاوه بر این، جوامع معمولاً پس از قطعی برق در طول طوفان‌ها یا شرایط آب‌وهوایی شدید، سریع‌تر به وضعیت عادی بازمی‌گردند، زیرا تأمین برق پشتیبان از همسایه کناری صورت می‌گیرد نه از فاصله‌های دور.

یکپارچه‌سازی دوطرفه خودروهای برقی: تبدیل خودروهای برقی به دارایی‌های سیال نیروگاه مجازی

خودروهای برقی مجهز به فناوری وسیله نقلیه به شبکه (V2G) در حال تبدیل شدن به دارایی‌های سیال ارزشمند برای نیروگاه‌های مجازی هستند. هر خودرو معمولاً بین ۴۰ تا ۱۰۰ کیلووات‌ساعت ذخیره‌سازی دوطرفه فراهم می‌کند. تصور کنید چه اتفاقی می‌افتد وقتی حدود ۱۰٬۰۰۰ دستگاه از این خودروهای مجهز به V2G را گروه‌بندی کنیم. آن‌ها می‌توانند حدود ۴۰۰ مگاوات‌ساعت پشتیبانی فوری به شبکه ارائه دهند، مانند آنچه یک نیروگاه اوج بار متوسط ارائه می‌دهد. سیستم‌های شارژ هوشمند با حفظ سلامت باتری‌ها، اجازه می‌دهند تا به سرعت به نیازهای شبکه پاسخ دهند. در طول روز انرژی خورشیدی اضافی را جذب می‌کنند و سپس آن را در ساعات اوج مصرف عصر به شبکه بازمی‌گردانند. آنچه این امر را جالب می‌کند، تبدیل حمل‌ونقل معمولی به چیزی است که به تثبیت شبکه الکتریکی کمک می‌کند. بسیاری از عملیات‌گران VPP در واقع به مالکان خودروهای برقی پول می‌پردازند تا اجازه دهند خودروهایشان در فعالیت‌هایی مانند تنظیم فرکانس و بازارهای ظرفیت شرکت کنند.

موازنه بین هم‌افزایی و ریسک: جفت‌سازی فتوولتائیک و سیستم ذخیره‌سازی انرژی در طراحی نیروگاه مجازی

جفت‌سازی بهینه: چرا ترکیب خورشیدی و ذخیره‌سازی، جریان‌های درآمدی نیروگاه مجازی و ارزش شبکه‌ای را به حداکثر می‌رساند

وقتی سیستم‌های فتوولتائیک با ذخیره‌سازی باتری ترکیب می‌شوند، چیز ویژه‌ای ایجاد می‌کنند که عملکرد نیروگاه مجازی را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. اکثر صفحات خورشیدی حداکثر تولید برق خود را حدود ظهر دارند، اما مردم معمولاً در عصر دیرهنگام به برق نیاز دارند و قیمت آن را بیشتر می‌پردازند. سیستم‌های باتری این شکاف زمانی بین زمانی که انرژی خورشیدی فراوان است و زمانی که ارزشمندترین است را پر می‌کنند. آن‌ها انرژی اضافی نور خورشید را در طول روز ذخیره می‌کنند و در زمانی که قیمت‌ها بالا می‌رود، آن را تزریق می‌کنند و از طریق تفاوت قیمت‌ها نیز درآمدزایی می‌کنند. این باتری‌ها همچنین می‌توانند درآمد اضافی از طریق خدماتی مانند کمک به تثبیت فرکانس شبکه یا آماده‌باش به عنوان منبع پشتیبان برق کسب کنند. بر اساس یک مطالعه بازار اخیر از سال گذشته، ترکیب انرژی خورشیدی با ذخیره‌سازی باتری باعث شد نیروگاه‌های مجازی حدود ۴۰ درصد درآمد بیشتری نسبت به تنها داشتن انرژی خورشیدی داشته باشند. این امر به این دلیل رخ می‌دهد که اپراتورها می‌توانند زمان تزریق برق به شبکه را بهتر برنامه‌ریزی کنند و برای انواع پرداخت‌های بیشتری از شرکت‌های برق واجد شرایط باشند.

کاهش شکاف‌های فصلی: راهبردهای ذخیره‌سازی ترکیبی برای کاهش آسیب‌پذیری VPP وابسته به انرژی خورشیدی

تغییرپذیری فصلی انرژی خورشیدی، ریسک‌های قابلیت اطمینان را برای VPPهای متمرکز بر فتوولتائیک افزایش می‌دهد—به‌ویژه در مناطق معتدل که تولید در زمستان می‌تواند تا ۶۰٪ کاهش یابد. معماری‌های ذخیره‌سازی ترکیبی با تنوع‌بخشی به فناوری، این آسیب‌پذیری را کاهش می‌دهند:

• باتری های لیتیوم یون مدیریت چرخه‌های روزانه و خدمات کوتاه‌مدت شبکه
• باتری‌های جریانی تأمین پشتیبانی طولانی‌مدت در دوره‌های چندروزه کم‌تولیدی
• ذخیره سازی حرارتی تبدیل انرژی خورشیدی اضافی تابستان به گرمای قابل تحویل در زمستان

این رویکرد لایه‌ای، وابستگی به هر منبع تکی را کاهش داده و در عین حال عملکرد پیوسته VPP را حفظ می‌کند. به عنوان مثال، ترکیب سیستم‌های یون-لیتیوم ۴ ساعته با باتری‌های جریان وانادیوم ۱۲ ساعته، ریسک قطعی فصلی را تا ۷۸٪ کاهش می‌دهد (PJM Interconnection، ۲۰۲۳). پراکندگی جغرافیایی دارایی‌ها نیز خروجی VPP را در برابر اختلالات آب‌وهوایی منطقه‌ای مقاوم‌تر می‌کند و پشتیبانی قوی و مستمر از شبکه در تمام فصول سال را تضمین می‌کند.

سوالات متداول

چیست نیروگاه مجازی (VPP)?

یک نیروگاه مجازی (VPP) شبکه‌ای است که منابع مختلف انرژی توزیع‌شده از جمله پنل‌های خورشیدی، توربین‌های بادی و سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری را یکپارچه می‌کند تا به‌عنوان یک منبع توان واحد و انعطاف‌پذیر عمل کنند.

ذخیره‌سازی انرژی در نیروگاه‌های مجازی چرا مهم است؟

ذخیره‌سازی انرژی برای نیروگاه‌های مجازی حیاتی است، زیرا امکان ذخیره انرژی اضافی تولیدشده توسط منابع تجدیدپذیر مانند خورشید و باد را فراهم می‌کند و در زمان‌هایی که تقاضا بیشتر است مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ بدین ترتیب شبکه پایدار می‌شود و درآمد حداکثری می‌گردد.

باتری‌های خانگی چگونه در نیروگاه‌های مجازی مشارکت می‌کنند؟

باتری‌های خانگی که در نیروگاه‌های مجازی متمرکز شده‌اند، ظرفیت ذخیره‌سازی قابل توجهی فراهم می‌کنند که می‌تواند دوره‌های تقاضای اوج را کاهش دهد، فرکانس شبکه را پایدار کند و در هنگام قطعی برق، تأمین‌کننده انرژی پشتیبان محلی باشد.

وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) در اکوسیستم‌های VPP چه نقشی دارند؟

وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) مجهز به قابلیت وسیله نقلیه به شبکه (V2G) به‌عنوان واحدهای ذخیره‌سازی متحرک عمل می‌کنند و ذخیره‌سازی انرژی اضافی و پشتیبانی از شبکه را فراهم می‌کنند و انعطاف‌پذیری و قابلیت اطمینان نیروگاه‌های مجازی را افزایش می‌دهند.

مزیت ترکیب پنل‌های خورشیدی با سیستم ذخیره‌سازی باتری چیست؟

همگام‌سازی صفحات خورشیدی با ذخیره‌سازی باتری به ذخیره انرژی خورشیدی اضافی در طول روز و آزاد کردن آن در هنگام افزایش تقاضا در بعدازظهر و عصر کمک می‌کند، بدین ترتیب مزایای مالی و پشتیبانی از شبکه بهینه‌سازی می‌شود.