المواقع والسعات المثلى لعدة أنظمة تخزين طاقة بطارية في شبكة توزيع مدمجة بالطاقة المتجددة: دراسة حالة من العالم الحقيقي

الحفاظ على الإضاءة في عالم أنظف

مع تزويد المزيد من المنازل والشركات بالطاقة من محطات شمسية ومصانع حيوية بدلاً من الوقود الأحفوري، يصبح الحفاظ على استقرار شبكة الكهرباء أمراً أكثر تعقيداً مما قد يبدو. تتصاعد وتتهاوى قدرة التوليد المتجددة خلال اليوم بوجود الشمس، بينما يرتفع الطلب على الكهرباء مساءً. تدرس هذه الدراسة كيفية وضع وتحديد حجم أنظمة بطاريات كبيرة داخل شبكة كهرباء حقيقية في تايلاند بحيث تظل الشبكة مستقرة، وتقل الخسائر، وتظل التكاليف تحت السيطرة — مقدمة لمحة عن كيفية عمل شبكات أنظف غداً على أرض الواقع.

لماذا تهم البطاريات في الطاقة اليومية

تزود محطات متجددة مثل الألواح الشمسية على الأسطح ومولدات الكتلة الحيوية الكهرباء إلى خطوط محلية تُعرف بشبكات التوزيع. صُممت هذه الخطوط في الأصل لتدفق أحادي الاتجاه من محطات توليد كبيرة إلى المستهلكين. عندما تُضاف مصادر متجددة عند نقاط متعددة، يمكن أن تتذبذب الفولتية، وتتعرض بعض الخطوط للحمولات الزائدة، وتزداد الخسائر الكلية للطاقة. يمكن لأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات الكبيرة أن تعمل كوسادات امتصاص: تشحن عندما يكون الطلب منخفضاً والطاقة رخيصة، ثم تفرغ عندما يكون الطلب عالياً. إذا وُضِعت هذه البطاريات في مواقع ذكية وتم تحديد أحجامها بشكل صحيح، فيمكنها أن تساهم في تسوية تقلبات الفولتية، وتقليل الخسائر، وخفض أعلى ذروات الطلب التي ترفع فواتير المرافق.

تحويل شبكة معقدة إلى لغز تخطيطي

درس الباحثون مُغذّياً توزيعياً حقيقياً في هوا هين بتايلاند يضم 102 نقطة اتصال ومحطتين متجددة: مزرعة شمسية ومحطة كتلة حيوية. تعاملوا مع المشكلة كلغز تخطيطي: أين على امتداد هذا النسيج من الخطوط ينبغي تركيب وحدة بطارية كبيرة واحدة أو اثنتين أو ثلاث، وما حجم كلٍ منها لتحقيق أفضل أداء شامل؟ قُيِّم الأداء بواسطة مقياس تكلفة واحد يجمع بين تكلفة شراء البطاريات وتركيبها وصيانتها مع الأموال الموفرَة عن طريق تقليل مشاكل الفولتية والخسائر في الخطوط وذروة القدرة المسحوبة من الشبكة الأعلى مستوى. ولتمثيل سلوك البطاريات بدقة خلال يوم كامل، استخدم الفريق وصفاً رياضياً لأنماط الشحن والتفريغ، مع ضمان احترام حدود الطاقة والقدرة وعمق التفريغ.

السماح لقريدان رقمي بالبحث عن أفضل إجابة

نظراً لوجود العديد من المواقع والأحجام المحتملة للبطاريات، اعتمد الفريق على طريقة بحث حديثة مستوحاة من سلوك الحيوانات تُسمى خوارزمية التحسين المستوحاة من سرطانات المياه (crayfish). في هذا النهج، يمثل كل «سرطان ماء» افتراضي خطة مرشحة لتركيب البطاريات وسعتها. من خلال خطوات متكررة تُحاكي البحث عن الطعام، والبحث عن مأوى، والتنافس على المناطق، يتحسّن سرب المرشحين تدريجياً. تقوم الخوارزمية بتقييم كل خطة بمحاكاة فترة كاملة مدتها 24 ساعة على المغذي الحقيقي، بما في ذلك ملفات الحمل والتوليد المتجددة الفعلية. وللمقارنة، طبق الباحثون أيضاً طريقتين شائعتين للبحث تعتمد على أسراب الجسيمات وأسراب السالب، كلها باستخدام نفس بيانات الشبكة وتعريف التكلفة.

ماذا يحدث عند إضافة البطاريات

فحصت الدراسة أربع حالات: لا بطاريات، بطارية واحدة، بطاريتان، وثلاث بطاريات. أعادت البطاريات تشكيل تحميل المغذي اليومي بوضوح: كانت تشحن خلال ساعات الطلب المنخفض وتفرغ خلال أوقات الذروة، مما خفَّض أعلى طاقة مسحوبة من الشبكة، وقلل الخسائر الطاقية، وحسّن أدنى مستويات الفولتية عبر الشبكة. قدمت ثلاث بطاريات أفضل المكاسب الفنية، مع أدنى خسائر وتباين فولتية، لكنها تطلبت أيضاً أعلى استثمار. ومع ذلك، فقد حققت بطاريتان موضوعتان جيداً أفضل توازن عملي، حيث قلصتا التكاليف المرتبطة بانحراف الفولتية والخسائر وذروة الطلب بشكل كبير مع تجنّب النفقات الإضافية لوحدة ثالثة. عبر معظم المقارنات، وجدت الطريقة المستندة إلى سرطانات المياه حلولاً أرخص وأكثر فاعلية من الخوارزميات الأخرى، وكانت المواقع المختارة عملية للبناء على طول طريق جانبي واسع.

ما الذي تعنيه هذه النتائج لشبكة أنظف وأكثر ذكاءً

لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن نشر البطاريات أو المصادر المتجددة بشكل عشوائي حول الشبكة لا يكفي؛ مواقعها وأحجامها تهم كثيراً من حيث الموثوقية والتكلفة. تُظهر هذه الحالة الواقعية أن زوجاً مخططاً بعناية من البطاريات الكبيرة في الأماكن المناسبة يمكنه تحقيق معظم الفوائد التقنية المتاحة، دون الإفراط في الإنفاق على أجهزة إضافية. وبنجاح تطبيق طريقة بحث متقدمة على شبكة مرافق بحجم كامل، توحي الدراسة بأن أدوات مماثلة يمكن أن تساعد شركات الكهرباء حول العالم في تصميم شبكات أكثر استقراراً وكفاءة مع نمو الطاقة المتجددة.

الاستشهاد: Khunkitti, S., Wichitkrailat, K. & Siritaratiwat, A. Optimal locations and capacities of multiple BESSs in a RES-integrated distribution network: a real-world case study. Sci Rep 16, 9992 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40971-z

الكلمات المفتاحية: تخزين طاقة بالبطاريات, دمج الطاقة المتجددة في الشبكة, شبكات التوزيع, خوارزميات التحسين, خفض ذروة الطلب