تقرير خاص عن تبديل بطاريات الطاقة الجديدة: محطات تبديل البطاريات التي تم التقليل من شأنها (الجزء 2)

من الصعب الحفاظ على طاقة الخرج القصوى النظرية لمحطات الشحن. لقد وجد معهد هينان لعلوم القياس أنه على سبيل المثال، مع قدرة مقدرة تبلغ 60 كيلووات لمركبة طاقة جديدة، مع تغير طاقة مدخلات التيار المتردد، ستزداد كفاءة التحويل ولكنها ستكون دائمًا أقل من طاقة الخرج النظرية، و لا يمكن أن تصل إلى 100%.

منحنى طاقة الخرج غير مستقر، ويظهر ارتفاعًا بطيئًا يتبعه انخفاض سريع. وبأخذ سيارة BYD Han EV كمثال، كشفت الاختبارات الفعلية التي أجرتها منصة تقييم السيارات، DCD، أن الطاقة الناتجة لمركبة الطاقة الجديدة أثناء عملية الشحن ستزداد ببطء إلى حوالي 110 كيلووات. عندما تصل سعة البطارية إلى 50%، ستنخفض الطاقة الناتجة بشكل ملحوظ إلى 22 كيلو واط، حتى يتم شحن البطارية بالكامل. طوال عملية الشحن بأكملها، يتم الحفاظ على الطاقة القصوى لأقل من نصف وقت الشحن، مما يؤدي إلى أن يكون وقت الشحن الفعلي لمركبات الطاقة الجديدة أطول بكثير من القيمة النظرية. 

هناك عدة أسباب لعدم وصول الطاقة الناتجة لمحطات الشحن إلى الطاقة المقدرة:

 1. يؤدي عدم استقرار شبكة الطاقة إلى إنتاج طاقة غير مستقرة. بسبب أحمال الشبكة غير المتساوية وتغيرات الحمل اللحظية، قد تحدث تقلبات الجهد وتقلبات الجهد العابر أثناء الشحن، مما قد يؤثر على سرعة شحن السيارات الكهربائية ويؤدي إلى تلف البطارية إلى حد ما. ومع انتشار محطات الشحن، يزداد الحمل على شبكة الكهرباء، مما يؤدي إلى تقلبات مكثفة في أحمال الشبكة.

 2. ارتفاع درجة حرارة البطارية يقلل من قوة الإرسال. محطات الشحن توليد كمية كبيرة من الحرارة أثناء عملية الشحن، وعندما يكون تبديد حرارة البطارية ضعيفًا، يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة درجة حرارة البطارية. عندما تتجاوز درجة حرارة البطارية عتبة معينة، فإنها ستقلل من قوة النقل وتتسبب في تلف البطارية.

3. يحدث فقدان الطاقة أثناء عملية شحن مركبات الطاقة الجديدة. محطات الشحن بالتيار المستمر يمكن أن يؤدي ذلك إلى فقدان الحرارة في الكابلات والبطاريات والمكونات الأخرى أثناء عملية الشحن، مما قد يقلل من طاقة الخرج الفعلية لمحطة الشحن مقارنة بالقيمة النظرية. 

4. الشيخوخة والأضرار التي لحقت محطات شحن السيارات الكهربائية يمكن أيضًا تقليل طاقة الإخراج. يمكن أن يؤدي تقادم محطات الشحن وتلفها إلى عدم القدرة على توفير الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة عند مستوى الطاقة العادي، مما يؤدي إلى إنتاج طاقة أقل من الطاقة المقدرة.

من الصعب تلبية الطلب على شبكة الكهرباء محطة شحن بناء. العدد الكبير من محطات الشحن يضع ضغطًا هائلًا على شبكة الكهرباء، وقدرة شبكة الكهرباء الحالية غير كافية لتلبية الطلب على بناء محطات الشحن. وبأخذ شنغهاي على سبيل المثال، بحلول نهاية عام 2022، وصل عدد مركبات الطاقة الجديدة في شنغهاي إلى 945 ألف سيارة. بافتراض أن مواصفات الطاقة تبلغ 200 كيلو واط لـ شحن سريع بالتيار المستمر، يمكن أن تصل طاقة الخرج عندما يتم شحن جميع مركبات الطاقة الجديدة في شنغهاي في وقت واحد إلى 18.9 مليون كيلوواط. وفقًا لتوقعات شبكة كهرباء شانغهاي، يبلغ الحد الأقصى للحمل لشبكة كهرباء شانغهاي حوالي 35 مليون كيلووات، مما يؤدي إلى نسبة الطلب إلى الحمل الفعلي بمقدار 5.9 مرة. عندما يتم شحن مركبات الطاقة الجديدة في شنغهاي بالحد الأدنى من مواصفات الطاقة، فإنها يمكن أن تصل إلى 540% من الحمل الأقصى لشبكة كهرباء شنغهاي بأكملها. استخدم Zhang Chenyu من جامعة Guangxi نموذجًا رياضيًا لإجراء تنبؤات أكثر دقة لتأثير أحمال شحن مركبات الطاقة الجديدة على شبكة الكهرباء. مع اعتبار مدينة ييوو موضوعًا للبحث، أظهرت نتائج البحث أن حمل شبكة الطاقة يتأثر بشكل كبير بحمل الشحن، حيث يحدث أعلى حمل ذروة بشكل عام في الليل خلال فصل الشتاء، وخلال الصيف، يتأثر حمل الذروة بالظروف الجوية و يحدث عند الظهر. يتأثر حمل شبكة الطاقة بشكل كبير بشحن مركبات الطاقة الجديدة.

وفي ظل أحمال شبكة الطاقة الحالية، يصبح دعم بناء محطات شحن فائقة السرعة واسعة النطاق أكثر صعوبة. حاليًا، أطلقت شركة Extreme Battery محطات شحن فائقة السرعة بقدرة قصوى تبلغ 800 كيلووات، مما يجعلها محطة الشحن ذات أعلى طاقة ذروة لمدفع واحد. ومع ذلك، يمكن لمحول 1250 كيلو فولت أمبير أن يدعم فقط شحن محطة شحن واحدة فائقة السرعة بقدرة 800 كيلو واط، ويمكن لمحول 2000 كيلو فولت أمبير أن يدعم فقط شحن محطتي شحن فائق السرعة بقدرة 800 كيلو واط. عند استخدام محطات الشحن فائقة السرعة على نطاق واسع، يمكن أن يؤدي ذلك إلى انهيار نظام شبكة الطاقة. لذلك، محطات شحن فائقة السرعة عادةً ما يلزم استخدامها مع أجهزة تخزين الطاقة.

محطات تبديل البطاريات ومحطات الشحن لا تستبعد بعضها البعض، وتتجه محطات تبديل البطاريات نحو نموذج إمداد الطاقة التكميلي (تبديل البطارية + الشحن). تُعزى تكلفة محطات تبديل البطاريات ومحطات الشحن بشكل أساسي إلى تكاليف معدات التوزيع والقياس (التي تمثل أكثر من 30%). يمكن لنموذج "محطة الشحن والتبديل المتكاملة" أن يوفر سعة خدمة أعلى بنفس التكلفة ومساحة أصغر. يمكن تجهيز محطة تبديل البطاريات من الجيل الثالث من NIO بـ 4 إلى 20 كومة شحن فائقة. بأخذ حالة الشحن القياسية مع حمل شبكة كهرباء بقدرة 630 كيلو فولت أمبير كمثال، بافتراض تصميم 8 أكوام شحن فائقة في منطقة بها 10 أماكن لوقوف السيارات، مقارنة بتكوين محطة تبديل البطاريات الخاصة بشركة NIO بالإضافة إلى 4 أكوام شحن فائقة، فإن عملية الشحن يمكن للمحطة المزودة بـ 8 أكوام شحن فائقة شحن 8 مركبات طاقة جديدة بالكامل ببطاريات بقدرة 80 كيلووات في الساعة، بينما يمكن للمحطة المدمجة المزودة بتبديل البطاريات وشحنها أن تخدم 12 مركبة في دورات مدتها 5 دقائق، ويمكن لأربع أكوام شحن فائقة توفير خدمات تبديل البطاريات لـ 4 مركبات ، تخدم ما مجموعه 16 مركبة. باختصار، يمكن لمحطات الشحن والتبديل المتكاملة أن توفر أكثر من 1.6 إلى 2 ضعف سعة الخدمة المحملة بالكامل مقارنة بمحطات الشحن الفائقة تحت نفس النسبة المئوية لإشغالات المنطقة.

محطات تبديل البطاريات وهي في حد ذاتها عبارة عن أجهزة لتخزين الطاقة، كما أن تكاليف محطات الشحن والتبديل المتكاملة أقل تكلفة. تتمتع محطات تبديل البطاريات بقدرات تخزين الطاقة. يمكن استخدامها لحلاقة شبكة الطاقة عن طريق شحن البطاريات خلال فترات انخفاض استهلاك الطاقة وتوفير خدمات تبديل البطارية خلال فترات الاستهلاك العالي للطاقة، مما يؤدي إلى موازنة إمدادات الطاقة بشكل فعال وتقليل الضغط على شبكة الطاقة. وفي الوقت نفسه، يمكن لمحطات الشحن والتبديل المتكاملة أن تقلل التكاليف من خلال مشاركة المحولات.