ابتكارات فراونهوفر: كيف يمكن للشركات التخلص من فخّ الطاقة المكلف الناتج عن رسوم الشبكة – صورة: فراونهوفر IWU
استهلاك أقل للكهرباء بنسبة تصل إلى 15%: هذه الأداة توفر على المصانع فواتير ضخمة
هل تُهدر الكهرباء الخاصة بك؟ كيف يحسب محلل ESiP الجديد سعة تخزين البطارية بدقة؟
خفض الأحمال القصوى المكلفة: كيف يمكن للمصانع توفير مبالغ طائلة في تكاليف الكهرباء باستخدام هذه الأداة الجديدة
يُمثل التحول في قطاع الطاقة تحديات هائلة للصناعة الألمانية: فبينما تُسبب عمليات الإنتاج الديناميكية للغاية أحمالًا قصوى باهظة التكلفة على شبكة الكهرباء، غالبًا ما تُهدر طاقة قيّمة. وفي الوقت نفسه، يصعب استخدام الطاقة الشمسية المُنتجة بتكلفة منخفضة من أسطح الشركات بكفاءة دون بطاريات مناسبة. ولمنع هذا الفصل المُكلف بين الإنتاج والاستهلاك، طوّر اتحاد بحثي بقيادة معهد فراونهوفر لأنظمة الحوسبة (Fraunhofer IWU) أداة "محلل ESiP". تُزيل هذه الأداة المُبتكرة، والمُحايدة تقنيًا، التخمين المُصاحب لتخطيط البطاريات، وتُمكّن الشركات من تحديد أبعاد أنظمة تخزين الطاقة بدقة، بدءًا من الآلات الفردية وصولًا إلى قاعات المصانع بأكملها. تعرّف على كيف يُمكن لأنظمة التخزين الذكية ليس فقط خفض رسوم الشبكة بشكل كبير ومضاعفة معدلات الاستهلاك الذاتي، بل أيضًا أن تُصبح ميزة تنافسية حاسمة على طريق الإنتاج المُحايد مناخيًا.
محلل ESiP – تخطيط ذكي لتخزين الطاقة للصناعة
المصانع كجهات فاعلة في مجال الطاقة: لماذا سيفشل التحول في قطاع الطاقة بدون تخزين الطاقة
يستهلك القطاع الصناعي نحو ثلث إجمالي استهلاك الكهرباء في ألمانيا. ولا يتوزع هذا الحمل الهيكلي بالتساوي، إذ تُولّد عمليات الإنتاج الديناميكية للغاية ذروات طاقة شديدة في فترات قصيرة، مما يُرهق شبكة الكهرباء، ويُحمّل البنية التحتية المحلية فوق طاقتها، ويُكبّد الاقتصاد تكاليف باهظة في صورة رسوم الشبكة. في الوقت نفسه، يُغيّر تزايد حصة الطاقات المتجددة - سواءً كانت كهروضوئية أو رياح - خصائص الكهرباء المتاحة تغييرًا جذريًا، إذ بات من غير المرجح أن يتزامن الإنتاج مع الاستهلاك. فالشركات التي تستثمر في أنظمة كهروضوئية على أسطح مصانعها، ولكنها تفتقر إلى أنظمة تخزين مناسبة، تُغذّي الشبكة بفائض الكهرباء بتعريفات منخفضة خلال ساعات الظهيرة المشمسة، بينما تستهلك الكهرباء من الشبكة بأسعار باهظة في المساء. هذا الفصل بين الإنتاج والاستهلاك ليس غير مُرضٍ اقتصاديًا فحسب، بل هو غير قابل للتطبيق استراتيجيًا في ضوء الهدف المعلن المتمثل في صناعة محايدة مناخيًا.
إضافةً إلى ذلك، يتميز نظام تعريفات الشبكة الصناعية في ألمانيا بهيكل تكلفة فريد. تتألف رسوم الشبكة للعملاء الصناعيين عادةً من رسوم طاقة لكل كيلوواط ساعة مستهلكة، ورسوم سعة تُحتسب بناءً على أقصى طاقة مستخدمة. في نظام تسعير السعة السنوي، تُحسب رسوم السعة هذه بناءً على أعلى متوسط ربع سنوي مُقاس خلال السنة المالية بأكملها. بعبارة أخرى، يُحدد حمل الذروة الاستثنائي - الناتج، على سبيل المثال، عن التشغيل المتزامن لعدة مكابس أو مراكز تصنيع - رسوم السعة للسنة بأكملها. بالنسبة للعملاء الصناعيين على شبكة الجهد المتوسط، قد تصل رسوم السعة إلى أكثر من 186 يورو لكل كيلوواط سنويًا. وبالتالي، فإن المبرر الاقتصادي لإدارة أحمال الذروة واضح.
تناول مشروع البحث "تخزين الطاقة في الإنتاج" (ESiP)، الممول من الوزارة الاتحادية للشؤون الاقتصادية والعمل المناخي، هذه المسألة تحديدًا. وقد شُكِّل اتحاد متعدد التخصصات، بتنسيق من معهد فراونهوفر لأدوات الآلات وتكنولوجيا التشكيل (IWU) في كيمنتس، بين مارس 2022 وفبراير 2025، بهدف واضح هو تطوير أداة عملية ومحايدة تقنيًا للتخطيط والمحاكاة لأنظمة تخزين الطاقة الصناعية. والنتيجة هي أداة "محلل ESiP" (ESiP Analyzer)، المصممة لتمكين المصانع من تصميم أنظمة تخزين الطاقة ليس باستخدام جداول بيانات عامة، بل بالاعتماد على عمليات محاكاة دقيقة ومخصصة للإنتاج.
كيف يهدر المصنع طاقته الكهربائية الخاصة - ولماذا فشلت الخطط السابقة
لفهم القدرات النظرية لمحلل ESiP، من المفيد دراسة نقطة البداية العملية. يشهد مصنع إنتاج نموذجي، يستخدم آلات الطحن والتشكيل، دورات تسارع وتباطؤ لا حصر لها أثناء التشغيل. تستهلك المحركات عالية الديناميكية - مثل محركات المؤازرة في المكابس أو محاور CNC - طاقة في أجزاء من الثانية تفوق بكثير ما تستهلكه أثناء التشغيل المستقر. تتراكم هذه الذروات على مستوى المصنع، مما ينتج عنه خصائص حمل متقلبة للغاية. وللحماية من هذه الذروات غير المتوقعة، تلجأ الشركات عادةً إلى زيادة سعة التوصيلات الكهربائية، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف الثابتة وانخفاض الكفاءة في ظروف الأحمال الجزئية.
في الوقت نفسه، تُفقد طاقة قيّمة أثناء عمليات الكبح المذكورة. وباتباع مبدأ استعادة الطاقة، المعروف في مجال التنقل الكهربائي، تحتوي العديد من المحركات الصناعية على ما يُسمى بدوائر التيار المستمر الوسيطة، حيث تُحوّل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية أثناء الكبح. في الأنظمة التقليدية، تُبدد طاقة الكبح هذه على شكل حرارة عبر مقاومات الكبح، وهو ما يُعدّ خسارةً خالصة. يمكن لنظام تخزين طاقة مُدمج مباشرةً في دائرة التيار المستمر الوسيطة هذه أن يلتقط هذه الطاقة، ويخزنها مؤقتًا، ويُتيح استخدامها مرة أخرى أثناء عملية التسارع التالية. هذا لا يُقلل فقط من استهلاك الطاقة من الشبكة، بل يُحسّن أيضًا من كفاءة المحرك نفسه، وهو وضعٌ مُربحٌ للجميع.
يكمن التحدي الحقيقي في التخطيط في الانتقال من هذا الفهم النظري إلى قرار التصميم العملي. ما هي تقنية التخزين المناسبة لكل نوع من أنواع الآلات؟ هل تتطلب عملية إنتاج تعتمد بشكل كبير على الضغط مكثفًا فائقًا لتوفير نبضات طاقة سريعة وقصيرة، أم بطارية ليثيوم أيون لتخزين الطاقة على المدى الطويل؟ ما هو الحجم الأمثل لنظام التخزين للتعامل بكفاءة مع ذروة الحمل المطلوبة دون اللجوء إلى حلول غير مجدية اقتصاديًا؟ حتى الآن، كانت هناك حاجة ماسة إلى منهجية موحدة وموجهة نحو الإنتاج للإجابة على هذه التساؤلات. وقد أكد استطلاع رأي أُجري بين مصنعي الآلات والمعدات هذه الحاجة الماسة إلى البحث. وهنا تحديدًا يأتي دور محلل ESiP.
وظائف وبنية محاكاة محلل ESiP
صُمم محلل ESiP كأداة تصميم ومحاكاة لتقييم أنظمة تخزين الطاقة عبر مختلف التقنيات للآلات والمصانع في الإنتاج الصناعي. ويكمن جوهره المنهجي في دمج ثلاثة مجالات معرفية: تكنولوجيا تخزين الطاقة، وإلكترونيات الطاقة، وتكنولوجيا الإنتاج، مما يعكس الخبرة المتخصصة لتحالف المشروع، الذي ضم، بالإضافة إلى معهد فراونهوفر IWU، معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) وشركات LioVolt وSkeleton Technologies وEA-Systems Dresden وPower Innovation Stromversorgungstechnik.
تُجري المحاكاة في محلل ESiP مسحًا لمستويات التكامل المختلفة، بدءًا من مكونات الآلة الفردية وصولًا إلى الآلة نفسها وانتهاءً بأرضية المصنع بأكملها. يُعد هذا المنظور متعدد المستويات بالغ الأهمية، لأن إجراءات التحسين على مستوى الآلة وعلى مستوى المصنع تتطلب تقنيات تخزين واستراتيجيات تشغيل وأطرًا اقتصادية مختلفة. فالمكثف الفائق الذي يمتص طاقة الكبح من محرك مكبس في نطاق أجزاء من الثانية يختلف اختلافًا جوهريًا، من الناحيتين التقنية والاقتصادية، عن بطارية الليثيوم أيون الثابتة واسعة النطاق التي تخزن فائض الطاقة الشمسية المولدة في منتصف النهار لاستخدامها في المساء.
تُعدّ استراتيجية التشغيل سمةً أساسيةً في المحاكاة. فبالإضافة إلى المعايير المتعلقة بالطاقة، تأخذ الأداة في الحسبان عوامل الإنتاج، مثل أوامر الإنتاج والمعايير التقنية وحدود الأحمال، فضلاً عن عوامل النظام، مثل كفاءة التخزين والسلوك الحراري وعمليات تقادم خلايا البطارية. هذا التكامل بالغ الأهمية، إذ لا يمكن استخلاص استراتيجية التشغيل المثلى لنظام التخزين من منحنى التدفق الحالي فقط: فنظام التخزين الذي يجب أن يكون متاحًا لتوفير الطاقة في حالات الطوارئ مساءً، لا يجب أن يُفرغ بالكامل خلال النهار، حتى لو كان ذلك سيزيد من معدل الاستهلاك الذاتي على المدى القصير. ويمكن نمذجة هذه الشروط الحدية بشكلٍ صريح في محلل ESiP.
تُحدد عمليات المحاكاة بشكل مباشر مؤشرات الأداء الرئيسية ذات الصلة: مقدار خفض ذروة الحمل الممكن تحقيقه، وسعة التخزين المطلوبة، وفترة الاستهلاك المتوقعة، والوفورات المحتملة في رسوم الشبكة. ويمكن استخدام هذه المؤشرات مباشرةً في قرارات الاستثمار، مما يسمح بإجراء تحليل شفاف للتكلفة والعائد حتى قبل شراء أول وحدة بطارية.
معالجة البيانات غير المكتملة - ميزة عملية لا تحظى بالتقدير الكافي
تُعدّ توافر البيانات عائقًا شائعًا في تخطيط أنظمة تخزين الطاقة الصناعية: إذ تتطلب بيانات الأحمال ذات الدلالة عادةً سجلًا كاملًا لاتجاهات الاستهلاك على مدار عام على الأقل، ويفضل أن يكون ذلك على فترات زمنية مدتها 15 دقيقة. عمليًا، غالبًا ما تكون هذه البيانات غير متوفرة، إما لعدم تطبيق نظام إدارة الطاقة بعد، أو لتأثير تقلبات الإنتاج على بعض الفترات، أو لأن الشركة تخطط حاليًا لموقع جديد لا تتوفر له بيانات قياس تاريخية.
صُمم محلل ESiP خصيصًا لمعالجة هذه الثغرات في البيانات. تُستكمل القيم المفقودة في بيانات الأحمال أو بيانات الإنتاج من خلال عمليات قياس ومحاكاة مناسبة، مما يضمن إمكانية إجراء تحليلات ذات مغزى حتى مع وجود معلومات تخطيط غير مكتملة. تُعد هذه المتانة في مواجهة البيانات غير المكتملة ميزة عملية هامة، تُمكّن من استخدام الأداة حتى في مراحل التخطيط المبكرة - قبل اتخاذ قرار الاستثمار الفعلي.
تعتمد المنهجية المتبعة في تعويض البيانات هذه على أساليب القياس الإحصائي التي تُراعي خصائص الأحمال الخاصة بكل نوع من أنواع الآلات وعمليات الإنتاج. فبدلاً من استخدام البيانات القياسية، تُستخدم نقاط البيانات المقاسة الموجودة كمرجع لتوليد بيانات إضافية مُصنّعة تتناسب مع نمط التشغيل الخاص بالشركة. تُحسّن هذه المنهجية بشكل ملحوظ القدرة التنبؤية للمحاكاة مقارنةً بمتوسطات الصناعة العامة.
من ذروة الأحمال إلى سوق الطاقة - تنوع سيناريوهات التطبيق
ما يُميّز محلل ESiP عن حاسبات تقليل ذروة الطلب الأبسط هو نطاق سيناريوهات التطبيق التي يُمكنه محاكاتها. تُعدّ إدارة ذروة الأحمال التقليدية - أي الاستخدام المُوجّه للتخزين لتقليل ذروة الطاقة وبالتالي خفض تكلفة الكهرباء - هي بالفعل حالة الاستخدام الأكثر فعالية من الناحية الاقتصادية، ولكنها ليست الوحيدة بأي حال من الأحوال.
يدعم المحلل أيضًا تقييم السيناريوهات التي يشارك فيها نظام التخزين في سوق الطاقة. يمكن للعملاء الصناعيين الذين يمتلكون أنظمة تخزين مناسبة الحجم توفير احتياطي تحكم أولي أو ثانوي، وبالتالي تحقيق إيرادات تتجاوز مجرد تحسين استهلاكهم. ووفقًا للوكالة الفيدرالية للشبكة، تُوفر أنظمة تخزين البطاريات بالفعل جزءًا كبيرًا من احتياطي التحكم الأولي في شبكة الكهرباء الألمانية، بسعة مُؤهلة مسبقًا تبلغ 630 ميغاواط. بالنسبة للشركات الصناعية التي تمتلك سعة تخزين كافية، يُتيح ذلك مصدر دخل إضافيًا جذابًا.
علاوة على ذلك، تتيح هذه الأداة محاكاة دمج نظام تزويد الطاقة غير المنقطع (UPS) لعمليات الإنتاج الحيوية. بالنسبة لخطوط الإنتاج التي قد يتسبب فيها انقطاع التيار الكهربائي بأضرار جسيمة - كما هو الحال في إنتاج أشباه الموصلات أو العمليات الكيميائية المستمرة - يُعد هذا التطبيق ذا أهمية اقتصادية بالغة. ويمكن حينها مقارنة تكاليف مولد الديزل التقليدي بتكاليف نظام تخزين الطاقة الذي يؤدي هذه الوظيفة كميزة ثانوية.
وأخيرًا، ترسم الأداة أيضًا خريطة لمكاسب الكفاءة التي تتحقق من خلال الطاقة المتجددة على مستوى الآلة، وتحديدًا استعادة طاقة الكبح في وصلة التيار المستمر. وتُعدّ هذه الحالة ذات أهمية خاصة في بيئات التصنيع التي تعتمد بكثافة على آلات التشغيل، حيث تمثل حركات المحاور الديناميكية العالية جزءًا كبيرًا من إجمالي استهلاك الطاقة.
حلول مبتكرة للخلايا الكهروضوئية لخفض التكاليف (حتى 30٪) وتوفير الوقت (حتى 40٪)
حلٌّ مبتكر للطاقة الشمسية الكهروضوئية لخفض التكاليف وتوفير الوقت - الصورة: Xpert.Digital
للمزيد من المعلومات، انقر هنا:
استقرار الشبكة كميزة: كيف يمكن للتخزين الصناعي أن يقلل من توسعة الشبكة ورسومها
معدلات الاستهلاك الذاتي والربحية - ما تكشفه الأرقام
يمكن إثبات الرسالة الاقتصادية الأساسية لمحلل ESiP من خلال نتائج ملموسة: إذ تُمكّن عمليات المحاكاة المُوجّهة واستراتيجيات التشغيل المُحسّنة من استخدام ما يقارب نصف الكهرباء المتجددة المُولّدة ذاتيًا في بعض السيناريوهات. قد يبدو هذا الرقم - الذي يُقارب 50% معدل استهلاك ذاتي - متواضعًا في البداية، ولكن يجب فهمه في سياق خصائص التوليد النموذجية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المواقع الصناعية.
بدون تخزين الطاقة، غالبًا ما يكون معدل الاستهلاك الذاتي المباشر لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية في مبنى المصنع أقل بكثير من 30%، لأن ذروة الإنتاج في منتصف النهار تتزامن مع أوقات الإنتاج التي يكون فيها الطلب مُغطى بشكل جيد، بينما يكون الطلب مرتفعًا في الصباح الباكر وأواخر فترة ما بعد الظهر، بينما يكون الإنتاج منخفضًا. يمكن لنظام تخزين مُصمم بشكل صحيح ومُحسّن استراتيجيًا أن يزيد هذا المعدل إلى المستوى المذكور الذي يقارب 50%، وبالتالي يُحسّن بشكل كبير ميزة الاستهلاك الذاتي.
تكمن الأهمية الاقتصادية لهذه الزيادة في فرق السعر بين الكهرباء المولدة من الشبكة والطاقة الشمسية المولدة ذاتيًا. بالنسبة للشركات الصناعية الصغيرة والمتوسطة، يبلغ متوسط سعر الكهرباء للعقود الجديدة في عام 2026 حوالي 16.7 سنتًا لكل كيلوواط ساعة. أما الطاقة الشمسية من نظام التوليد الذاتي، فتتوفر بأقل من 5 سنتات لكل كيلوواط ساعة للمنشآت التي تم استهلاك قيمتها بالكامل. كل كيلوواط ساعة من الطاقة المولدة ذاتيًا، والتي يتم استهلاكها بدلًا من تغذيتها إلى الشبكة، تُحقق هامش ربح يزيد عن 10 سنتات، وهو ما يمثل ميزة اقتصادية مستدامة تتراكم على مدار العمر الافتراضي للنظام.
بحسب مشروع فراونهوفر ESiP، يمكن للمصانع التي تخطط استراتيجياً لتطبيق أنظمة تخزين الطاقة أن تحقق وفورات تصل إلى 15% في استهلاك الكهرباء من خلال التخزين الذكي للطاقة. ويُعدّ هذا الرقم بالغ الأهمية للشركات ذات تكاليف الطاقة المرتفعة: فبالنسبة لمصنع صناعي متوسط الحجم يستهلك 24 جيجاوات ساعة سنوياً، ويخضع لرسوم شبكة موحدة في جميع أنحاء ألمانيا، تصل التكاليف السنوية على مستوى رسوم الشبكة وحدها إلى أكثر من 750 ألف يورو، وبالتالي فإن خفضها بنسبة 15% سيُترجم إلى وفورات سنوية تزيد عن 100 ألف يورو، بالإضافة إلى وفورات في شراء الطاقة.
استقرار الشبكة كمنفعة جماعية - الأثر الاقتصادي الكلي للتخزين الصناعي
لا تقتصر فوائد محلل ESiP وتكامل التخزين الذي يتيحه على الشركات الفردية، بل تُسهم أنظمة التخزين الصناعية إسهامًا ملموسًا في استقرار الشبكة الكهربائية. فالاستهلاك "المُنتظم" - أي تثبيت نمط الحمل الذي كان شديد التقلب - يُخفف الضغط على شبكة التوزيع، ويُقلل الحاجة إلى تدخلات موازنة الطاقة، ويُخفف من مشاكل جودة الطاقة التي قد تنشأ عن الأحمال المفاجئة.
من الناحية الاقتصادية، يُعدّ هذا التأثير بالغ الأهمية. إذ تبلغ إمكانات خفض الأحمال غير المستغلة في المواقع الصناعية بألمانيا ما بين 5.2 و5.6 جيجاوات، وهي سعة يمكن تفعيلها من خلال دمج أنظمة تخزين مناسبة، ما يُقلل بشكل كبير من الحاجة إلى توسيع الشبكة. يُعدّ توسيع الشبكة مكلفًا، وتُضاف تكاليفه في نهاية المطاف إلى جميع المستهلكين عبر رسوم الشبكة. وبالتالي، فإن كل كيلوواط ساعة لا يُنقل عبر الشبكة كحمل ذروة بفضل أنظمة التخزين الصناعية يُخفّض التكاليف على الجميع على المدى المتوسط.
يزداد إدراك الإطار السياسي لهذه العلاقة. ففي عام 2026، قدمت الحكومة الألمانية الاتحادية دعمًا حكوميًا بقيمة 6.5 مليار يورو لمشغلي أنظمة النقل بهدف استقرار رسوم الشبكة. وفي الوقت نفسه، أوضح قانون مصادر الطاقة المتجددة لعام 2024 المبادئ التوجيهية لتمويل تخزين الطاقة، ورفع نسبة الدعم إلى 30% لأنظمة التخزين طويلة الأجل التي لا تقل مدة تفريغها عن 10 ساعات. تُشير هذه المؤشرات السياسية إلى أن المشرعين لم يعودوا ينظرون إلى تخزين الطاقة كمنتج متخصص، بل كبنية تحتية بالغة الأهمية للنظام.
يستجيب السوق لهذه التوجهات: فقد استهلّ سوق تخزين الطاقة بالبطاريات في ألمانيا عام 2026 بدايةً قوية، حيث تمّ تركيب أكثر من 2 جيجاوات ساعة من سعة التخزين الجديدة في الربع الأول، ما يُمثّل زيادة بنسبة 67% مقارنةً بالفترة نفسها من العام السابق. وفي القطاع الصناعي، ارتفعت الإيرادات من 1.3 مليار يورو إلى 1.6 مليار يورو في عام 2024، بنسبة نمو بلغت 23%، ووصف محلل السوق بلاوروك هذا القطاع بأنه "عملاق نائم ينتظر الجميع انطلاقه". ومن المتوقع أن ينمو السوق العالمي لأنظمة تخزين الطاقة الصناعية بمعدل نمو سنوي قدره 21.2%، ليرتفع من حوالي 9.9 مليار دولار أمريكي في عام 2026 إلى ما يقرب من 56 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2035.
نموذج الترخيص ومسارات الاستخدام - كيف يمكن للشركات استخدام أداة التحليل
صممت مؤسسة فراونهوفر IWU محلل ESiP ليناسب استخدامات متنوعة، وتوفر خيارات وصول مرنة. بالنسبة للشركات التي تحتاج إلى تحليل شامل لمرة واحدة لحالة الطاقة لديها، وتسعى للحصول على توصيات بشأن قرارات استثمارية محددة، تتوفر اتفاقيات مشاريع فردية تتضمن خبرات باحثي فراونهوفر IWU. يُوصى بهذا النهج تحديدًا للمواقع المعقدة ذات خطوط الإنتاج المتعددة، ومصادر الطاقة المتنوعة، ومتطلبات التشغيل العالية.
بالنسبة للشركات التي ترغب في دمج جهاز التحليل بشكل دائم في نظام إدارة الطاقة لديها، تتوفر اتفاقيات ترخيص للاستخدام المستمر. وقد اختبرت شركات توريد الطاقة والشركات الصناعية جهاز تحليل ESiP عمليًا، ووفقًا لمعهد فراونهوفر IWU، فقد اجتاز الاختبار الميداني بنجاح باهر. يُعد هذا التحقق العملي بالغ الأهمية، إذ غالبًا ما تفشل أدوات المحاكاة التي تُطوَّر حصريًا في ظروف المختبر في التطبيقات الصناعية نظرًا لاختلاف بيئات الإنتاج في العالم الحقيقي.
بالنسبة لموردي الطاقة، توفر هذه الأداة بُعدًا فريدًا: إذ يمكنهم استخدامها لتزويد عملائهم الصناعيين بتوصيات عملية قائمة على البيانات لحلول تخزين الطاقة، ما يُوسع نطاق خدماتهم الاستشارية. ونظرًا لضغوط المنافسة في سوق إمدادات الطاقة، والطلب الصناعي المتزايد على حلول الطاقة المتكاملة، يُعد هذا نهجًا ذا قيمة استراتيجية.
الحياة الثانية للبطاريات - مصنع التفكيك كامتداد منطقي
في سياق أبحاث برنامج ESiP، ليس من قبيل المصادفة أن يعمل معهد فراونهوفر IWU في الوقت نفسه على موضوع آخر يتناول الاقتصاد الدائري لتخزين الطاقة الصناعية: التفكيك الآلي لبطاريات الجر. بالتعاون مع شركة EDAG Production Solutions، يجري إنشاء محطة تجريبية في كيمنتس قادرة على تفكيك بطاريات الجهد العالي من المركبات الكهربائية آليًا وصولًا إلى مستوى الخلية. ومن المقرر بدء تشغيلها في أغسطس 2026.
يكمن الرابط المفاهيمي بين محلل ESiP ومنشأة التفكيك هذه في منطق الموارد: فالمخزون المتزايد من أنظمة تخزين الطاقة الصناعية الثابتة يتطلب حلولاً لإعادة التدوير على المدى الطويل. في الوقت نفسه، يمكن لبطاريات الجر المستعملة من المركبات الكهربائية، والتي لم تعد مناسبة للاستخدام في السيارات، أن تجد حياة ثانية كوحدات تخزين وسيطة ثابتة في المصانع، شريطة إمكانية تقييم حالتها وسعتها المتبقية بشكل موثوق. هذا تحديدًا ما تقوم به وحدة تحليل الذكاء الاصطناعي المدمجة في منشأة كيمنتس: فهي تقيّم حالة صحة خلايا البطارية الفردية، وتقرر تلقائيًا بشأن استخدامها أو إعادة تأهيلها أو إعادة تدوير موادها.
يعمل المصنع أيضاً وفقاً لمبادئ "التصميم لإعادة التدوير"، وهو مبدأ يقتضي تصميم أنظمة البطاريات الجديدة منذ البداية بحيث يمكن تفكيكها اقتصادياً عند انتهاء عمرها الافتراضي. ويُطبّق هذا النظام عملياً من خلال وحدة بطارية قابلة للتفكيك دون إتلافها. وهذا أمر بالغ الأهمية من الناحية الاقتصادية، لأن ربحية إعادة تدوير البطاريات تعتمد بشكل كبير على مدى سهولة تفكيكها. فالأنظمة المُصممة باستخدام مواد لاصقة أو وصلات دائمة أو وحدات يصعب الوصول إليها، تُؤدي إلى ارتفاع تكاليف التفكيك لدرجة تجعل إعادة التدوير غير مجدية اقتصادياً، على الرغم من قيمة المواد الخام التي تحتويها.
المكثفات الفائقة، وبطاريات الليثيوم أيون، والبطاريات ثنائية القطب - البعد التكنولوجي
تكمن إحدى أهم ميزات محلل ESiP في حيادها التكنولوجي. إذ يأخذ هذا البرنامج في الاعتبار جميع تقنيات تخزين الطاقة الشائعة ويُقيّمها بناءً على سيناريو التطبيق المحدد. لكن هذا الحياد ليس أمرًا مفروغًا منه في السوق، حيث تُطوّر العديد من أدوات التخطيط التجارية من قِبل مُزوّدي تقنية تخزين مُحدّدة، وبالتالي تميل بطبيعة الحال إلى تفضيل فئة منتجاتها.
تتنوع التقنيات ذات الصلة بشكل كبير. تُعد المكثفات الفائقة (المكثفات فائقة السعة) - التي تمثلها شركة سكيلتون تكنولوجيز في اتحاد المشروع - مثالية للتطبيقات التي تتطلب كثافة طاقة عالية جدًا وأوقات دورة قصيرة: مثل استعادة طاقة الكبح في نطاق أجزاء من الألف من الثانية، وتنعيم ذروات الطاقة عالية التردد، أو التوصيل المؤقت أثناء بدء تشغيل المحركات الكبيرة. أما نقطة ضعفها فتكمن في انخفاض كثافة طاقتها، فهي غير مناسبة للتخزين المؤقت للطاقة الشمسية لساعات متواصلة.
من ناحية أخرى، توفر بطاريات الليثيوم أيون، بمختلف تركيباتها الكيميائية، كثافة طاقة عالية مع كثافة قدرة متوسطة. وتتخصص شركة LioVolt، وهي شريك آخر في مشروع ESiP، في بطاريات الليثيوم أيون ثنائية القطب، وهي تقنية تتيح، من خلال الاستغناء عن الرقائق الموصلة التقليدية، تصميمًا أكثر إحكامًا وتقلل المقاومة الداخلية لمجموعة الخلايا. وتُعد هذه البطاريات حاليًا الخيار الأمثل من الناحية الاقتصادية لتخزين الطاقة الثابت على مدى ساعات أو أيام.
يُعدّ الجمع الذكي بين تقنيات التخزين المختلفة في ما يُسمى بأنظمة التخزين الهجينة - والتي تتكون عادةً من بطارية لتخزين الطاقة ومكثف فائق لتلبية ذروة الطلب على الطاقة - حالة استخدام أخرى يُمكن لمحلل ESiP محاكاتها. تحمي هذه البنى الهجينة البطارية من الضغوط الشديدة لدورات الشحن عالية التردد، مما يُطيل عمرها الافتراضي بشكل ملحوظ ويُحسّن الكفاءة الاقتصادية الإجمالية لنظام التخزين.
دقة التصميم كميزة تنافسية استراتيجية
لعلّ أهمّ ميزةٍ لمحلل ESiP، والتي غالبًا ما يتمّ التقليل من شأنها، لا تكمن في زيادة سعة التخزين إلى أقصى حدّ، بل في دقة تصميمه. فأنظمة تخزين الطاقة ذات السعة الكبيرة ليست باهظة الثمن فحسب، بل تُولّد أيضًا تكاليف تشغيلية غير ضرورية، من خلال الصيانة والتشغيل وارتفاع قيمة رأس المال. أما الأنظمة ذات السعة الصغيرة، فلا تستطيع تحقيق الأهداف المرجوّة - خفض ذروة الأحمال، ومعدل الاستهلاك الذاتي، وتوفير الطاقة في حالات الطوارئ - وبالتالي تُخيّب آمال المستثمرين.
تتبع عملية التصميم ثلاثية المراحل - تحليل البيانات لاستخلاص المعلمات، وإجراءات التحسين لتحديد بيانات التخزين، ومحاكاة أنماط الأحمال الناتجة - منطقًا علميًا سليمًا تم تطويره خصيصًا لمراعاة المعلمات المميزة لنمط الحمل المعني، وليس المتوسطات العامة في الصناعة. وباستخدام بطاريات تتراوح سعتها بين 60 و100 كيلوواط/ساعة، تم بالفعل تحقيق تخفيضات في ذروة الحمل تتراوح بين 10 و16% في المحطات التجريبية، مع فترات استرداد للتكاليف تقل عن خمس سنوات في السيناريوهات المواتية.
لهذا المستوى من دقة التصميم آثار استراتيجية تتجاوز مشاريع تخزين الطاقة الفردية. فالشركات التي تخطط لبنيتها التحتية للطاقة بدقة تُرسّخ أساسًا لاستراتيجية طاقة مرنة وطويلة الأجل، إذ يُمكنها توسيع نطاق التخزين تدريجيًا، واختبار نماذج أعمال متنوعة - كموازنة الطاقة، وتحسين الاستهلاك الذاتي، والمراجحة - والاستجابة للظروف المتغيرة. إن التحول في قطاع الطاقة ليس حدثًا استثماريًا لمرة واحدة، بل هو عملية مستمرة للتكيف مع بنية تحتية متغيرة للطاقة. وتوفر أدوات مثل محلل ESiP الأساس التحليلي لهذه العملية، وبالتالي ميزة تنافسية استراتيجية حقيقية للشركات التي تستخدمها.
🎯🎯🎯 مركز صناعي قائم على البيانات بين الشركات كحل شبه داخلي
الحل شبه الداخلي: كيف تسدّ Xpert.Digital الثغرات التشغيلية في التسويق والمبيعات بين الشركات - أعمال ذكية قائمة على المحتوى - الصورة: Xpert.Digital
Xpert.Digital هي منصة صناعية B2B تعتمد على البيانات بقيادة Konrad Wolfenstein . تعمل الشركة كحل خارجي شبه داخلي للشركاء الصناعيين، حيث تسد الثغرات التشغيلية في التسويق والمحتوى والمبيعات - دون الحاجة إلى موارد إضافية من جانب العميل.
للمزيد من المعلومات، انقر هنا:
شريكك العالمي في التسويق وتطوير الأعمال
☑️ لغة أعمالنا هي الإنجليزية أو الألمانية
☑️ جديد: مراسلات بلغتك الأم!
Konrad Wolfenstein
يسعدني أنا وفريقي أن نكون متاحين لكم بصفتنا مستشاركم الشخصي.
يمكنكم التواصل معي عبر ملء نموذج الاتصال هنا wolfenstein@xpert.digital:أو الاتصال بي مباشرةً على الرقم +49 7348 4088 965. عنوان بريدي الإلكتروني هو
أتطلع إلى مشروعنا المشترك.
