د. محمد سليم يكتب ..اهمية أنظمة تخزين الطاقة في تحسين كفاءة محطات الكهرباء ذات الدورة المركبة

تعد محطات الطاقة ذات الدورة المركبة (Combined Cycle Power Plants – CCPP) من أكثر التقنيات كفاءة في توليد الطاقة الكهربائية، حيث تعتمد على استخدام التوربينات الغازية والبخارية لتحقيق استفادة قصوى من الوقود. ومع ذلك، تواجه هذه المحطات تحديات كبيرة عند التشغيل عند الأحمال المنخفضة، مما يؤثر على كفاءتها واستقرارها.

في هذا المقال، سنناقش كيف يمكن لأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات أن تكون حلاً مبتكرًا لكي نحافظ على الميزة النسبية للمحطات الحرارية ذات الدورة المركبة ولكي تتماشى مع متطلبات التشغيل مع الشبكة القومية، وللحفاظ على التشغيل الأمثل لهذه المحطات علما بان الشركة القابضة لكهرباء مصر قامت بتحويل معظم المحطات الغازية الى محطات ذات الدورة المركبة وبات حل التخزين امرا ضروريا بدلا من تشغيل وايقاف الوحدات. حيث استخدام أنظمة التخزين تستطيع تحقيق استقرار التشغيل وتقليل أعمال الصيانة وإطالة العمر الافتراضي للمحطات، وذلك من خلال تقليل عدد مرات الإيقاف والتشغيل مع تقدير حجم البطاريات المطلوبة لتحقيق هذا الهدف طبقا الى افتراضات محددة.

التحديات التشغيلية عند الأحمال المنخفضة

عندما تعمل محطات الطاقة ذات الدورة المركبة عند أحمال منخفضة (أقل من 50% من قدرتها التصميمية)، تواجه التوربينات الغازية ومولدات استعادة الحرارة (HRSG) عدة تحديات، منها:

انخفاض كفاءة التوربينات الغازية: عند الأحمال المنخفضة، تنخفض درجة حرارة غازات العادم، مما يقلل من كفاءة استعادة الطاقة في الـ HRSG.وخاصة ذات المسار السريع للبخار المحمص.

عدم استقرار عملية الاحتراق: قد تؤدي الأحمال المنخفضة إلى عدم استقرار عملية الاحتراق في التوربينات الغازية، مما يزيد من الانبعاثات الملوثة.

الإجهاد الحراري: التغيرات السريعة في الأحمال تسبب إجهادًا حراريًا في مكونات المحطة، مما يقلل من عمرها الافتراضي.

الحل المقترح: أنظمة تخزين البطاريات

للتغلب على هذه التحديات، يمكن استخدام أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (Battery Energy Storage Systems – BESS) لشحن البطاريات عند الأحمال المنخفضة وتفريغها عند الحاجة. هذا الحل يوفر عدة فوائد:

الحفاظ على حمل التوربينات الغازية عند 50% :وعلى سبيل الافتراض عند انخفاض الحمل على الشبكة إلى 30%، يمكن شحن البطاريات بالطاقة للحفاظ على تشغيل التوربينات الغازية عند 50% من قدرتها.

تحسين كفاءة المحطة: تجنب التشغيل عند الأحمال المنخفضة يحسن كفاءة التوربينات الغازية والـ HRSG.

توفير خدمات إضافية للشبكة: يمكن للبطاريات توفير خدمات مثل تنظيم التردد ودعم الذروة، مما يعزز استقرار الشبكة ويوفر مصادر دخل إضافية.

تقدير حجم البطاريات المطلوبة

لنفترض أن لدينا محطة طاقة ذات دورة مركبة تتكون من توربينين غازيين، كل منهما بقدرة 400 ميجاوات (وبغض النظر عن حمل الوحدة البخارية) (إجمالي قدرة الوحدتين = 800 ميجاوات). بفرض انخفاض الحمل على الشبكة إلى 30% (أي 240 ميجاوات) (فى الوضع الحالى يتم ايقاف وحدة غازية وتستمر الاخرى بالحمل)، ونريد الحفاظ على حمل التوربينات الغازية عند 50% (أي 400 ميجاوات)، فإن الطاقة المطلوبة التي يجب تخزينها في البطاريات هي:

الطاقة المطلوبة = 160 م وات وبفرض مدة الشحن 4 ساعات او اقل لحين عودة التحميل على الوحدات ، فإن سعة الطاقة المطلوبة للبطاريات تكون: 640 ميجاوات ساعة

مع الأخذ في الاعتبار كفاءة الشحن والتفريغ (90%) وعمق التفريغ (90%)، فإن السعة الإجمالية المطلوبة للبطاريات تكون 711 م و س .

فوائد الحل المقترح على سبيل المثال لا الحصر:

تحسين كفاءة المحطة: تجنب التشغيل عند الأحمال المنخفضة يحسن كفاءة التوربينات الغازية والـ HRSG.

تقليل الانبعاثات: الحفاظ على استقرار عملية الاحتراق يقلل من الانبعاثات الملوثة.

إطالة عمر المعدات: تقليل الإجهاد الحراري يطيل من عمر مكونات المحطة.

دعم الشبكة الكهربائية: توفر البطاريات خدمات إضافية للشبكة، مما يعزز استقرارها ويوفر مصادر دخل إضافية.

الخاتمة

يعد استخدام أنظمة تخزين البطاريات حلاً مبتكرًا وفعالًا لتحسين كفاءة واستقرار محطات الطاقة ذات الدورة المركبة ومن خلال الحفاظ على حمل التوربينات الغازية عند 50% عند انخفاض الحمل على الشبكة إلى 30%، يمكن تجنب التحديات التشغيلية وتحقيق فوائد اقتصادية وبيئية كبيرة