تكلف محطة الشحن مئات الآلاف من الدولارات. في اليوم الثاني، انخفض جهد الشبكة من 400 فولت إلى 320 فولت، وتعطلت ثلاث شواحن سريعة للتيار المستمر في وقت واحد، وترك السائقون تقييمات سلبية بنجمة واحدة. في بلد يتمتع بشبكة مستقرة، يُعد هذا حادثًا. أما في بلد يعاني من عدم استقرار الشبكة، فهو يوم ثلاثاء عادي.

في نيجيريا وباكستان وبنغلاديش وأوزبكستان، لا يكمن المتغير الأول في تخطيط محطة شحن السيارات الكهربائية في عدد أجهزة الشحن التي يجب تركيبها، بل في كمية الطاقة التي يمكن للشبكة الكهربائية توفيرها بشكل موثوق. يمكنك شراء أفضل أجهزة الشحن المتوفرة في السوق، لكن الكهرباء ليست ملكك، فالشبكة هي التي تحدد ذلك. تشرح هذه المقالة كيفية تخطيط محطة تستمر في العمل حتى في حال انقطاع التيار الكهربائي.

1. التشخيص الأولي: عدم استقرار الشبكة الكهربائية هو أربع مشاكل مختلفة

“إن عبارة "شبكة غير مستقرة" عبارة مبهمة. من الناحية الهندسية، هناك أربع مشاكل منفصلة، وكل منها يحتاج إلى حل مختلف.

يتذبذب الجهد الكهربائي بين الانخفاض والارتفاع. فعند بدء تشغيل محرك كبير أو عند تغيير حمل ثقيل، ينخفض الجهد إلى أقل من 90% من قيمته الاسمية أو يرتفع فجأة إلى أكثر من 110% لفترة تتراوح بين عشرات المللي ثوانٍ إلى بضع ثوانٍ. وتتأثر وحدات الطاقة في شاحن التيار المستمر بجهد الدخل، وقد تتعطل الوحدة ذات التفاوت الضيق عند حدوث هذا النوع من التذبذب.

انخفاض الجهد. خلال ساعات الذروة، تتعرض الشبكة لحمل زائد، فينخفض الجهد إلى 340 أو 320 فولت، ويبقى عند هذا المستوى لمدة ساعة أو ساعتين. هذا ليس انخفاضًا مؤقتًا. إما أن يخفض الشاحن طاقته أو يتوقف عن العمل.

انقطاع التيار الكهربائي وتخفيف الأحمال. تقوم شركة الكهرباء بقطع التيار عن الأحياء وفق جدول زمني دوري. قد يستمر الانقطاع ساعتين يومياً أو نصف يوم في كل مرة. وهذا أسوأ أنواع الانقطاع، لعدم وجود فترة احتياطية.

انحراف التردد وفقدان الطور. يحدث انحراف في التردد يزيد عن 1% عن 50 هرتز (أو 60 هرتز)، أو ينقطع أحد أطوار التيار ثلاثي الأطوار. يُعد فقدان الطور خطيرًا للغاية، إذ قد يتسبب في احتراق وحدة الطاقة.

التشخيص بسيط. ضع جهاز تسجيل جودة الطاقة في الموقع الذي تفكر فيه، وسجّل الجهد والتردد وتوازن الطور وانقطاعات التيار الكهربائي لمدة أسبوع. هذه الخطوة لا تكلف سوى بضع مئات من الدولارات، وتوفر عليك مئات الآلاف من الدولارات التي قد تُنفق على إعادة العمل لاحقًا.

2. الخطوة الأولى: تعامل مع سعة الشبكة كقيد أول، وليس أماكن وقوف السيارات

المنطق التخطيطي المعتاد هو: 20 موقفًا للسيارات، وبالتالي 20 شاحنًا. في بلد ذي شبكة كهرباء غير مستقرة، يكون هذا المنطق معكوسًا.

الترتيب الصحيح هو: تحقق من مقدار السعة الاحتياطية المتبقية في المحول، ثم قرر عدد الشواحن التي يمكنك تشغيلها وبأي طاقة.

احسبها. يستهلك شاحن تيار مستمر بقدرة 120 كيلوواط عند الحمل الكامل حوالي 150 كيلو فولت أمبير من الطاقة الظاهرية، بعد مراعاة معامل القدرة وهامش الأمان. إذا كان لدى المحول 400 كيلو فولت أمبير فائضة فقط، يمكنك تشغيل شاحنين بقدرة 120 كيلوواط لكل منهما. أما إذا شغّلت أربعة شواحن، فسيتعرض المحول لحمل زائد. إما أن يفصل التيار، أو أن تفرض عليك شركة الكهرباء غرامة.

عند هذه النقطة، لديك ثلاثة خيارات: ترقية الاتصال، أو إضافة وحدة تخزين طاقة، أو إدارة الأحمال. تتطلب ترقية شبكة الكهرباء تكلفة مالية ووقتًا، ولا تُجدي نفعًا إلا إذا كانت الشبكة قادرة على تزويدك بالطاقة في المقام الأول. بالنسبة لمعظم المواقع، يكمن الحل في تخزين الطاقة بالإضافة إلى إدارة الأحمال، بدلاً من انتظار شركة الكهرباء.

محطة شحن سريعة للمركبات الكهربائية بالتيار المستمر بقدرة 60-240 كيلوواط في نيبال

3. المعدات: تحقق من نطاق جهد الإدخال قبل التشغيل

في بلد يتمتع بشبكة كهرباء مستقرة، تختار الشاحن بناءً على قدرته وسرعة شحنه. أما في بلد ذي شبكة كهرباء غير مستقرة، فتتحقق أولاً من مواصفات أساسية: نطاق جهد الإدخال.

تعمل وحدات الطاقة في شاحن التيار المستمر مباشرةً على التيار ثلاثي الأطوار. ويحدد هامش التفاوت في جهد الدخل ما إذا كان الشاحن سيخفض طاقته ويستمر في الشحن أثناء انخفاض الجهد، أو سيتوقف تمامًا. ويستمر الشاحن ذو نطاق الجهد الواسع (على سبيل المثال، 380 فولت زائد أو ناقص 20%) في الشحن بطاقة منخفضة حتى عندما ينخفض الجهد إلى 320 فولت. أما الشاحن ذو هامش التفاوت الضيق فقد يتوقف عند 350 فولت.

انظر إلى ثلاثة أشياء:

• نطاق جهد الإدخال. كلما كان النطاق أوسع، كان ذلك أفضل. فهو يحدد بشكل مباشر مدى قدرة الشاحن على تحمل التقلبات.

• تصحيح معامل القدرة الفعال (PFC). يحافظ على استقرار خرج الطاقة أثناء تقلبات الجهد بدلاً من التذبذب مع الشبكة.

• خفض الطاقة على مستوى الوحدة. عندما يكون الجهد منخفضًا أو درجة الحرارة مرتفعة، تقوم الوحدة بخفض الطاقة بدلاً من إيقاف التشغيل لحماية نفسها. إن خفض الطاقة مع استمرار الشحن، مقابل فصل التيار وإيقاف التشغيل، تجربتان مختلفتان تمامًا بالنسبة للسائق.

أضف منظم جهد تلقائي (AVR)، وحماية من ارتفاع التيار، وحماية من الصواعق. تذكر جيدًا: في الدول التي تعاني من عدم استقرار شبكة الكهرباء، تُعدّ قدرة الشاحن على تحمل تقلبات التيار أهم من قدرته القصوى.

4. البنية: تخزين الطاقة هو طبقة عازلة

لا يُعد التخزين ميزة إضافية في أسواق الشبكات غير المستقرة، بل هو ضرورة. فهو يؤدي ثلاث وظائف.

تخفيف ذروة الطلب. تُعد محطة الشحن مثالًا كلاسيكيًا على أحمال الذروة. فوجود عدد قليل من أجهزة الشحن بكامل طاقتها يدفع ذروة الطلب إلى الحد الأقصى لقدرة المحول. تقوم وحدة التخزين بتفريغ الشحنة عند ذروة الطلب وشحنها عند انخفاضه، مما يُخفف من حدة هذا الارتفاع المفاجئ. وهذا يوفر أمرين: خطر زيادة الحمل على المحول، ورسوم الطلب التي تفرضها شركة الكهرباء على فاتورتك خلال ذروة استهلاكك.

جسر انقطاع التيار الكهربائي. عند انقطاع التيار الكهربائي، تتولى وحدات التخزين زمام الأمور وتبقى أجهزة الشحن تعمل. وتعتمد مدة استمرارها على سعتها. على سبيل المثال، وحدة تخزين بسعة 120 كيلوواط/ساعة مع محول ثنائي الاتجاه بقدرة 60 كيلوواط. خلال انقطاع التيار، يمكنها تشغيل عدد من أجهزة الشحن بقدرة منخفضة وتجاوز فترة انقطاع التيار الكهربائي التي تستمر ساعتين.

تنعيم الحمل. تعمل أنظمة التخزين على تصفية مدخلات الشبكة المتقطعة بحيث ترى الشواحن طاقة أنظف، مما يقلل من تآكل الوحدات.

ما حجم التخزين المطلوب؟ المعيار الأساسي هو مدة انقطاع الخدمة، والتي يسميها المهندسون ساعات التشغيل الذاتي. ساعتان من انقطاع الخدمة يوميًا وثماني ساعات يوميًا تعني فرقًا كبيرًا في حجم التخزين المطلوب. لا تخمن. احصل أولًا على سجل انقطاع الخدمة للموقع، ثم قم بالحسابات اللازمة.

شركة أناري للطاقة تزود الطريق السريع الوطني في كمبوديا بالطاقة من خلال الشحن السريع بالتيار المستمر ذي التكلفة الاقتصادية

5. الطاقة الشمسية مع التخزين والشحن: الحل الأمثل للمواقع ذات الطاقة الضعيفة والمنعزلة عن الشبكة

في بعض الأماكن، تكون شبكة الكهرباء ضعيفة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها على الإطلاق: الطرق السريعة النائية، ومواقع التعدين، والجزر. وهنا يُعدّ استخدام الطاقة الشمسية مع تخزين الطاقة وشحنها الحل الأمثل.

خلال النهار، تُغذي الطاقة الشمسية أجهزة الشحن مباشرةً، ويُخزَّن أي فائض في البطارية. وفي الليل، تُفرَّغ البطارية. يمكن تشغيل الموقع بالكامل بشكل مستقل عن الشبكة الكهربائية، أو كشبكة صغيرة، دون الاعتماد على استقرار الشبكة على الإطلاق.

لكن الطاقة الشمسية مع تخزين الطاقة ليست حلاً سحرياً. يعتمد قرار إضافة الطاقة الشمسية على عاملين رئيسيين: معدل الإشعاع الشمسي السنوي المحلي وسعر الكهرباء. ففي المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي والطاقة المرتفعة، تُغطي الطاقة الشمسية تكلفتها في غضون سنوات قليلة. أما في المناطق ذات الإشعاع الشمسي المنخفض والطاقة الرخيصة، فتُصبح الطاقة الشمسية عبئاً. لذا، أضف الطاقة الشمسية لأنها تُحقق نتائج مُرضية، وليس لمجرد أنها صديقة للبيئة.

6. إدارة الأحمال: استخدم الطاقة المحدودة بالكامل، ولا تتنازع عليها.

لا يعني محدودية سعة الشبكة بالضرورة تقليل عدد أجهزة الشحن. يكمن الحل في منع أجهزة الشحن من سحب الطاقة الكاملة دفعة واحدة.

تُحقق موازنة الأحمال الديناميكية (DLB) هذا الهدف تحديدًا: إذ يُمكن لشبكة كهربائية بقدرة 200 كيلوواط تشغيل أربعة شواحن بقدرة 120 كيلوواط لكل منها. يراقب النظام إجمالي الحمل في الوقت الفعلي، وعندما تقترب إحدى السيارات من الشحن الكامل، يُحوّل طاقة شاحنها إلى السيارة المتصلة حديثًا. لا يشعر السائق بأي تغيير في دواسة الوقود، ولا تتعرض الشبكة لأي زيادة في الحمل.

أضف نظام جدولة OCPP الذكي: افرض رسومًا أعلى في أوقات انخفاض الطلب، ورسومًا أقل في أوقات الذروة، وجدول الطاقة بما يتناسب مع أسعار الكهرباء في أوقات الذروة وخارجها. نفس كمية الطاقة تكفي لعدد أكبر من السيارات. هذا هو المعنى الحقيقي للكفاءة.

7. الخطة البديلة: الطاقة الهجينة التي تعمل بالديزل، غير رائجة ولكنها ضرورية

أسوأ سيناريو لشبكة الكهرباء هو انقطاع التيار لمدة سبع أو ثماني ساعات يوميًا، وهو ما لا تستطيع حتى أنظمة التخزين تغطيته. وهنا يأتي دور نظام هجين يجمع بين مولد الديزل وأنظمة التخزين كحل أخير.

يُغطي نظام الديزل حالات انقطاع التيار الكهربائي الطويلة. أما نظام التخزين فيُغطي عملية التحويل من المستوى الثاني وذروات التيار القصيرة. يستغرق مولد الديزل وقتًا للتشغيل، لذا يحافظ نظام التخزين على استمرارية التيار الكهربائي خلال لحظة التحويل لمنع انقطاع الشحنات وإعادة توصيلها. من حيث التكلفة، يُعد الديزل أغلى سعرًا لكل كيلوواط/ساعة من الشبكة الكهربائية، ولكنه يضمن استمرارية التيار الكهربائي. يعتمد جدوى ذلك على حجم الخسائر التي يتكبدها موقعك في حال انقطاع التيار الكهربائي ليوم واحد.

8. جدول واحد لتحديد ما إذا كنت بحاجة إلى مساحة تخزين، وكميتها

قم بمطابقة شبكتك مع أحد هذه الصفوف، ثم اختر البنية. حافظ على الترتيب الصحيح: سجلات انقطاع التيار وبيانات الجهد أولاً، ثم التصميم. التصميم أولاً، ثم التوريد.

تقلبات في الجهد الكهربائي، لكن انقطاعات التيار نادرة. تحدث بشكل متقطع. في المناطق التجارية الحضرية. شواحن ذات جهد واسع بالإضافة إلى منظم الجهد التلقائي (AVR). عدد أقل من الانقطاعات وعدد أقل من الوحدات المحترقة.

تخفيف الأحمال خلال ساعات الذروة ورسوم الطلب المرتفع. فترات قصيرة ويومية. مستودعات أسطول. شواحن بالإضافة إلى مساحة تخزين لتخفيف الأحمال خلال ساعات الذروة. رسوم طلب أقل، لا تحميل زائد.

انقطاعات يومية لعدة ساعات. يومياً. مدن متوسطة الحجم ومناطق صناعية. شواحن بالإضافة إلى مخازن طاقة احتياطية. يستمر الشحن أثناء انقطاعات التيار.

شبكة كهرباء ضعيفة للغاية أو معدومة. إمداد مستمر. طرق سريعة نائية، مواقع تعدين، جزر. طاقة شمسية مع تخزين وشحن. اكتفاء ذاتي خارج الشبكة.

انقطاعات طويلة بالإضافة إلى أحمال عالية. خدمة يومية وطويلة الأمد. مراكز تحميل ثقيلة. شواحن بالإضافة إلى مخازن بالإضافة إلى وقود الديزل. توفر على مدار الساعة.

في بلدٍ يعاني من عدم استقرار شبكة الكهرباء، لا يكمن جوهر تخطيط محطة شحن السيارات الكهربائية في "شراء أفضل أجهزة الشحن"، بل في "ضمان استمرار عمل أجهزة الشحن عند انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة". فالشاحن يُمثل مشكلة في المعدات، بينما الكهرباء مشكلة في النظام. لذا، تعامل مع الشبكة كأول قيد، وستوفر على نفسك تكاليف إعادة العمل وخسارة العملاء.

إذا كان موقعك يقع في منطقة ذات شبكة كهربائية غير مستقرة وترغب في تشخيص الشبكة ووضع خطة لتكوينها، فأرسل لنا المعلومات الأساسية: سعة المحول، وتواتر انقطاع التيار، وعدد مواقف السيارات. سنساعدك في تحديد بنية الشبكة بدقة.