كيفية اختيار عمود شحن مناسب للاستخدام المنزلي أو العام؟

حدد سعتك الكهربائية قبل اختيار عمود الشحن

مقارنة بين عمود شحن من المستوى الأول وعمود شحن من المستوى الثاني: الحد الأدنى المطلوب لتفعيل ترقيات النظام الكهربائي

عند تركيب عمود شحن من المستوى الثاني، يجب على مالكي أعمدة الشحن إجراء تقييمات معينة لقدرة لوحة التوزيع الكهربائية الخاصة بهم. فتستهلك أعمدة شحن المستوى الثاني تيارًا يتراوح بين ٣٠ و٨٠ أمبير. وبذلك فإن تركيب عمود شحن من المستوى الثاني على لوحة توزيع سعتها تتراوح بين ١٠٠ و٢٠٠ أمبير قد يقترب من الحد الأقصى لقدرة اللوحة بالنسبة للحمل المستمر. ومن أبرز الأسباب المؤدية إلى ذلك:

١. تخصيص القاطع الكهربائي بجهد ١٢٠/٢٤٠ فولت مقابل ٢٤٠ فولت: يجب تركيب وحدات الشحن من المستوى الثاني على قواطع كهربائية مخصصة ثنائية القطب بجهد ٢٤٠ فولت. أما القواطع أحادية القطب الشائعة بجهد ١٢٠ فولت المُوصَّلة بوحدات الشحن من المستوى الثاني فهي غير كافية.

٢. وحدة شحن بسعة ١٢٥ أمبير مع قاطع كهربائي بسعة ٤٠ أمبير: تترك وحدة الشحن من المستوى الثاني سعةً متبقية ضئيلة جدًّا (٢٥ أمبير) على لوحة توزيع بسعة ١٢٥ أمبير عند حمل مستمر قدره ١٠٠ أمبير، مقارنةً بالحد الأقصى المسموح به والبالغ ٨٠٪.

٣. سعات لوحات التوزيع بجهد ١٢٠ فولت: لا يمكن دعم وحدات الشحن من المستوى الثاني على لوحات توزيع مصممة لجهد ٢٤٠ فولت، وبالتالي يلزم إعادة توصيل الأسلاك في المنزل للحصول على جهد ٢٤٠ فولت.

لتقليل خطر نشوب حريق في لوحات التوزيع التي ترتفع درجة حرارتها بشكل كبير جدًّا عند تركيب وحدات شحن من المستوى الثاني، فإن ذلك يشكّل خطرًا بالغ الخطورة.

عدم تقييم مخاطر السعة الاحتياطية وقدرة الشحن يؤدي إلى ظروف خطرة، إذ قد تشعل لوحات القواطع الكهربائية والأسلاك النار أثناء الليل، وهو الوقت الذي يحدث فيه أقصى حمل مستمر.

جاهزية الطاقة في المواقع العامة: التنسيق مع شركة التزويد الكهربائي، والرسوم المرتبطة بالطلب، وتحديد سعة الموصلات الكهربائية اللازمة لنشر عدة وحدات شحن

يتطلب نشر محطات شحن المركبات الكهربائية التجارية (EV) تفاعلًا مبكرًا مع شركات المرافق المحلية، يتجاوز ببساطة عمليات الربط الكهربائي المباشر، ويشمل اعتبارات تتعلق بالسلامة التشغيلية الطويلة الأمد للشبكة الكهربائية. وقد يؤدي تركيب مجموعة متعددة من محطات الشحن السريع المستمر (DC fast charging) إلى إحداث طلب كهربائي مجمع يتراوح بين ٤٠٠ و٨٠٠ كيلوفولت أمبير (kVA). وعادةً ما يفوق هذا الطلب سعة خطوط التغذية الخاصة بالموقع وخطوط تغذية المحطات الفرعية. وتشمل الاعتبارات الحرجة في التخطيط ما يلي:

تحديد حجم خطوط التغذية والمحولات: اعتماد إطار عمل IEEE 141 (الكتاب الأحمر)، ونمذجة أقصى استهلاك للطاقة، والحفاظ على انخفاض ثابت في الجهد لا يتجاوز ٥٪ عند أبعد محطة شحن.

التخفيف من رسوم الطلب الذروي: قد تشكل رسوم الطلب الذروي ما نسبته ٣٠–٧٠٪ من إجمالي فاتورة شركة المرافق. ويساعد استخدام وحدات تخزين طاقة بطارية (battery buffers) و/أو منطق تفعيل متدرج في تسطيح قمم الاستهلاك.

توزيع جاهز للمستقبل: بالنسبة للتطبيقات التجارية أو أساطيل المركبات، صمّم اللوحات الرئيسية لاستيعاب ١٥٠٪ من حمل شحن المركبات الكهربائية المتوقع. ويشمل هذا الحمل أخذ محطات الشحن الإضافية في الاعتبار، وكذلك توفير إمكانية التوسع لدعم تقنيات الشحن من الجيل القادم ذات القدرة الأعلى بالواط.

إشراك شركات توزيع الكهرباء في دراسة رسمية لحمل الطاقة وتقديم طلب الربط يحسّن فرص تحقيق مدة لا تتجاوز ٦–١٢ شهرًا. كما يجنب إجراء تعديلات مكلفة على المخططات في المراحل المتقدمة.

دمج أنماط الاستخدام الواقعية

أعمدة شحن سكنية من المستوى ٢: شحن سريع بأسعار معقولة للمركبات الكهربائية بالكامل أثناء الليل في البيئات السكنية

عند جهد 240 فولت، تُضيف وحدات الشحن من المستوى الثاني نطاقًا يتراوح بين 10 و60 ميلًا لكل ساعة، ما يلبي احتياجات الشحن الليلي في المنازل. وبافتراض أن متوسط المدى اليومي للقيادة يبلغ 40 ميلًا، يمكن للأمريكيين ترك سياراتهم في المنزل لمدة 4 ساعات فقط من الشحن للحصول على شحنة كاملة. ويبلغ تكلفة البنية التحتية السكنية لوحدات الشحن من المستوى الثاني التي تقدمها شركة «ثانكليس» ما بين 500 و2000 دولار أمريكي، مقارنةً بتكلفة محطة شحن سريع تيار مستمر واحدة التي تتجاوز 15000 دولار أمريكي. ويشكّل الشحن من المستوى الثاني الخيار الأمثل من حيث التكلفة الإجمالية لملكية المركبة (TCO) للمالكين المنزليين، كما أن دمجه مع تكلفة الكهرباء السكنية (أو تكلفة المرافق) التي تتراوح بين 0.15 و0.25 دولار أمريكي لكل كيلوواط ساعة يجعل من الشحن من المستوى الثاني خيارًا سريعًا وآمنًا وميسور التكلفة.

المبررات الاستثمارية المتعلقة بمدة التوقف، وحجم حركة المرور، والإمكانات الإيرادية لمواقع الشحن العامة

تتيح إمكانات الشحن السريع المباشر (DC) الحصول على مدى يتراوح بين ٦٠ و١٠٠ ميل (خلال جلسات شحن مدتها ٢٠ دقيقة). وتتوافق فترات الشحن البالغة ٢٠ دقيقة مع مدة التوقف النموذجية في معظم المواقع التجارية والمطاعم ومناطق الراحة على الطرق السريعة. وتعتمد الجدوى الاقتصادية على حجم حركة المرور في الموقع. إذ يمكن للمواقع التي تشهد أكثر من ١٠ جلسات شحن يوميًّا أن تحقق عائدًا سنويًّا يتراوح بين ١٥٠٠٠ و٣٠٠٠٠ دولار أمريكي عند أسعار الخدمة التجارية (أي ٠٫٤٠ دولار أمريكي أو أكثر لكل كيلوواط ساعة). وللتبرير هذه التكاليف:

- يجب أن تندرج جلسات الشحن ضمن الوقت الذي يقضيه العملاء في الموقع (للتسوق أو تناول الطعام أو إعادة التزود بالوقود)، وتتراوح هذه المدة بين ٢٠ و٤٥ دقيقة.

- ضرورة إثبات وجود طلبٍ عبر تسجيل حد أدنى مُوثَّق يوميًّا من حركة مرور المركبات الكهربائية يتجاوز ٥٠ مركبة كهربائية؛ إذ تفشل المواقع التي تقل فيها هذه الحركة عن هذا العدد في تغطية التكاليف الناتجة عن رسوم الطلب غير المتوقعة.

- تحقيق عائد إضافي. وقد أظهرت الدراسات أن المواقع التي توفر خدمة الشحن للمركبات الكهربائية في أماكن البيع بالتجزئة تشهد زيادة في الإيرادات المحققة في الموقع تتراوح بين ٢٠٪ و٣٥٪ لدى العملاء الذين يستخدمون خدمة الشحن مقارنةً بالعملاء غير المستفيدين من هذه الخدمة.

قد تضيف رسوم الطلب أكثر من ١٠٠٠٠ دولار أمريكي شهريًّا؛ ومع ذلك، وبدمجها مع وضع استراتيجي بالقرب من دورات المياه عالية الاستخدام، إلخ، فإن ائتمان الضريبة الفيدرالي ٣٠ جيم يغطي ٣٠٪ من التكاليف المؤهلة، مع الحفاظ على العائد على الاستثمار (ROI) وأهداف التبني الأوسع نطاقًا.

التكلفة الحقيقية لنشر وحدات الشحن: العمالة، التصاريح، ترقية اللوحات الكهربائية، والاستفادة من الحوافز

إن بنية الشحن التحتية أكثر تكلفةً مما يبدو عليه الأمر. وكشف مختبر الطاقة المتجددة الوطني (NREL) أن التكاليف غير الملموسة (مثل إجراءات التصريح، والهندسة، والتفتيش، وربط الشبكة الكهربائية بالمرافق) تمثِّل ما نسبته ٣٠–٥٠٪ من ميزانية مشروع سكني، و٦٠٪ أو أكثر من ميزانية مشروع تجاري. ومن بين التكاليف المخفية الأخرى:

عمالة كهربائي معتمد (عادةً ما تستغرق يومين إلى ثلاثة أيام لكل وحدة سكنية، وأسبوعًا إلى أسبوعين لكل وحدة شحن سريع تيار مستمر)

قطع الأسفلت، والحفر، وتمديد القنوات الكهربائية في المواقع التجارية

ترقيات أو توسيعات في لوحات التوزيع أو أنظمة الخدمة بسبب نقص السعة الكهربائية

رسوم الطلب المستمرة ورسوم أخرى مرتبطة بأثر الشحن على الشبكة الكهربائية

يمكن أن تُغطّي الحوافز الفيدرالية (المادة 30C) والولاياتية والخاصة بالمرافق العامة ما نسبته ٣٠–٥٠٪ من التكاليف، شريطة الاستفادة منها بشكل مناسب. وينبغي أخذ هذه الحوافز في الاعتبار بدقة لتحديد فترة استرداد الاستثمار عبر التكاليف الإجمالية على امتداد دورة الحياة الكاملة، وليس فقط عبر تكلفة المعدات. وينبغي التواصل مع جهات إدارة الحوافز مبكّرًا وفي مراحل متعددة من المشروع لضمان الأهلية للحصول على هذه الحوافز، وتوثيق المتطلبات، والامتثال لمواعيد التقديم.

قسم الأسئلة الشائعة

لماذا يُعد تقييم البنية التحتية الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية قبل تركيب عمود الشحن؟

إن تقييم البنية التحتية الكهربائية يتناول مسائل السلامة وتوافق النظام. ويمكن أن يمنع حدوث مشكلات قد تشكّل مخاطر أمنية، مثل تشغيل لوحة التوزيع فوق طاقتها بسبب عدم كفاية سعة الدائرة الكهربائية، مما قد يؤدي إلى انقطاع التيار عبر القواطع أو حتى اندلاع حريق.

ما مدى الخدمة الكهربائية التي تمتلك السعة الكافية لتشغيل أعمدة الشحن المنزلية؟

تم تقدير سعة الخدمة الكهربائية بأنها تتراوح بين ١٠٠–٢٠٠ أمبير لمجموعة التوزيع الكهربائية السكنية النموذجية. ومع ذلك، فإن شاحن المستوى الثاني هو قاطع كهربائي ثنائي القطب بجهد ٢٤٠ فولت ويُركَّب على دائرة مخصصة. وتضمن عملية التقييم الفعالة ألا تؤدي الاستخدامات المستمرة إلى تحميل زائد على هذه الخدمة.

ما الخطوات التي تتخذها مواقع الشحن العامة لإدارة متطلبات الطاقة؟

تبني مواقع الشحن العامة أطر تعاون مع شركة توزيع الكهرباء لضمان استمرارية تشغيل الشبكة الكهربائية. وتستخدم معايير IEEE 141 لنمذجة أقصى متطلبات الطاقة وتصميم أحجام الموصلات والمحولات المناسبة. كما تُطبَّق استراتيجيات للتخفيف من رسوم الطلب (Demand Charges)، وتُخطَّط للنمو المرن في حجم أنظمة التوزيع.

ما التكاليف المرتبطة بنشر وحدات الشحن؟

تشمل التكاليف سعر القاعدة (العمود) والأجهزة والعمل الكهربائي. كما تنطبق تكاليف التصاريح والتفتيش أيضًا. وتنشأ بعض التكاليف عن الحاجة إلى ترقية لوحة التوزيع الكهربائية. ويمكن تخفيف جزءٍ من هذه التكاليف من خلال الاستفادة المناسبة من برامج الحوافز الفيدرالية والولائية وبرامج المرافق العامة. وتُشكّل التكاليف غير الملموسة (الناعمة) حصةً كبيرةً من ميزانية المشروع.

بأي طريقة توفر التركيبات المستقبلية الضمانات؟

تتميّز التركيبات المستقبلية بطابعها الوحدوي (القابل للتوسيع)، وتستخدم أجهزةً ذات بروتوكولين تتصل بكافة المعايير، ومن بينها على سبيل المثال لا الحصر: J1772 وCCS وNACS. وهذا يمنع ظهور أجهزة عالقة (غير قابلة للاستخدام مستقبلاً) والحاجة إلى عمليات إعادة تجهيز واسعة النطاق مع مرور الزمن وتطور التكنولوجيا.