News

Trong hai bài viết trước, chúng ta đã cùng tìm hiểu về khái niệm BESS – hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin, và vai trò của BESS trong việc cân bằng cung – cầu điện năng, hỗ trợ năng lượng tái tạo và hướng đến mục tiêu Net Zero.
Tiếp nối chuỗi nội dung này, bài viết hôm nay sẽ đi sâu hơn vào cấu trúc và cách thức hoạt động của một hệ thống lưu trữ năng lượng BESS hiện đại – yếu tố quyết định đến hiệu suất, độ an toàn và tính bền vững trong quản lý năng lượng.

1. Nguyên lý hoạt động tổng quát của BESS

Một hệ thống lưu trữ năng lượng BESS (Battery Energy Storage System) hoạt động dựa trên cơ chế sạc và xả điện có kiểm soát, giúp lưu trữ năng lượng dư thừa và cung cấp lại khi cần thiết.

Các cell pin riêng lẻ được ghép thành mô-đun (modules), sau đó liên kết với nhau thành chuỗi (strings) để đạt được điện áp một chiều (DC) mong muốn.
Nguồn điện DC này sẽ được dẫn vào hệ thống chuyển đổi điện năng (Power Conversion System – PCS) để biến đổi thành điện xoay chiều (AC), phục vụ cho thiết bị tiêu thụ hoặc hòa vào lưới điện.

Quá trình sạc – xả diễn ra theo hai chiều:

- Khi nguồn năng lượng tái tạo dư thừa (ví dụ: điện mặt trời ban ngày), BESS sạc năng lượng vào pin.

- Khi nhu cầu tăng cao hoặc nguồn điện chính suy giảm, BESS xả năng lượng trở lại hệ thống, đảm bảo nguồn cung ổn định và liên tục.

2. Các thành phần chính trong hệ thống BESS

Để vận hành hiệu quả, BESS bao gồm nhiều thành phần hoạt động đồng bộ với nhau, trong đó mỗi bộ phận giữ vai trò riêng biệt:

- Pin (Battery Cells): Thành phần cốt lõi, trực tiếp lưu trữ năng lượng điện.

- Mô-đun và chuỗi pin (Modules & Strings): Kết nối nhiều cell pin để đạt công suất và điện áp yêu cầu.

- Hệ thống chuyển đổi điện năng (PCS/Inverter): Chuyển đổi giữa dòng DC và AC, cho phép hệ thống kết nối linh hoạt với lưới điện hoặc tải.

- Hệ thống quản lý pin (Battery Management System – BMS): Giám sát trạng thái sạc, nhiệt độ, điện áp của từng cell để ngăn ngừa sự cố và tối ưu tuổi thọ pin.

- Hệ thống quản lý nhiệt (Thermal Management System): Duy trì nhiệt độ vận hành ổn định, tránh quá tải nhiệt.

- Hệ thống quản lý năng lượng (Energy Management System – EMS): Điều phối hoạt động sạc – xả toàn hệ thống, tối ưu theo nhu cầu tải và giá điện.

- Bộ điều khiển lưới điện (Grid Controller): Quản lý dòng điện giữa BESS và lưới điện, đảm bảo ổn định điện áp và tần số.

Hình 1. Các thành phần trong hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS)
(tham khảo từ Vertiv).

Sự phối hợp chính xác giữa các thành phần này giúp hệ thống BESS vận hành an toàn, ổn định và hiệu quả tối đa trong nhiều quy mô ứng dụng – từ hộ gia đình, khu công nghiệp đến nhà máy điện.

3. Các công nghệ pin phổ biến trong BESS

Tùy theo nhu cầu sử dụng, hệ thống BESS có thể tích hợp nhiều loại pin khác nhau:

- Lithium-ion: Mật độ năng lượng cao, hiệu suất vượt trội và độ bền tốt – hiện là công nghệ pin phổ biến nhất.

- Lithium Iron Phosphate (LFP): Biến thể an toàn hơn của pin lithium-ion, có khả năng chịu nhiệt và tuổi thọ cao.

- Chì-axit: Giải pháp truyền thống, chi phí thấp nhưng hiệu suất và tuổi thọ hạn chế.

- Pin dòng chảy (Flow Battery): Sử dụng dung dịch điện phân lỏng, có thể mở rộng công suất lớn và tuổi thọ dài.

- Natri-lưu huỳnh (NaS): Mật độ năng lượng cao, phù hợp cho hệ thống cố định quy mô lớn.

Trong đó, LFP đang được ưu tiên sử dụng tại nhiều dự án lưu trữ năng lượng hiện nay nhờ tính an toàn, độ ổn định cao và khả năng tái chế thân thiện với môi trường.

4. Hiệu quả vận hành và ứng dụng thực tế

Một hệ thống BESS hiện đại không chỉ lưu trữ điện năng mà còn giúp quản lý năng lượng một cách thông minh, mang lại nhiều lợi ích thiết thực:

- Giảm phụ tải giờ cao điểm (Peak Shaving): Sạc trong giờ thấp điểm, xả trong giờ cao điểm để giảm chi phí điện năng.

- Ổn định năng lượng tái tạo: Lưu trữ điện mặt trời hoặc điện gió dư thừa, đảm bảo nguồn cung ổn định khi thời tiết thay đổi.

- Tối ưu vận hành máy phát điện: Hạn chế khởi động thường xuyên, kéo dài tuổi thọ thiết bị.

- Tăng độ tin cậy của lưới điện: Hạn chế dao động điện áp, đảm bảo chất lượng điện cho khu công nghiệp, trung tâm dữ liệu và cơ sở hạ tầng quan trọng.

5. Tuổi thọ, vòng đời thứ hai và ý nghĩa bền vững của hệ thống BESS

Thông thường, một hệ thống lưu trữ năng lượng BESS có tuổi thọ trung bình từ 5 đến 15 năm, tùy thuộc vào loại pin, chu kỳ sạc – xả và điều kiện vận hành. Tuy nhiên, giá trị của BESS không dừng lại ở vòng đời đầu tiên.

Khi các cell pin không còn đủ hiệu suất cho mục đích lưu trữ quy mô lớn, chúng vẫn có thể được tái sử dụng trong các ứng dụng thứ cấp như lưu trữ điện dân dụng, hệ thống dự phòng hoặc thiết bị điện quy mô nhỏ.

Bên cạnh đó, tái chế vật liệu pin sau khi hết vòng đời giúp thu hồi các kim loại quý như lithium, niken, coban và đồng – giảm khai thác tài nguyên mới, hạn chế chất thải và góp phần hiện thực hóa mô hình kinh tế tuần hoàn.

Việc kéo dài vòng đời và tái sử dụng pin BESS không chỉ mang lại lợi ích môi trường mà còn đem lại giá trị kinh tế cho doanh nghiệp thông qua việc giảm chi phí xử lý, tận dụng tài nguyên và phát triển chuỗi cung ứng năng lượng bền vững.

Như vậy, cấu trúc, nguyên lý hoạt động và vòng đời của BESS không chỉ giúp hệ thống điện hiện đại trở nên linh hoạt và ổn định hơn, mà còn đóng góp trực tiếp vào mục tiêu Net Zero – hướng tới một tương lai năng lượng xanh, hiệu quả và bền vững.