Tìm hiểu các thành phần hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS)

Lưu trữ năng lượng bằng pin đóng một vai trò thiết yếu trong hỗn hợp năng lượng ngày nay. Cũng như các ứng dụng thương mại và công nghiệp, bộ pin lưu trữ năng lượng cho phép lưới điện trở nên linh hoạt và đàn hồi hơn. Nó cho phép các nhà vận hành lưới điện lưu trữ năng lượng mặt trời và gió tạo ra vào những thời điểm khi các nguồn tài nguyên này dồi dào và xả năng lượng đó lên lưới điện ở thời điểm cần thiết. Đối với bất kỳ ai làm việc trong ngành lưu trữ năng lượng, đặc biệt là các nhà phát triển và EPC, điều cần thiết là có các hiểu biết chung về các thành phần quan trọng của hệ thống pin lưu trữ năng lượng và cách các thành phần đó hoạt động cùng nhau. Hiện nay trên thế giới có nhiều hóa chất khác nhau của pin được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ năng lượng. Tuy nhiên, đối với bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào các hệ thống lưu trữ năng lượng dựa trên lithium, loại phát triển nhanh nhất và được triển khai rộng rãi nhất và theo IEA nó đang chiếm hơn 90% trên thị trường (1). Chi tiết hơn, chúng ta hãy xem xét các thành phần quan trọng của hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS – Battery Energy Storage System).

HỆ THỐNG PIN

Pin (Battery) là một thành phần quan trọng trong BESS, nó lưu trữ năng lượng sẵn sàng để được xả ra sử dụng khi cần thiết. Pin bao gồm một số cố định các tế bào Lithium được nối dây nối tiếp và song song trong một khung để tạo ra một mô – đun. Các mô – đun sau đó được xếp chồng lên nhau và kết hợp để tạo thành một giá đỡ pin (rack). Giá đỡ pin có thể được kết nối nối tiếp hoặc song song để đạt được điện áp và dòng điện cần thiết của hệ thống lưu trữ năng lượng. Những giá đỡ này là các khối lắp ráp để tạo thành một khối lớn (BESS), công suất cao. Bạn có thể thấy toàn bộ quá trình từ cell sang giá đỡ đến một BESS trong hình bên dưới.

HỆ THỐNG QUẢN LÝ PIN BMS

Bất kỳ hệ thống lưu trữ năng lượng dựa trên lithium nào đều phải có hệ thống quản lý pin gọi là BMS. BMS viết tắt của từ Battery Management System tạm dịch là hệ thống quản lý pin. BMS là bộ não của hệ thống pin, với chức năng chính là bảo vệ pin khỏi bị hư hại trong các tình huống vận hành khác nhau. để đạt được điều này, BMS phải đảm bảo rằng pin hoạt động trong phạm vi xác định trước đối với một số thông số quan trọng, bao gồm trạng thái sạc (SoC), trạng thái hoạt động (SoH), điện áp, nhiệt độ và dòng điện. Các hệ thống quản lý pin tinh vi hơn cho phép theo dõi và bảo vệ pin theo thời gian thực trong BESS không chỉ ở cấp độ tế bào mà còn ở cấp độ mô – đun, chuỗi và hệ thống. BMS liên tục theo dõi trạng thái của pin và sử dụng thuật toán dành riêng cho ứng dụng để phân tích dữ liệu, kiểm soát môi trường của pin và cân bằng pin. Điều này rất quan trọng đối với việc quản lý nhiệt độ của pin để giúp ngăn chặn hiện tượng thoát nhiệt. Một BMS được thiết kế tốt là một thành phần quan trọng của hệ thống lưu trữ năng lượng pin nó đảm bảo độ an toàn cũng như tuổi thọ của pin trong bất kỳ BESS  lithium nào.

HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG HOẶC BIẾN TẦN LAI

Hệ thống pin trong BESS lưu trữ và cung cấp điện dưới dạng dòng điện một chiều (DC), trong khi hầu hết các hệ thống điện và phụ tải hoạt động bằng dòng điện xoay chiều (AC). Do đó, cần có hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS) hoặc biến tần lai. Các thiết bị này năng động hơn nhiều so với các bộ biến tần tiêu chuẩn vì chúng có thể chuyển đổi năng lượng hai chiều. Điều này có nghĩa là nguồn DC từ pin có thể chuyển đổi thành nguồn AC để sử dụng với lưới điện hoặc tải điện và nguồn AC có thể được chuyển đổi thành nguồn DC để sạc pin. Điều này mang lại hiệu quả cho BESS khả năng vừa sạc vừa xả. PCS có nhiều chế độ khác nhau có thể được đặt cho các chiến lược sạc và xả khác nhau dựa trên ứng dụng cụ thể của BESS. Để PCS hoặc biến tần lai hoạt động hiệu quả trong BESS, nó cần có quyền truy cập vào trạng thái của pin, vì vậy nó biết khi nào nên sạc và khi nào lên xả. Chẳng hạn, nếu bạn đặt độ xả sâu (DoD) của pin thành 90%, thì nó cần biết khi nào pin ở trạng thái sạc (SoC) 10% để ngừng xả. PCS có thể cung cấp phản hồi năng lượng nhanh và chính xác bằng cách giao tiếp với pin. PCS có thể được điều khiển bởi chiến lược đặt trước, tính hiệu bên ngoài (đồng hồ đo tại chỗ, v.v.) hoặc hệ thống quản lý năng lượng (EMS). Về PCS, cần biết hai loại cấu hình là khớp nối AC và khớp nối DC (AC – coupled và DC – coupled). Đối với các ứng dụng năng lượng mặt trời + lưu trữ, có một sự lựa chọn giữa hai cấu hình này.. Kết hợp AC là khi biết được kết nối bên ngoài với hệ thống năng lượng mặt trời PV ở phía AC của biến tần PV. BESS có biến tần chuyên dụng riêng được kết nối với pin. Ghép nối DC là khi pin được kết nối với cùng một bus DC nơi năng lượng mặt trời PV tiếp đất – sử dụng bộ biến tần lai được chia sẻ giữa PV và BESS.

PCS của hãng ALPHA ESS : STORION 250/500

BỘ ĐIỀU KHIỂN

Nếu BMS là bộ não của hệ thống pin thì bộ điều khiển là bộ não của toàn bộ hệ thống BESS. Nó theo dõi, kiểm soát, bảo vệ, giao tiếp và lên lịch cho các thành phần chính của BESS, được gọi là các hệ thống con. Ngoài việc giao tiếp với các thành phần chính của hệ thống lưu trữ năng lượng, nó cũng có thể giao tiếp với các thiết bị bên ngoài như đồng hồ đo điện và máy biến áp, đảm bảo BESS hoạt động tối ưu. Bộ điều khiển có nhiều cấp độ bảo vệ, bao gồm bảo vệ quá tải khi sạc và bảo vệ ngược điện khi xả. Bộ điều khiển có thể tích hợp với SCADA và EMS của bên thứ ba để thu thập dữ liệu và quản lý năng lượng hoàn chỉnh.

HVAC (HỆ THỐNG LÀM MÁT, SƯỞI ẤM, THÔNG GIÓ VÀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ)

Hình ảnh từ power-sonic.com

HVAC là một phần không thể thiếu của hệ thống lưu trữ năng lượng pin; nó điều chỉnh môi trường bên trong bằng cách di chuyển không khí giữa bên trong và bên ngoài vỏ bọc của hệ thống. Với hệ thống pin lithium duy trì nhiệt độ hoạt động tối ưu và phân phối không khí tốt sẽ giúp kép dài tuổi thọ của hệ thống pin. Nếu không quản lý nhiệt thích hợp các tế bào pin có thể quá nóng, dẫn đến sự xuống cấp, trục trặc hoặc thậm chí là thoát nhiệt. Việc chọn đúng loại hệ thống HVAC sẽ mang lại hiệu suất tốt hơn cho BESS và tuổi thọ lâu hơn cho pin.

HỆ THỐNG CHỮA CHÁY

Hình ảnh của EVESCO (Hoa Kỳ)

Hệ thống chữa cháy trong BESS là một lớp bảo vệ bổ sung. Như chúng tôi đã đề cập trước đó trong bài viết, tất cả BESS đều có hệ thống quản lý pin để đảm bảo pin hoạt động trong các thông số an toàn, bao gồm cả nhiệt độ. Nếu đạt đến nhiệt độ cao ngoài các thông số đã đặt, BMS sẽ tự động tắt hệ thống; tuy nhiên, trong trường hợp thoát nhiệt, BMS không thể được coi là lớp bảo vệ duy nhất. Đó là lúc hệ thống chữa cháy phát huy tác dụng. Trong trường hợp thoát nhiệt, hệ thống chữa cháy sẽ kích hoạt; điều này có thể được kích hoạt thông qua phát hiện khí, khói hoặc nhiệt, tuỳ thuộc vào hệ thống chữa cháy mà BESS có. Sau khi khởi động, hệ thống chữa cháy sẽ giải phóng một chất dập tắt đám cháy, mang lại hiệu quả làm mát và hấp thụ nhiệt. Một số tuỳ chọn có sẵn cho các hệ thống chữa cháy và chúng thường được thiết kế theo kích thước của vỏ bọc BESS.Ví dụ hệ thống FM – 200 sẽ được áp dụng tuỳ quy mô hệ thống đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế. SCADA (HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ KIỂM SOÁT GIÁM SÁT)với BMS để theo dõi trạng thái pin và nó cũng có thể giao tiếp với PCS/Inverter Hybrid và đồng hồ phụ. Từ HMI (Human Machine Interface), người vận hành có thể ra lệnh khởi động/dừng, lệnh sạc/xả và cài đặt thông số cho BMS và các hệ thống phụ trợ. Hầu hết BESS có thể tích hợp với các hệ thống SCADA của bên thứ ba thông qua giao diện khác nhau. Có khả năng SCADA có thể đảm nhận vai trò của EMS.

HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG (EMS)

Hệ thống quản lý năng lượng chịu trách nhiệm kiểm soát và lên lịch hoạt động của ứng dụng BESS. Để lập lịch trình cho các thành phần khác nhau tại chỗ, EMS giao tiếp trực tiếp với PCS/biến tần lai, và BMS, thường xuyên xem xét các điểm dữ liệu bên ngoài từ những thứ như lưới điện, máy biến áp, dãy PV và tải. EMS chịu trách nhiệm thời điểm và cách thức xả điện, điều này thường được quyết định bởi các chi tiết cụ thể của ứng dụng như cạo cao điểm, chuyển tải hoặc tự tiêu thụ. EMS sẽ tối ưu hoá hiệu suất BESS bằng cách cân bằng giữa dữ liệu chu trình của ứng dụng và thời lượng pin với lợi tức đầu tư của tài sản, đồng thời xem xét các hạn chế của BMS và PCS/Biến tần lai. EMS cũng sẽ thu thập và phân tích dữ liệu hiệu suất BESS, giúp việc dự báo và báo cáo trở nên dễ dàng.    Đây là những thành phần quan trọng của hệ thống lưu trữ năng lượng pin giúp chúng an toàn, hiệu quả và có giá trị. Một hệ thống BESS quy mô lưới điện đôi khi có thêm máy biến áp tăng áp để tích hợp vào hệ thống điện hiện có của nhà máy, tuy nhiên nó không thuộc phạm vi bài viết này. Tại LITHACO BESS của chúng tôi được sản xuất bởi các nhà sản xuất lớn và có uy tín trên thế giới, chúng tôi cung cấp giải pháp trọn gói (EPC) từ tư vấn giải pháp, thiết kế hệ thống, cung cấp trọn gói, lắp đặt, vận hành và bảo trị hệ thống.

Theo lithaco.vn