Triển vọng ứng dụng của hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) trong các hệ thống lưu trữ năng lượng là gì?

BESS quy mô lưới điện nhằm đảm bảo ổn định và hoãn nâng cấp cơ sở hạ tầng

Các Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Pin (BESS) được triển khai ở quy mô lưới điện cung cấp các dịch vụ ổn định thiết yếu đồng thời về mặt kinh tế giúp hoãn các khoản đầu tư lớn vào cơ sở hạ tầng. Bằng cách hấp thụ điện thừa trong các giai đoạn nhu cầu thấp và xả điện vào các thời điểm cao điểm, những hệ thống này cân bằng các biến động phụ tải gây áp lực lên mạng lưới truyền tải.

Quản lý ùn tắc và san phẳng đỉnh phụ tải

Khi các đường dây truyền tải bị quá tải trong những thời điểm tiêu thụ cao điểm, hệ thống lưới điện sẽ gặp tình trạng ùn tắc, làm gia tăng nguy cơ mất điện và buộc các công ty điện lực phải ngừng hoạt động một số nguồn năng lượng tái tạo. Các Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Pin (BESS) giải quyết vấn đề này bằng cách thu gom thêm năng lượng khi nhu cầu thấp, sau đó giải phóng năng lượng đó khi lưới điện bị quá tải. Theo dữ liệu của Hội đồng Độ tin cậy Hệ thống Năng lượng Bắc Mỹ (NERC) từ năm ngoái, giải pháp này giúp làm dịu các đỉnh tiêu thụ đột biến khoảng 15–30%. Khả năng san bằng mức tiêu thụ năng lượng giúp giảm đáng kể việc vận hành các nhà máy điện đỉnh (peaker plants) – vốn tốn kém – từ đó tiết kiệm khoảng 740.000 đô la Mỹ mỗi năm tại từng trạm biến áp, đồng thời đảm bảo toàn bộ nguồn năng lượng sạch không bị lãng phí. Ngoài ra, pin phản ứng gần như tức thời với các thay đổi tần số lưới điện, trong khi các nhà máy nhiệt điện truyền thống lại mất rất nhiều thời gian để điều chỉnh công suất đầu ra.

Hoãn nâng cấp đường dây truyền tải và trạm biến áp

Các mạng lưới điện cũ thực sự đang gặp rất nhiều khó khăn trong việc theo kịp số lượng xe điện và tấm pin năng lượng mặt trời mới được lắp đặt ngày càng tăng trên khắp mọi nơi. Hãy cùng xem xét một vài con số trong chốc lát: chi phí nâng cấp các đường dây truyền tải theo phương pháp truyền thống dao động từ một đến hai triệu đô la Mỹ mỗi dặm, trong khi việc xin giấy phép và triển khai xây dựng thực tế mất tới năm đến bảy năm dài đằng đẵng. Đây chính là lúc hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin phát huy tác dụng. Khi được bố trí một cách chiến lược, những hệ thống pin quy mô lớn này có thể hoãn lại các khoản đầu tư tốn kém nói trên bằng cách giảm tải cho các khu vực cụ thể của mạng lưới điện—tương tự như giải tỏa ùn tắc giao thông. Theo một nghiên cứu được thực hiện vào năm ngoái, việc lắp đặt một hệ thống pin công suất 50 megawatt với dung lượng lưu trữ 200 megawatt giờ có thể trì hoãn nhu cầu cải tạo trạm biến áp trong vòng bốn đến tám năm đầy đủ, đồng thời còn hỗ trợ thêm nhiều chức năng khác của mạng lưới điện. Điều khiến phương án này trở nên đặc biệt hấp dẫn là hiệu quả của nó ngang bằng với việc xây dựng cơ sở hạ tầng mới, nhưng chi phí lại thấp hơn khoảng 40–60%. Hơn nữa, các hệ thống pin dạng mô-đun này có thể đưa vào vận hành trong vòng 18 tháng — một tốc độ nhanh như chớp so với các phương pháp truyền thống.

Tiếp cận này kéo dài tuổi thọ tài sản đồng thời giải phóng nguồn vốn cho các sáng kiến nâng cao độ bền vững của lưới điện, qua đó thiết lập hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) như một trụ cột trong quy hoạch cơ sở hạ tầng thích ứng.

Tích hợp BESS với Hệ thống Phát điện Năng lượng Tái tạo

Giảm tình trạng cắt giảm công suất từ các nguồn điện mặt trời và gió

Vấn đề cắt giảm năng lượng tái tạo vẫn còn khá lớn trong những ngày này. Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế từ năm ngoái, các trang trại điện gió và điện mặt trời trên toàn thế giới đang lãng phí khoảng 8,3% lượng điện mà chúng có thể phát ra mỗi năm. Các Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Pin (BESS) giúp giải quyết vấn đề này bằng cách thu giữ phần điện năng dư thừa bất cứ khi nào sản lượng phát điện vượt quá khả năng tiêu thụ của lưới điện. Chẳng hạn như các trang trại điện mặt trời thường sản xuất lượng điện vào giữa trưa cao hơn nhiều so với nhu cầu thực tế, do đó việc lưu trữ lượng điện dư thừa vào buổi trưa là hợp lý để sử dụng vào buổi tối khi nhu cầu tăng mạnh. Tương tự, các trang trại điện gió đôi khi cũng có sản lượng đầu ra dồi dào nhưng lại thiếu khách hàng sẵn sàng tiêu thụ ngay lúc đó. Bằng cách lưu giữ năng lượng này cho đến khi nhu cầu tăng lên, chúng ta về cơ bản đang giảm thiểu lượng điện sạch bị lãng phí và giúp năng lượng tái tạo thực sự mang lại hiệu quả tài chính cho các nhà vận hành.

Cho phép Năng lượng Tái tạo Có Thể Điều Độ Thông qua Kiểm Soát SOC

Quản lý trạng thái sạc (SOC) biến những nguồn điện không thể dự đoán được thành thứ gì đó đáng tin cậy đối với các nhà vận hành lưới điện. Khi theo dõi mức SOC theo thời gian thực, họ có thể khai thác năng lượng đã được lưu trữ vào đúng thời điểm cần thiết. Ví dụ, duy trì mức sạc pin ở khoảng 80% trong suốt đêm giúp đáp ứng nhu cầu điện tăng đột biến vào buổi sáng. Cách tiếp cận này làm dịu đi những biến động lên xuống trong quá trình phát điện từ năng lượng tái tạo, nhờ đó năng lượng mặt trời và gió bắt đầu hoạt động ổn định hơn, tương tự như các nhà máy điện truyền thống. Theo kết quả thử nghiệm do Phòng Thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) thực hiện năm ngoái, các hệ thống lưu trữ pin được điều khiển bởi thuật toán SOC đã nâng tỷ lệ năng lượng tái tạo thực tế được sử dụng trên lưới điện lên khoảng 37%.

Hệ thống lưu trữ pin phía sau đồng hồ (BEPS) cho thương mại và công nghiệp nhằm tiết kiệm chi phí

Giảm phụ phí nhu cầu trong các thị trường điện theo khung giờ (TOU)

Các doanh nghiệp hoạt động trong các lĩnh vực thương mại và công nghiệp đều chịu ảnh hưởng nặng nề từ những khoản phí yêu cầu (demand charges) cao ngất ngưởng khi vận hành trong các thị trường điện áp dụng cơ chế giá theo thời điểm sử dụng (Time-of-Use – TOU). Cách tính các khoản phí này khá đơn giản nhưng lại tốn kém: chúng được xác định dựa trên khoảng thời gian 15 phút có mức tiêu thụ điện cao nhất trong mỗi tháng, và khoản chi này có thể chiếm hơn một phần ba tổng chi phí năng lượng. Đây chính là lúc các hệ thống lưu trữ năng lượng pin lắp đặt phía sau đồng hồ đo (behind-the-meter battery energy storage systems) phát huy tác dụng. Về bản chất, các hệ thống này hoạt động như bộ giảm chấn cho nhu cầu điện. Thay vì lấy điện trực tiếp từ lưới trong những khung giờ cao điểm, chúng xả điện đã được tích trữ trước đó, nhờ đó làm dịu các đợt tăng đột biến về mức tiêu thụ và giúp doanh nghiệp tránh bị áp thêm các khoản phạt do vượt mức phụ tải. Kết quả thực tế rất thuyết phục. Các nhà máy và trung tâm công nghệ đã ghi nhận mức giảm phí yêu cầu từ 20 đến 40% sau khi triển khai các giải pháp lưu trữ này. Phần lớn doanh nghiệp nhận thấy khoản đầu tư sẽ thu hồi vốn chỉ trong vài năm — thậm chí đôi khi chưa đầy năm năm.

Tối ưu hóa chi phí năng lượng thông qua việc dịch chuyển tải dự báo

Các hệ thống BESS trở thành công cụ tiết kiệm chi phí hiệu quả khi được kết hợp với các thuật toán dự báo nhằm phân tích trước xu hướng giá năng lượng và mô hình tiêu thụ. Những hệ thống thông minh này khai thác dữ liệu lịch sử, cập nhật dự báo thời tiết và theo dõi biến động thị trường để xác định thời điểm sạc pin vào các khung giờ thấp điểm (giá rẻ) và xả điện khi giá tăng mạnh. Mục tiêu tổng thể là tận dụng chênh lệch giá giữa các khung giờ trong ngày, đồng thời gia tăng thêm khoản tiết kiệm nhờ cơ chế giá theo thời điểm sử dụng (time-of-use rates). Nhiều doanh nghiệp còn nâng cao lợi nhuận hơn nữa bằng cách kết nối hệ thống lưu trữ pin của họ với các chương trình phản ứng nhu cầu (demand response programs), qua đó nhận được các khoản thưởng tiền mặt mỗi khi giảm mức tiêu thụ điện trong các giai đoạn lưới điện chịu áp lực cao nhất. Chẳng hạn như các cơ sở chế biến thực phẩm: khi triển khai đồng bộ toàn bộ các chiến lược trên, họ thường đạt được mức cắt giảm hóa đơn năng lượng hàng năm khoảng 18–25% mà không làm gián đoạn hoạt động thường nhật hay tiến độ sản xuất.

Hệ thống lưu trữ pin (BESS) trong các nhà máy điện ảo và dịch vụ phụ trợ

Các nhà máy điện ảo, hay còn gọi tắt là VPP, tập hợp các hệ thống lưu trữ năng lượng pin từ nhiều địa điểm khác nhau như doanh nghiệp, nhà máy và các cơ sở điện lực quy mô lớn nhằm tạo thành một cấu trúc hoạt động tương tự như một nhà máy điện thông thường nhưng được phân bố trên nhiều vị trí. Những cấu hình ảo này thực tế có thể tham gia vào các dịch vụ thị trường điện đặc biệt, chẳng hạn như duy trì ổn định lưới điện khi xảy ra những biến động đột ngột về nhu cầu công suất. Khi lưới điện gặp phải những dao động tần số nhỏ này, các pin được kết hợp sẽ phản ứng gần như tức thời—đôi khi nhanh hơn cả các nhà máy điện truyền thống trong việc đảm bảo vận hành ổn định. Điều làm cho phương pháp này trở nên thú vị chính là khả năng tích hợp tất cả các đơn vị lưu trữ riêng lẻ này lại với nhau để chúng hoạt động hiệu quả hơn như một tổng thể. Thay vì xây dựng mới các đường dây tải điện và trạm biến áp—một khoản chi phí lên tới hàng triệu đô la—các công ty có thể tiết kiệm chi phí chỉ bằng cách kết nối các hệ thống pin hiện hữu. Hơn nữa, chủ sở hữu còn được trả thêm tiền khi năng lượng đã lưu trữ của họ góp phần cân bằng lưới điện vào giờ cao điểm hoặc được huy động sử dụng trong các tình huống khẩn cấp. Về bản chất, điều ta đang chứng kiến ở đây là một cách thức biến hàng loạt thiết bị lưu trữ nhỏ lẻ rải rác khắp nơi thành một nguồn tài nguyên lớn, hữu ích cho toàn bộ hệ thống điện quốc gia—tăng cường độ bền vững của nguồn cung điện trước các sự cố đồng thời mở ra một nguồn thu nhập bổ sung cho những người sở hữu các hệ thống pin này.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống lưu trữ năng lượng pin quy mô lưới điện (BESS) là gì?

Hệ thống lưu trữ năng lượng pin quy mô lưới điện (BESS) là một hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn, được sử dụng nhằm cung cấp các dịch vụ thiết yếu đảm bảo độ ổn định cho lưới điện. Hệ thống này lưu trữ điện năng dư thừa trong các giai đoạn nhu cầu thấp và giải phóng điện vào thời điểm nhu cầu cao, từ đó giúp cân bằng các dao động tải và hoãn việc đầu tư tốn kém vào cơ sở hạ tầng.

BESS hỗ trợ quản lý tình trạng quá tải lưới điện như thế nào?

BESS hỗ trợ quản lý tình trạng quá tải lưới điện bằng cách lưu trữ năng lượng dư thừa khi nhu cầu thấp và xả điện vào thời điểm tải đạt đỉnh. Việc này làm giảm nguy cơ mất điện, tăng cường độ ổn định của lưới điện và giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy điện chạy peak (nhà máy điện khởi động nhanh) vốn có chi phí vận hành cao.

BESS thực sự có thể hoãn các nâng cấp cơ sở hạ tầng hay không?

Có, BESS được bố trí một cách chiến lược có thể hoãn việc nâng cấp tốn kém đối với hệ thống truyền tải và trạm biến áp bằng cách giảm bớt tình trạng quá tải cục bộ trên lưới điện, qua đó tiết kiệm chi phí và thời gian liên quan đến các phương án nâng cấp cơ sở hạ tầng truyền thống.

BESS tích hợp với năng lượng tái tạo như thế nào?

BESS có thể lưu trữ lượng điện dư thừa được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo, chẳng hạn như năng lượng mặt trời và gió, trong giai đoạn sản xuất đạt đỉnh. Năng lượng đã được lưu trữ này sau đó có thể được sử dụng trong các thời điểm nhu cầu cao, giúp giảm tình trạng cắt giảm điện tái tạo và nâng cao tính khả thi về mặt tài chính cho các đơn vị vận hành.

Lợi ích của hệ thống BESS lắp đặt phía sau đồng hồ (Behind-the-Meter) đối với doanh nghiệp là gì?

Các hệ thống BESS lắp đặt phía sau đồng hồ giúp doanh nghiệp giảm chi phí phụ tải đỉnh trong các thị trường áp dụng biểu giá theo thời điểm sử dụng (Time-of-Use) bằng cách lưu trữ và giải phóng năng lượng nhằm làm phẳng các đỉnh tiêu thụ điện. Những hệ thống này có thể giảm đáng kể chi phí năng lượng, thường tự hoàn vốn trong vòng vài năm.

BESS đóng vai trò gì trong các Nhà máy Điện Ảo (Virtual Power Plants)?

BESS là thành phần thiết yếu trong các Nhà máy Điện Ảo, nhờ việc tập hợp các nguồn lưu trữ năng lượng từ nhiều địa điểm khác nhau để cung cấp các dịch vụ lưới điện. Chúng hỗ trợ ổn định lưới điện, giảm nhu cầu đầu tư cơ sở hạ tầng mới và tạo thêm nguồn thu nhập bổ sung cho chủ sở hữu pin.