Khi nói đến hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS), nhiều người thường nghĩ rằng bộ phận đắt tiền nhất chắc chắn là pin. Tuy nhiên, nếu không có các hệ thống hỗ trợ phù hợp, ngay cả những loại pin tiên tiến nhất cũng chỉ là những khối vật liệu trơ. Một hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin không chỉ đơn thuần là một hộp lớn chứa pin, mà còn là một hệ thống tích hợp phức tạp, được thiết kế để lưu trữ điện năng một cách an toàn, hiệu quả và thông minh, đồng thời giải phóng nguồn năng lượng đó khi cần thiết nhất. BESS giúp tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.

Trong tin bài lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của kênh Youtube Gaurav J – TheElectricalGuy, giới thiệu về các thành phần cấu tạo của một hệ thống BESS.

Module pin
Thành phần cốt lõi đầu tiên là các module pin, nơi lưu trữ năng lượng của hệ thống. Các module pin gồm nhiều cell điện hóa liên kết với nhau. Đối với các ứng dụng quy mô lưới điện, pin lithium-ion hiện là lựa chọn phổ biến nhất, mặc dù pin axit-chì (lead-acid), pin nền natri (sodium-based) hoặc pin dòng oxi hóa khử (redox flow) cũng có thể được sử dụng tùy theo yêu cầu cụ thể. 

Các module này được sắp xếp thành các ngăn xếp (rack) và chuỗi (string) để đạt được mức điện áp và dung lượng mong muốn. Tổng dung lượng lưu trữ của hệ thống phụ thuộc trực tiếp vào công nghệ và cấu hình pin đã chọn, với các yếu tố như tuổi thọ chu kỳ, mật độ năng lượng, khả năng chịu nhiệt độ và chi phí thay đổi tùy theo từng loại pin.

Hệ thống quản lý pin
Tiếp theo là hệ thống quản lý pin (Battery Management System – BMS), đóng vai trò như hệ thần kinh của toàn bộ hệ thống. BMS liên tục giám sát điện áp, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái sạc của pin. Nhiệm vụ của BMS là ngăn chặn hiện tượng sạc quá mức, xả quá sâu và quá nhiệt, đồng thời đảm bảo tất cả các cell được cân bằng đúng cách. Một BMS hiệu quả không những bảo vệ pin mà còn duy trì được độ an toàn và hiệu quả chung cho toàn hệ thống. Ngoài ra, BMS còn giao tiếp với các bộ điều khiển cấp cao hơn như hệ thống quản lý năng lượng hoặc SCADA (hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu).

Hệ thống biến đổi năng lượng
Hệ thống biến đổi năng lượng (Power Conversion System – PCS), bao gồm các bộ biến đổi (inverter) và sạc, là một bộ phận then chốt khác. Do pin lưu trữ điện năng dưới dạng một chiều (DC), trong khi phần lớn lưới điện hoạt động ở dòng xoay chiều (AC), PCS chịu trách nhiệm chuyển đổi năng lượng theo cả hai hướng: vừa sạc pin từ nguồn AC, vừa xả pin ngược lại sang AC để cung cấp cho lưới điện. Các inverter tiên tiến có thể thực hiện các chức năng hỗ trợ lưới như điều chỉnh điện áp và tần số. PCS phải phối hợp nhịp nhàng với cả BMS lẫn EMS nhằm đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru.

Hệ thống Quản lý Năng lượng
Hệ thống quản lý năng lượng (Energy Management System – EMS) là bộ não tối ưu hóa việc sử dụng điện năng. EMS quyết định thời điểm nạp, xả, hoặc chờ dựa trên các yếu tố như giá điện, tần số lưới, và nguồn năng lượng tái tạo đầu vào. EMS tối đa hóa giá trị của BESS thông qua các chức năng như kinh doanh chênh lệch giá điện (energy arbitrage) (1), điều tần lưới điện (frequency response) và làm phẳng công suất năng lượng tái tạo (renewable energy smoothing), đồng thời có thể kết nối với các công cụ dự báo và hệ thống điều độ thị trường điện.
(1) Energy arbitrage là hoạt động tận dụng chênh lệch giá điện theo thời gian để tạo giá trị kinh tế. Hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ sạc pin khi giá điện thấp (ví dụ ngoài giờ cao điểm hoặc khi dư thừa năng lượng tái tạo) và xả điện khi giá cao.
(2) Frequency response là khả năng phản ứng nhanh của hệ thống lưu trữ năng lượng đối với biến động tần số lưới điện. Khi tần số lưới giảm hoặc tăng ngoài ngưỡng cho phép do mất cân bằng cung – cầu, pin có thể xả hoặc sạc trong thời gian rất ngắn để hỗ trợ đưa tần số về mức ổn định. Chức năng này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh tỷ trọng năng lượng tái tạo tăng cao, giúp duy trì độ ổn định và độ tin cậy của lưới điện.
(3) Renewable energy smoothing là quá trình làm phẳng và ổn định công suất đầu ra của các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió. Do phụ thuộc vào thời tiết, các nguồn này thường có công suất biến động mạnh theo thời gian. Hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ hấp thụ phần công suất dư thừa và bù đắp khi công suất suy giảm, từ đó tạo ra dòng điện đầu ra ổn định hơn, giảm sốc cho lưới điện và nâng cao khả năng tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống điện.

Hệ thống quản lý nhiệt 
Một thành phần thiết yếu khác là hệ thống quản lý nhiệt (Thermal Management System), do nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn tới tuổi thọ và hiệu năng của pin. Vì vậy, BESS có thể sử dụng các giải pháp làm mát từ hệ thống thông gió đơn giản đến hệ thống làm mát bằng chất lỏng tiên tiến. Việc kiểm soát nhiệt độ ổn định giúp ngăn ngừa các điểm nóng và sự xuống cấp của pin, nhất là trong các hệ thống quy mô lớn. Hệ thống quản lý nhiệt thường được tích hợp cùng BMS để kiểm soát thời gian thực.

Hệ thống bảo vệ và an toàn
Các hệ thống bảo vệ và an toàn là những yếu tố không thể thiếu trong mọi hệ thống BESS. Chúng bao gồm các thiết bị cắt mạch, cầu chì, bộ chống sét và thiết bị cách ly, giúp bảo vệ cả thiết bị lẫn con người. Các cơ chế phát hiện cháy và hệ thống cách ly đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống dạng container hóa. Bạn cũng sẽ tìm thấy các thiết bị đóng ngắt phía DC như bộ ngắt mạch, khởi động từ (contactor) và công tắc tách ly, tương tự, phía AC cũng có thiết bị đóng ngắt (switchgear) nối tiếp sau máy biến áp.

Máy biến áp
Máy biến áp nâng áp (Step-up Transformer) được sử dụng vì hệ thống BESS thường hoạt động ở mức điện áp thấp hơn lưới điện thông thường. Các máy biến áp này sẽ tăng điện áp để phù hợp với lưới và đảm bảo cách ly điện, phòng tránh rủi ro do sự cố trên hệ thống lưới. Ví dụ, một hệ thống BESS vận hành ở 480 V cần được đưa qua máy biến áp để đạt mức 11 kV hoặc 33 kV để phù hợp cho việc kết nối với lưới điện.

Vỏ và hệ thống nhà bao che
Cuối cùng, một trong các yếu tố quan trọng nhất chính là vỏ hoặc hệ thống bao che vật lý. Phần nhà bao che này bảo vệ BESS khỏi các tác nhân môi trường như thời tiết, bụi bẩn và nhiệt độ cao. Dù được thiết kế dưới dạng container hóa hay tủ lắp ghép mô-đun hoặc nhà bao che đặc chủng, thiết kế vỏ ảnh hưởng lớn tới hiệu suất nhiệt và an toàn công trường. Các tính năng như kiểm soát truy cập, thông gió và vật liệu chống cháy là tiêu chuẩn bắt buộc đối với các hệ thống quy mô lớn.

Kết luận
Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) là một tổ hợp kỹ thuật tích hợp cao, trong đó pin chỉ là một phần của bức tranh tổng thể. Giá trị thực sự của BESS nằm ở sự phối hợp chặt chẽ giữa pin, và các thành phần khác, giúp hệ thống BESS vận hành một cách an toàn và hiệu quả. Trong bối cảnh tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng và lưới điện cần tính linh hoạt cao hơn, BESS không chỉ là giải pháp kỹ thuật mà còn là hạ tầng chiến lược, giúp nâng cao độ ổn định hệ thống điện, tối ưu chi phí vận hành và hỗ trợ quá trình chuyển dịch năng lượng bền vững.

Để xem các tin bài khác về “BESS”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Gaurav J – TheElectricalGuy