Hệ thống lưu trữ năng lượng pin hoạt động như thế nào?

Hệ thống lưu trữ năng lượng pin, thường được gọi là BESS, sử dụng các cụm pin sạc để lưu trữ điện năng dư thừa từ lưới điện hoặc các nguồn năng lượng tái tạo để sử dụng sau này. Khi công nghệ năng lượng tái tạo và lưới điện thông minh ngày càng phát triển, hệ thống BESS đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc ổn định nguồn cung cấp điện và tối đa hóa giá trị của năng lượng xanh. Vậy chính xác thì những hệ thống này hoạt động như thế nào?
Bước 1: Ngân hàng pin
Nền tảng của bất kỳ hệ thống lưu trữ năng lượng điện tử (BESS) nào là vật liệu lưu trữ năng lượng - pin. Nhiều mô-đun pin, hay còn gọi là "cell", được kết nối với nhau để tạo thành một "ngân hàng pin" cung cấp dung lượng lưu trữ cần thiết. Pin lithium-ion được sử dụng phổ biến nhất do mật độ năng lượng cao, tuổi thọ dài và khả năng sạc nhanh. Các loại pin khác như pin axit chì và pin dòng chảy cũng được sử dụng trong một số ứng dụng.
Bước 2: Hệ thống chuyển đổi năng lượng
Hệ thống ắc quy được kết nối với lưới điện thông qua hệ thống chuyển đổi điện năng (PCS). PCS bao gồm các linh kiện điện tử công suất như bộ biến tần, bộ chuyển đổi và bộ lọc cho phép dòng điện chạy theo cả hai chiều giữa ắc quy và lưới điện. Bộ biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ ắc quy thành dòng điện xoay chiều (AC) mà lưới điện sử dụng, và bộ chuyển đổi thực hiện ngược lại để sạc ắc quy.
Bước 3: Hệ thống quản lý pin
Hệ thống quản lý pin, hay BMS, giám sát và điều khiển từng cell pin riêng lẻ trong cụm pin. BMS cân bằng các cell pin, điều chỉnh điện áp và dòng điện trong quá trình sạc và xả, đồng thời bảo vệ pin khỏi hư hỏng do sạc quá mức, quá dòng hoặc xả quá sâu. Hệ thống này theo dõi các thông số chính như điện áp, dòng điện và nhiệt độ để tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ pin.
Bước 4: Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát giúp loại bỏ nhiệt dư thừa từ pin trong quá trình hoạt động. Điều này rất quan trọng để giữ cho các cell pin trong phạm vi nhiệt độ tối ưu và tối đa hóa tuổi thọ. Các loại làm mát phổ biến nhất được sử dụng là làm mát bằng chất lỏng (bằng cách tuần hoàn chất làm mát qua các tấm tiếp xúc với pin) và làm mát bằng không khí (sử dụng quạt để đẩy không khí qua vỏ pin).
Bước 5: Vận hành
Trong thời gian nhu cầu điện thấp hoặc sản lượng năng lượng tái tạo cao, BESS hấp thụ năng lượng dư thừa thông qua hệ thống chuyển đổi điện năng và lưu trữ trong bộ pin. Khi nhu cầu cao hoặc không có sẵn năng lượng tái tạo, năng lượng dự trữ sẽ được xả trở lại lưới điện thông qua bộ biến tần. Điều này cho phép BESS "chuyển đổi thời gian" năng lượng tái tạo không liên tục, ổn định tần số và điện áp lưới điện, và cung cấp nguồn điện dự phòng trong thời gian mất điện.
Hệ thống quản lý pin theo dõi trạng thái sạc của từng cell pin và kiểm soát tốc độ sạc và xả để ngăn ngừa tình trạng sạc quá mức, quá nhiệt và xả pin quá sâu - kéo dài tuổi thọ sử dụng của pin. Hệ thống làm mát hoạt động để giữ nhiệt độ tổng thể của pin trong phạm vi hoạt động an toàn.
Tóm lại, hệ thống lưu trữ năng lượng pin tận dụng pin, linh kiện điện tử công suất, bộ điều khiển thông minh và quản lý nhiệt một cách tích hợp để lưu trữ điện năng dư thừa và xả điện theo nhu cầu. Điều này cho phép công nghệ BESS tối đa hóa giá trị của các nguồn năng lượng tái tạo, giúp lưới điện hiệu quả và bền vững hơn, đồng thời hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang tương lai năng lượng ít carbon.

Với sự gia tăng của các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió, các hệ thống lưu trữ năng lượng pin quy mô lớn (BESS) đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc ổn định lưới điện. Hệ thống lưu trữ năng lượng pin sử dụng pin sạc để lưu trữ điện năng dư thừa từ lưới điện hoặc từ năng lượng tái tạo và cung cấp lại nguồn điện đó khi cần thiết. Công nghệ BESS giúp tối đa hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo không liên tục và cải thiện độ tin cậy, hiệu quả và tính bền vững tổng thể của lưới điện.
BESS thường bao gồm nhiều thành phần:
1) Bộ pin được cấu tạo từ nhiều module hoặc cell pin để cung cấp dung lượng lưu trữ năng lượng cần thiết. Pin lithium-ion được sử dụng phổ biến nhất do mật độ công suất cao, tuổi thọ dài và khả năng sạc nhanh. Các loại pin khác như pin axit chì và pin dòng chảy cũng được sử dụng.
2) Hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS) kết nối cụm pin với lưới điện. PCS bao gồm bộ biến tần, bộ chuyển đổi và các thiết bị điều khiển khác cho phép dòng điện chạy theo cả hai chiều giữa pin và lưới điện.
3) Hệ thống quản lý pin (BMS) giám sát và kiểm soát trạng thái và hiệu suất của từng cell pin. BMS cân bằng các cell pin, bảo vệ pin khỏi hư hỏng do sạc quá mức hoặc xả quá sâu, đồng thời theo dõi các thông số như điện áp, dòng điện và nhiệt độ.