Hiện nay, trong ngành công nghiệp năng lượng, lưu trữ năng lượng là lĩnh vực phổ biến nhất.
Hơn chục tỉnh, bao gồm Sơn Đông, Sơn Tây, Tân Cương, Nội Mông, An Huy và Tây Tạng, đã ban hành các văn bản yêu cầu các nhà máy điện mặt trời và điện gió phải được trang bị hệ thống lưu trữ năng lượng.
Mặc dù ngành năng lượng từ lâu đã nhận ra rằng “Lưu trữ năng lượng là giải pháp hiệu quả cho sự không ổn định và biến động của năng lượng mặt trời và năng lượng gió, nhằm thúc đẩy việc sử dụng năng lượng và giảm thiểu sự cắt giảm sản lượng.” Việc giảm giá mạnh càng làm nổi bật lợi thế này, nhưng do những hạn chế về công nghệ và chi phí, nó đã bị “bỏ qua”. Ngày nay, sự lựa chọn chính thức được công chúng đón nhận cuối cùng đã làm cho lưu trữ năng lượng tự hào.
Nhưng nếu muốn ngành lưu trữ năng lượng hoàn thành quá trình chuyển đổi ngoạn mục từ "thứ bổ sung" thành "thứ thiết yếu cho thị trường", thì không chỉ cần sự hỗ trợ chính sách rõ ràng và mạnh mẽ hơn, mà đồng thời, chúng ta cũng cần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp lưu trữ quang học bằng công nghệ và đổi mới sản phẩm? Làm thế nào để kết hợp tốt nhất? Những thách thức của sự hội tụ là gì? Tất cả những câu hỏi này cần được trả lời.
1. Các tình huống điển hình của hệ thống là gì?
Hiện nay, trên thị trường chủ yếu có các loại hình giải pháp khác nhau.
Phương án ghép nối phía AC đề cập đến việc kết nối hệ thống quang điện và hệ thống lưu trữ năng lượng ở phía AC, hệ thống lưu trữ năng lượng có thể được kết nối với phía điện áp thấp, hoặc cũng có thể được kết nối với thanh cái 10 kV～35 kV. Phương án này phù hợp với các nhà máy điện lưu trữ quang điện quy mô lớn, bố trí tập trung hệ thống lưu trữ năng lượng, dễ quản lý vận hành và điều độ lưới điện.
Phương án ghép nối phía DC đề cập đến hệ thống lưu trữ năng lượng được kết nối với phía DC, quá trình chuyển đổi năng lượng giữa hai hệ thống ít liên kết hơn, tổn thất năng lượng thấp hơn và chi phí đầu tư thiết bị ít hơn. Trong trường hợp này, biến tần năng lượng mặt trời cần phải dành riêng một giao diện cho hệ thống lưu trữ năng lượng.
2. Làm thế nào để đạt được phép tích phân 1 + 1 > 2?
Có những giải pháp hợp nhất, nhưng việc hợp nhất để đạt được hiệu quả 1 + 1 > 2 là không dễ dàng.
Công nghệ hợp nhất quang học phức tạp hơn. Hệ thống tích hợp cần đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của hệ thống quang điện, lưu trữ năng lượng và lưới điện, đồng thời phá vỡ các rào cản giữa phần cứng, phần mềm và cấp độ hệ thống.
Hệ thống tích hợp lưu trữ quang học bao gồm nhiều thiết bị, cần giải quyết vấn đề tương thích giao diện giữa phần cứng và phần mềm. Thiết bị thường đến từ các nhà sản xuất khác nhau, dẫn đến khó khăn và chi phí gia tăng trong thiết kế nhà máy điện, mua sắm thiết bị, vận hành và bảo trì. Quan trọng hơn, giao diện truyền thông giữa các thiết bị khác nhau cũng khác nhau, buộc các nhà tích hợp phải nắm vững các giao thức và giao diện khác nhau.
Do đó, sự kết hợp lưu trữ quang học không chỉ đơn thuần là sự kết hợp vật lý giữa thiết bị quang điện và thiết bị lưu trữ năng lượng, mà còn dựa vào công nghệ hợp nhất sâu để đạt được hiệu quả 1 + 1 > 2. Điều này kiểm tra rất nhiều về khả năng tích hợp của nhà sản xuất.
3. Sự rối loạn hội nhập ngành xuất hiện do cạnh tranh giá thấp.
Tích hợp hệ thống là chìa khóa để xây dựng trạm điện lưu trữ quang học, nhưng lĩnh vực tích hợp trong nước vẫn còn nhiều thách thức.
Một mặt, hiện nay chưa có nhiều doanh nghiệp có khả năng tích hợp hệ thống lưu trữ quang học. Dù là hội tụ công nghệ hay hội tụ mô hình kinh doanh, ngành lưu trữ năng lượng ở nước ta vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu. Nhiều doanh nghiệp mạnh ở các lĩnh vực riêng lẻ như biến tần năng lượng mặt trời, pin lưu trữ năng lượng, PCS, EMS, v.v., nhưng chỉ có một số ít công ty tích hợp hệ thống lưu trữ quang học.
Mặt khác, việc đấu thầu giá thấp ngày càng trở nên gay gắt, các doanh nghiệp đang bị ràng buộc bởi chi phí thấp. Hiện nay, giá đấu thầu hệ thống lưu trữ năng lượng đã giảm từ 2,15 nhân dân tệ/Wh (giá EPC) xuống còn 1,699 nhân dân tệ/Wh (giá EPC) trong lĩnh vực năng lượng mới trong nước, mức giá này thấp hơn nhiều so với giá thành được ngành công nghiệp công nhận.
Các tình huống khác nhau đòi hỏi các hệ thống lưu trữ năng lượng khác nhau, và hiện chưa có tiêu chuẩn thống nhất nào về thiết kế và chi phí của các hệ thống lưu trữ năng lượng, điều này dễ dẫn đến tình trạng "mảng xám".
“Hiện nay các công ty đang đấu thầu pin, và tiêu chuẩn là 6.000 chu kỳ sạc/xả. Ngành công nghiệp không có tiêu chuẩn đánh giá thống nhất. Một số nhà sản xuất đang đấu thầu các dự án với pin có tuổi thọ dưới 3.000 chu kỳ sạc/xả với giá thấp. Tất nhiên, chúng tôi không thể cạnh tranh với họ về giá cả”, một chuyên gia kỳ cựu trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng bức xúc nói.
“Dĩ nhiên, khía cạnh quan trọng nhất của việc tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng là quản lý an toàn phía DC, tức là quản lý an toàn hệ thống pin, điều này đòi hỏi thiết kế bảo vệ hệ thống rất hoàn chỉnh,” nguồn tin tiếp tục. Pin, mô-đun, cụm pin, quản lý hệ thống pin, bốn cấp độ này được liên kết với nhau, thiết kế bảo vệ hệ thống tốt cho phép biết trạng thái hoạt động của chúng trong thời gian thực, có thể cảnh báo sớm lỗi, và nếu xảy ra lỗi, nó cũng có thể thực hiện bảo vệ từng bước và bảo vệ liên kết nhanh chóng.
Nếu không, những sự cố nhỏ có thể dễ dàng biến thành vấn đề lớn. Trong những năm gần đây, hơn 30 vụ cháy đã xảy ra ở Hàn Quốc, hầu hết nguyên nhân là do lỗi thiết kế hệ thống điện, lỗi hệ thống bảo vệ.
Việc thử nghiệm không dừng lại ở đó, còn có vấn đề về tuổi thọ pin, cần phải có thiết kế hệ thống kiểm soát nhiệt độ lưu trữ năng lượng. Mô phỏng nhiệt nghiêm ngặt và kiểm chứng thực nghiệm, thiết kế ống dẫn khí của thùng chứa năng lượng, cấu hình công suất điều hòa không khí, v.v., nếu không được kiểm soát và thiết kế chặt chẽ, rất dễ dẫn đến sự mất cân bằng nhiệt độ của pin lithium bên trong thùng chứa, làm trầm trọng thêm sự không ổn định của cell pin.
Tác giả đã gặp phải trường hợp hệ thống lưu trữ năng lượng 4H gặp sự cố khi chênh lệch nhiệt độ giữa các cell đạt đến 22℃, không chỉ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ pin mà còn làm tăng nguy cơ hư hỏng trong quá trình vận hành nhà máy điện lưu trữ năng lượng.
4. Làm thế nào để quản lý hiệu quả các hệ thống lưu trữ năng lượng?
Từ khâu lựa chọn phương án đến tích hợp hệ thống, hoạt động an toàn và lợi ích tối ưu của toàn bộ hệ thống lưu trữ năng lượng đều liên quan mật thiết đến việc vận hành và quản lý toàn bộ hệ thống.
So với phương thức điều độ kinh tế truyền thống của nhà máy điện, việc quản lý hiệu quả pin và bộ chuyển đổi trong nhà máy điện tích trữ cần được xem xét đầy đủ khi điều độ hệ thống phát điện tích trữ quang học, từ đó nâng cao an toàn và hiệu quả kinh tế của toàn bộ nhà máy điện.
Đây là lúc tầm quan trọng của EMS (Hệ thống Quản lý Năng lượng - RRB), bộ não thông minh của nhà máy lưu trữ quang điện, được thể hiện. Hệ thống lưu trữ năng lượng hoạt động như thế nào với hệ thống quang điện và lưới điện? Pin cần được sạc đến mức nào, cách sạc ra sao, làm thế nào để đảm bảo an toàn? Tất cả những điều này cần một hệ thống EMS thông minh và hiệu quả để quản lý tích hợp.
Lấy ví dụ về việc làm mịn hệ thống quang điện, hệ thống lưu trữ năng lượng có thể dựa trên điều khiển làm mịn đầu ra quang điện của quá trình phát điện quang điện, thiết lập tham số độ mịn, EMS lấy tham số độ mịn làm mục tiêu điều khiển, áp dụng điều khiển sạc và xả nhanh cho hệ thống lưu trữ năng lượng, sao cho công suất đầu ra của hệ thống phát điện nằm trong phạm vi tốc độ thay đổi đã thiết lập.
Hiện nay, phương pháp thực tiễn ngày càng hoàn thiện trong ngành là sử dụng hệ thống quản lý năng lượng thông minh (EMS) dựa trên dự đoán công suất quang điện và đặc tính phản hồi mili giây của hệ thống lưu trữ năng lượng để điều khiển hệ thống quang điện một cách mượt mà, giảm thiểu tác động lên lưới điện, nâng cao tính ổn định và độ tin cậy của hoạt động lưới điện. Đồng thời, một cơ chế liên kết nhanh chóng trong mili giây được xây dựng giữa hệ thống quản lý pin (BMS), hệ thống điều khiển chu trình (PCS) và EMS để bảo vệ pin và toàn bộ hệ thống.
Ngoài ra, hệ thống EMS thông minh tiên tiến còn có thể đạt được khả năng quản lý tích hợp kỹ thuật số đa năng, bao phủ toàn diện từ khâu thu gom, truyền tải đến phân phối, với phạm vi hoạt động đầy đủ.
