Việc mở rộng công suất điện mặt trời kết nối lưới và tác động lên lưới điện do đó đã tạo ra những điều kiện thuận lợi hơn cho sự phát triển của công nghệ lưu trữ năng lượng.
Hệ thống lưu trữ năng lượng quang điện khác với hệ thống phát điện nối lưới ở chỗ nó sử dụng pin để lưu trữ và các thiết bị để sạc và xả pin; chi phí đầu tư ban đầu sẽ lớn hơn, nhưng phạm vi ứng dụng sẽ rộng hơn đáng kể. Trong bài viết này, chúng tôi trình bày bốn kịch bản ứng dụng PV + lưu trữ năng lượng tương ứng với các ứng dụng khác nhau: kịch bản ứng dụng lưu trữ năng lượng PV nối lưới, kịch bản ứng dụng lưu trữ năng lượng PV độc lập, kịch bản ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng lưới lai và kịch bản ứng dụng lưu trữ năng lượng lưới điện siêu nhỏ PV.
1. Kịch bản ứng dụng lưu trữ năng lượng quang điện độc lập (off-grid)
Các hệ thống lưu trữ và phát điện năng lượng mặt trời độc lập ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các vùng núi hẻo lánh, khu vực không có điện, đảo, trạm thu phát tín hiệu và chiếu sáng đường phố, cùng nhiều nơi khác mà chúng có thể hoạt động tự chủ mà không cần phụ thuộc vào lưới điện.
Hệ thống bao gồm một dàn pin mặt trời, một bộ biến tần quang điện, một bộ lưu trữ pin và một tải điện. Khi có ánh sáng, dàn pin mặt trời chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện và đồng thời cung cấp điện cho tải thông qua máy tích hợp điều khiển ngược và sạc pin; khi không có ánh sáng, pin sẽ cung cấp điện cho tải AC thông qua bộ biến tần.
Hệ thống phát điện quang điện độc lập được thiết kế đặc biệt để triển khai tại các khu vực thiếu lưới điện hoặc thường xuyên bị mất điện. Các hệ thống này hoạt động theo kiểu "lưu trữ và sử dụng" hoặc "lưu trữ trước rồi mới sử dụng", tương tự như cách than củi được vận chuyển qua tuyết. "Tuyết được nhúng trong than củi". Tại các khu vực không có lưới điện hoặc thường xuyên bị mất điện ảnh hưởng đến các gia đình, hệ thống độc lập rất thiết thực.
2. Các kịch bản ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng lai ghép lưới điện mặt trời
Hệ thống lưu trữ năng lượng lưới điện lai quang điện thường được sử dụng trong các sự cố mất điện thường xuyên. Giá điện tự tiêu thụ cao ngăn cản việc cung cấp điện dư thừa cho Internet; giá điện giờ cao điểm đắt hơn đáng kể so với giá điện giờ thấp điểm và các ứng dụng khác.
Hệ thống bao gồm các mảng quang điện, các mô-đun pin mặt trời, máy móc tích hợp năng lượng mặt trời độc lập và nối lưới, bộ pin, tải và các thành phần khác. Khi có ánh sáng, mảng quang điện chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện và sạc bộ pin đồng thời cung cấp điện cho tải thông qua bộ biến tần điều khiển năng lượng mặt trời; khi không có ánh sáng, pin sẽ sạc bộ biến tần điều khiển năng lượng mặt trời và sau đó cung cấp điện cho tải AC.
Việc tích hợp bộ điều khiển sạc/xả và pin vào hệ thống nối lưới và hệ thống độc lập làm tăng tổng chi phí khoảng 30%-50% so với hệ thống phát điện nối lưới. Tuy nhiên, sự bổ sung này mở rộng tiềm năng ứng dụng của hệ thống. Thứ nhất, có thể cấu hình hệ thống PV để phát điện ở công suất định mức trong thời gian nhu cầu điện cao điểm nhằm giảm chi phí điện năng. Thứ hai, có thể sạc hệ thống PV trong chế độ hoạt động độc lập và xả điện trong thời gian nhu cầu điện cao điểm, tận dụng chênh lệch giá giữa thời điểm cao điểm và thấp điểm. Cuối cùng, trong trường hợp lưới điện không hoạt động, hệ thống PV hoạt động như một nguồn điện dự phòng, và bộ biến tần có thể được tắt để hoạt động ở chế độ độc lập. Hiện nay, kịch bản này được thực hiện thường xuyên hơn ở các quốc gia phát triển.
3. Các kịch bản ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng quang điện nối lưới
Hệ thống phát điện quang điện tích hợp lưu trữ năng lượng nối lưới, hoạt động chủ yếu ở chế độ ghép nối AC sử dụng các thành phần quang điện và lưu trữ năng lượng. Ngoài việc tăng tỷ lệ tự sản xuất, tự tiêu thụ và lưu trữ phân phối quang điện trên mặt đất, hệ thống còn có khả năng lưu trữ năng lượng quang điện trong công nghiệp và thương mại, cũng như các ứng dụng tiềm năng khác.
Các mô-đun pin mặt trời tạo thành mảng quang điện, được bổ sung bởi bộ pin, bộ điều khiển sạc/xả (PCS) và tải tiêu thụ điện. Trong trường hợp công suất mặt trời không đủ đáp ứng nhu cầu tải, hệ thống sẽ được cấp điện một phần từ năng lượng mặt trời và lưới điện. Ngược lại, khi công suất mặt trời vượt quá công suất tải, một phần năng lượng mặt trời được sử dụng để cung cấp điện cho tải, trong khi phần còn lại được lưu trữ thông qua bộ điều khiển. Ngoài ra, hệ thống lưu trữ năng lượng có thể được sử dụng trong quản lý nhu cầu, chênh lệch giá giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm, và các kịch bản khác để tăng lợi nhuận cho mô hình hệ thống.
Tại thị trường năng lượng mới của Trung Quốc, hệ thống lưu trữ năng lượng nối lưới quang điện đã thu hút sự quan tâm đáng kể như một kịch bản ứng dụng năng lượng tái tạo mới nổi. Bằng cách tích hợp thiết bị lưu trữ năng lượng, hệ thống phát điện quang điện và lưới điện xoay chiều, hệ thống này tối đa hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo.
4. Các kịch bản ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng lưới điện siêu nhỏ
Do tầm quan trọng của nó như một thiết bị lưu trữ năng lượng, hệ thống lưu trữ năng lượng lưới điện nhỏ đang ngày càng chiếm vị trí nổi bật trong hệ thống điện và phát triển năng lượng mới của Trung Quốc.
Khi năng lượng tái tạo ngày càng phổ biến và những tiến bộ khoa học, công nghệ tiếp tục phát triển, các kịch bản ứng dụng cho hệ thống lưu trữ năng lượng lưới điện siêu nhỏ cũng ngày càng mở rộng. Các kịch bản này chủ yếu liên quan đến hai khía cạnh được liệt kê dưới đây:
1). Hệ thống phát điện phân tán và lưu trữ năng lượng: Phát điện phân tán liên quan đến việc đặt các thiết bị phát điện quy mô nhỏ ở gần người dùng cuối, sử dụng các nguồn như năng lượng gió, năng lượng mặt trời và các nguồn khác. Bất kỳ lượng điện dư thừa nào được tạo ra sau đó sẽ được lưu trữ trong hệ thống lưu trữ năng lượng, đóng vai trò là nguồn cung cấp điện dự phòng trong thời gian nhu cầu điện cao điểm hoặc khi mất điện lưới.
2). Hệ thống dự phòng điện lưới nhỏ: Để đảm bảo nguồn điện cục bộ ổn định ở các khu vực hẻo lánh, đảo và các địa điểm khác khó tiếp cận lưới điện, hệ thống lưu trữ năng lượng lưới điện nhỏ có thể được sử dụng làm nguồn điện dự phòng.
Bằng cách tận dụng sự bổ sung đa nguồn năng lượng, lưới điện vi mô có thể tối ưu hóa việc sử dụng tiềm năng của năng lượng sạch phân tán. Điều này cho phép chúng giảm thiểu các khía cạnh bất lợi như công suất hạn chế, sản xuất điện không ổn định và nguồn cung cấp điện độc lập không đáng tin cậy, đồng thời đảm bảo hoạt động an toàn của lưới điện lớn hơn. Do đó, lưới điện vi mô đóng vai trò là một sự bổ sung có giá trị cho lưới điện lớn hơn. Quy mô của các kịch bản ứng dụng lưới điện vi mô lớn hơn đáng kể, trải dài từ vài kilowatt đến hàng chục megawatt, và sự đa dạng của các phương án triển khai cũng rộng hơn nhiều.
Các mô hình sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng quang điện rất rộng rãi và đa dạng, bao gồm lưới điện nhỏ, hệ thống độc lập và hệ thống nối lưới. Ứng dụng thực tiễn của năng lượng tái tạo được đặc trưng bởi những lợi ích và thuộc tính riêng biệt của từng loại hình, cùng nhau cung cấp cho người dùng nguồn điện đáng tin cậy và hiệu quả.
Khi công nghệ quang điện (PV) tiếp tục phát triển và chi phí tiếp tục giảm, việc lưu trữ năng lượng PV sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong hệ thống năng lượng tương lai. Đồng thời, sự phát triển và triển khai các kịch bản đa dạng sẽ thúc đẩy sự tiến bộ nhanh chóng của ngành năng lượng mới nổi của Trung Quốc và hỗ trợ việc đạt được mục tiêu chuyển đổi năng lượng và phát triển bền vững về môi trường, ít carbon.
