Bess Là Gì? Ưu, Nhược Điểm Của hệ Thống Lưu Trữ Năng Lượng

Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (Battery Energy Storage System - BESS) là một công nghệ tiên tiến cho phép tích trữ điện năng dư thừa từ các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời, gió và cung cấp lại khi cần thiết. Nói một cách đơn giản, BESS hoạt động như một "ngân hàng năng lượng" khổng lồ, giúp cân bằng cung và cầu điện trong hệ thống điện.

Cách hệ thống lưu trữ năng lượng BESS hoạt động

• Thu thập năng lượng: Khi các tấm pin mặt trời hoặc tua bin gió sản xuất ra điện năng vượt quá nhu cầu sử dụng ngay lập tức, điện năng dư thừa sẽ được chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC) và lưu trữ trong pin.
• Lưu trữ năng lượng: Pin sẽ chuyển đổi dòng điện DC thành năng lượng hóa học và lưu trữ lại bên trong.
• Phóng điện: Khi nhu cầu điện năng tăng lên, pin sẽ chuyển đổi năng lượng hóa học trở lại thành dòng điện DC, sau đó được biến đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) để cung cấp cho các thiết bị điện.

Ví dụ:

• Hộ gia đình: Vào ban ngày, các tấm pin mặt trời trên mái nhà sản xuất ra điện năng, một phần được sử dụng ngay và phần còn lại được lưu trữ trong hệ thống BESS. Đến ban đêm, khi không có ánh sáng mặt trời, điện năng dự trữ trong BESS sẽ được sử dụng để cung cấp điện cho các thiết bị trong nhà.
• Nhà máy: Các nhà máy sản xuất thường có nhu cầu điện năng biến động theo từng thời điểm trong ngày. Hệ thống BESS có thể giúp cân bằng tải, giảm thiểu việc phải sử dụng điện lưới quốc gia vào các giờ cao điểm, từ đó tiết kiệm chi phí điện năng.

Tóm lại, hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) hoạt động bằng cách sạc pin khi có điện dư thừa (từ lưới điện hoặc năng lượng tái tạo) và xả điện khi cần sử dụng. Điện dư thừa được lưu trữ vào pin, vậy cùng DMT Solar tìm hiểu xem đâu là loại pin thường được sử dụng, có nhược điểm gì?

Các loại pin sử dụng trong hệ thống BESS phổ biến hiện nay

Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) là một công nghệ cốt lõi trong việc chuyển đổi sang năng lượng sạch. Sự lựa chọn loại pin phù hợp là yếu tố quyết định hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống. Dưới đây là một số loại pin phổ biến được sử dụng trong BESS hiện nay:

1. Pin Lithium-ion (Li-ion)

Đây là loại pin phổ biến nhất hiện nay nhờ mật độ năng lượng cao, hiệu suất tốt và tuổi thọ dài. Pin Li-ion sử dụng lithium ion di chuyển giữa cực dương và cực âm để tạo ra dòng điện.

Ưu điểm

• Mật độ năng lượng cao: Cùng khối lượng có thể lưu trữ được nhiều năng lượng hơn những loại pin khác.
• Hiệu suất cao: Quá trình chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng hóa học và ngược lại ít  tổn thất năng lượng.
• Tuổi thọ cao: Có thể sạc và xả nhiều lần.
• Công suất cao: Là loại pin có dòng phóng lớn, nên phù hợp với những ứng dụng
• Sạc nhanh: Pin Li-ion hỗ trợ sạc nhanh, giúp tiết kiệm thời gian cho người dùng.

Nhược điểm

• Chi phí cao: So với các loại pin khác, pin Li-ion có giá thành cao hơn.
• An toàn: Nguy cơ cháy nổ nếu không được thiết kế và quản lý đúng cách.

2. Pin Natri-ion (Na-ion)

Pin Na-ion đang nổi lên như một đối thủ cạnh tranh tiềm năng với pin Lithium-ion, đặc biệt trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Loại pin này sử dụng ion natri để lưu trữ năng lượng với chi phí sản xuất thấp hơn và nguồn nguyên liệu dồi dào hơn, nên đây được xem là một giải pháp thay thế tiềm năng cho pin Li-ion,

Ưu điểm

• Chi phí thấp: Natri là một nguyên tố phổ biến và rẻ hơn nhiều so với lithium. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất pin, đặc biệt là cho các ứng dụng quy mô lớn.
• An toàn hơn: Natri ít phản ứng hóa học hơn lithium, giúp giảm nguy cơ cháy nổ và tăng độ ổn định của pin.
• Nguồn nguyên liệu dồi dào: Natri có sẵn trong tự nhiên.
• Thân thiện với môi trường: Quá trình sản xuất và xử lý pin Natri-ion ít gây ô nhiễm hơn so với pin Lithium-ion.
• Nhiệt độ hoạt động rộng: Pin Natri-ion có thể hoạt động tốt trong một phạm vi nhiệt độ rộng hơn, phù hợp với nhiều điều kiện môi trường khác nhau.

Nhược điểm

• Mật độ năng lượng thấp hơn: So với pin Li-ion, pin Na-ion có mật độ năng lượng thấp hơn, nghĩa là chúng cần nhiều không gian hơn để lưu trữ cùng một lượng năng lượng.
• Tuổi thọ ngắn hơn: Hiện tại, tuổi thọ của pin Na-ion chưa bằng pin Li-ion.
• Công suất thấp hơn: Pin Natri-ion thường có công suất thấp hơn, tức là chúng không thể cung cấp dòng điện lớn trong thời gian ngắn như pin Lithium-ion.

3. Pin Kẽm-không khí (Zinc-air)

Pin kẽm-không khí sử dụng kẽm làm cực âm và oxy trong không khí làm cực dương. Loại pin này có mật độ năng lượng rất cao và thân thiện với môi trường.

Ưu điểm

• Mật độ năng lượng cao nhất trong số các loại pin hiện nay.
• Thân thiện với môi trường: Nguyên liệu dễ tìm và không gây ô nhiễm.
• Chi phí thấp: Nguyên liệu sản xuất rẻ.
• An toàn: Pin kẽm-không khí ít nguy cơ cháy nổ hơn so với pin lithium-ion.

Nhược điểm

• Công suất thấp: Không phù hợp với các ứng dụng cần công suất lớn.
• Tuổi thọ ngắn: Pin kẽm-không khí thường chỉ sử dụng một lần.
• Hiệu suất phụ thuộc vào môi trường: Hiệu suất của pin kẽm-không khí phụ thuộc rất lớn vào nồng độ oxy trong không khí, độ ẩm và nhiệt độ.

4. Pin Dòng chảy (Flow battery)

Pin dòng chảy là một công nghệ lưu trữ năng lượng đang được nghiên cứu và phát triển rộng rãi, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng quy mô lớn. Loại pin này hoạt động dựa trên việc lưu trữ năng lượng trong các chất điện phân lỏng được chứa trong các bể chứa bên ngoài.

Ưu điểm

• Tuổi thọ cao: Có thể sạc và xả nhiều lần mà không bị suy giảm hiểu suất của pin.
• Khả năng mở rộng linh hoạt: Dung lượng của pin dòng chảy có thể dễ dàng tăng lên bằng cách tăng kích thước của bể chứa chất điện phân, không cần thay đổi cấu trúc chính của pin.
• Điều chỉnh công suất và dung lượng độc lập: Công suất và dung lượng của pin dòng chảy có thể được điều chỉnh độc lập, giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.
• Độ an toàn cao: Pin dòng chảy thường được coi là an toàn hơn các loại pin khác, ít nguy cơ cháy nổ.
• Hiệu suất cao: Pin dòng chảy có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao và có thể duy trì hiệu suất ổn định trong thời gian dài.

Nhược điểm

• Chi phí đầu tư ban đầu cao: Do cấu tạo phức tạp và yêu cầu về vật liệu, chi phí sản xuất pin dòng chảy hiện nay còn khá cao.
• Kích thước lớn: Cần nhiều không gian để lắp đặt.
• Mật độ năng lượng thấp: So với các loại pin khác như lithium-ion, pin dòng chảy có mật độ năng lượng thấp hơn.
• Hiệu suất phụ thuộc vào nhiệt độ: Hiệu suất của pin dòng chảy có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường.

5. Một số loại pin khác ít phổ biến hơn

Ngoài các loại pin trên, còn có một số loại pin khác như pin chì-axit, pin niken-cadmium, tuy nhiên các loại pin này ít được sử dụng trong BESS do hiệu suất thấp và tuổi thọ ngắn.

Vai trò của hệ thông lưu trữ năng lượng BESS

1. Lưu trữ năng lượng dư thừa

• Tận dụng tối đa năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời được sản xuất chủ yếu vào ban ngày, trong khi nhu cầu tiêu thụ điện năng lại cao vào các giờ cao điểm khi trời tối. Hệ thống lưu trữ BESS giúp lưu trữ phần năng lượng dư thừa vào ban ngày để sử dụng vào ban đêm hoặc các thời điểm khác khi nhu cầu tăng cao.
• Giảm phụ thuộc vào lưới điện: Việc lưu trữ năng lượng giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia, tăng tính tự chủ về năng lượng cho các hộ gia đình và doanh nghiệp khi cúp điện hay có sự cố mất điện.

2. Cân bằng lưới điện

• Ổn định lưới điện: Hệ thống BESS giúp cân bằng cung và cầu điện, giảm thiểu các biến động về điện áp và tần số trên lưới điện.
• Hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo: BESS giúp tăng cường khả năng tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện, góp phần giảm thiểu khí thải nhà kính.

3. Cung cấp điện dự phòng

• Đảm bảo nguồn điện ổn định: Trong trường hợp mất điện lưới, hệ thống BESS có thể cung cấp điện dự phòng cho các thiết bị quan trọng, đảm bảo hoạt động liên tục của các cơ sở sản xuất, bệnh viện, trường học...
• Nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện: BESS giúp tăng cường độ tin cậy của hệ thống điện, giảm thiểu rủi ro gián đoạn cung cấp điện.

4. Tối ưu hóa chi phí

• Giảm chi phí hóa đơn điện: Hệ thống lưu trữ năng lượng giúp giảm chi phí hóa đơn điện bằng cách giảm nhu cầu mua điện từ lưới điện trong giờ cao điểm.
• Tăng tuổi thọ của thiết bị: BESS giúp bảo vệ các thiết bị điện khỏi các biến động điện áp, kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

Tóm lại, hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời BESS đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng, giúp tận dụng tối đa năng lượng mặt trời, ổn định lưới điện và nâng cao chất lượng cuộc sống.

Nhược điểm của hệ thông lưu trữ năng lượng BESS

Mặc dù hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) mang lại nhiều lợi ích, nhưng chúng cũng tồn tại một số hạn chế đáng kể. Dưới đây là những nhược điểm chính của BESS:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao: Pin là thành phần chính và có giá thành cao, đặc biệt đối với các loại pin có mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài. Ngoài ra, hệ thống điều khiển và quản lý phúc tạp cũng làm tăng đáng kể chi phí đầu tư ban đầu.
• Tuổi thọ hạn chế: Mỗi loại pin có số chu kỳ sạc/xả giới hạn, vì vậy mà sau một khoảng thời gian nhất định sẽ cần được thay thế để có thể đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất. Yếu tố môi trường cũng ảnh hưởng đang kể đến hệ thông này, nhiệt độ và độ ẩm làm giảm tuổi thọ của pin lưu trữ.
• Hiệu suất chưa cao: Trong quá trình sạc và xả, luôn có một phần năng lượng bị hao phí. Ngoài ra, như có nói ở trên hiệu suất của pin sẽ giảm dần theo thời gian và số lần sạc/xả.
• Nguy cơ cháy nổ và chất độc hại: Một số loại pin, đặc biệt là pin lithium-ion, có nguy cơ cháy nổ nếu không được thiết kế và vận hành đúng cách. Pin sau khi sử dụng nếu không được xử lý đúng cách có thể thải một số chất độc từ pin ảnh hưởng đến môi trường.
• Kích thước và trọng lượng: Các hệ thống BESS có công suất lớn thường chiếm khá nhiều diện tích. Gây khó khăn trong việc vận chuyển và lắp đặt các hệ thống BESS lớn có thể gặp nhiều khó khăn.

Hình ảnh thực tế các dự án áp dụng hệ thống lưu trữ BESS