GIẢI PHÁP LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG DANFOSS

1. Tổng quan – Lưu trữ năng lượng giúp đạt được các mục tiêu khí hậu theo Thỏa thuận Paris như thế nào?

Khử carbon bằng các giải pháp lưu trữ năng lượng

Chuyển đổi sang năng lượng tái tạo được xem là một bước đi thiết yếu trong quá trình khử carbon. Tuy nhiên, nguồn năng lượng tái tạo có tính gián đoạn, khác với khả năng cung cấp liên tục của các nguồn năng lượng hóa thạch.

Do đó, để tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng, chúng ta cần giải quyết bài toán cân bằng giữa nguồn cung và nhu cầu sử dụng điện năng. Khi sử dụng các nguồn điện tái tạo, sản lượng điện phát ra tại từng thời điểm có thể chênh lệch đáng kể so với nhu cầu tiêu thụ thực tế.

Giải pháp lưu trữ năng lượng – Hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo

Hệ thống lưu trữ năng lượng giúp thu hẹp khoảng cách giữa nguồn cung và nhu cầu sử dụng điện tại những thời điểm khác nhau trong ngày.

Ví dụ, hệ thống điện mặt trời đạt sản lượng cao nhất vào buổi trưa và không phát điện vào ban đêm. Trong khi đó, nhu cầu tiêu thụ điện có thể diễn biến ngược lại: tăng cao vào buổi tối và sáng sớm, nhưng giảm xuống vào buổi trưa.

Để giảm phát thải carbon hiệu quả, việc triển khai các hệ thống lưu trữ năng lượng ở quy mô nhiều gigawatt là vô cùng cần thiết. Quy mô lưu trữ đủ lớn mới có thể giúp lưới điện sử dụng năng lượng tái tạo cung cấp điện ổn định và tin cậy, tương đương với những gì lưới điện truyền thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch có thể đáp ứng. 

Đảm bảo lưới điện ổn định và tin cậy khi tích hợp năng lượng tái tạo

Danfoss cam kết thúc đẩy quá trình chuyển đổi xanh. Một trong những thách thức lớn đối với khách hàng là tích hợp nhiều nguồn phát điện và hệ thống lưu trữ năng lượng khác nhau vào cùng một lưới điện. Điều này có thể gây ra các vấn đề về chất lượng điện năng và làm mất ổn định lưới điện.

Để giải quyết những thách thức này, Danfoss cung cấp các giải pháp tối ưu giúp nâng cao độ tin cậy của nguồn điện và duy trì khả năng cung cấp điện ổn định.

Công nghệ Danfoss đã được ứng dụng trong các giải pháp chuyển đổi công suất nhằm duy trì nguồn điện ổn định và thân thiện với lưới điện. Danfoss cung cấp danh mục thiết bị đa dạng cho các hệ thống lưu trữ năng lượng, với hiệu suất chuyển đổi cao và được thiết kế chuyên biệt cho những ứng dụng này.

Các giải pháp của Danfoss tích hợp những tính năng như:

• Hệ số công suất có thể điều chỉnh.
• Các chức năng hỗ trợ vận hành thân thiện với lưới điện.
• Hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao.

Nhờ đó, hệ thống có thể đáp ứng các yêu cầu về chất lượng điện năng và quy chuẩn đấu nối lưới điện. Với kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực chuyển đổi công suất cho hệ thống lưu trữ năng lượng, Danfoss là đối tác công nghệ phù hợp cho các dự án đầu tư vào lĩnh vực này.

2. Hỗ trợ lưới điện – Grid Support

2.1. Hệ thống lưu trữ năng lượng hỗ trợ các thành phần trong ngành điện như thế nào?

Hệ thống lưu trữ năng lượng mang lại lợi ích khác nhau tùy theo vị trí và vai trò của đơn vị sử dụng.

Đối với đơn vị phát điện

Lưu trữ năng lượng giúp đảm bảo nguồn cung có thể đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện trong suốt 24 giờ mỗi ngày.

Đối với đơn vị truyền tải điện

Hệ thống lưu trữ có thể tích trữ điện khi giá thấp và phát điện trở lại khi giá cao. Ngoài ra, hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS) có thể cung cấp các dịch vụ hỗ trợ lưới điện như:

• Điều chỉnh tần số.
• Cấp nguồn dự phòng khi xảy ra sự cố ngoài dự kiến.
• Điều chỉnh điện áp.

Đối với đơn vị tiêu thụ điện

Lưu trữ năng lượng giúp:

• Tăng khả năng tự sử dụng điện từ hệ thống điện mặt trời.
• Duy trì nguồn điện khi điện áp suy giảm hoặc khi xảy ra mất điện.
• Thực hiện điều chỉnh nhu cầu phụ tải (Demand Response), giảm tải cho lưới điện khi giá điện cao hoặc nguồn cung không đủ đáp ứng nhu cầu tức thời.

2.2. Các lĩnh vực có thể ứng dụng lưu trữ năng lượng

Danfoss phân chia các ứng dụng thành hai nhóm chính:

• BTM (Behind-the-Meter – phía sau công tơ): Công nghiệp, thương mại, dân dụng và giải pháp kết nối xe điện với lưới điện (V2G).
• FTM (Front-of-the-Meter – phía trước công tơ): Các hệ thống phát điện và truyền tải điện.

Đối với BTM, hệ thống lưu trữ chủ yếu phục vụ nhu cầu sử dụng điện tại nhà máy, cơ sở thương mại và hộ gia đình. Đối với FTM, hệ thống hỗ trợ hoạt động phát điện và hạ tầng lưới điện.

2.3. Nâng cao chất lượng và độ tin cậy của nguồn điện

Lưu trữ năng lượng giúp hệ thống điện linh hoạt, ổn định và sạch hơn thông qua ba yếu tố:

• Tính linh hoạt của nguồn điện: Chuyển sang nguồn điện thay thế nhanh chóng khi xảy ra sự cố hoặc gián đoạn cung cấp.
• Độ tin cậy của lưới điện: Hỗ trợ duy trì nguồn điện cho các công trình thiết yếu như bệnh viện và hệ thống cấp nước.
• Chất lượng điện năng: Hạn chế các biến động và hiện tượng méo dạng sóng hài ảnh hưởng đến hệ thống điện.

Bên cạnh công suất cung cấp, chất lượng điện áp cũng rất quan trọng để đảm bảo lưới điện vận hành ổn định. Các hệ thống phải đáp ứng yêu cầu về độ méo sóng hài, dòng điện ngắn mạch và khả năng điều khiển lưới điện.

3. Giá trị kinh tế của hệ thống lưu trữ năng lượng

Các lưới điện thông minh tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng cho phép điều chuyển thời gian cung cấp năng lượng, từ đó ngăn ngừa gián đoạn trong quá trình sản xuất điện từ nhiều nguồn năng lượng tái tạo. Hệ thống lưu trữ năng lượng có thể cung cấp nguồn điện dự phòng trong các tình huống thiếu hụt năng lượng, chẳng hạn như khi cắt giảm phụ tải hoặc khi xảy ra sự cố mất điện ngoài kế hoạch.

Các hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin đóng vai trò là nguồn cung cấp điện thay thế cho lưới điện phân tán, hoặc cho lưới điện một chiều (DC) trong các lĩnh vực công nghiệp hay hàng hải. Khi nguồn cung dư thừa, hệ thống có thể chuyển hướng năng lượng vào lưu trữ. Ngược lại, khi nhu cầu tăng cao, năng lượng từ thiết bị lưu trữ có thể được huy động để bổ sung nguồn cung, từ đó giúp doanh nghiệp:

• Giảm chi phí vận hành (OPEX)
• Nâng cao hiệu suất hệ thống
• Tối ưu mức độ tin cậy, ổn định của hệ thống

Duy trì sự ổn định nhờ nguồn điện dự phòng

Các hệ thống lưu trữ năng lượng không chỉ giúp ổn định những biến động trên lưới điện mà còn đóng vai trò là nguồn điện dự phòng trong các tình huống thiếu hụt năng lượng hoặc mất điện – dù là do cắt giảm phụ tải hay các sự cố bất ngờ. Việc sử dụng các hệ thống lưu trữ năng lượng khi nguồn cung không ổn định hoặc xảy ra mất điện sẽ đảm bảo:

• Thời gian hoạt động tối đa cho các quy trình công nghiệp
• Độ tin cậy của các dịch vụ thiết yếu
• Sự vận hành không gián đoạn cho người tiêu dùng

Trong hệ thống lưới điện phi tập trung, sự biến động về nguồn cung và mức tiêu thụ năng lượng thường dẫn đến các thời điểm sản lượng năng lượng đạt đỉnh hoặc sụt giảm mạnh. Những biến động này là đặc thù của năng lượng mặt trời và năng lượng gió. 

Các giải pháp lưu trữ năng lượng giúp ổn định những biến động đó, cho phép lưới điện vận hành ổn định ở mức nhu cầu năng lượng trung bình – vốn thường thấp hơn các mức đỉnh tải. Nhờ vậy, các nhà thiết kế có thể lựa chọn thiết bị với công suất định mức thấp hơn để đáp ứng tải tiêu thụ thông thường, từ đó giúp giảm bớt chi phí đầu tư ban đầu cần thiết.

Dịch chuyển thời điểm (Time-shifting) sử dụng năng lượng giúp giảm chi phí điện năng

Việc dịch chuyển thời điểm (time-shifting) sử dụng năng lượng giúp tối ưu hóa chi phí bằng cách lưu trữ năng lượng vào những lúc giá điện từ lưới thấp, sau đó sử dụng nguồn năng lượng đã lưu trữ này vào những thời điểm giá điện cao. Hệ thống lưu trữ có thể kết hợp với các loại nhiên liệu xanh như hydro, e-ammonia và e-methanol, cho phép các hệ thống này vận hành ở công suất tối đa, đồng thời lưu trữ phần năng lượng dư thừa vào pin.

Thông qua hệ thống lưu trữ năng lượng kết hợp với cơ chế quản lý thông minh, năng lượng được lưu trữ có thể được sử dụng hoặc bán lại vào thời điểm giá điện ở mức cao nhất. Chiến lược tận dụng chênh lệch giá này được gọi là kinh doanh chênh lệch giá (arbitrage).

4. Giải pháp lưu trữ năng lượng của Danfoss

4.1. Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS)

Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS – Energy Storage System) thu nhận phần năng lượng dư thừa trong thời điểm nhu cầu thấp hoặc nguồn điện tái tạo dồi dào, sau đó lưu trữ để sử dụng khi cần thiết.

Các công nghệ lưu trữ có thể bao gồm pin, tụ điện, bánh đà, thủy điện tích năng, pin lithium-ion, lưu trữ nhiệt, pin dòng chảy và lưu trữ khí nén.

Năng lượng được tích trữ có thể cung cấp trở lại khi nhu cầu vượt nguồn cung hoặc trong giờ cao điểm, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và nâng cao hiệu quả vận hành.

4.2. Lưới điện thông minh

Khi tích hợp lưu trữ năng lượng vào lưới điện thông minh, hệ thống có thể dịch chuyển thời điểm cung cấp điện, giảm ảnh hưởng của tính gián đoạn từ các nguồn năng lượng tái tạo.

Trong trường hợp thiếu điện hoặc mất điện ngoài dự kiến, hệ thống lưu trữ còn có thể cung cấp nguồn dự phòng để duy trì hoạt động trong một khoảng thời gian nhất định.

4.3. Nguồn điện DC dự phòng cho công nghiệp

Giải pháp Industrial DC Backup sử dụng lưu trữ năng lượng để duy trì nguồn điện ổn định cho các phụ tải quan trọng trong nhà máy.

Theo Danfoss, hệ thống lưu trữ có thể:

• Tăng tính linh hoạt và khả năng chống chịu của lưới điện.
• Giảm phụ tải đỉnh và dịch chuyển phụ tải.
• Tận dụng phần năng lượng dư thừa, nâng cao hiệu suất tổng thể.
• Tăng độ tin cậy của nguồn điện dự phòng, giảm nguy cơ gián đoạn.
• Giảm hoặc trì hoãn chi phí đầu tư vốn (CAPEX).
• Tối ưu công suất thiết kế và trì hoãn đầu tư mở rộng hạ tầng.

5. Ứng dụng trong công nghiệp và giao thông điện hóa

5.1. Tích hợp điện mặt trời và điện gió

Các giải pháp chuyển đổi công suất của Danfoss hỗ trợ tích hợp hệ thống lưu trữ cùng nhiều nguồn năng lượng khác nhau vào lưới điện. Việc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đấu nối giúp cải thiện hiệu suất hệ thống và giảm nhu cầu đầu tư vốn.

5.2. Hỗ trợ hạ tầng sạc xe điện

Khi số lượng xe điện và xe tải điện tăng lên, công suất sạc cao có thể vượt quá khả năng đáp ứng của máy biến áp hoặc hạ tầng điện hiện hữu.

BESS có thể hỗ trợ lưới điện vào thời điểm nhu cầu sạc tăng cao, giúp:

• Giảm hoặc trì hoãn việc nâng cấp đường dây và hạ tầng điện.
• Đáp ứng công suất sạc nhanh thông qua chức năng cắt giảm công suất đỉnh.
• Tối ưu chi phí vận hành khi sử dụng điện tái tạo được sản xuất và tiêu thụ tại chỗ.

5.3. Hệ thống lưới điện một chiều (DC)

Lưới điện DC có thể mang lại lợi ích về hiệu suất, giảm nhu cầu sử dụng đồng và tối ưu cấu trúc hệ thống.

Khi kết hợp với bộ biến đổi công suất Danfoss, hệ thống lưu trữ DC có thể giúp giảm CAPEX và OPEX, tăng hiệu suất năng lượng, đồng thời hỗ trợ cấu trúc dự phòng và mở rộng theo mô-đun.

Danfoss cũng đề cập đến giải pháp DCGuard, hỗ trợ phát hiện và ngắt dòng điện sự cố trong thời gian rất ngắn, bảo vệ linh kiện bán dẫn và tăng độ tin cậy cho hệ thống DC.

6. Mô phỏng, kiểm chứng và an ninh mạng

Mô phỏng hệ thống

Danfoss sử dụng công cụ mô phỏng để thiết kế, dự đoán và kiểm chứng hiệu suất của bộ biến đổi công suất trước khi triển khai thực tế.

Mô phỏng giúp đánh giá phản ứng của hệ thống khi có sự cố, tối ưu kích thước thiết bị, giảm chi phí đầu tư và kiểm tra khả năng đáp ứng yêu cầu đấu nối lưới điện.

An ninh mạng

Đối với hệ thống lưu trữ năng lượng, bảo vệ hệ thống trước truy cập trái phép là yếu tố quan trọng. Danfoss giới thiệu các cơ chế bảo mật dựa trên phần cứng, bao gồm chip mã hóa, firmware được bảo vệ và truyền dữ liệu mã hóa nhằm giảm nguy cơ tấn công mạng.

OTECH – Đồng hành cùng doanh nghiệp trong giải pháp BESS

Với xu hướng chuyển dịch sang năng lượng xanh và yêu cầu ngày càng cao về hiệu quả sử dụng điện, BESS đang trở thành một thành phần quan trọng trong chiến lược quản lý năng lượng của doanh nghiệp.

OTECH cam kết đồng hành cùng doanh nghiệp trong việc tư vấn giải pháp, lựa chọn thiết bị và xây dựng phương án ứng dụng BESS phù hợp với đặc điểm phụ tải và hệ thống điện thực tế.

Nguồn tham khảo chính: Danfoss