Pin tích trữ năng lượng cho quy mô lưới điện – liệu có khả thi?
Menno Sulsters – Kỹ sư dự án ở SEM Solutions – cho biết: Lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện có thể làm thay đổi tình hình năng lượng ở Nam Phi theo chiều hướng tích cực.
Một hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS – Battery energy storage system) được sạc hay thu thập năng lượng từ lưới hay một nhà máy điện và sau đó xả ra để cung cấp điện hay các dịch vụ lưới điện khác khi cần thiết có thể chính là những gì mà Nam Phi đang cần đến.
Pin lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện cũng góp phần tạo ra năng lượng sạch hơn. Thế giới đã nhận ra rằng chúng ta cần thay đổi thái độ và hành động đến việc sử dụng lượng lớn nguyên liệu từ carbon. Nhận thức này đã góp phần làm tăng nhu cầu tiếp cận đến nguồn năng lượng sạch để giảm thiểu biến đổi khí hậu toàn cầu. Điều này đã dẫn đến giảm chi phí nhanh chóng trong sản xuất năng lượng tái tạo chẳng hạn như năng lượng gió, mặt trời, thủy điện, và khí sinh học.
Bộ lưu trữ và điều phối quy mô lưới điện có thể sử dụng với bất kỳ năng lượng được sản xuất từ bất kể nguồn nào.
Nhưng liệu chúng có khả thi không?
Hiện tại, chúng ta có thể lựa chọn một trong những loại pin lưu trữ có sẵn hay đang được nghiên cứu cho ứng dụng quy mô lưới điện. Chẳng hạn như pin Lithium-ion, ắc quy axit chì (Lead acid), pin oxi hóa khử (Redox flow) và pin muối nóng chảy (molten salt)), kể cả pin từ natri. Mỗi loại có những đặc tính kỹ thuật đa dạng và do đó mỗi loại đều có ưu và nhược điểm riêng.
Công nghệ pin Lithium-ion hiện đang chiếm lĩnh thị trường Mỹ và toàn cầu. Nhờ công nghệ đổi mới và khả năng sản xuất được cải thiện, giá pin Lithium-ion đã giảm mạnh từ năm 2010 đến năm 2016 (hơn 70%) và có xu hướng sẽ tiếp tục giảm.
Do đó, hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS) bắt đầu đóng vai trò ngày càng lớn trong hệ thống điện với chi phí giảm nhanh chóng nhờ công nghệ pin phát triển. Các nhà hoạch định chính sách, cơ quan quản lý và tổ chức dịch vụ công cộng đang phát triển các chính sách để bắt đầu triển khai BESS khi giá cả đang tiếp tục giảm và nhu cầu cho tính linh hoạt của hệ thống điện gió và mặt trời tăng lên.
Pin lưu trữ là một trong số các lựa chọn công nghệ giúp năng cao tính linh hoạt của hệ thống điện và cho phép tích hợp lượng lớn năng lượng tái tạo. Nhiều nghiên cứu khác nhau và thí nghiệm thực tế cho thấy các hệ thống điện liên kết với nhau có thể tích hợp một cách an toàn và ổn định với lượng lớn nguồn năng lượng từ nguồn năng lượng tái tạo không liên tục (VRE) mà không cần nguồn dự trữ năng lượng mới.
Pin lưu trữ quy mô lưới điện có nhiều lợi ích khác nhau, chẳng hạn như giải quyết tình trạng gián đoạn của năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Chúng cũng giúp đáp ứng nhanh chóng với những biến động lớn về nhu cầu điện, giúp cho lưới điện ổn định và giảm nhu cầu xây dựng các nhà máy điện dự phòng.
Pin lưu trữ năng lượng cũng góp phần giảm thiểu áp lực nhu cầu điện vào giờ cao điểm, chẳng hạn như vào những ngày nắng nóng khi mọi người sử dụng máy điều hòa nhiều để hạ nhiệt. Lưu trữ năng lượng cũng giúp cho lưới điện linh hoạt hơn vì các nhà phân phối có thể mua điện trong giờ thấp điểm khi giá điện rẻ và bán cho lưới điện khi có nhu cầu lớn hơn. Khi nhà máy điện bị gián đoạn, pin giúp hệ thống có thể phục hồi nhanh khi hoạt động như một nguồn năng lượng dự phòng, như với tình trạng giảm tải ở Nam Phi.
Pin lưu trữ quy mô lưới điện cũng có nhiều thử thách
Các rào cản pháp lý bao gồm việc thiếu các quy tắc và quy định để làm rõ vai trò của pin lưu trữ năng lượng. Ngoài ra còn có những hạn chế hay thiếu rõ ràng xung quanh việc nếu như hoặc làm thế nào bộ lưu trữ có thể được sử dụng với vai trò phát điện, truyền tải và phân phối.
Mặt khác, các rào cản thị trường bao gồm thiếu thị trường cho các dịch vụ hệ thống này cũng như thiếu minh chứng cho chất lượng và số lượng của dịch vụ. Dữ liệu và khả năng phân tích cũng là những thách thức vì hệ thống pin lưu trữ là một công nghệ mới nổi với nhiều rủi ro hơn cho các nhà đầu tư so với đầu tư máy phát điện bình thường.
Chúng ta cũng phải nhớ rằng tất cả hệ thống lưu trữ năng lượng đều có các đặc điểm chính cần được xem xét khi tiềm năng của việc lên kết hoạch lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện là khả thi:
- Định mức công suất phát (Tổng công suất phát điện tức thời mà bộ lưu trữ có thể, được tính bằng kilowatt [kW] hoặc megawatt [MW]) của BESS hay tốc độ xả tối đa của BESS có thể đạt được, tính từ lúc hệ thống được sạc đầy.
- Dung lượng lưu trữ (lượng năng lượng lớn nhất được tích trữ lại – tính bằng kilowatt giờ [kWh] hay megawatt giờ [MWh]).
- Thời lượng lưu trữ (thời gian mà hệ lưu trữ xả cạn dung lượng với công suất xả định mức).
- Số chu kỳ sạc/xả hay vòng đời của hệ thống trước khi hỏng hóc hay xuống cấp quá mức.
- Mức độ tự xả, được biểu thị bằng phần trăm dung lượng bị mất trong một khoảng thời gian nhất định, làm giảm dung lượng khả dụng và là một thông số quan trọng cần xem xét của bộ lưu trữ dành cho các ứng dụng lưu trữ thời gian dài.
- Trạng thái dung lượng, được biểu thị bằng phần trăm, thể hiện mức dung lượng hiện tại của bộ lưu trữ và nằm trong khoảng từ khi đã xả cạn hoàn toàn đến khi được sạc đầy. Trạng thái dung lượng ảnh hưởng đến khả năng cung cấp năng lượng hoặc các dịch vụ phụ trợ của bộ lưu trữ cho lưới điện tại bất kỳ thời điểm nào.
- Hiệu suất sạc/xả, được đo bằng phần trăm, là tỷ lệ giữa năng lượng được sạc vào và năng lượng được xả ra từ bộ lưu trữ.
Hệ thống lưu trữ năng lượng cũng cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau, chẳng hạn như kinh doanh thương mại dựa trên sự chênh lệch giá điện. Đây là khi bộ lưu trữ được sạc vào thời điểm giá điện rẻ và được xả để sử dụng hay bán lên lưới vào những giờ cao điểm có giá điện đắt tiền hơn. Hay vào lúc công suất đỉnh, người vận hành hệ thống sẽ phải đảm bảo cho nguồn cung cấp năng lượng phát công suất đủ để đáp ứng nhu cầu trong những khoảng thời gian sử dụng tải đỉnh.
Dự trữ và các dịch vụ phụ trợ duy trì hoạt động của hệ thống điện đáng tin cậy trong đó việc phát điện phải đáp ứng chính xác nhu cầu điện tại mọi thời điểm.
Trì hoãn nâng cấp hệ thống truyền tải và phân phối có thể giúp hoãn lại hoặc tránh phải tốn chi phí đầu tư lưới điện mới. Họ làm điều này bằng cách đáp ứng nhu cầu điện cao điểm với năng lượng được lưu trữ từ các thời điểm sử dụng điện ít, giảm quá tải và cải thiện việc sử dụng đường truyền tải và phân phối tổng.
Không giống như việc đầu tư vào hệ thống truyền tải và phân phối truyền thống, hệ thống pin lưu trữ di động (BESS di động) có thể được di dời đến các khu vực mới khi không còn cần thiết ở vị trí ban đầu, làm tăng giá trị tổng thể của chúng đến lưới điện. Black Start là một dịch vụ khác, trong đó máy phát điện diessel tại chỗ được sử dụng để khởi động nguồn điện tại chỗ.
BESS quy mô lưới điện có thể được triển khai ở một số địa điểm, bao gồm trong mạng lưới truyền tải, trong mạng lưới phân phối gần các trung tâm phụ tải hay đặt dùng với máy phát VRE. Nơi BESS được lắp đặt có ý nghĩa quan trọng đối với các dịch vụ mà hệ thống có thể cung cấp. Vị trí thích hợp nhất cho BESS sẽ phụ thuộc vào mục đích sử dụng của nó. Điều quan tọng là phải phân tích chi phí và lợi ích của nhiều địa điểm để xác định vị trí tối ưu đáp ứng nhu cầu của hệ thống.
Mối liên kết ngày càng lớn giữa lưu trữ và tính di động là rất quan trọng. Ví dụ, xe điện tạo ra một không gian mới để mở rộng thị trường công nghệ và giảm lượng khí thải carbon. Nhu cầu về những người lắp đặt có trình độ đang tăng lên cũng như để sản xuất pin lưu trữ.
Tuy nhiên, chúng ta cần các vật liệu tốt hơn để bộ lưu trữ quy mô lưới điện cải thiện hiệu suất, những loại đang được phát triển. Trí tuệ nhân tạo (AI) cũng đóng một vai trò quan trọng. Mạng nơ-ron nhân tạo sử dụng AI ngày càng được sử dụng nhiều hơn để quản lý và phân tích năng lượng. Chúng cũng được sử dụng để dự đoán chính xác hơn về các các kiểu thời tiết bằng cách sử dụng dữ liệu lịch sử.
Tác động của sự phát triển hệ thống lưu trữ quy mô lưới điện ở Nam Phi có thể là đáng kể trên toàn bộ chuỗi giá trị và lợi ích cho các mặt hàng phong phú ở Nam Phi, chẳng hạn như vanadium, bạch kim và sắt. Nam Phi có thể hỗ trợ một nhà sản xuất pin lưu trữ trong nước hoặc chế tạo các thành phần hệ thống chính cho pin với cơ sở sản xuất tinh vi của mình.
Mặc dù không có quy tắc chung về lượng pin lưu trữ cần để tích hợp với các mức năng lượng tái tạo cao, nhưng lượng pin lưu trữ quy mô lưới điện phụ thuộc vào các đặc điểm cụ thể của hệ thống. Điều này bao gồm sự kết hợp hiện tại và kế hoạch của các công nghệ phát triển, tính linh hoạt trong các nguồn phát điện hiện có, kết nối với các hệ thống điện lân cận, dữ liệu nhu cầu điện hàng giờ, hàng ngày và theo mùa và của VRE hiện tại và đã lên kế hoạch.
Theo Bản cập nhật lưu trữ năng lượng: tháng 9 năm 2020 do Norton Rose Fulbright phát hành, bộ lưu trữ năng lượng được lắp đặt trên lưới điện phân phối đã sẵn sàng đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu về đảm bảo năng lượng của địa phương. Báo cáo cho biết cơ sở hạ tầng lưới điện phân phối đang gặp khó khăn trong việc theo kịp tốc độ điện khí hóa ở nhiều nơi trên thế giới. Điều này là do sản xuất điện không tập trung, sự gia tăng của xe điện và hệ thống sưởi/làm mát bằng điện.
“Hệ thống lưu trữ ở cấp độ phân phối cung cấp một giải pháp lý tưởng trong nhiều trường hợp. Khi được lắp đặt tại các khu vực bị quá tải đường truyền tải, nó được báo cáo là cải thiện độ tin cậy của lưới điện và chứng minh giá cả phải chăng hơn so với việc nâng cấp đường dây truyền thống”.
Xem xét các lợi ích, thách thức và nhu cầu đối với các giải pháp pin lưu trữ, rõ ràng việc lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện không phải là chiếc bánh ở trên trời. Nó là thực tế và nó đang ở đây.
Nguồn: ESI-AFRICA
Bài Viết Liên Quan
