Sự khác biệt giữa UPS, máy phát điện và hệ thống lưu trữ năng lượng BESS
Thường có sự nhầm lẫn về vai trò của hệ thống UPS (Uninterruptible Power Supply) và máy phát điện trong các kế hoạch bảo vệ nguồn điện quan trọng. Điều này xảy ra nhiều hơn khi pin lithium-ion cũng đang biến các nguồn cung cấp năng lượng liên tục thành những gì ngày nay gọi là hệ thống lưu trữ năng lượng (Battery Energy Storage System : BESS).
Vậy sự khác nhau giữa UPS, máy phát điện, và hệ thống lưu trữ năng lượng BESS?
BESS là gì?
Bộ dự phòng nguồn điện liên tục (UPS)
Bộ cung cấp nguồn liên tục UPS có ba loại hệ thống UPS bao gồm nối lưới (trực tuyến), tương tác lưới (hay còn gọi là dòng cận tuyến) và độc lập lưới (ngoại tuyến hoặc dự phòng).
Hệ thống tương tác lưới và hệ thống ngoại tuyến về cơ bản cung cấp pin dự phòng khi nguồn điện lưới bị ngắt hoặc dao động ngoài giới hạn đặt trước. UPS có hai vai trò chính là lọc nhiễu điện và điều chỉnh điện áp. UPS tương tác lưới sẽ bao gồm một số hình thức ổn định điện áp tự động. Phần tử ổn định điện áp có thể là điện tử hoặc một máy biến áp có bộ chuyển nấc và giúp cung cấp sự bảo vệ khỏi hiện tượng sụt áp, điện áp thấp liên tục và tăng áp trong nguồn điện lưới.
Một UPS trực tuyến có bộ biến tần hoạt động liên tục và bộ biến tần này cung cấp dạng sóng AC (dòng điện xoay chiều) bằng kỹ thuật số trong khoảng dung sai nghiêm ngặt và thường vượt trội hơn so với dạng sóng của nguồn điện chính. UPS cũng cung cấp tính năng dự phòng khi nguồn điện chính bị lỗi và bộ ắc quy trong UPS có thể được điều chỉnh để chạy trong thời gian chạy lâu hơn, lên đến vài giờ.
UPS trực tuyến cũng có tính năng sắp xếp rẽ mạch tự động. Tích hợp trong hệ thống UPS, một mạch giám sát dạng sóng đầu ra của biến tần. Bất kỳ sự nhiễu loạn nào của các dạng sóng điện áp hoặc dòng điện, gây ra bởi tình trạng quá tải hoặc sự cố, có thể kích hoạt sự rẽ mạch để chuyển tải sang nguồn cấp điện ở nhánh chính. Do đó, hệ thống UPS trực tuyến có thể ngắt nguồn điện một cách an toàn.
Máy phát điện tại chỗ
Máy phát điện cung cấp năng lượng thông qua một động cơ hoặc các máy móc được cung cấp nhiên liệu từ xăng (máy cỡ nhỏ / xách tay), dầu diesel hoặc khí hóa lỏng (LPG) được lưu trữ trong bồn chứa bên trong tổ máy phát hoặc bồn chứa gần đó.
Máy phát điện có thể có điều chỉnh để cung cấp Nguồn điện liên tục hoặc Nguồn dự phòng. Máy phát điện nguồn liên tục hoạt động không ngừng nghỉ để cung cấp năng lượng cho các tải của chúng. Máy phát điện dự phòng cung cấp nguồn điện dự phòng tạm thời khi có nhu cầu, tức là khi mất nguồn điện lưới.
Có nhiều loại máy phát điện khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng. Máy phát điện di động được thiết kế để tái triển khai và có thể được sử dụng cho một loạt các ứng dụng từ xa bao gồm trong gia đình và cắm trại, để cung cấp cho các công trình ngoài trời và đèn chiếu sáng. Máy phát điện lắp đặt cố định được sử dụng phổ biến hơn trong các trung tâm dữ liệu và lắp đặt nguồn điện dự phòng cho phòng máy chủ.
Sự lắp đặt kết hợp hệ thống UPS và Máy phát điện dự phòng
Loại kịch bản bảo vệ nguồn này yêu cầu lắp đặt cả máy phát điện dự phòng và nguồn điện liên tục hoặc một bộ hệ thống UPS để bảo vệ tải quan trọng. Hệ thống UPS phải được hiệu chỉnh để cung cấp năng lượng cho các dịch vụ thiết yếu gồm chiếu sáng và điều hòa không khí.
Hệ số kích thước phụ thuộc vào tuổi thọ của máy phát, chủ yếu là loại máy phát điện và tuổi của hệ thống UPS. Việc lắp đặt cũ hơn có thể yêu cầu hệ số gấp hai đến ba lần, tức là 100kVA được hỗ trợ bởi máy phát 250kVA nhưng các hệ thống hiện đại hơn có thể có sự hiệu chỉnh gần hơn và hệ số kích thước máy phát phổ biến hiện nay là 1,25 đến 1,5 lần.
Vậy tại sao phải kết hợp hệ thống UPS và máy phát điện? Nguyên nhân nằm ở thời gian khởi động máy phát điện dự phòng. Khi máy phát điện không cấp nguồn cho các tải được kết nối của nó, bộ phận duy nhất hoạt động là mạch giám sát và mạch khởi động. Việc lắp đặt thực tế bao gồm một bộ giám sát lỗi điện lưới (automatic mains failure) giám sát nguồn điện lưới cục bộ và báo hiệu cho máy phát khởi động khi nguồn điện chính bị lỗi.
Máy phát điện có thể mất nhiều giây để khởi động và phụ thuộc vào việc ắc quy khởi động của nó đang ở trạng thái sạc. Việc lắp đặt cũng phải an toàn trong điều kiện không để hở cầu dao sau khi kiểm tra bảo dưỡng và nguồn cung cấp nhiên liệu phải không có chất độc hại và bọt khí. Đây là những sự cố phổ biến “không được xảy ra” khi một máy phát điện được yêu cầu khởi động ngay lập tức.
Sau khi khởi động, máy phát điện có thể mất vài chu kỳ (số vòng quay của động cơ) trước khi sẵn sàng cung cấp nguồn điện xoay chiều ổn định cho đầu vào của hệ thống UPS. Trong giai đoạn khởi động máy phát, hệ thống UPS sử dụng bộ ắc quy của nó để cung cấp năng lượng cho tải. Khi nguồn cung cấp máy phát điện ổn định, bộ UPS sử dụng nguồn điện được tạo ra bởi máy phát cho các tải được kết nối và bắt đầu sạc lại pin của nó.
Hầu hết các máy phát điện khép kín được cung cấp với một thùng nhiên liệu gắn trong hoặc thùng chứa dùng trong ngày, được thiết kế để chạy trong khoảng 8 giờ làm việc. Điều này có nghĩa là ắc quy của bộ UPS có thể có dung lượng phù hợp với thời gian chạy ngắn từ 10-30 phút. Nếu máy phát điện khởi động thì ắc quy này chỉ cần kích hoạt trong 1-2 phút nhưng nếu có vấn đề, cần cho phép đủ thời gian trên pin để tìm hiểu bất kỳ vấn đề nào với máy phát điện. Tuy nhiên, thời gian sẽ nhanh chóng trôi qua nếu có sự cố và sẽ không đủ để duy trì, trong trường hợp phòng máy chủ cục bộ hoặc trung tâm dữ liệu cần được tắt nguồn. Điều này có thể kéo dài vài giờ. Do đó, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng máy phát điện được bảo trì tốt thông qua các lần bảo dưỡng phòng ngừa và khởi động thường xuyên, ví dụ mỗi tháng một lần. Điều quan trọng nữa là phải ‘khởi động đen’ toàn bộ máy phát điện và việc cài đặt UPS ít nhất hàng năm, sử dụng các máy chủ làm tải hoặc nếu điều này được coi là quá rủi ro thì nên sử dụng các bộ lưu điện.
Hệ thống lưu trữ năng lượng và máy phát điện
Bộ lưu trữ năng lượng được thiết kế để cung cấp dự phòng cho ắc quy giống như hệ thống UPS nhưng theo chu kỳ nhanh hơn. Hệ thống UPS thường sử dụng bộ ắc quy axit chì. Công nghệ pin axit chì hoàn toàn phù hợp để bảo vệ nguồn điện ở chế độ chờ trong thời gian dài giữa các lần mất điện ngắt quãng.
Hệ thống lưu trữ năng lượng sử dụng pin lithium-ion mật độ năng lượng cao hơn, phù hợp hơn với chu kỳ sạc / xả nhanh và thường xuyên hơn. Tính năng này cho phép một hệ thống lưu trữ năng lượng có thể thu giữ điện năng được tạo ra từ các nguồn điện tái tạo tại địa phương, tức là các tuabin gió và hệ thống điện mặt trời cũng như từ lưới điện. Khi được yêu cầu, các phụ tải được kết nối hoặc địa điểm cục bộ có thể được cấp nguồn từ bộ pin lithium-ion, chẳng hạn trong suốt đêm khi có ít điện mặt trời hơn hoặc trong những ngày ít gió mà trang trại tuabin gió tại địa phương không thể cung cấp đủ năng lượng. Năng lượng có thể được lưu trữ từ nguồn điện lưới qua đêm trong thời gian thấp điểm và được sử dụng trong khoảng thời gian cao điểm để giảm chi phí tổng thể. Máy phát điện cũng có thể được sử dụng với hệ thống lưu trữ năng lượng để cung cấp một nguồn năng lượng dự phòng khác để dự phòng cho lưới điện hoặc các nguồn điện tái tạo.
Hệ thống UPS có thể được chuyển đổi thành hệ thống lưu trữ năng lượng. Đối với loại ứng dụng này, bộ pin axit chì truyền thống được thay thế bằng bộ pin lithium-ion với hệ thống quản lý pin riêng biệt. Bản thân hệ thống quản lý pin phức tạp hơn để đảm bảo việc sạc cân bằng trên toàn bộ pin lithium và cung cấp các biện pháp an toàn bổ sung trong trường hợp quá nhiệt.
Khi ngày càng có nhiều phòng máy chủ và trung tâm dữ liệu chuyển sang sử dụng nguồn điện liên tục dựa trên pin lithium-ion, nhu cầu về điện dựa trên hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) sẽ tăng lên. nnNgoài ra hệ thống lưu trữ năng lượng kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới thậm chí hoàn toàn ‘độc lập với lưới điện’ là một lựa chọn có thể hấp dẫn. Trong trường hợp điện mặt trời nối lưới cộng lưu trữ năng lượng thì nguồn điện lưới đóng vai trò là nguồn dự phòng thay vì nguồn điện chính. Việc kết hợp lưu trữ năng lượng sẽ được hưởng lợi từ giá cấp điện từ việc truyền tải điện thừa lên lưới hoặc các chương trình đáp ứng nhu cầu (DR) từ Lưới điện Quốc gia với mục đích cân bằng nhu cầu tại lúc cao điểm, ở một số nước trả tiền cho các khách hàng tiêu thụ nhiều điện lúc lưới điện dư thừa thay vì xả bỏ để giảm quá tải cho lưới điện.
Ở các khu vùng xa lưới điện quốc gia thay vì đầu tư đường dây truyền tải điện rất tốn kém thì giải pháp điện mặt trời hoặc điện gió kết hợp lưu trữ năng lượng là giải pháp phù hợp và hiệu quả hơn.
Tóm lại sự khác nhau giữa UPS, máy phát điện, Pin lưu trữ năng lượng (BESS) là từ nhiệm vụ của chúng. UPS giữ vai trò duy trì nguồn điện liên tục trong 10 phút đến 30 phút để phụ tải chuyển sang nguồn điện dự phòng thứ hai trong trường hợp có cúp điện hoặc lưới điện bị sự cố và thường sử dụng ắc quy a xít – chì, chu kỳ nạp xả thấp, máy phát điện thì thường đóng vai trò là nguồn điện dự phòng thỉnh thoảng là nguồn điện chính cho những nơi không có lưới điện. Bộ lưu trữ năng lượng BESS làm được cả hai nhiệm vụ trên, với ưu điểm mật độ năng lượng rất cao của pin Lithium ion, chu kỳ nạp xả liên tục, thời gian lưu trữ dài hơn (4 giờ đến vài ngày), tuổi thọ có thể được thiết kế đến 30 năm, đồng thời giá thành trong thập niên qua giảm rất nhanh do cải tiến công nghệ và sản xuất lớn cho cả hai ứng dụng là xe điện và lưu trữ năng lượng tái tạo vì vậy dự báo giải pháp lưu trữ năng lượng sẽ bùng nổ trong vòng vài năm tới.
Xem thêm các bài viết về hệ thống lưu trữ năng lượng tại đây
By Lithaco
Bài Viết Liên Quan
