Những điều cần cân nhắc trong thiết kế hệ thống lưu trữ năng lượng
- Khi thiết kế lưu trữ năng lượng cho các hệ thống năng lượng người ta phải quan tâm đến nhiều vấn đề. Nếu thiết kế và thực hiện tốt sẽ giúp dự án thành công, mang lại lợi nhuận. Ngược lại, nếu thiết kế sai có thể phá vỡ dự án và nhiều thiệt hại mà chủ đầu tư chưa lường hết.
Hệ thống năng lượng mặt trời có nhiều loại khác nhau về hình thức, lẫn quy mô: Như gắn trên mặt đất có độ nghiêng cố định, kèm thiết bị theo dõi… do điện mặt trời rất đa dạng (trên mái nhà, di động, nhà để xe, dùng cho nông nghiệp nổi, hay sử dụng hỗn hợp...).
Ngược lại, hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) chủ yếu là các hộp chứa và máy biến áp tăng cường, bề mặt rất giống nhau nên không có nhiều khác biệt giữa các BESS riêng biệt. Tuy nhiên, khi tìm hiểu kỹ hơn cho thấy: BESS cũng có rất nhiều sự khác biệt tinh tế và tiềm ẩn, đặc biệt là sự cân bằng về thiết kế để đảm bảo một dự án BESS được tích hợp tốt, hiệu quả cao lại tiết kiệm chi phí.
Dưới đây là những điều cần cân nhắc liên quan đến thiết kế mà các chuyên gia ở Castillo Engineering, Inc. (CEI) - Công ty dịch vụ kỹ thuật kết cấu - nơi chuyên cung cấp các dịch vụ kiểm tra và kỹ thuật xây dựng (CEI) cho ngành năng lượng, giao thông của Mỹ đã giải quyết khi thiết kế BESS cho các dự án năng lượng (kể cả năng lượng tái tạo).
1/ Mật độ năng lượng cao và dây dẫn:
Mật độ năng lượng, đặc biệt là với các loại pin công nghệ lithium-ion phổ biến nhất, cực kỳ cao trong phạm vi BESS tương đối nhỏ. Điều này có nghĩa là ở đâu đó trên công trường sẽ có nhiều bộ dây dẫn rất lớn kết nối các hạng mục của thiết bị - rất có thể là ngầm dưới lòng đất, thường là trong ống dẫn. Do đó, điều cần thiết là phải xác định và thực hiện các kỹ thuật có thể giảm thiểu diện tích mặt cắt ngang tổng thể của dây dẫn để giảm chi phí lắp đặt, đồng thời tạo ra một thiết kế (trong đó các ống dẫn cần thiết trong bảng tiếp cận sàn được bó lại một cách hợp lý). Nhiệm vụ này đặc biệt khó khăn với các bảng tiếp cận sàn dường như đã được định kích thước nhỏ hình vuông, trong khi dây hình tròn.
2/ Điện áp chuỗi pin tối đa và bộ biến tần trung tâm:
Điện áp chuỗi pin tối đa mà công nghệ cho phép thường không phù hợp về mặt kinh tế đối với điện áp đầu vào DC của biến tần trung tâm lớn và yêu cầu bộ chuyển đổi DC/DC. Trong các trường hợp này, điều quan trọng là phải xác định xem bộ chuyển đổi DC/DC được đóng gói trong các bộ chứa riêng, hay là một thiết bị lớn, riêng biệt cho nhiều bộ chứa.
Tương tự, cần phải xác định xem bộ biến tần DC/AC có được đóng gói trong các thùng chứa, hay chúng là một thiết bị riêng biệt, lớn hơn cho nhiều thùng chứa. Tùy thuộc vào khối lượng xây dựng trong kiến trúc hệ thống, số lượng cáp chạy song song, nếu lớn có thể cần tăng gấp đôi cùng với số lượng vấu cáp để gắn và bu lông neo khi vặn chặt.
3/ Phụ tải kèm theo:
Có một số yếu tố cần xem xét khi nói đến phụ tải để giảm thiểu chi phí dự án. Đầu tiên, nguồn điện phụ để làm mát và sưởi ấm (HVAC) cho BESS có phải là nguồn cấp độc lập để HVAC có thể được cung cấp ngay cả khi mở recloser của nhà máy không (recloser mạch tự động là một loại thiết bị đóng cắt được thiết kế để sử dụng trên mạng phân phối điện trên không, nhằm phát hiện và ngắt các sự cố thoáng qua)?
Thứ hai, cần xác định xem các phụ tải điện phụ có được xác định rõ ràng hay không, hay liệu chúng có giá trị dự trữ quá lớn hay không, để gây ra thiết bị quá khổ tốn kém?
Ngoài ra, cần phải xác định, ngoài danh sách lớn các tải phụ đó, tải nào thực sự yêu cầu cấp điện từ mạch bên ngoài nhà máy và phụ tải nào thực sự là phụ tải cấp bên trong có thể bỏ qua?
Các nhà thiết kế pin thường không phân biệt giữa nguồn điện bên trong và bên ngoài, vì họ thường gộp chúng lại với nhau dưới danh mục phụ tải chung.
4/ Truyền thông và cáp:
Một thách thức phổ biến trong thiết kế BESS là các sơ đồ truyền thông thường không chỉ ra loại cáp nào sẽ đi giữa các điểm khác nhau. Đối với dòng điện hai chiều, cần phải thiết lập cường độ dòng điện đầy tải tối đa theo mỗi hướng dựa trên số lượng giá đỡ pin cụ thể tại địa điểm ở một dòng điện hoạt động nhất định.
5/ Xác định rõ quy chuẩn xây dựng áp dụng:
Khi nói đến việc xác định các quy chuẩn xây dựng áp dụng (code), đôi khi còn tồn tại mâu thuẫn giữa các quy chuẩn này.
Ví dụ ở Mỹ, có Điều 480 của tiêu chuẩn NEC, UL 1788, UL 1973, UL 9540, NFPA 101, NFPA 855, NFPA 5000, IFC Chương 12, NFPA 1 Chương 52 được áp dụng tại các địa phương, nhưng yêu cầu lại khác nhau. Điều cần thiết là phải biết có bao nhiêu quy chuẩn xây dựng thay đổi nếu dự án liên quan đến việc lắp đặt BESS kết hợp với điện mặt trời.
Việc tìm kiếm chuyên gia có thể đưa ra câu trả lời rõ ràng về việc áp dụng các quy chuẩn xây dựng phù hợp nhằm mang lại hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho dự án.
6/ Thiếu rõ ràng về thuật ngữ:
Do sự phát triển nhanh chóng của BESS và những đổi mới công nghệ liên tục, vẫn còn rất nhiều hiểu lầm và thiếu sự thống nhất về thuật ngữ kỹ thuật. Dưới đây là một số ví dụ mà CEI từng gặp:
- “Chúng tôi không coi đó là pin, đó chỉ là một tế bào”.
- “Chúng tôi không kết nối những dây cáp đó với giá đỡ pin. Chúng ta cần kết nối chúng ở cuối chuỗi giá đỡ pin được kết nối với nhau”.
- “Cái hộp ở đằng kia chỉ có pin bên trong và chỉ cần cáp đầu ra nguồn DC được kết nối với nó, trong khi hộp trông giống hệt ngay bên cạnh chứa một biến tần và chỉ bằng một nửa số giá đỡ pin, vì vậy, nó có dây dẫn điện AC. Có lý do nào khiến họ đặt dây dẫn đầu ra nguồn AC xa nhất so với máy biến áp tăng áp và điểm kết nối tiện ích không?”.
7/ Tăng ống dẫn ngầm và họng nước cứu hỏa:
Sẽ có rất nhiều ống dẫn điện lớn dưới lòng đất của BESS, nhưng cũng có nhiều ống dẫn phi điện lực đi kèm. Nhiều thùng chứa được trang bị họng nước cứu hỏa ở hai đầu để lính cứu hỏa có thể gắn vòi và phun nước vào khoang khi cần. Tùy thuộc vào cường độ của đám cháy, có thể sẽ không có nhiều tình nguyện viên bước lên và gắn ống đó, vì vậy, hướng dẫn lắp đặt của BESS khuyến nghị các họng nước cứu hỏa phải cách thùng chứa một khoảng cách nhất định. Do đó, không chỉ số lượng các đường ống ngầm lớn tăng lên đáng kể, mà các đường ống nước chạy cả bên dưới lẫn bên trên các ống dẫn điện./.
Theo: Giải Pháp Công Nghệ S.T.3C
