Hệ thống BESS là gì? Công nghệ kết nối điện cho hệ thống lưu trữ năng lượng

1.1 BESS là gì?

BESS (Battery Energy Storage System – Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin) là một giải pháp công nghệ lưu trữ năng lượng tiên tiến, được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và vận hành lưới điện hiện đại. Trong ngành điện – năng lượng, hệ thống này thường được gọi ngắn gọn là BESS hoặc pin BESS.

Về bản chất, BESS là một tổ hợp thiết bị lưu trữ và phát điện, sử dụng các khối pin điện hóa để chuyển đổi điện năng thành năng lượng hóa học nhằm lưu trữ, sau đó chuyển ngược lại thành điện năng khi cần sử dụng. Nhờ đó, BESS đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định hệ thống điện, tối ưu hóa khai thác năng lượng tái tạo và nâng cao độ tin cậy của nguồn cung.

Ngày nay, BESS không chỉ đơn thuần là giải pháp lưu trữ điện, mà còn là thành phần chiến lược của lưới điện thông minh, giúp kết nối hiệu quả giữa nguồn phát tái tạo, thị trường điện và phụ tải tiêu thụ. Công nghệ này đánh dấu bước chuyển từ mô hình "điện năng tiêu thụ tức thời" sang mô hình điện năng được lưu trữ, điều phối và tối ưu hóa, mở đường cho một hệ thống năng lượng ổn định, linh hoạt và bền vững hơn.

1.2 Vai trò của hệ thống lưu trữ năng lượng BESS

• Tối ưu hóa việc khai thác năng lượng tái tạo: Hệ thống cho phép lưu trữ điện dư thừa khi sản lượng cao và xả điện khi nhu cầu tăng hoặc nguồn phát suy giảm (ban đêm, nhiều mây). Nhờ tích hợp hệ thống PV + BESS, nguồn điện được cung cấp ổn định và liên tục hơn, giảm phụ thuộc vào lưới điện, tăng tỷ lệ tự tiêu thụ năng lượng tái tạo và tối ưu chi phí tiền điện.
• Hỗ trợ ổn định lưới điện: BESS có khả năng phản hồi nhanh trước biến động phụ tải, góp phần ổn định tần số và điện áp. Trong các hệ thống off-grid, BESS giúp gia tăng tỷ lệ sử dụng năng lượng tái tạo và giảm phụ thuộc vào máy phát diesel. Điện dư từ mặt trời hoặc gió được lưu trữ và sử dụng linh hoạt, đảm bảo nguồn điện ổn định, đồng thời giảm chi phí vận hành và phát thải.
• Cung cấp nguồn điện dự phòng: Kết hợp điện mặt trời và BESS giúp duy trì cấp điện khi lưới gặp sự cố. Điều này đặc biệt quan trọng với nhà máy, bệnh viện, trung tâm dữ liệu, kho lạnh, nơi việc mất điện gây thiệt hại lớn về kinh tế và an toàn.
• Giảm lượng phát thải CO₂: BESS cho phép khai thác tối đa năng lượng tái tạo, hạn chế lãng phí điện sạch và giảm nhu cầu sử dụng nguồn điện hóa thạch.
• Lợi ích kinh tế: Việc lưu trữ năng lượng tái tạo vào thời điểm sản lượng cao và sử dụng trong giờ cao điểm giúp giảm chi phí nhiên liệu, vận hành và bảo trì, đồng thời nâng cao hiệu quả đầu tư dài hạn.

Một hệ thống BESS tiêu chuẩn bao gồm nhiều bộ phận chính, phối hợp chặt chẽ với nhau nhằm lưu trữ điện năng, giám sát trạng thái pin và điều khiển dòng năng lượng giữa pin, nguồn phát, phụ tải và lưới điện. Sự kết hợp đồng bộ này cho phép quản lý năng lượng chính xác, phản ứng nhanh với biến động nhu cầu và tích hợp hiệu quả với các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió.

3.1 Hệ thống pin lưu trữ

Pin lưu trữ là thành phần cốt lõi của hệ thống BESS, có nhiệm vụ lưu trữ điện năng và xả điện khi hệ thống cần. Một khối pin thường được cấu thành từ các cell lithium, được kết nối nối tiếp và song song để tạo thành module pin; nhiều module sau đó được lắp ráp thành rack pin (giá pin). Các rack có thể tiếp tục kết nối nối tiếp hoặc song song nhằm đáp ứng yêu cầu về điện áp và dòng điện của toàn bộ hệ thống lưu trữ năng lượng BESS.

Việc lựa chọn cấu hình bộ pin (battery bank) được thiết kế riêng theo từng dự án cụ thể, dựa trên nhiều yếu tố quan trọng như mục đích ứng dụng, dung lượng lưu trữ, công suất sạc/xả, cũng như tuổi thọ và chu kỳ làm việc của pin. Điều này giúp hệ thống vận hành hiệu quả, ổn định và tối ưu chi phí trong dài hạn.

Tìm hiểu đặc điểm của hệ thống pin lưu trữ

3.3 Hệ thống chuyển đổi năng lượng PCS hoặc biến tần hybrid

Biến tần là một thành phần quan trọng khác trong hệ thống lưu trữ năng lượng BESS, có chức năng chuyển đổi điện DC được lưu trữ trong pin thành điện xoay chiều AC phù hợp để hòa lưới điện hoặc cấp điện cho các phụ tải sử dụng.

Ngoài chức năng chuyển đổi năng lượng, PCS/ biến tần hybrid còn đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ quan trọng như điều chỉnh điện áp và tần số, bù hệ số công suất, và đồng bộ với lưới điện, qua đó đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, an toàn và tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật của lưới điện.

Đối với hệ thống lưu trữ năng lượng BESS, đặc biệt trong các ứng dụng kết hợp điện mặt trời và lưu trữ (solar + BESS), có hai cấu hình PCS quan trọng cần nắm rõ: AC coupling và DC coupling.

• Cấu hình AC coupling: hệ thống BESS được kết nối bên ngoài hệ thống điện mặt trời, tại phía AC sau biến tần điện mặt trời (PV inverter). Trong cấu hình này, BESS sử dụng một biến tần riêng biệt dành cho pin, độc lập với biến tần của hệ thống PV.
• Cấu hình DC coupling: pin lưu trữ được kết nối trực tiếp vào cùng bus DC với hệ thống điện mặt trời, sử dụng biến tần hybrid dùng chung cho cả PV và BESS. Trong trường hợp này, năng lượng từ tấm pin mặt trời có thể được nạp trực tiếp vào pin mà không cần chuyển đổi qua AC trung gian.

3.8 Hệ thống quản lý năng lượng EMS (Energy Management System)

EMS là hệ thống giám sát và điều khiển cấp cao, giữ vai trò trung tâm trong việc theo dõi trạng thái vận hành và hiệu suất của hệ thống BESS. Hệ thống này thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thành phần chính như điện áp pin, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái vận hành, đồng thời cung cấp thông tin theo thời gian thực về tình trạng của toàn hệ thống.

EMS cho phép truy cập và điều khiển từ xa, giúp người vận hành tối ưu hóa chiến lược sạc – xả, nhanh chóng phát hiện và xử lý sự cố, cũng như điều chỉnh các thông số vận hành phù hợp với nhu cầu thực tế. Bên cạnh đó, EMS còn đóng vai trò quan trọng trong việc dự báo tuổi thọ pin, lập kế hoạch bảo trì – bảo dưỡng, từ đó nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành dài hạn của hệ thống BESS.

Hệ thống lưu trữ năng lượng BESS được triển khai rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, tùy theo quy mô phụ tải, mục đích sử dụng và vị trí kết nối với lưới điện.

4.1 Hệ thống lưu trữ năng lượng BESS dân dụng

BESS dân dụng thường được lắp đặt cho nhà ở riêng lẻ, nhà liền kề hoặc khu dân cư nhiều căn, chủ yếu kết hợp cùng hệ thống điện mặt trời áp mái. Do phụ tải thấp, dung lượng pin trong phân khúc này thường nhỏ và được thiết kế để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt cơ bản.

Đặc điểm:

• Công suất: 5 – 15 kW
• Ứng dụng cho nhà ở riêng lẻ, nhà liền kề
• Thường kết hợp với hệ thống điện mặt trời áp mái
• Mục tiêu chính: lưu trữ điện tự tiêu thụ, dự phòng khi mất điện

4.2 Hệ thống BESS thương mại & công nghiệp quy mô nhỏ (Small-scale C&I BESS)

Phân khúc này bao gồm tòa nhà văn phòng, trang trại, khu dân cư nhiều căn (multi-unit dwelling), nơi nhu cầu điện cao hơn hộ gia đình nhưng chưa đạt quy mô công nghiệp lớn.

Đặc điểm:

• Công suất: 0.1 – 1 MW
• Phù hợp với văn phòng, trang trại, khu dân cư nhiều căn
• Tập trung vào cắt đỉnh phụ tải, tối ưu chi phí điện và dự phòng

4.3 Hệ thống BESS thương mại & công nghiệp quy mô lớn (Large-scale C&I BESS)

Đây là phân khúc dành cho nhà máy, khu công nghiệp, công trình công cộng quy mô lớn, nơi điện năng đóng vai trò then chốt trong sản xuất và vận hành.

Đặc điểm:

• Công suất: 1 – 5 MW
• Ứng dụng trong nhà máy, khu công nghiệp, công trình công cộng lớn
• Đảm bảo độ ổn định nguồn điện và duy trì hoạt động sản xuất liên tục

5.2 Giải pháp cho hệ thống lưu trữ năng lượng BESS C&I

Đối với các doanh nghiệp C&I, hệ thống BESS đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa sử dụng điện, đảm bảo nguồn cung ổn định và nâng cao hiệu quả kinh tế tổng thể. Các giải pháp BESS C&I được thiết kế linh hoạt để đáp ứng nhiều kịch bản vận hành khác nhau:

• Giải pháp hòa lưới PV + ESS: Giải pháp tích hợp hệ thống EMS cho phép nhiều inverter vận hành song song mà không cần thiết bị ghi dữ liệu bên ngoài, qua đó đơn giản hóa cấu trúc hệ thống và nâng cao độ tin cậy. Với kiến trúc DC-coupled thực thụ và cổng kết nối “battery-ready”, hệ thống giúp tối ưu hiệu suất chuyển đổi năng lượng, đồng thời giảm chi phí đầu tư (CAPEX), chi phí vận hành & bảo trì (O&M) và gia tăng hiệu quả vận hành dài hạn.
• Giải pháp Microgrid PV + ESS: Thông qua gateway kết nối song song nhiều thiết bị, hệ thống có thể mở rộng linh hoạt từ quy mô kilowatt đến megawatt, phù hợp với đa dạng mô hình doanh nghiệp và khu công nghiệp. Giải pháp vi lưới DC-coupled giúp đơn giản hóa thiết kế, nâng cao hiệu suất chuyển đổi và mang lại giải pháp năng lượng hiệu quả, kinh tế và bền vững cho doanh nghiệp.

Trong hệ thống BESS, pin lưu trữ thường được xem là trung tâm. Tuy nhiên, để toàn bộ hệ thống vận hành ổn định – an toàn – hiệu quả, dây cáp điện và công nghệ kết nối đóng vai trò như hệ tuần hoàn năng lượng, đảm bảo dòng điện công suất lớn được truyền tải chính xác từ pin ra lưới điện và ngược lại.

6.1 Dây cáp DC

Cáp DC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống ứng dụng pin để lưu trữ năng lượng, bao gồm hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời, bộ nguồn lưu điện (UPS) và xe điện (EV). Các hệ thống này đòi hỏi cáp DC có hiệu suất cao, độ tin cậy lớn để đảm bảo dòng điện được truyền tải ổn định từ pin lưu trữ đến các thiết bị tiêu thụ điện.

Trong các hệ thống điện mặt trời, cáp DC đóng vai trò truyền tải năng lượng từ tấm pin mặt trời đến pin lưu trữ, và tiếp tục từ pin đến bộ inverter, nơi điện DC được chuyển đổi sang điện AC để sử dụng cho hộ gia đình hoặc cơ sở sản xuất, kinh doanh.

Một số sản phẩm cáp DC với mức điện áp danh định đến 2000V của HELUKABEL như HELUPOWER® SOLARFLEX®-X RPVU90-CU , HELUPOWER® SOLARFLEX®-X RPVU90-AL

Khám phá danh mục cáp DC của HELUKABEL

6.2 Dây cáp AC

Cáp AC được sử dụng để kết nối inverter với máy biến áp và sau đó đấu nối vào lưới điện. Một số sản phẩm cáp AC tiêu biểu như NYY-J / NYY-O, HELUPOWER® H07RN-F LS0H, NSGAFÖU 1.8/3 kV...

6.3 Cáp truyền thông (RS485, Ethernet, CAN bus)

Cáp truyền thông là một thành phần không thể thiếu trong các hệ thống lưu trữ năng lượng hiện đại, giúp kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các bộ phận khác nhau như pin lưu trữ, inverter, bộ điều khiển, và các hệ thống giám sát. Nhờ hệ thống cáp này, toàn bộ hệ thống BESS có thể được giám sát theo thời gian thực, truyền dữ liệu liên tục và điều khiển chính xác, từ đó đảm bảo hệ thống vận hành hiệu quả và an toàn. Nhiều loại cáp truyền thông được sử dụng như:

• Cáp Ethernet: Thường được sử dụng để truyền dữ liệu tốc độ cao giữa các thiết bị trong hệ thống, phù hợp cho kết nối SCADA, EMS và các hệ thống giám sát trung tâm.
• Cáp RS 485: cho phép truyền tín hiệu khoảng cách xa, độ ổn định cao và khả năng chống nhiễu tốt.
• Cáp quang: Dùng cho truyền thông băng thông lớn và truyền dữ liệu ở khoảng cách xa với suy hao tín hiệu thấp, đặc biệt phù hợp trong môi trường có nhiễu điện từ mạnh.
• Cáp CAN Bus: Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ô tô điện, hệ thống pin và hệ lưu trữ năng lượng mặt trời.

6.4 Một số sản phẩm cáp khác cho hệ thống lưu trữ năng lượng BESS

• Cáp DLO: HELUWIND® WK DLO, WK DLO-Torsion với điện áp lên đến 2000 V

• Cáp trung thế cấp nguồn cho lưới điện: N2XS2Y, N2XS(F)2Y, NA2XS(FL)2Y

• Cáp cho trung tâm điều khiển và hệ thống HVAC: TRAYCONTROL® 300 TP & 300-C TP , TRAYCONTROL® 600 & 600-C , TRAYCONTROL® 670 HDP & 670-C HDP , TOPFLEX® 600 VFD & 650 VFD

Khám phá danh mục cáp trung thế của HELUKABEL

6.5 Giải pháp harnessing

Giải pháp harnessing cho hệ thống BESS là các bộ dây cáp được lắp ráp sẵn, trong đó dây cáp đã được tích hợp đầy đủ đầu nối và đầu cos theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Các đầu cos được siết lực sẵn đúng thông số (pre-torqued), kết hợp với đầu nối dạng plug-and-play, cho phép kỹ sư chỉ cần cắm và đấu nối trực tiếp tại công trường. Nhờ vậy, rủi ro kỹ thuật có thể được loại bỏ và thời gian lắp đặt cũng nhanh hơn.

Trong các dự án BESS quy mô lớn, bộ cáp mô-đun cho phép lắp đặt song song nhiều string pin, qua đó giảm chi phí nhân công, hạn chế thời gian dừng hệ thống, và tăng tính linh hoạt khi mở rộng hoặc thay thế trong tương lai.

6.6 Phụ kiện cáp dùng cho hệ thống lưu trữ năng lượng BESS

• Đầu nối (termination): Trong hệ thống BESS, đầu nối cáp phải làm việc với dòng điện lớn và điện áp cao, đồng thời ngăn ngừa các rủi ro như phóng điện hồ quang, quá nhiệt hoặc xâm nhập độ ẩm, vốn có thể gây sự cố nghiêm trọng cho toàn hệ thống.
• Ốc siết cáp: lớp bảo vệ cơ học cho cáp, chống bụi bẩn, độ ẩm… có khả năng chống chịu tốt với môi trường hoạt động khắc nghiệt của hệ thống BESS.
• Đầu cos sở hữu đặc tính cơ học tốt, có khả năng chống chịu các tác nhân môi trường: HELU-S-PK-AL-FG-VZN (909853), HELU-S-PV-AL/CU (9087836), HELU-S-PK-AL/CU (907568)
• Ống ruột gà chống UV, không halogen, chuyên dùng cho hệ thống PV: CO-PA, CO-PP