Thị trường toàn cầu chứng kiến nhu cầu gia tăng đối với các cơ sở lưu trữ pin vì chúng có thể giải quyết độ biến động và tính gián đoạn của năng lượng tái tạo. BloombergNEF dự báo rằng thị trường lưu trữ năng lượng toàn cầu sẽ tăng mạnh trong những thập kỷ tới với công suất lắp đặt dự kiến tăng 2000% vào năm 2030.

Trong số nhiều giải pháp hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS), ESS làm mát bằng chất lỏng thu hút nhiều sự chú ý nhờ công nghệ quản lý nhiệt tiên tiến, cùng các tính năng khác bao gồm chiếm diện tích tối thiểu và vận hành và bảo trì (O&M) thông minh.

Mặc dù các công ty thuộc nhiều lĩnh vực đang nỗ lực triển khai ESS làm mát bằng chất lỏng, nhưng nếu không có hướng dẫn chuyên môn, sẽ khó tìm được hệ thống ESS làm mát bằng chất lỏng phù hợp. Dưới đây là một số gợi ý có thể truyền cảm hứng cho các bên liên quan dự án và người ra quyết định.

Ắc quy: bẩm sinh không đồng nhất và 'hiệu ứng xô'

Pin lithium-ion là một thành phần thiết yếu của hệ thống lưu trữ năng lượng; tuy nhiên, do không ổn định về điện hóa, tính đồng nhất của pin là tương đối trong khi tính không đồng nhất là tuyệt đối. Sự không đồng nhất của pin vốn tồn tại một cách nội tại, và sự không đồng nhất này tiếp tục mở rộng khi nhiều pin vận hành song song và khi chênh lệch nhiệt độ giữa các pin tăng lên. Do đó, bất đồng bộ về dung lượng pin xảy ra khi các cell có dung lượng ban đầu khác nhau được sử dụng cùng nhau, điều này làm giảm hiệu suất sạc và xả của toàn bộ hệ thống lưu trữ pin. Hệ thống lưu trữ năng lượng làm mát bằng chất lỏng mới giảm thiểu sự không đồng nhất của pin nhờ công nghệ làm mát tiên tiến nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn nó.

Do đó, hệ thống lưu trữ năng lượng được trang bị một số hệ thống điều khiển bao gồm hệ thống quản lý pin (BMS) và hệ thống chuyển đổi công suất (PCS) để đảm bảo cân bằng pin. BMS có thể giám sát và tính toán dữ liệu pin, và truyền dữ liệu cho PCS. Là 'bộ não' khác của hệ thống lưu trữ pin, PCS điều khiển công suất sạc và xả và đảm bảo hiệu suất tối đa.

Hiệu ứng 'xô' có nghĩa là nếu một trong các ván trong xô bị hỏng, không phải ván dài nhất quyết định lượng nước xô chứa được, mà là ván ngắn nhất.

Lý thuyết này phù hợp với hệ thống lưu trữ pin truyền thống khi hàng nghìn pin được điều khiển bởi một PCS. Một bộ pin lithium-ion được ví như một chiếc xô đựng nước; các tế bào lithium-ion tạo nên bộ pin giống như các ván xô, và tế bào có hiệu suất kém nhất quyết định hiệu suất tổng thể của bộ pin. 'Hiệu ứng xô' trong pin sẽ gia tăng theo thời gian, điều này cuối cùng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống pin và làm giảm lợi tức đầu tư của dự án.

Ngăn chặn 'hiệu ứng bucket' và đảm bảo hiệu suất cao hơn

Bộ điều khiển cụm mới của Sungrow cho hệ thống lưu trữ năng lượng làm mát bằng chất lỏng xử lý hiệu ứng 'xô' (bucket effect). Bộ điều khiển cụm có thể sạc và xả các giá pin một cách riêng lẻ. Nó xác định trạng thái pin trong mili giây và điều khiển động công suất sạc và xả của từng cụm theo trạng thái của từng cụm pin, đảm bảo các pin có dung lượng khác nhau trong hệ thống có thể được sạc và xả đầy đủ, làm tăng đáng kể khả năng xả của hệ thống lên 7%.

Ngoài việc loại bỏ 'bucket effect' (hiệu ứng xô), bộ điều khiển cụm mới được thiết kế nhằm tạo ra hiệu ứng chuỗi tích cực.

Trạng thái sạc (State of Charge, SOC) của bộ lưu trữ pin là tham số đầu vào quan trọng nhất để phản ánh dung lượng còn lại của pin lithium. Việc hiệu chuẩn SOC cho phép bộ nạp sạc các pin lithium-ion cho đến khi đạt các tiêu chí kết thúc sạc. So với việc hiệu chuẩn SOC thủ công truyền thống, bộ điều khiển cụm có thể thực hiện hiệu chuẩn SOC tự động mà không cần ngưng hoạt động và hiệu chuẩn thủ công.

Thêm vào đó, với bộ điều khiển cụm, ESS làm mát bằng chất lỏng của Sungrow hỗ trợ sử dụng kết hợp pin cũ và mới, và các cụm pin có thể hoạt động ngay sau khi được thay thế. Việc mở rộng công suất hệ thống sẽ thường xuyên xảy ra nếu nhu cầu lưu trữ năng lượng tăng. Không cần PCS bổ sung nếu công suất mở rộng nằm trong phạm vi công suất của PCS hiện có. Hơn nữa, hệ thống pin mới và cũ có thể được kết nối với cùng một PCS, giảm chi phí thiết bị.

Ngoài ra, bộ điều khiển cụm góp phần vào an toàn của hệ thống. Khi xảy ra ngắn mạch trên thanh cái DC, dòng ngắn mạch của mỗi cụm pin trong hệ thống lưu trữ năng lượng hội tụ về nút ngắn mạch, khi đó dòng ngắn mạch tức thời sẽ lớn hơn nhiều so với dòng định mức -- gây ra rủi ro về an toàn. Hệ thống ESS làm mát bằng chất lỏng của Sungrow với bộ điều khiển cụm có thể ngắt mạch giữa cụm pin và thanh cái DC, giảm dòng ngắn mạch xuống 75% và loại bỏ nguy cơ hư hỏng thiết bị do ngắn mạch.

Tuân thủ là bước đầu tiên và quan trọng nhất

Tuân thủ toàn cầu được coi là bằng chứng có tính thẩm quyền chứng minh một hệ thống có chất lượng cao, an toàn và có hiệu suất đáng tin cậy. PowerTitan, hệ thống ESS làm mát bằng chất lỏng của Sungrow, tập trung vào thị trường lưu trữ năng lượng quy mô tiện ích.

Nhờ thiết kế an toàn cell, an toàn điện và khả năng áp chế cháy tiên tiến, PowerTitan hoàn toàn tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế IEC 63056, IEC 62619 và các tiêu chuẩn Bắc Mỹ UL 9540 và UL 9540A. Ngoài ra, đi kèm với hệ thống pin là trạm trọn gói, tích hợp PCS và trạm trung thế. Trạm trọn gói hoàn toàn tuân thủ IEC 62271-202, nhờ thiết kế tích hợp và lựa chọn linh kiện nghiêm ngặt nhằm đảm bảo an toàn cho con người.

Hệ thống lưu trữ năng lượng rất phức tạp, vì cần kiến thức ở nhiều chuyên ngành khác nhau, đặc biệt là điện tử công suất, điện hóa và khả năng hình thành lưới. Sungrow là một trong số ít công ty có chuyên môn và thực hành trong cả ba lĩnh vực này. Là một trong những người đi đầu vào lĩnh vực lưu trữ năng lượng, Sungrow đã đạt khối lượng lắp đặt hệ thống lưu trữ năng lượng hàng năm với 3 GWh được triển khai vào năm 2021. Các giải pháp ESS làm mát bằng chất lỏng của Công ty đã được cung cấp cho các dự án tiêu biểu bao gồm dự án Texas 390 MWh, các dự án 750 MWh tại Israel, và dự án điện mặt trời kết hợp lưu trữ lớn nhất Đông Nam Á.

Khi hệ thống lưu trữ năng lượng làm mát bằng chất lỏng (liquid-cooled ESS) bắt đầu chiếm ưu thế trên thị trường từ năm 2022 trở đi, các đổi mới kỹ thuật nêu trên góp phần mang lại lợi nhuận dài hạn cho các bên liên quan và đảm bảo tính cạnh tranh trên thị trường.