EN
Quick Links
Ngày nay, các mạng lưới điện đang ngày càng chuyển sang các hệ thống kết hợp giữa năng lượng mặt trời và lưu trữ, nơi các tấm pin mặt trời hoạt động song song cùng với các hệ thống pin lithium ion hoặc hệ thống pin dòng chảy. Ý tưởng chính ở đây khá đơn giản là lưu trữ lượng điện dư thừa được tạo ra vào ban ngày để có thể sử dụng khi nhu cầu tăng cao vào buổi tối hoặc khi mạng lưới điện gặp sự cố. Với năng lượng tái tạo đã chiếm hơn 20 phần trăm lượng điện ở nhiều khu vực, các công ty điện lực không còn xem các hệ thống pin này là những thiết bị bổ sung tiện lợi nữa. Thay vào đó, họ bắt đầu coi chúng là những thành phần thiết yếu của cơ sở hạ tầng lưới điện, thứ mà cần phải được lên kế hoạch từ đầu thay vì thêm vào sau như một ý tưởng bổ sung.
Việc bổ sung hệ thống lưu trữ ngay cạnh các trang trại điện mặt trời giúp chúng trở thành nguồn điện linh hoạt hơn rất nhiều. Chẳng hạn, nhà máy điện mặt trời 250 megawatt ở Arizona. Vào những giờ cao điểm buổi tối khi mọi người bật đèn và các thiết bị điện, hệ thống pin tích hợp tại địa điểm này đã cung cấp thêm 100 megawatt trong bốn giờ từ dung lượng 400 megawatt giờ của nó. Điều này đã ngăn chặn việc phải khởi động những nhà máy điện chạy gas cũ chỉ để vận hành trong vài giờ ngắn ngủi. Những hệ thống như vậy giúp giảm nhu cầu xây dựng đường dây tải điện dài. Đồng thời, có thể khởi động lại hệ thống điện sau những sự cố mất điện nghiêm trọng. Theo các nghiên cứu gần đây của NREL, các công ty điện lực đang tiết kiệm khoảng 40% chi phí cho những điều chỉnh tần số phức tạp cần thiết để giữ hệ thống cân bằng khi kết hợp hệ thống lưu trữ với các dự án điện mặt trời.
Nhìn vào bức tranh tổng thể, rõ ràng đã có sự gia tăng đáng kể về lượng năng lượng lưu trữ được bổ sung vào các dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn trên khắp nước Mỹ. Theo báo cáo từ Market.us năm ngoái, khoảng ba phần tư các dự án điện mặt trời dự kiến triển khai từ năm 2023 đến năm 2024 sẽ bao gồm một hệ thống pin nào đó. Điều này thực sự có ý nghĩa gì? Hiện tại, đất nước chúng ta đã có khoảng 20,7 gigawatt pin đang hoạt động. Con số này thực sự rất ấn tượng bởi vì lượng năng lượng này có thể duy trì hoạt động điện cho khoảng 15 triệu hộ gia đình trong trường hợp xảy ra mất điện kéo dài bốn giờ liên tục. Một số bang đã đặt mục tiêu phát triển sản xuất năng lượng sạch cũng bắt đầu yêu cầu các trang trại điện mặt trời mới phải tích hợp sẵn các giải pháp lưu trữ. Động thái này tạo ra cơ hội cho các doanh nghiệp quan tâm đến việc nâng cấp hệ thống hiện có. Các chuyên gia dự đoán rằng riêng yêu cầu này có thể tạo ra khoảng 12 tỷ USD mỗi năm chỉ riêng cho việc nâng cấp các hệ thống hiện tại với hệ thống pin lưu trữ phù hợp vào giữa thập kỷ tới.
Các dự án điện mặt trời quy mô mạng lưới hiện nay chủ yếu dựa vào ắc quy ion-lithium vì chúng mang lại hiệu suất vòng đời khoảng 90% và giá cả đã giảm đáng kể gần đây, xuống còn khoảng 89 USD mỗi kWh theo số liệu năm 2023. Những loại ắc quy này hoạt động rất tốt khi chúng ta cần một lượng điện lớn nhanh chóng trong vài giờ, thường là từ 4 đến 8 giờ lưu trữ. Tuy nhiên, hiện tại đã có một số đối thủ mới xuất hiện trên thị trường, ví dụ như ắc quy sắt-không khí và ắc quy dòng chảy kẽm-brom, dường như phù hợp hơn cho những trường hợp mà chúng ta thực sự cần lưu trữ năng lượng trong thời gian dài hơn nhiều, có thể từ 12 giờ cho đến hơn 100 giờ. Các nhà nghiên cứu cũng đã đạt được tiến bộ trong vật liệu cathode, nâng cao mật độ năng lượng của ion-lithium vượt mức 300 Wh trên mỗi kg, điều này đồng nghĩa với việc các công ty có thể lắp đặt các hệ thống ắc quy nhỏ gọn hơn mà không làm giảm dung lượng cho các trang trại điện mặt trời của họ.
Pin thể rắn đang đạt được tiến bộ đáng kể trong việc chống lại vấn đề cháy nổ nhiệt nhờ vào thiết kế chất điện phân gốm có thể đạt tới mật độ năng lượng trên 500 Wh/kg. Mức hiệu suất này khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các giải pháp lưu trữ năng lượng mặt trời quy mô lớn nơi không gian là một yếu tố quan trọng. Trong khi đó, công nghệ ion natri gần đây đã có những bước tiến khá xa, cung cấp khả năng tương đương với thế hệ pin lithium đầu tiên nhưng chi phí sản xuất lại thấp hơn khoảng 40%. Vật liệu sử dụng trong các tế bào natri này cũng dễ tiếp cận hơn nhiều so với kim loại đất hiếm, với các hợp chất như các chất tương tự Prussian blue ngày càng được ưa chuộng trong ngành sản xuất. Cả hai đổi mới này đều phù hợp với kế hoạch của nhiều quốc gia cho hệ thống lưới điện trong khoảng một thập kỷ tới. Phần lớn các chính phủ đặt mục tiêu tích hợp khoảng 95% năng lượng tái tạo vào năm 2035, và các lựa chọn pin mới này giúp giải quyết cùng lúc hai vấn đề lớn là rủi ro an toàn từ các hóa chất truyền thống và vấn đề ngày càng khan hiếm nguyên liệu thô cần thiết cho sản xuất hàng loạt.
Các hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời đang được áp dụng nhanh chóng trong những năm gần đây nhưng gặp phải những vấn đề lớn khi kết nối với điện lưới. Theo dữ liệu từ NREL năm 2023, khoảng 40% các dự án năng lượng tái tạo bị trì hoãn đều liên quan đến khó khăn trong việc kết nối thông qua các hàng đợi chờ đấu nối. Lưới điện hiện tại được xây dựng để truyền tải điện theo một chiều duy nhất, vì vậy nó gặp khó khăn khi phải xử lý luồng điện ngược lại từ những hệ thống pin mặt trời nhỏ lẻ kết hợp lưu trữ phân bố trong các khu dân cư. Điều này đồng nghĩa với việc các công ty điện lực sẽ phải chi một khoản tiền lớn để nâng cấp trạm biến áp nhằm duy trì hoạt động ổn định. Một vấn đề đau đầu khác đến từ việc các bộ nghịch lưu không hoạt động hài hòa với nhau. Thiết bị cũ kỹ đơn giản là không đủ khả năng điều chỉnh điện áp một cách hợp lý trong suốt các chu kỳ sạc và xả điện liên tục mà hệ thống lưu trữ pin phải trải qua.
Việc quản lý nhiệt độ đúng cách là yếu tố cực kỳ quan trọng đối với các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Khi nhiệt độ không được kiểm soát phù hợp, tuổi thọ của các hệ thống pin này có thể giảm tới 30% trước khi cần thay thế, theo nghiên cứu từ DNV vào năm 2022. Phần lớn các quy định trong ngành hiện nay yêu cầu phải có hệ thống làm mát dự phòng cùng với công nghệ dập lửa tiên tiến, đủ khả năng ngăn chặn mọi tình huống quá nhiệt nguy hiểm chỉ trong vòng tám giây. Về khía cạnh chi phí, việc quản lý nhiệt độ chiếm khoảng 18% tổng chi phí lắp đặt một hệ thống BESS. Đối với một cơ sở quy mô 100 MW, khoản chi này thường làm tăng thêm khoảng 1,2 triệu USD vào tổng chi phí. Mặc dù đây là một khoản tiền đáng kể, nhưng lại là điều cần thiết khi các hệ thống này rất nhạy cảm với vấn đề nhiệt.
Mặc dù pin lithium-ion chiếm tới 92% các dự án lưu trữ năng lượng mặt trời mới (Wood Mackenzie 2024), các nhà phát triển vẫn phải đối mặt với một sự đánh đổi quan trọng:
Một nghiên cứu của Lazard năm 2024 đã chứng minh rằng việc tăng kích thước hệ thống lưu trữ pin lên 20% sẽ làm tăng ROI của dự án nhờ tuổi thọ hệ thống kéo dài hơn 30%, mặc dù chi phí ban đầu cao hơn.
Thay đổi trong chính sách của chính phủ đang tạo ra sự khác biệt rõ rệt về tốc độ cũng như khả năng triển khai pin mặt trời trên khắp cả nước. Khoảng mười lăm tiểu bang tại Hoa Kỳ đã bắt đầu yêu cầu các hệ thống lưu trữ năng lượng đối với bất kỳ trang trại năng lượng mặt trời mới nào có công suất lớn hơn 50 megawatt. Đồng thời, có một quy định gọi là FERC Order 841 đang tiếp tục thay đổi cách các công ty điện lực được thanh toán trên thị trường bán buôn. Theo SEIA, nếu chúng ta có thể đơn giản hóa tất cả các thủ tục cấp phép và yêu cầu giấy tờ, chúng ta có thể chứng kiến khoảng 15 gigawatt dự án năng lượng mặt trời kết hợp hệ thống lưu trữ cuối cùng được triển khai vào năm 2026. Điều này chủ yếu xảy ra do mọi người đều đồng ý về các quy định an toàn cơ bản và cách kết nối giữa các phần khác nhau trong hệ thống lưới điện.
Lấy ví dụ về hệ thống Moss Landing ở California để thấy điều gì xảy ra khi các tấm pin mặt trời và hệ thống lưu trữ pin hoạt động cùng nhau để giải quyết các vấn đề của lưới điện trong những thời điểm cao điểm căng thẳng. Nơi này có khoảng 1,6 gigawatt-giờ dung lượng lưu trữ được kết nối với các tấm pin mặt trời, nghĩa là nó có thể cung cấp điện cho hơn 300 nghìn hộ gia đình trong khoảng bốn giờ vào thời điểm tối mà người dân cần nhất. Điều đặc biệt thú vị là hệ thống này thực tế đã giúp giảm gần 28 triệu USD tiền phạt mỗi năm cho các đơn vị vận hành lưới điện nhờ khả năng điều chỉnh tần số. Con số này thật sự ấn tượng bởi hệ thống vẫn vận hành ở mức gần 98% hiệu suất ngay cả khi các vụ cháy rừng xảy ra vào mùa hè năm ngoái làm ngắt một phần mạng lưới truyền tải điện.
Hệ thống pin mặt trời lớn nhất tại Florida, với công suất lên tới 900 MWh, đã giảm khoảng 40% việc sử dụng các nhà máy điện dùng nhiên liệu hóa thạch vào mùa bão nhờ vào những thuật toán phân bổ thông minh. Điều khiến hệ thống này hoạt động hiệu quả chính là việc tích hợp với một trang trại điện mặt trời 75 MW gần đó. Nhờ lưu trữ lượng điện mặt trời dư thừa được tạo ra vào giữa trưa, các hệ thống pin có thể cung cấp điện vào thời điểm nhu cầu tăng cao từ 7 đến 9 giờ tối mỗi ngày. Cách tiếp cận thông minh này tiết kiệm khoảng 3,2 triệu USD mỗi năm chỉ riêng chi phí ùn tắc. Điều kỳ diệu thực sự xảy ra vào những ngày giông bão khi lưới điện cần hỗ trợ thêm nhưng các nguồn điện truyền thống có thể bị ảnh hưởng hoặc quá tốn kém để vận hành ở mức tối đa.
Một hệ thống Tesla Megapack 300 MW/450 MWh gần đây đã chứng minh khả năng hỗ trợ kịp thời của pin mặt trời khi lưới điện cần thêm công suất. Quay trở lại năm 2023, sau khi một nhà máy nhiệt điện than lớn ngừng hoạt động bất ngờ, những chiếc pin này đã vào hoạt động chỉ trong vòng 140 mili giây - nhanh hơn khoảng 60 lần so với các nhà máy nhiệt điện truyền thống. Nhờ phản ứng nhanh chóng này, khoảng 650 nghìn hộ gia đình đã tiếp tục được cung cấp điện trong tình huống có thể dẫn đến mất điện diện rộng. Điều khiến sự kiện này càng ấn tượng hơn là hệ thống duy trì hiệu suất cao tới 92% mặc dù đã được sử dụng liên tục một phần trong suốt cả ngày. Hiệu suất thực tế này cho thấy rõ rằng việc kết hợp nhiều nguồn năng lượng khác nhau có thể hoạt động hiệu quả cùng nhau, giúp việc tích hợp năng lượng tái tạo vào cơ sở hạ tầng điện hiện có trở nên dễ dàng hơn mà không làm giảm độ tin cậy.
Các hệ thống pin mặt trời ngày nay đang trở nên thông minh hơn nhờ vào trí tuệ nhân tạo giúp quản lý việc sạc và xả điện, cũng như tương tác với lưới điện. Phần mềm thông minh phân tích các yếu tố như thời tiết, sự thay đổi giá điện trong ngày và các xu hướng sử dụng năng lượng hiện tại. Theo Startus Insights năm 2025, hệ thống thông minh này có thể tăng lợi nhuận đầu tư cho các đơn vị vận hành từ 12% đến 18% so với các hệ thống cố định cũ hơn. Ở các cơ sở quy mô lớn sử dụng nhiều pin, học máy thực sự tự động phân phối năng lượng giữa các cụm pin và bộ nghịch lưu khác nhau. Điều này giúp bảo vệ pin khỏi bị mòn quá nhanh và giữ chênh lệch điện áp dưới mức khoảng 2%, điều rất quan trọng khi hỗ trợ các lưới điện không ổn định hoặc thiếu bền vững.
Các hệ thống lai giữa năng lượng mặt trời, gió và pin hiện nay chiếm 34% tổng công suất lắp đặt năng lượng tái tạo mới, cho phép cung cấp điện sạch liên tục 24/7 thông qua:
Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng các nhà máy lai đạt mức độ sử dụng công suất 92% so với mức 78% của các trang trại điện mặt trời độc lập, trong khi việc tích hợp hệ thống lưu trữ tại chỗ giúp san lấp 83% các khoảng trống sản lượng do tính gián đoạn của nguồn.