Bài tập lớn Hệ thống lưu trữ năng lượng ESS

Giới thiệu về hệ thống lưu trữ năng lượngL ưu trữ năng lượng điện đề cập đến quá trình chuyển đổi năng lượng điện từ mạng lưới điện thành một dạng năng lượng lưu trữ được và có thể chu

Trang 1

Đề tài: Hệ thống lưu trữ năng lượng-ESS

Bài tập lớn

Nhóm phụ trách: Nhóm 3

Trang 2

Giới thiệu về hệ thống lưu trữ năng lượng

L ưu trữ năng lượng điện đề cập đến quá trình chuyển đổi năng

lượng điện từ mạng lưới điện thành một dạng năng lượng lưu trữ

được và có thể chuyển đổi trở lại năng lượng điện khi cần

L ưu trữ năng lượng điện có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh

vực như phát điện, mạng lưới phân phối và truyền tải, nguồn năng

lượng phân tán, năng lượng tái tạo.

Trang 3

Lịch sử của lưu trữ năng lượng điện

Các bộ acquy axit chì Thủy điện tích năng

Các hệ thống lưu trữ năng lượng khác

2005 - nay

Đầu tư vào PHS đã giảm xuống vì vấn đề môi trường Thay vào đó đã xuất hiện nhiều kiểu hệ thống lưu trữ khác như: khí nén, pin, pin nhiên

liệu, banh đà, hệ thống lưu trữ năng lượng

nhiệt

Trang 4

Tính cấp bách của hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS)

• ESS là nhu cầu cấp thiết trong sản xuất điện

thông thường, đóng vai trò quan trọng trong

thiết kế nhà máy phát điện.

• ESS được coi là một công nghệ cấp thiết đối

với hệ thống sử dụng nguồn năng lượng

phân tán(DER), đảm bảo cung cấp nguồn

điện liên tục trong hệ thống này.

• ESS còn là hệ thống cần thiết để bù đắp tính

gián đoạn và không kiểm soát được của các

hệ thống phát điện dựa trên năng lượng tái

tạo.

Trang 5

Một số hệ thống lưu trữ năng

lượng

Trang 6

Một số hệ thống lưu trữ năng lượng

Thủy điện tích năng (PHS)

Cấu tạo cơ bản

- Thủy điện tích năng(PHS) là hệ thống lưu trữ

năng lượng quy mô lớn được thực hiện rộng rãi

nhất

- M ột hệ thống như vậy thường bao gồm:

(1) Hai bể chứa nằm ở các độ cao khác nhau

(2) Một bộ phận để bơm nước lên độ cao (để lưu

trữ điện năng dưới dạng thế năng trong giờ

thấp điểm).

(3) Một tua bin để tạo ra điện với nước quay trở

lại độ cao thấp (chuyển đổi thế năng thành điện

trong giờ cao điểm).

Trang 7

Thủy điện tích năng (PHS)

Ưu, nhược điểm

• Lượng lưu trữ lớn, thời gian lưu trữ

dài

• Lấy lại được 71-85% năng lượng điện

được sử dụng để bơm nước lên hồ chứa trên cao

• Vốn chi phí trên một đơn vị năng

lượng tương đối thấp

• Điều kiện địa lý để thiết kế hai hồ chứa lớn và

một hoặc 2 đập.

• Thời gian xây dựng dài ~ 10 năm.

• Chi phí cao: hàng trăm đến hàng nghìn triệu

đô la, cho các vấn đề xây dựng và môi trường.

Trang 8

Thủy điện tích năng

Nhà máy thủy điện tích năng Bác Ái, Ninh Thuận

Trang 9

Lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES)

Hệ thống A-CAES của công ty Hydrostor ở Goderich, Ontario

Trang 10

Hệ thống A-CAES của công ty Hydrostor ở Goderich, Ontario

Cấu tạo và cơ chế hoạt động

• Khoang chứa để lưu trữ khí nén

• Thiết bị điều khiển và phụ trợ: bộ

phận lưu trữ nhiên liệu và bộ trao đổi nhiệt

Trang 11

Ưu và nhược điểm

• Có thời gian lưu trữ dài.

• Chi phí vốn thấp và hiệu quả cao.

• Hiệu quả lưu trữ nằm trong khoảng

• CAES có yêu cầu cần đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và phát thải ô nhiễm môi trường.

Trang 12

Nhà máy CAES đầu tiên ở Huntorf, Đức

• Đi vào hoạt động từ năm 1978

• Có thể tích chứa

~310.000 m3 được chuyển đổi từ các mỏ muối khai thác dung dịch dưới lòng đất 600m

• Có máy nén 60MW với

áp suất tối đa 10 Mpa

• Chu kỳ hằng ngày với

8 giờ sạc và tạo ra 290MW trong 2 giờ

Trang 13

Trang 14

• Khái quát về pin: Pin là hình thức lưu trữ điện lâu đời nhất, lưu trữ điện dưới

dạng năng lượng hóa học Pin bao gồm một hoặc nhiều tế bào điện hóa và mỗi

tế bào bao gồm chất điện phân lỏng, sệt hoặc rắn cùng với điện cực dương

(cực dương) và điện cực âm (cực âm) Trong quá trình tích điện, các phản ứng điện hóa xảy ra ở hai cực tạo ra dòng electron chạy qua mạch ngoài Các phản ứng có thể đảo ngược, cho phép sạc lại pin bằng cách đặt một điện áp bên

ngoài qua các điện cực

• Ưu điểm của pin:

• Cung cấp tinh đa dạng của nhiên

liệu

• Phản hồi rất nhanh với những

thay đổi về tải

• Khả năng lưu trữ điện nhỏ, chi

phí bảo trì cao, vòng đời ngắn

• Khả năng xả điện hạn chể

• Hầu hết các loại pin đều chứa

các vật liệu độc hại

Trang 15

Pin axit chì (acquy axit chì)

Giới thiệu, cấu tạo

Pin axit chì, được phát minh vào năm 1859, là thiết

bị điện hóa có thể sạc lại lâu đời nhất và được sử dụng

Trang 16

Trang 17

Pin axit chì (acquy axit chì)

Phân loại: acquy cần bảo dưỡng yêu cầu châm nước thường xuyên, ắc quy không cần bảo dưỡng không cần châm thêm nước, sử dụng trong khởi động và ắc quy

có van điều chế

Ưu và nhược điểm của pin axit chì:

• Có chi phí trên 1 đơn vị năng lượng thấp

• Độ tin cậy và hiệu quả cao (70-90%)

• Là lựa chọn phổ biến cho một số ứng dụng về chất lượng điện, UPS

• Vòng đời ngắn (500-1000 chu kỳ sạc)

• Mật độ năng lượng thấp (30-50 Wh/kg)

Trang 18

Pin Lithium-ion

Cấu tạo và quá trình nạp xả của pin Li-ion

• Cực âm: là các oxit kim loại của Liti

như: LiCoO2, LiMO2, LiNiO2, …

• Cực dương: được làm bằng than chì

có cấu trúc phân lớp

• Chất điện phân: được tạo thành từ

các muối Liti (ví dụ LiPF6) hòa tan trong các muối hữu cơ

Trang 19

Pin Lithium-ion

Ưu và nhược điểm của pin Li-ion:

• Mật độ năng lượng cao (có thể

đạt tới 1800Wh/kg)

• Tuổi thọ chu kỳ cao

• Hiệu suất của pin Li-ion gần như

100%

• Việc sản xuất pin li-ion với quy

mô lớn có chi phí cao (do các mạch bảo về quá tải bên trong)

→ giá thành cao.

Trang 20

Hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà (Flywheel energy storage system)

Một hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng tại Paris, Pháp

Trang 21

Hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà (FESS)

➢ Cấu tạo

Động cơ / máy phát, bánh đà, giá đỡ từ , hệ thống ngăn chứa,

hệ thống đk và chuyển đổi công suất

➢ Nguyên lí hoạt động

• Ở chế độ nạp nguồn điện xoay chiều đi qua bộ lọc tới bộ biến đổi

AC/DC chuyển thành dòng điện 1 chiều dẫn vào động cơ điện Động cơ

điện quay kéo theo bánh đà quay và tích trữ năng lượng dưới dạng động

năng Ở chế độ xả khi nguồn điện bị ngắt, bánh đà vẫn quay kéo theo

rotor của máy phát quay , dòng điện tạo ra đi qua bộ biến đổi DC/AC

chuyển thành dòng xoay chiều Dòng điện xoay chiều này qua bộ lọc

được cấp ngược lại lên lưới điện Tốc độ quay của bánh đà được cảm

biến ghi lại và truyền lên bộ điểu khiển chuyển đổi năng lượng để điểu

chỉnh tỉ lệ các thông số biến đổi AC/DC, DC/AC sao cho phù hợp

Hệ thống bánh đà

Trang 22

Hệ thống tích trữ năng lượng sử dụng bánh đà (FESS)

➢ Ưu và nhược điểm của FESS:

• Tuổi thọ cao, có khả năng hoạt động

hàng trăm nghìn chu kỳ sạc-xả đầy

• Hiệu suất cao (90-95%)

• Thời gian cung cấp năng lượng của hệ

thống ngắn

• Hệ thống luôn phải chịu tác động cơ

học lớn và giới hạn công suất phát

Trang 23

Hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà

➢ Ứng dụng

• Chủ yếu là sử dụng trong các ứng dụng cần công suất

cao/thời gian ngắn

• Cung cấp khả năng vượt qua các gián đoạn điện trong thời

gian ngắn hoặc để làm cầu nối chuyển dịch từ nguồn điện

này sang nguồn điện khác

• Hỗ trợ công suất phản kháng, dự trữ quay và điều chỉnh

điện áp cho các tải nhạy cảm với chất lượng điện như các

cơ sở truyền thông và trung tâm máy chủ máy tính

Trang 24

Tụ điện

Trang 25

Tụ điện

➢ Cấu tạo

Gồm 2 bản tụ được đặt cách điện với nhau bởi lớp điện môi(không khí, thủy tinh,…)

➢ Nguyên lí hoạt động

• Khi tụ được kết nối với nguồn điện, các electron

sẽ tích tụ trên một bên bản tụ, trong khi bản còn

lại sẽ giải phóng eletron, khi đó 2 bản tụ mang

điện áp trái dấu nhau tạo sự chênh lệch điện áp

giữa 2 bản từ đó lưu trữ năng lượng dưới dạng

năng lượng điện trường

Trang 26

Tụ điện

• Được sạc nhanh hơn đáng kể, tuổithọ, hiệu suất cao hơn so với pin thông thường

• Mật độ năng lượng thấp

• Việc sử dụng các tụ điện lớn khôngkinh tế và thường cồng kềnh

Các vấn đề chính đối với tụ điện, là thời lượng xả ngắn và tiêu hao năng lượng cao do

tổn thất tự phóng điện Do đó, tương tự như bánh đà, tụ điện chủ yếu được sử dụng trong

các ứng dụng về chất lượng điện và bắc cầu, cũng như để thu hồi năng lượng trong các hệ

thống vận chuyển khối lượng lớn

Trang 27

So sánh các công nghệ lưu trữ năng lượng

Trang 28

Kết Luận

• Bằng cách sử dụng ESS, những thách thức mà ngành điện phải đối mặt có thể được

giảm thiểu đáng kể Các công nghệ ESS cung cấp ba chức năng chính là quản lý nănglượng, cầu nối khi chuyển từ nguồn điện này sang nguồn điện khác và chất lượng điện,

độ tin cậy

• Mặc dù có nhiều hệ thống ESS khác nhau, nhưng không có hệ thống lưu trữ nào đáp

ứng được tất cả các yêu cầu cho một ESS lý tưởng - có tuổi thọ cao, chi phí thấp, mật

độ năng lượng cao và hiệu quả cao và thân thiện với môi trường

• Hiệu suất chu kỳ của bánh đà, tụ điện / siêu tụ điện, pin, PHS, CAES cao với hiệu suấtchu kỳ trên 60% TES và CES có hiệu suất thấp chủ yếu do tổn thất lớn trong quá trìnhchuyển đổi từ dòng xoay chiều sang dạng năng lượng lưu trữ

• PHS, CAES, pin được coi là có một số tác động tiêu cực đến môi trường do một hoặcnhiều nguyên nhân sau: sử dụng nguyên liệu hóa thạch, từ trường mạnh, ảnh hưởng mĩquan, và tàn tích độc hại

Tiêu đề	Hệ thống lưu trữ năng lượng – ESS
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật năng lượng, Hệ thống lưu trữ năng lượng
Thể loại	Bài tập lớn
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	1,92 MB