Các nhà khoa học Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường đã làm chủ công nghệ điều khiển, thiết kế và chế tạo hệ thống lưu trữ năng lượng hỗn hợp sử dụng pin lithium-ion và siêu tụ điện (hệ thống).

Mở đường phát triển năng lượng tái tạo

Trước áp lực ngày càng lớn từ tăng trưởng phụ tải, yêu cầu vận hành ổn định và mục tiêu chuyển đổi xanh, nhu cầu về các giải pháp lưu trữ năng lượng thông minh, hiệu quả và thân thiện môi trường trở thành ưu tiên hàng đầu trong quy hoạch phát triển năng lượng hiện nay.

Các hệ thống lưu trữ không chỉ bảo đảm cung cấp điện liên tục, ổn định, mà còn đóng vai trò then chốt trong việc tích hợp hiệu quả các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện.

TS Nguyễn Đức Minh - Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và cộng sự đã thực hiện Đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý, điều khiển và tối ưu hóa hệ thống lưu trữ năng lượng hỗn hợp pin lithium-ion và siêu tụ điện”.

TS Nguyễn Đức Minh cho biết, nhóm đã lựa chọn kết hợp 2 công nghệ lưu trữ phổ biến là pin lithium-ion và siêu tụ điện, là 2 công nghệ có tính bổ trợ lẫn nhau. Cụ thể: Pin lithium-ion có khả năng lưu trữ năng lượng lớn, thích hợp cho vận hành dài hạn; Siêu tụ điện vượt trội về khả năng đáp ứng tức thời, phục vụ các tải đột biến trong thời gian ngắn. Việc lai ghép 2 công nghệ này cho phép tối ưu hóa hiệu suất lưu trữ, nâng cao độ tin cậy, đồng thời giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình chuyển đổi và cung cấp điện.

Dựa trên nguyên lý này, nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công mô hình quản lý năng lượng tích hợp, có khả năng giám sát, điều khiển và tối ưu hóa quá trình vận hành của hệ thống hỗn hợp, đồng thời kết nối với nguồn điện mặt trời phân tán trên lưới điện hạ áp, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ tiêu chuẩn 3x500W.

Hệ thống được trang bị phần mềm điều khiển thời gian thực, cho phép phản ứng linh hoạt trước các tình huống biến động công suất hoặc mất cân bằng năng lượng. Đặc biệt, nhóm đã áp dụng bộ điều khiển Fuzzy-PI - kết hợp giữa logic mờ và điều khiển tỉ lệ - tích phân, giúp cải thiện rõ rệt tốc độ phản hồi và biên độ dao động tần số trong các trạng thái quá độ.

Từ tháng 8/2024, hệ thống đã được triển khai thử nghiệm tại Khu Nghiên cứu Công nghệ Cổ Nhuế (Hà Nội) và cho thấy khả năng vận hành ổn định, đáp ứng đầy đủ các thông số kỹ thuật. Kết quả thực nghiệm không chỉ khẳng định hiệu quả lưu trữ - chuyển đổi năng lượng, mà còn chứng minh tính linh hoạt và an toàn của hệ thống khi tích hợp vào lưới điện phân phối.

Dự đoán được sản lượng điện mặt trời

TS Nguyễn Đức Minh chia sẻ: Nhóm nghiên cứu đã phân tích chuyên sâu vai trò của việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo khác nhau (như điện mặt trời) vào hệ thống lưu trữ hỗn hợp, nhằm tăng cường ổn định lưới điện trong điều kiện vận hành biến động. Việc thử nghiệm trong thời gian thực với nhiều kịch bản hoạt động khác nhau đã cho thấy mô hình không chỉ hoạt động hiệu quả, mà còn có tiềm năng mở rộng đáng kể.

Nó có thể ứng dụng linh hoạt cho nhiều loại hình lưới điện từ hộ gia đình, cơ sở sản xuất quy mô nhỏ đến những khu vực vùng sâu, vùng xa, nơi hạ tầng điện chưa hoàn chỉnh.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hướng đến phát triển hệ thống quản lý năng lượng thông minh (EMS) ứng dụng công nghệ học máy và dữ liệu thời gian thực. EMS có thể: Dự đoán sản lượng điện mặt trời; Tự động lên lịch sạc - xả; Điều chỉnh phụ tải theo giá điện hoặc trạng thái lưới. Mô hình EMS này sẽ giúp giảm áp lực lên hệ thống vào giờ cao điểm, đồng thời duy trì trạng thái vận hành tối ưu cho cả nguồn và tải.

Bên cạnh đó, nhóm cũng đang mở rộng nghiên cứu theo hướng phát triển mô hình lưu trữ kết hợp pin mặt trời và hệ thống lưu trữ năng lượng (PV-BESS) có thể tự động kết nối hoặc tách khỏi lưới điện khi cần, đảm bảo hệ thống vẫn hoạt động bình thường trong các tình huống mất điện, đặc biệt hữu ích ở những vùng dễ xảy ra thiên tai.

Với nền tảng công nghệ vững chắc, hệ thống mới do Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường phát triển đang cho thấy tiềm năng ứng dụng vượt ra ngoài phạm vi phòng thí nghiệm. Những thành công này không chỉ đóng góp vào sự phát triển của hệ thống điện thông minh, mà còn mở ra nhiều cơ hội hiện thực hóa mục tiêu chuyển dịch năng lượng quốc gia, hướng tới một tương lai năng lượng bền vững, linh hoạt và tự chủ.