BESS là gì? Nguyên lý vận hành và ứng dụng trong đời sống 

Khi điện dư thừa từ năng lượng tái tạo không được lưu trữ hiệu quả, điện từ lưới phải chịu áp lực trong khung cao điểm, một hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin tối ưu như BESS sẽ giải quyết được các vấn đề này. Vậy BESS là gì? Mô hình này có nguyên lý hoạt động và ứng dụng như thế nào? Mời bạn tìm hiểu trong bài viết sau của chúng tôi. 

BESS là gì?

BESS (viết tắt của Battery Energy Storage System - Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin) là công nghệ lưu trữ năng lượng dung lượng lớn có khả năng tích trữ điện từ nhiều nguồn khác nhau (lưới điện, năng lượng tái tạo), sau đó giải phóng điện cho nhu cầu cục bộ hoặc hòa lưới trong giờ cao điểm, mất điện hoặc thời điểm giá điện cao, giúp cân bằng nhu cầu cung cầu, tránh lãng phí năng lượng, tối ưu chi phí điện năng và giảm áp lực lên lưới điện quốc gia. 

Bản chất, BESS hoạt động như một hệ thống pin sạc, thu thập và tích trữ năng lượng từ lưới vào giờ thấp điểm hoặc từ các nguồn năng lượng tái tạo và xả điện khi cần thiết. Hệ thống này thường được dự phòng bằng máy phát điện diesel để đảm bảo nguồn điện không bị gián đoạn. 

Về tổ chức, BESS được bố trí theo dạng module (sắp xếp trên Container/Box) nên có thể vận chuyển linh hoạt, dễ dàng. 

Về công suất, BESS được thiết kế để xả điện trong khoảng thời gian trung bình từ 1 đến 4 giờ (công nghệ hiện đại cho phép thời gian cấp điện lâu hơn) nên phù hợp lắp đặt gần các nhà máy điện để phục vụ nhu cầu cung cấp công suất đỉnh ngắn hạn hoặc các dịch vụ phụ trợ như kiểm soát tần số, dự trữ năng lượng khi lưới điện gặp sự cố.

Trong bối cảnh toàn cầu nỗ lực hướng tới mục tiêu đưa phát thải ròng về 0 vào năm 2050, BESS được đánh giá là công nghệ thiết yếu cho quá trình chuyển đổi năng lượng xanh và giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch. 

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lưu trữ năng lượng

Công nghệ BESS vận hành như một “ngân hàng điện” thông minh, lưu trữ năng lượng dư thừa và trả lại năng lượng tích trữ khi cần. Nguyên lý hoạt động của hệ thống này được chia thành 3 giai đoạn như sau: 

Giai đoạn sạc

Quá trình lưu trữ năng lượng của BESS bắt đầu từ hệ thống sạc. BESS lấy điện từ lưới AC trong giờ thấp điểm hoặc điện năng lượng tái tạo DC dư thừa và được chuyển đổi thành dòng DC qua bộ biến tần 2 chiều để sạc các cell pin. Tùy thuộc vào dòng điện khả dụng và thiết lập của người vận hành mà quá trình sạc có thể diễn ra nhanh hoặc chậm. 

Giai đoạn lưu trữ năng lượng

Tại cell pin, năng lượng được lưu trữ dưới dạng điện thế điện hóa. Điểm đặc biệt trong kỹ thuật lưu trữ của BESS là pin được sạc bằng cách tích tụ điện tích của các vật liệu cụ thể (chất điện phân) ở 1 trong 2 cực, sau đó chảy sang cực còn lại trong quá trình xả. 

Có 3 cấu trúc phổ biến của cell pin là hình trụ, hình lăng trụ và dạng túi. Loại hình trụ cho phép lưu thông làm mát và tản nhiệt tốt hơn nhưng mật độ đóng gói thấp. Loại lăng trụ giúp tối ưu mật độ đóng gói nhờ khả năng xếp chồng lên nhau. Riêng loại túi lại phù hợp với các khoang rỗng không đều. 

Giai đoạn xả

Khi nhu cầu điện tăng hoặc tần số lưới điện bị lệch, hệ thống sẽ chuyển đổi dòng điện DC thành AC thông qua bộ biến tần để hòa lưới hoặc sử dụng cho mục đích cá nhân. Đa phần BESS sẽ giải phóng năng lượng từ hệ thống pin lưu trữ vào giờ cao điểm hoặc khi mất điện để ổn định lưới điện hoặc giảm chi phí tiền điện cho hộ gia đình, doanh nghiệp.  

Toàn bộ quá trình trên được kiểm soát bởi hệ thống quản lý pin (BMS), hệ thống chuyển đổi điện năng (PCS) và hệ thống quản lý năng lượng (EMS) để theo dõi nhiệt độ, điện áp, tình trạng của cell pin và quyết định thời điểm lưu trữ hoặc giải phóng điện. Vì vậy, BESS tối ưu được sản lượng điện nạp, xả, ngưỡng trạng thái sạc và độ sâu xả, từ đó tăng cường tính tin cậy của hệ thống. 

Ưu điểm và lợi ích của BESS

Sử dụng BESS có thể đem lại nhiều lợi ích cho chủ đầu tư, nhất là ở khía cạnh kinh tế. 

Tận dụng hiệu quả năng lượng tái tạo

Mô hình ứng dụng điển hình nhất của BESS là tích hợp với hệ thống điện mặt trời, cho phép sạc điện vào ban ngày và giải phóng điện vào ban đêm hoặc thời điểm giá điện cao, giúp người dùng tự chủ trong việc sử dụng điện năng, qua đó giảm chi phí vận hành và tiết kiệm hóa đơn tiền điện. Đặc biệt, BESS là giải pháp toàn diện giúp giải quyết vấn đề phát điện không liên tục của các nguồn năng lượng tái tạo. 

Ngoài ra, BESS cũng giúp lưu trữ năng lượng dư thừa từ nguồn điện tái tạo hoặc lưới điện quốc gia trong giờ thấp điểm, sau đó xả lại lưới khi nhu cầu sử dụng điện tăng cao. 

Giảm áp lực cho lưới điện

Hệ thống pin lưu trữ đảm bảo nguồn điện được duy trì liên tục, cả khi lưới điện gặp sự cố, là giải pháp cần thiết để duy trì hoạt động sinh hoạt, sản xuất hàng ngày, đặc biệt là tại các khu vực yêu cầu nguồn điện liên tục như bệnh viện, trường học, trung tâm dữ liệu. 

Sử dụng BESS, đồng thời còn giảm áp lực cho lưới điện quốc gia, nhất là vào khung giờ cao điểm. 

Dung lượng, sản lượng lớn 

2-4 giờ là thời gian cấp điện trung bình của một hệ thống BESS có công suất từ 50kW - 1MW, đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của một doanh nghiệp có quy mô trung bình. 

Úc là một trong những quốc gia đầu tiên trên thế giới phát triển hệ thống tích trữ năng lượng bằng pin quy mô lớn để hỗ trợ lưới điện khi tỷ trọng điện năng lượng tái tạo ngày càng tăng cao. Vào năm 2017, Úc cho vận hành hệ thống BESS 100 MW đầu tiên của thế giới tại Khu dự trữ điện Hornsdale. 

Đến nay, Trung Quốc là quốc gia dẫn đầu toàn cầu về sản xuất pin và hệ thống BESS với tổng công suất lên đến 62GW/141GWh. Tại Mỹ, chỉ tính riêng năm 2024, công suất BESS đã tăng thêm 10 GW, đưa tổng công suất tích lũy vượt 26GW. 

Nâng cao hiệu quả lưới điện vi mô

Hệ thống BESS có thể nâng cao chất lượng lưới điện vi mô một cách đáng kể bằng cách kết hợp với lưới điện tại vùng sâu, vùng xa, vùng hải đảo hoặc dịch chuyển thời gian sử dụng điện sang giờ thấp điểm có chi phí rẻ hơn và tích hợp trơn tru với các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời. 

Sau khi được lắp đặt, BESS có thể nạp và xả điện từ lưới hoặc hấp thu năng lượng tái tạo dư thừa, sau đó tăng giảm công suất chỉ trong tích tắc, điều mà các máy phát điện truyền thống không thể sánh kịp. Khả năng cân bằng mạng lưới phân phối này hữu ích ở mọi nơi, đặc biệt là ở những khu vực lưới điện yếu hoặc chưa thể tiếp cận. 

Khả năng lắp đặt linh hoạt

Không giống như các nhà máy điện, dự án lưu trữ pin năng lượng không yêu cầu diện tích xây dựng hay công trình dân dụng lớn và cũng không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết nên có thể linh hoạt lắp đặt tại nhiều khu vực khác nhau, phổ biến là gần các nhà máy điện để tận dụng đường dây truyền tải có sẵn. 

Bên cạnh đó, nhiều hộ gia đình, nhà xưởng, doanh nghiệp cũng có thể trang bị hệ thống pin lưu trữ năng lượng để chủ động trong việc điều chỉnh thời gian sử dụng điện hoặc dự phòng điện trong trường hợp mất điện lưới. 

Hỗ trợ chuyển đổi năng lượng xanh toàn diện

Fortune Business Insights nhận định, xu hướng sản xuất năng lượng carbon thấp đã thúc đẩy nhu cầu về BESS ngày càng tăng cao. Thực tế, BESS hoạt động như một nguồn điện dự phòng nên không dùng nhiên liệu để sản xuất điện. Sử dụng BESS thay máy phát điện khẩn cấp hay hệ thống điện dự phòng giúp hạn chế đáng kể lượng khí thải carbon ra môi trường. 

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang trở thành vấn nạn cấp bách của toàn thế giới, công nghệ lưu trữ năng lượng không chỉ giảm thiểu phát thải khí nhà kính mà còn hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng xanh toàn diện khi có khả năng lưu trữ năng lượng dư thừa của các nguồn điện tái tạo, đồng thời giải quyết tình trạng thiếu ổn định của những nguồn điện này. 

Dễ dàng nâng cấp, bảo trì

Một hệ thống BESS thông thường có tuổi thọ từ 5 - 15 năm. Nhờ thiết kế dạng module trong các container, các kỹ sư có thể nâng cấp, bảo trì từng bộ phận mà không ảnh hưởng đến hoạt động của cả hệ thống. Bên cạnh đó, lớp vỏ bọc của cell pin có cấp độ bảo vệ và chống ăn mòn cao để phù hợp với môi trường lắp đặt ngoài trời nên đảm bảo được độ an toàn và tuổi thọ cho pin.  

Tuy được đánh giá là công nghệ lưu trữ điện của tương lai nhưng BESS cũng tồn tại nhiều nhược điểm khiến các doanh nghiệp còn e ngại đầu tư. 

• Chi phí đầu tư cao: Hệ thống BESS đòi hỏi khoản đầu tư ban đầu tương đối lớn nhưng thời gian hoàn vốn lại dài, trong đó phần lớn chi phí đến từ các loại pin có mật độ năng lượng và tuổi thọ cao. BESS cũng đòi hỏi hệ thống điều khiển và quản lý phức tạp nên đây là một trở ngại đối với các hộ gia đình, nhà xưởng có ngân sách hạn chế. 
• Tuổi thọ pin hạn chế: Thay vì sử dụng pin lithium-ion, nhiều dự án lựa chọn pin axit-chì hoặc sodium-sulfur để tiết kiệm chi phí nhưng tuổi thọ của những loại pin này tương đối ngắn. Do đó, người dùng có thể phát sinh thêm chi phí thay thế và bảo trì định kỳ. Thực tế, pin của BESS đều có chu kỳ sạc/xả giới hạn nên sau một khoảng thời gian sử dụng nhất định vẫn cần thay thế để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất. 
• Hiệu suất chưa cao: Khi sạc, chỉ có khoảng 70-75% năng lượng được lưu trữ trong pin của BESS (hiệu suất của pin lithium-ion có thể cao hơn từ 85-92%), phần còn lại bị mất đi dưới dạng nhiệt. Hiệu suất này còn có thể giảm nếu sử dụng loại pin công nghệ cũ hoặc hệ thống vận hành thiếu ổn định. 
• Nguy cơ cháy nổ: Một số pin của BESS, điển hình như pin lithium-ion có nguy cơ cháy nổ cao do mất kiểm soát nhiệt khi không được sử dụng và bảo quản đúng cách. Điển hình như vụ hỏa hoạn xảy ra hồi tháng 2/2025 tại hệ thống BESS đang được xây dựng ở East Tilbury, Essex (Anh). Tuy không gây thiệt hại về người nhưng việc dập tắt đám cháy từ pin lithium đòi hỏi công nghệ cao trong thời gian khá dài. Vì vậy, việc bảo quản, tái chế pin của BESS cũng là bài toán khó đối với nhà đầu tư. 

Phân loại hệ thống lưu trữ năng lượng BESS

Có 3 dạng hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin phổ biến nhất hiện nay. 

Trạm lưu trữ năng lượng (Battery storage power station)

Đây là hệ thống pin lưu trữ quy mô lớn, có nhiệm vụ tích trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo như thủy điện, điện mặt trời, điện gió và thường hoạt động song song với lưới điện để cung cấp điện dự phòng khi lưới gặp sự cố hoặc khi nhu cầu sử dụng điện tăng vọt. 

Các trạm này được lắp đặt rộng rãi tại các khu công nghiệp, nhà máy công suất lớn, giúp tối ưu hóa việc quản lý tải và giảm áp lực cho lưới điện. 

Hệ thống lưu trữ năng lượng kết hợp với lưới (Battery energy grid storage)

Với mô hình này, hệ thống BESS sẽ kết nối trực tiếp với lưới điện quốc gia để lưu trữ điện ở giai đoạn thấp điểm và trả lại lưới trong các giờ cao điểm hoặc khi có sự thiếu hụt từ các nguồn năng lượng tái tạo, đảm bảo lưới điện hoạt động ổn định, cung cấp điện liên tục cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất, đặc biệt là tại các thành phố lớn. 

Hệ thống lưu trữ năng lượng cho lưới điện (Battery grid storage)

Tương tự BEGS, BGS cũng lưu trữ năng lượng trực tiếp từ lưới và giải phóng điện khi cần. Tuy nhiên, mô hình này thường được triển khai tại các khu vực nhất định như nhà máy điện, khu công nghiệp có nhu cầu sử dụng điện lớn để tối ưu hóa chi phí điện năng và giảm sự phụ thuộc vào các nguồn điện không ổn định như năng lượng tái tạo. 

Ứng dụng của hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin

Nhờ khả năng sử dụng năng lượng linh hoạt, BESS được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ dân dụng cho đến công nghiệp, thương mại.

Trong công nghiệp - thương mại

• Cắt giảm đỉnh/Quản lý tải: Một trong những đặc tính ưu việt của BESS là khả năng cân bằng tải trọng vào giờ cao điểm và thấp điểm điện. Do đó, BESS được ứng dụng như công cụ quản lý nhu cầu sử dụng năng lượng bằng cách giảm thiểu tiêu thụ điện năng từ lưới vào giờ cao điểm. 
• Dịch chuyển tải: Hệ thống lưu trữ năng lượng cho phép hộ gia đình/ doanh nghiệp sử dụng điện năng thông thường từ lưới vào giờ thấp điểm, sau đó sẽ chuyển sang năng lượng đã tích trữ vào giờ cao điểm để tiết kiệm hóa đơn tiền điện. 
• Nguồn điện dự phòng: BESS có thể hoạt động như một nguồn cấp điện lưu động (UPS) dạng lớn, giúp duy trì tính liên tục của nguồn điện khi điện lưới gặp sự cố. Tại các nhà máy sản xuất điện, BESS còn thay thế máy phát điện chạy dầu hoặc khí đốt tự nhiên. 
• Hỗ trợ lưới điện vi mô: Hệ thống lưới điện siêu nhỏ tại vùng sâu, vùng xa có thể kết hợp với hệ thống lưu trữ năng lượng để sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng tái tạo, giúp xóa bỏ khoảng cách vùng miền và khai thác tối đa kinh tế vùng. 
• Cân bằng và ổn định lưới điện: BESS có khả năng điều chỉnh điện áp và tần số một cách nhanh chóng, giúp hạn chế sự biến động trên lưới điện. 
• Tích hợp năng lượng tái tạo: Pin lưu trữ là giải pháp toàn diện giải quyết hạn chế của các nguồn năng lượng tái tạo như: năng lượng dư thừa không được lưu trữ hiệu quả, biến động theo thời tiết.
• Thúc đẩy ngành công nghiệp EV: BESS cung cấp nguồn điện liên tục và ổn định cho các trạm sạc xe điện, nhất là sạc nhanh DC vào giờ cao điểm. 

Trong hộ gia đình

• Tự chủ điện năng: BESS kết hợp điện mặt trời giúp các hộ gia đình tự chủ trong việc sử dụng điện năng, có thể độc lập hoàn toàn với điện lưới. Điều này giúp giảm đáng kể hóa đơn tiền điện hàng tháng, đồng thời cũng giảm áp lực lên lưới điện quốc gia. 
• Tối ưu hóa sử dụng năng lượng mặt trời: BESS cho phép chủ nhà tích trữ năng lượng mặt trời dư thừa vào ban ngày để sử dụng vào ban đêm hoặc giờ cao điểm. 
• Dự phòng mất điện: Trường hợp lưới điện bị mất, BESS sẽ hoạt động như một nguồn điện dự phòng, đảm bảo hoạt động sinh hoạt diễn ra liên tục. 

Câu hỏi thường gặp về BESS là gì?

Câu hỏi 1: BESS được sử dụng ở đâu?

Trả lời: BESS có thể sử dụng ở bất kỳ công trình, lĩnh vực nào từ dân dụng đến công nghiệp, thương mại. Ở quy mô nhỏ, BESS là nguồn dự trữ điện năng cho các hộ gia đình, xưởng sản xuất nhỏ. Ở quy mô lớn hơn, BESS có thể cung cấp nguồn điện ổn định cho cả nhà máy, khu công nghiệp.

Câu hỏi 2: BESS chủ yếu sử dụng loại pin nào?

Trả lời: Lithium - ion là loại pin phổ biến nhất trong hệ thống BESS với ưu điểm an toàn cao, tuổi thọ dài và thân thiện với môi trường. 

Câu hỏi 3: BESS có thể hoạt động trong và ngoài lưới điện không?

Trả lời: Có. BESS hỗ trợ cả hòa lưới và hoạt động độc lập với lưới điện.