.............................................................................................................4
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ...................................................................5
ụ

...................................................................................................7

Danh mục các hình vẽ, ồ thị ...................................................................................8
....................................................................................................................9
Ề
1.1.

ị

..........10

....................................................................................10
ữ

1.2.
1.2.1.

Ắ

1.2.2.

Ắ

ệ

1.2.4.
B


ậ

1.2.8.
à

1.3.

ệ

ữ

ệ

..............17

..........................................................................19

1.4.

ữ .......................................................................................20

1.5.

............................................................................................20

1.6.

ệ
ế

2.1.2.

ế

2.3.

ế ệ

ế
ế

ệ

B

ề
ệ

ế ệ

ữ

à
ữ
ữ

ệ

ệ



,

..............................................................................41

ệ

à
ệ

3.3.

B

......36

a% ..................................................................39

ể ,

3.1.4.

ị

B

........34

...................................................39


ệ

ệ

B

3.1.1.

............................28

ệ ....................................................33

ệ

2.4.

3.1.

..........26
B

ệ

2.5.

à

à

2.1.3.

..........................................44
B

,

.....................48

ế ..............................48

2


à

ệ

à

à

.51

à ..................................53

à
ế

ữ

ệ

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

A:

ệ thống lưu tr điện năng

AL-TES:

ăng lượng lưu tr siêu

BESS:

ưu tr năng lượng

C:

ng c quy

n từ

ng h n n

Thủy điện t ch năng

CAES:

c quy a l – Niken

CB:


DMFC:

ng t ng

Th i gian xả

EboBESS:

ung lượng xả

EbwBESS:

i tr hiệu

F:
Fo:


ng của c c

ng điện ậc cao

chuy n đ i năng lượng
àm m c tiêu
Th i gian c o cao đi m

i:

hi ph tiết iệm được hi s


5

trong chế đ s c


PB:

ăng lượng cung cấp trong th i gian xả

PCS:

hi ph vốn an đ u

PSB:

hi ph vốn vận hành

Psh:

T lệ tăng trư ng tải

PHS:

ự thay đ i tải trong

QB :

hi u ài trung chuy n

ra :


hi ph

VRB:

ông suất cực đ i

iên

WBCh:

T ng năng lượng cung cấp trong

WBDCh:

hi ph năng lượng h c nhau

WT :

hi ph s c năng lượng

ZEBRA:

hi ph xả năng lượng

6

gi




ình :

c thành ph n của hệ thống

ình :

đ thiết ế hệ thống chuy n đ i năng lượng

……………………….. 6
...…………………… 7

………………………………………. 9

ình 6: i u đ nhu c u tải trong tu n trong ngày ch c

……………………3
th i đi m nhu c u cao

nhất ……………………………………………………………………………….. 0
ình 7: i u đ nhu c u ph tải trong tu n trong ngày c

th i đi m nhu c u cao

nhất ……………………………………………………………………………….. 0
ình 8: hi ph

iên của năng lượng điện…………………………………………

ình 9: ự thay đ i tải trong

ình

: ư ng đ c t nh tải trong ngày………………………………………….. 6

ình

.

ối quan hệ gi a

v i TB…………………………………………..6

8


T i sao l i c n đ lưu tr năng lượng và c th là năng lượng điện? ưu tr
năng lượng là m t ph n quan tr ng của sản xuất, của các ngành công nghiệp d ch
v , ngành công nghiệp năng lượng tái t o trong tư ng lai, và của tất cả các thiết b
điện t

i đ ng mà chúng ta đang s

ng hàng ngày.

lượng hiện đ i, s d ng pin lithium-ion

ếu hông c lưu tr năng

i-ion , thì thập k của điện tho i thông



nay, nh ng thành quả nghiên cứu và ứng
cứu nh ng đ c t nh c

vào đi u iện

ản c c hệ thống lưu tr hiện

ng đ đ t được. Từ đ đi sâu vào nghiên

ản của hệ thống

, lên thiết ế t ng quan v hệ thống,

đưa ra c c tiêu ch đ nh gi , xây ựng hệ thống

ph hợp v i đi u iện c th

nh m tối ưu h a chi ph của hệ thống. hư ng ph p nghiên cứu là ta đi tìm hi u từ
t ng quan hệ thống sau đ đi sâu vào phân t ch chi tiết c c thành ph n, c c đ c t nh
của hệ thống, mối quan hệ gi a c c thành ph n của hệ thống đ . Từ đ c nh ng
đ nh gi , thiết ế hệ thống cho ph hợp v i yêu c u thực tế. uận văn là nh ng đúc
ết cô đ ng nhất c th v hệ thống lưu tr điện năng

ng c quy, giúp cho nhà

nghiên cứu, nhà sản xuất, nhà phân phối điện c c i nhìn sâu s c h n v hệ thống.

9



đ

ào gi a nh ng

t đ u nghiên cứu hệ

thống lưu tr năng lượng. M t trong nh ng chủ đ chính trong hàng lo t các
nghiên cứu và c ng trong luận án này là các hệ thống lưu tr năng lượng
c quy(BESS).

đ c nh ng nghiên cứu tìm hi u v sự ph t tri n của công

nghệ sản xuất c quy và c c
năm 999.

ng

o c o i m tra từ nh ng năm 98 đến nh ng

c ng đ c m t báo cáo chi tiết k thuật liên quan đến ứng

ph t tri n mô hình c quy Kẽm / Brôm
nghiên cứu của i l r vào năm 1999[5].

ng

ng đ san lấp m t ph ng tải v i
ến nh ng năm 000 h đ



ến 0

0

cho nung, usan đ nghiên cứu và đưa ra

o c o c c phư ng

pháp tính giá tr hiện t i của hệ thống và chi phí ho t đ ng đối v i m t số công
nghệ lưu tr năng lượng cho các ứng d ng tiện ch điện tiêu i u[11].
m t bản cập nhật từ c c
d ng.

ến th ng

cứu của h v
việc

là

o c o trư c đ , phân lo i theo thông số s d ng ứng

2012 Bhatnagar, Dhruv, oos ,

rn đ đưa ra nghiên

T nh to n v hệ thống lưu tr năng lượng:

t nhận thức cho

1.2.
1.2.1.

Ắ

ệ
ệ

c quy điện bao g m hai ho c nhi u h n c c tế ào điện hóa.
Các tế bào s d ng phản ứng hóa h c đ t o ra m t dòng chảy của các
điện t -

ng điện. Các yếu tố chính của m t tế bào bao g m các

ình, hai điện cực (cực ư ng và cực âm), và vật liệu điện. Chất điện
phân là tiếp xúc v i c c điện cực. Hiện t i được t o ra b i quá trình
oxy hóa kh liên quan đến phản ứng hóa h c gi a các chất điện phân
và điện cực của tế bào.

hi c quy ết nối v i tải, c c ion t ch điện

trong chất điện phân tập trung l i g n m t điện cực điện t cung cấp
của tế bào (quá trình oxy hóa) trong khi các ion g n điện cực khác của
tế bào chấp nhận điện t (giảm , đ hoàn tất quá trình. Quá trình này

11


được đảo ngược đ s c pin, trong đ
phân. Nh ng lo i c quy ph

m và c c c ll hi c n.

i u này c ngh a hệ thống có th dễ

àng đi u ch nh t lệ ch đ n giản b ng c ch thay đ i

ch thư c của

thùng chứa. Qua đ , ngư i ta có th t o ra các hệ thống pin v i nhi u
ung lượng khác nhau, từ vài Wh đến vài MWh. Bên c nh khả năng
đi u ch nh t lệ, pin s c dòng còn mang l i nhi u ưu đi m, ch ng h n
như chúng c th đ nguyên không s d ng trong m t th i gian dài
mà không mất điện tích, th i gian phản h i nhanh và có th s c/xả
nhanh b ng cách thay dung d ch điện phân. V i nh ng ưu đi m này,
trong nhi u năm trư c, các nhà nghiên cứu đ cải tiến đ s c nhanh
pin trên x h i. Tuy nhiên, pin s c

ng c ng phức t p h n so v i

nh ng lo i pin thông thư ng. M i hệ thống pin phải đ i h i phải có

12


m y

m và c c cảm biến. Thêm n a, mật đ năng lượng c ng thấp

h n so v i pin Li-ion.
ụ

được đưa vào, n được làm n ng và sau đ được th i qua tuốc bin của
hư c c tua in quay, n quay m y ph t điện đ sản xuất

hệ thống.
điện.

ối v i c c nhà m y l n h n, h n n được lưu tr

ư i lòng

đất, ch ng h n như c c m muối, t ng chứa nư c, và h đốt tự nhiên.
ối v i c c nhà m y nh h n, h n n được lưu tr trong các b ho c
đư ng ống như nh ng thiết kế cho truy n tải áp suất cao h đốt tự
nhiên (trong h u hết trư ng hợp, b , đư ng ống là trên m t đất).
1.2.5.

B

à

ữ
nh đà là m t thiết b c

tr năng lượng quay.

h quay được s

d ng đ lưu

nh đà c mô-men quán tính l n, và o đ


a s d ng chủ yếu:

 Chúng cung cấp năng lượng liên t c khi các ngu n năng lượng
không liên t c. Ví d ,

nh quay được s d ng trong đ ng c

pit-tông b i vì các ngu n năng lượng (mô-men xo n từ đ ng
c

là hông liên t c.

 Chúng cung cấp năng lượng
ngu n năng lượng.
lượng trong

mức vượt quá khả năng của m t

i u này đ t được b ng cách thu thập năng

nh đà th o th i gian và sau đ giải ph ng năng

lượng m t cách nhanh chóng, v i tốc đ vượt quá khả năng của
ngu n năng lượng.
 Chúng ki m so t đ nh hư ng của m t hệ thống c
các ứng d ng như vậy, xung lượng góc của m t

h . Trong
nh đà là cố ý


hi hông c piston là đưa mô-men xo n vào nó. M t ví d

khác của việc này là ma s t đ ng c , s d ng năng lượng

14

nh đà v i


các thiết b điện như đ ch i x h i. M t

nh đà c ng c th được s

d ng đ cung cấp năng lượng t i c c n i tốc đ truy n tải năng lượng
vượt quá khả năng của ngu n năng lượng của nó, ho c làm gi n đo n
việc cung cấp năng lượng (ví d như m ng lư i điện công c ng . i u
này đ t được b ng c ch t ch l y năng lượng được lưu tr trong bánh
đà trong m t khoảng th i gian, v i m t tốc đ tư ng th ch v i các
ngu n năng lượng, và sau đ giải ph ng năng lượng v i tốc đ cao
h n nhi u trong m t th i gian tư ng đối ng n. Ví d ,

nh quay được

s d ng trong búa máy, m y t n đinh, n i chúng lưu tr năng lượng từ
đ ng c và ph t hành hi nện búa ho c ho t đ ng t n đinh.

nh đà

có th được s d ng ki m so t đ nh hư ng của m t hệ thống c


ến gi cao

đi m, lượng nư c này được xả xuống đ ph t điện. ượng điện
đ

ng

m lên h là h l n, nhưng o gi điện gi thấp đi m thấp, trong
hi gi
ảo

n điện vào gi cao đi m l i rất cao nên ph n lợi nhuận đảm
đ p chi ph .

i u quan tr ng là n g p ph n cung ứng điện

trong gi cao đi m.

h c v i thủy điện thông thư ng phải xây đập

ngăn sông t o h chứa nư c r i cho chảy xuống h lưu làm quay
tua in m y ph t điện, nhà m y thủy điện t ch năng c n c
nư c, g i là h trên” và h

15

ư i”.

ai h này

ngăn sông, hay ho t sâu vào l ng đất t o thành h trên m t hu đất
ng ph ng.

t tuyến đư ng h m

n nư c ch u p lực cao làm

ng êtông ho c th p c ng đi xuyên trong l ng đất từ h trên đến
nhà m y và
thư ng

tuyến đi từ nhà m y xuống h

ng hiện nay là m y

ngu n điện thì m y

ư i.

ệ thống tua in

m – tua in” h n hợp.

m ho t đ ng đưa nư c từ h thấp

hi nối v i
m lên h

cao; hi c n ph t điện thì cho nư c chảy từ h cao xuống h thấp làm
quay tua in. ợi ch của thủy điện t ch năng là: Thủy điện t ch năng

o điện năng thừa đ được tận

m nư c lên cao , g p ph n nâng cao hiệu quả của toàn

thống lư i điện.

hệ

n n a, h c v i c c nhà m y thủy điện c c nh

n tua in, c th đi u ch nh công suất l n t n số rất nh y thì c c nhà
m y nhiệt điện ho c điện h t nhân l i đi u ch nh công suất rất h
hăn.

ì vậy, c c nhà m y thư ng ch n giải ph p ch y vô công”

trong gi thấp đi m.

iệc tận

ng điện năng "vô ch" gi thấp đi m

đ sản sinh điện vào gi cao đi m của thủy điện t ch năng sẽ giải

16


quyết ài to n vừa thừa, vừa thiếu của hệ thống điện hiện nay.
thuận tiện trong vận hành, nhà m y thủy điện t ch năng thư ng được
ch n xây ựng g n nhà m y nhiệt điện, đư ng ây 00

dây. Hệ thống đi u hoà năng lượng s d ng m t biến t n / b ch nh
lưu đ chuy n đ i điện xoay chi u điện chi u A

đ trực tiếp hiện

ho c chuy n đ i DC tr l i ngu n AC. Các biến t n / ch nh lưu sẽ t n
hao khoảng 2-3% năng lượng trong m i hư ng. T n hao của hệ thống
SMES là ít nhất trong qu trình lưu tr năng lượng so v i c c phư ng
pháp khác của lưu tr năng lượng. Hệ thống SMES là có hiệu quả
cao, hiệu quả của qu trình s c xả l n h n 9 %. Tuy nhiên do nhu c u
năng lượng của

phận làm l nh và chi phí của ây điện siêu d n cao

nên SMES hiện đang được s d ng đ lưu tr năng lượng th i gian
ng n.

ođ

thư ng được dành cho việc cải thiện chất lượng

điện năng.
ậ

1.2.8.
ảng :
ệ

c t nh


$/kWh

lưu tr ph

điện ngày hợp
PHS

100–5000

1–24 h+

ất nh

- 600–2000

5–100

- 400–800

2–50

Th ng

MW
CAES

i

5–300 MW



50kW-

iây - i

~20%

iây - i

300–500

1000–

8MW

3000

ZEBRA

0–300 kW

iây - i

~15%

iây - i

Li-ion

0–100 kW

ất nh

i

- 100–250

10–60

- 600–1500

150–1000

- 700–2500

150–1000

- 700–2500

150–1000

Th ng
VRB

30

kW–3 Giây–10 h

h

Th ng


u như

1–24 h+

lượng

ng 0

i

-

Th ng

m t tr i
SMES

100 kW–10 Mili giây–8 10–15%

18

hút - i

200–300

1000–


nh đà


200–400

500–1000

20–40%

iây - i

100–300

300–2000

60 phút
iêu t

0–300 kW

Mili giây–
60 phút

AL-TES

0–5 MW

1–8 h

0.5%

hút - gày

0–60 MW

-

à

1.3.

nh gi công suất của c c hệ h c nhau được so sánh trong bảng .
T m l i hệ thống lưu tr điện năng c th phân thành a lo i theo các ứng
d ng của từng hệ như sau:


ối v i nh m quản l năng lượng: PHS, CAES và CES phù hợp cho
các ứng d ng trong quy mô trên 100 MW v i th i gian cung cấp trong
hàng gi đến hàng ngày. húng c th được s d ng đ quản l năng
lượng cho các hệ quy mô l n như san lấp m t b ng tải, ự tr quay,...
c quy l n, c quy s c

ng, năng lượng m t tr i,

và T

ph

hợp cho quản l năng lượng quy mô vừa v i công suất 10-100 MW.


ối v i nh m chất lượng điện:


ữ

1.4.
Bảng

c ng cho thấy sự tự xả tiêu hao năng lượng) m i ngày của

các hệ thống lưu tr năng lượng. Ta c th thấy r ng hệ thống

, A

,

pin nhiên liệu, pin b ng kim lo i - hông h , năng lượng m t tr i và c quy
s c

ng c t lệ tự xả rất nh vì vậy rất thích hợp cho ứng

ng c th i gian

lưu tr lâu.
c quy hì-axit, NiCd, Li-ion, TESs và CES có m t t lệ tự xả trung bình và
phù hợp v i th i gian lưu tr

hông l n h n ch c ngày.

NAS, ZEBRA, SMES, t điện và siêu t có t lệ tự tự xả rất cao 10-40% m i
ngày. T lệ tự xả cao của NAS và ZEBRA là từ nhiệt đ làm việc cao mà c n
phải được tự làm n ng đ duy trì việc s d ng c c năng lượng lưu tr . Bánh
đà sẽ xả 00% năng lượng được lưu tr nếu th i gian lưu tr

cho lo i ứng d ng này. Chi phí vận hành và bảo trì, x lý, thay thế và chi phí
s h u h c hông được xem xét, b i vì n không có sẵn đối v i m t số
công nghệ m i.
A

,

c quy im lo i - không h ,

vốn cho m i Wh thấp.

c lo i

,T

s và

c chi ph

c quy im lo i - không khí có th xuất

hiện là sự lựa ch n tốt nhất dựa trên mật đ năng lượng cao và chi phí thấp,
nhưng n c m t chu kỳ ho t đ ng rất h n chế và v n c n đang ph t tri n.
Trong số các k thuật đang ph t tri n, CAES có mức chi ph đ u tư thấp nhất
so v i tất cả các hệ thống khác. Chi phí vốn của

c quy và c quy s c

là cao h n m t chút so v i so v i PHS m c dù khoảng c ch đang
h p l i.


r ng chi phí vốn của hệ thống lưu tr năng lượng có th khác nhau

đ ng

so v i ư c t nh đưa ra o ph thu c công nghệ, th i gian xây dựng,

v trí của nhà m y, và
1.6.

ch thư c của hệ thống.

ệ
Hiệu suất chu kỳ được x c đ nh 

out

in, v i out và in là hiệu

suất chu ỳ đ u vào điện và sản lượng điện tư ng ứng.

21

đây ta hông t nh


đến qu trình tự xả của hệ thống. Ta c th thấy r ng hệ thống lưu tr năng
lượng c th được phân chia thành ba nhóm:



lượng m t tr i, TESs và CES có hiệu suất thấp h n 60% chủ yếu là o
t n hao l n trong khi chuy n đ i từ ph a A

thư ng m i v i bên hệ

thống lưu tr . Ví d , lưu tr hy ro điện có hiệu suất năng lượng tư ng
đối thấp (20-50%) do sự kết hợp của sự

ch chuy n chất và hiệu suất

của tái chuy n đ i tr l i điện.
húng ta c n phải lưu
suất, t nhất

r ng có m t sự đ nh đ i gi a chi phí vốn và hiệu

m t mức đ . Ví d , m t công nghệ lưu tr v i chi ph đ u tư

thấp nhưng hiệu suất thấp c ng c th c nh tranh v i chi ph cao, hiệu suất
công nghệ cao.
1.7.

ế
Ta có th thấy r ng năng lượng m t tr i và CES có ảnh hư ng tích
cực đối v i môi trư ng.

ăng lượng m t tr i s d ng năng lượng t i t o

hoàn toàn, năng lượng m t tr i đ sản xuất điện và n lưu tr
nhiên liệu xanh như hy ro.


đ c h i đến môi trư ng trong th i gian ài. c quy s c

ng và c c pin nhiên

liệu có vấn đ tư ng tự như c c lo i c quy h c.

c liên quan đến từ

trư ng m nh có th có h i cho sức kh

c hệ thống lưu tr

con ngư i.

năng lượng h c tuy có ảnh hư ng tư ng đối nh đối v i môi trư ng như
hông liên quan đến qu trình đốt cháy, thiệt h i cảnh quan nhưng v n còn
đ c h i.
1.8.

ế

ậ

Dựa trên việc xem xét


ệ thống lưu tr

trên, chúng ta c th rút ra m t số kết luận như sau:

UPS th i gian ng n, trong khi pin, c quy s c

ng, pin nhiên liệu và

pin kim lo i- hông h đang hứa h n cho ứng


ng

ng c u nối.

và c quy axit-chì v m t k thuật đ ch n mu i; CAES, NiCd,
NAS, ZEBRA Li-ion, c quy s c

ng,

,

nh đà, t điện, siêu

t , AL-TES và HT-TES đang được phát tri n v m t k thuật và
thư ng m i; pin nhiên liệu, pin im lo i- hông h , năng lượng m t
tr i và

đang được phát tri n. hi ph đ u tư của CAES, pin kim

lo i- hông h , PHS, TES và CES thấp h n so v i c c hệ thống lưu
tr năng lượng h c. CAES có chi phí vốn thấp nhất trong số các
công nghệ đang phát tri n. Pin kim lo i-không khí có khả năng là r
nhất trong số các hệ thống lưu tr năng lượng hiện đang được biết


, c ng c m t v ng đ i dài.

,

nh đà,

ng đ i của

ng và các pin nhiên liệu là hông cao như c c hệ

thống khác do suy giảm hóa h c v i th i gian ho t đ ng. Pin kim lo ikhông h có th i gian sống ít nhất là thấp nhất hiện nay.
 PHS, CAES, c quy, c quy s c

ng, pin nhiên liệu và

được

xem là có m t số t c đ ng tiêu cực đối v i môi trư ng do m t ho c
nhi u đi u sau đây: qu trình đốt cháy, từ trư ng m nh, thiệt h i cảnh

24


quan, và v n c n đ c h i. Nhiên liệu năng lượng m t tr i và CES là
thân thiện v i môi trư ng h n.
Dựa trên sự phát tri n của hệ thống lưu tr năng lượng chúng ta c th thấy
được xu thế ph t tri n của hệ thống lưu tr năng lượng như sau:
 Hệ thống lưu tr điện năng đang ph t tri n v i tốc đ nhanh. Mức đ
lưu tr dự kiến của hệ thống sẽ tăng 0-15% (hiện t i là hoảng 3%)

ng và AL-TES, có th s

ng trong c c ứng

d ng d ch v công nghiệp và thư ng m i như c o cao đi m và UPS.


c hệ thống như

,

nh đà và t điện / siêu t thì đang tiếp t c

được ph t tri n đ c th s

ng cho thư ng m i. Hiệu suất của c c

hệ thống đ dự kiến c ng sẽ được tăng cư ng đ ng

. Ứng d ng của

n v n đang tập trung vào các ứng d ng cải thiện chất lượng điện
năng t nhất là trong tư ng lai rất g n. Các pin nhiên liệu dự kiến sẽ
được s d ng chủ yếu trong các ứng d ng ành cho xe c .
 Các công nghệ m i như năng lượng m t tr i, CES và c quy

im

lo i- hông h sẽ thu hút nhi u sự quan tâm nghiên cứu và phát tri n
do lợi thế của chúng là thân thiện đối v i môi trư ng và có mật đ