Bài tập lớn Hệ thống lưu trữ năng lượng - ESS

Luận Văn Group viết thuê luận văn thạc sĩ,chuyên đề,khóa luận tốt nghiệp, báo cáo thực tập, Assignment, Essay
Zalo/Sdt 0967 538 624/ 0886 091 915 Website:lamluanvan.net
Bài tập lớn
Đề tài: Hệ thống lưu
trữ năng lượng-ESS
Nhóm phụ trách: Nhóm 3

Giới thiệu về hệ thống lưu trữ năng lượng
Lưu 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
Lưu 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.

Lịch sử của lưu trữ năng lượng điện
Các bộ acquy axit chì
Đầu thế kỷ 20
Dùng để cấp điện cho tải
trên các mạng một chiều
Thủy điện tích năng
1929-2005
Hệ thông lưu trữ năng lượng đầu tên được đưa
vào sử dụng(PHS). Đến năm 2005 đã có hơn
200 hệ thống PHS đã được sử dụng có tổng
công suất phát điện lên tới 100 GW
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

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.

Một số hệ thống
lưu trữ năng
lượng

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
- Một 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).

Thủy điện tích năng (PHS)
Ưu, nhược điểm
Ưu 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
Nhược điểm
• 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.

Thủy điện tích năng
Nhà máy thủy điện tích năng Bác Ái, Ninh Thuận

Lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES)
Hệ thống A-CAES của công ty Hydrostor ở Goderich, Ontario

Cấu tạo và cơ chế hoạt động
• Động cơ/Máy phát điện
• Một máy nén khí với bộ làm mát
giữa và bộ làm mát sau.
• Một dãy tuabin (bao gồm
tuabin cao áp và thấp áp)
• 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

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

Ưu và nhược điểm
Ưu điểm
• Có thời gian lưu trữ dài.
• Chi phí vốn thấp và hiệu quả cao.
• Hiệu quả lưu trữ nằm trong khoảng
70-89%
Nhược điểm
• Phụ thuộc chủ yếu vào địa lý do nhà máy phải
gần mỏ đá, hang muối, tầng chứa nước …
• CAES không phải là một hệ thống độc lập mà
phải được liên kết với một nhà máy tuabin khí,
Không thể được sử dụng với các loại nhà máy
điện khác như nhà máy nhiệt điện than, gió hoặc
quang điện mặt trời.
• CAES có yêu cầu cần đốt cháy nhiên liệu
hóa thạch và phát thải ô nhiễm môi trường.

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

Pin
• 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
• Pin có tổn thất ở chế độ chờ rất
thấp và có thể có hiệu suất
năng lượng cao (60-95%)
• Nhược điểm của pin:
• Mật độ năng lượng thấp
• 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

Pin
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 rộng rãi.
Một pin axit chì bao gồm (ở trạng thái tích điện)
các điện cực bằng kim loại chì(Pb) và ôxit chì(PbO2 )
trong chất điện phân là axit sunfuric có nồng độ
khoảng 37%.

Ác quy axit-chì

Pin
Quá trình xả Quá trình nạp
Anot: Pb + SO4
2-
↔ PbSO4 + 2e-
Catốt: PbO 2 +SO2-
+ 4H+
+2e-
↔ PbSO 4 +2HO.

4 2

Pin
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:
Ưu điểm
• 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
Nhược điểm
• Vòng đời ngắn (500-1000 chu kỳ sạc)
• Mật độ năng lượng thấp (30-50 Wh/kg)

Pin
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

Pin
Pin Lithium-ion
Ưu và nhược điểm của pin Li-ion:
Ưu điểm Nhược điểm
• Mật độ năng lượng cao (có thể • Việc sản xuất pin li-ion với quy
đạt tới 1800Wh/kg) mô lớn có chi phí cao (do các
• Tuổi thọ chu kỳ cao mạch bảo về quá tải bên trong)
• Hiệu suất của pin Li-ion gần như
→
giá thành cao.
100%

Hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà (Flywheel energy storage system)
Một hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng tại Paris, Pháp

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 Hệ thống bánh đà

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

Hệ thống tích trữ năng lượng sử dụng bánh đà (FESS)
➢
Ưu và nhược điểm của FESS:
Ưu điểm Nhược điểm
• Tuổi thọ cao, có khả năng hoạt động • Thời gian cung cấp năng lượng của hệ
hàng trăm nghìn chu kỳ sạc-xả đầy thống ngắn
• Hiệu suất cao (90-95%) • Hệ thống luôn phải chịu tác động cơ
học lớn và giới hạn công suất phát

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.

Tụ điện

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

Tụ điện
➢
Ưu nhược điểm
Ưu điểm
• Được sạc nhanh hơn đáng kể,
tuổi thọ, hiệu suất cao hơn so với
pin thông thường
Nhược điểm
• Mật độ năng lượng thấp
• Việc sử dụng các tụ điện lớn không
kinh 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

So sánh các công nghệ lưu trữ năng lượng

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 năng
lượng, 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 suất
chu kỳ trên 60%. TES và CES có hiệu suất thấp chủ yếu do tổn thất lớn trong quá trình
chuyển 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 hoặc
nhiều nguyên nhân sau: sử dụng nguyên liệu hóa thạch, từ trường mạnh, ảnh hưởng mĩ
quan, và tàn tích độc hại.

Bài tập lớn Hệ thống lưu trữ năng lượng - ESS

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Bài tập lớn Hệ thống lưu trữ năng lượng - ESS

Similar to Bài tập lớn Hệ thống lưu trữ năng lượng - ESS (20)

More from lamluanvan.net Viết thuê luận văn

More from lamluanvan.net Viết thuê luận văn (20)

Bài tập lớn Hệ thống lưu trữ năng lượng - ESS