Một hệ thống BESS (Battery Energy Storage Systems - Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin) tiêu chuẩn gồm: tủ pin lithium-ion, hệ thống quản lý pin (BMS), bộ chuyển đổi công suất (inverter/PCS), hệ thống làm mát, phòng cháy chữa cháy và nền tảng giám sát vận hành thông minh. Trong quá trình vận hành, trung tâm điều độ điện phát hiện tình trạng thừa hoặc thiếu công suất trên lưới và gửi tín hiệu để BESS thực hiện quá trình nạp - xả điện phù hợp, giúp cân bằng cung cầu năng lượng.
Trên thế giới, mô hình này phát triển mạnh trong 5 năm qua, hình thành ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng với quy mô toàn cầu ước đạt 114,05 tỷ USD vào năm 2032.
Dự án năng lượng mặt trời kết hợp lưu trữ BESS của một đơn vị ở California (Mỹ). Ảnh: Mortenson
Tùy mức độ triển khai, BESS có thể là một hệ thống nhỏ cho hộ gia đình hay những cụm siêu lớn hàng trăm MW.
Đơn cử, tại Mỹ, hộ gia đình có thể lựa chọn dịch vụ tại các công ty cung cấp giải pháp lưu trữ năng lượng như Powerwall, Sunrun hay Generac. Khi lắp đặt, người dùng được trang bị bộ pin lithium-ion dung lượng khoảng 10-15 kWh, kèm theo inverter, bộ điều khiển thông minh và ứng dụng theo dõi trên điện thoại.
Ban ngày, khi điện mặt trời tạo ra dư thừa, hệ thống BESS sẽ tự động nạp đầy pin. Buổi tối hoặc lúc cao điểm, pin sẽ xả để cung cấp cho các thiết bị trong nhà. Người dùng có thể cài đặt chế độ xả tự động hoặc điều khiển thủ công qua ứng dụng. Nhờ inverter, điện từ pin được chuyển đổi sang dòng xoay chiều (AC), đồng bộ với điện lưới.
Với những dự án lớn, ví dụ tại nhà máy năng lượng Moss Landing (California, Mỹ), hệ thống BESS sẽ do các công ty lưu trữ năng lượng như Vistra Energy vận hành. Đối với dự án có công suất khoảng 750 MW/3.000 MWh, Vistra Energy cung cấp hàng chục nghìn module pin lithium-ion được lắp đặt trong các container chuyên dụng, đi kèm hệ thống làm mát, giám sát và phòng cháy chữa cháy.
Thông thường, nhà máy Moss Landing dùng điện trực tiếp từ lưới điện California Independent System Operator (CAISO). Ngoài ra, nhà máy sẽ dùng điện từ BESS trong một số trường hợp như cao điểm.
Hệ thống của Vistra Energy sẽ kết nối trực tiếp với CAISO. Ban ngày, khi điện mặt trời phát dư thừa, nền tảng giám sát trong hệ thống BESS sẽ gửi tín hiệu đến CAISO. Lúc này, CAISO sẽ cho phép BESS hấp thụ và lưu trữ nguồn năng lượng này dưới dạng dòng điện một chiều trong pin.
Đến tối, khi nhu cầu sử dụng điện tăng vọt và sản lượng mặt trời giảm, BESS tiếp tục gửi tín hiệu đến CAISO. Nhận tín hiệu, lưới điện California Independent System Operator sẽ cho phép bộ chuyển đổi công suất trong BESS biến đổi điện một chiều lưu trữ ở pin chuyển thành dòng xoay chiều, xả trở lại lưới CAISO ở mức hơn 750 MW.
Việc phát tín hiệu "dư thừa" hay "thiếu hụt" công suất để CAISO cho phép nạp - xả điện mặt trời được thực hiện tự động hóa, theo thời gian thực qua các nền tảng quản lý thông minh trong hệ thống BESS.
Mô phỏng quy trình vận hành của hệ thống lưu trữ năng lượng BESS. Đồ họa: Thái Anh
Mô hình này cũng được phát triển tại Trung Quốc. Nước này đặt mục tiêu nâng tổng công suất BESS lên khoảng 70 GW vào cuối năm nay, nhằm hỗ trợ chiến lược tăng tỷ trọng năng lượng tái tạo, nhất là điện gió và mặt trời.
Tại Việt Nam, một số doanh nghiệp đang thử nghiệm các dự án BESS quy mô vài chục MW, nhưng thị trường vẫn ở giai đoạn khởi đầu, tỷ lệ huy động thực tế thấp. GS.TS Lê Minh Phương, Chủ tịch Hội đồng trường Trường Đại học Bách khoa, Trưởng nhóm Nghiên cứu về Điện tử Công suất cho biết, Việt Nam đang bước vào giai đoạn chuyển dịch năng lượng mạnh mẽ, với tốc độ phát triển điện mặt trời, điện gió thuộc nhóm cao nhất khu vực. Nhu cầu về thiết bị biến đổi năng lượng như inverter, bộ sạc xe điện (EV charger), hệ thống lưu trữ (BESS) và thiết bị quản lý lưới điện thông minh bùng nổ.
Pin năng lượng mặt trời và tuabin gió tại một nhà máy ở Khánh Hòa. Ảnh: Thái Anh
Ông Kỳ Quang Minh, CTO của SolarBK, một trong những đơn vị phát triển hệ thống BESS cho biết giá thành lưu trữ trung bình của giải pháp dự kiến dao động 300-400 USD/kWh. Điều này có thể khiến thời gian hoàn vốn kéo dài - rào cản lớn nhất để các doanh nghiệp tiếp cận.
Ngoài ra, theo ông Minh, các doanh nghiệp Việt Nam như SolarBK hiện chỉ đóng vai trò tích hợp, phát triển phần mềm quản trị và đưa ra giải pháp phù hợp với đặc thù trong nước. Trong khi đó, các thành phần lõi như cell pin và inverter vẫn phụ thuộc vào các tập đoàn quốc tế.
Ông Kỳ Quang Minh, Giám đốc Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ SolarBK giới thiệu về mô hình BESS tại Diễn đàn Đổi mới sáng tạo năng lượng năm 2025 ngày 18/9. Ảnh: Thái Anh
Theo Quy hoạch điện VIII điều chỉnh được Chính phủ phê duyệt vào tháng 4, giải pháp pin lưu trữ được định hướng phát triển để phục vụ nhu cầu hệ thống và kết hợp với năng lượng tái tạo. Chúng được bố trí phân tán gần các trung tâm nguồn điện gió, điện mặt trời hoặc trên hệ thống điện tại các trung tâm phụ tải.
Vào 2030, dự kiến đạt công suất pin lưu trữ khoảng 10.000-16.300 MW. Định hướng đến 2050, công suất mở rộng lên 95.983 - 96.120 MW để phù hợp với tỷ trọng cao của năng lượng tái tạo.
Theo ADB, năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh chóng ở châu Á - Thái Bình Dương. Dự kiến, công suất năng lượng tái tạo tại khu vực này sẽ tăng gần 430 GW giai đoạn 2023-2028. Với mức độ mở rộng này, BESS là yếu tố then chốt để đảm bảo sự ổn định của lưới điện và tối ưu hóa hiệu quả của năng lượng tái tạo.
Theo dự báo của McKinsey, thị trường BESS đang chuyển mình với tiềm năng trong nhiều phân khúc khác nhau, từ hệ thống lưu trữ lớn đến các hệ thống nhỏ phục vụ hộ gia đình. Quy mô thị trường BESS toàn cầu dự báo đạt giá trị từ 120 đến 150 tỷ USD vào năm 2030.
Thái Anh