C&I Energy Solution: không có một cấu hình tốt nhất cho mọi nhà máy

Một doanh nghiệp bắt đầu tìm hiểu về năng lượng thường đi qua một hành trình khá giống nhau. Câu hỏi mở đầu rất đơn giản: làm cách nào để giảm tiền điện? Rồi họ tìm hiểu Solar. Rồi BESS. Rồi Peak Shaving, TOU Arbitrage, EMS, Backup, Hybrid Inverter, PCS. Đến một lúc nào đó, trên bàn đã có khá nhiều mảnh ghép — và một câu hỏi mới xuất hiện, khó hơn hẳn tất cả những câu trước:

Vậy cuối cùng nhà máy của tôi nên lắp hệ thống nào?

Đây chính là chỗ chúng ta bước từ Knowledge sang Solution. Ba bài đầu của series C&I đã dựng xong phần nền: một dự án năng lượng không bắt đầu từ BESS mà bắt đầu từ Load, cách đọc hình dạng của một đường cong phụ tải, và cách chồng biểu giá theo khung giờ lên đường cong đó để biết nhà máy đang mua những kWh đắt nhất vào lúc nào. Từ bài này trở đi, những khái niệm ấy bắt đầu nối vào nhau thành một hệ thống.

Và việc đầu tiên là bỏ đi một suy nghĩ rất phổ biến: không tồn tại một cấu hình C&I tốt nhất cho mọi doanh nghiệp. Một hệ thống tốt chỉ tồn tại khi chúng ta biết nó đang được thiết kế để giải quyết vấn đề gì.

Hãy bắt đầu bằng một nhà máy chưa có gì cả

Giả sử trước mặt chúng ta là một nhà máy. Nó có lưới điện, một máy biến áp và tủ phân phối chính, rồi tới tải sản xuất. Hết. Nhà máy mua điện từ lưới và dùng cho sản xuất, không có tấm pin nào, không có tủ pin nào.

Bây giờ chủ doanh nghiệp nói: “Tiền điện của tôi cao quá.”

Đây chưa phải một yêu cầu kỹ thuật. Nó mới chỉ là một business problem. Nhiệm vụ đầu tiên của người thiết kế không phải mở catalogue ra, mà là hỏi một câu ngắn hơn nhiều: tại sao tiền điện cao?

Bảy nhà máy dưới đây đều bắt đầu từ đúng câu than phiền ấy. Bảy nơi cho ra bảy architecture khác nhau, và không cái nào sai.

Trường hợp 1: nhà máy dùng rất nhiều điện vào ban ngày

Chúng ta lấy Load Profile ra và thấy một hình dạng rất đẹp. Load tăng từ buổi sáng, cao trong khoảng 9 giờ đến 16 giờ, sau đó giảm dần. Nhà máy lại có một mái lớn chưa dùng đến việc gì.

Lúc này trong tay chúng ta có ba dữ kiện khớp nhau: tải ban ngày cao, mái trống, và điện mặt trời phát ra đúng vào khoảng thời gian đó. Một architecture rất tự nhiên hiện ra: GRID + SOLAR + LOAD. Solar tạo điện, tải dùng trực tiếp, lưới bù phần còn thiếu.

Không cần đưa BESS vào chỉ vì BESS đang là công nghệ được nhắc tới nhiều. Ở nhà máy này, Solar có thể đã là Solution đầu tiên và đủ.

Trường hợp 2: Solar tạo ra điện nhưng Load không dùng hết

Thay một chi tiết. Nhà máy vẫn có Solar, nhưng giữa trưa sản lượng vượt quá tải, còn cuối chiều và buổi tối thì tải vượt quá sản lượng.

Nhìn hai đường cong, chúng ta thấy một khoảng lệch. Năng lượng có. Nhu cầu cũng có. Chúng chỉ không xuất hiện cùng một thời điểm.

Lúc này một mảnh Lego mới bắt đầu có lý do tồn tại: BESS. Architecture trở thành GRID + SOLAR + BESS + LOAD. Giữa trưa, Solar cấp cho tải và phần dư nạp vào pin; cuối chiều, pin xả ra cấp lại cho tải.

Battery ở đây đang làm một việc rất cụ thể: dịch chuyển năng lượng theo thời gian. Đó cũng chính là lý do BESS được xem là mảnh ghép còn thiếu của điện mặt trời. Cùng một mái pin, cùng một sản lượng, nhưng đây đã là một Solution khác hẳn trường hợp đầu.

Trường hợp 3: không có Solar, BESS vẫn có thể có ý nghĩa

Đây là điều nhiều doanh nghiệp mới nghiên cứu storage hay bỏ qua.

Giả sử nhà máy không có Solar, hoặc chưa muốn đầu tư Solar. Nhưng Load Profile cho thấy doanh nghiệp tiêu thụ một lượng điện lớn rơi vào những khung giờ có giá cao, trong khi ở khung giờ khác giá thấp hơn nhiều. Nhà máy ví dụ của bài thứ ba trong series rơi đúng vào tình huống này: 27,3% sản lượng một ngày nằm ở giờ cao điểm nhưng gánh 42,3% hoá đơn.

Một architecture khác xuất hiện: GRID + BESS + LOAD. Pin nạp vào thời điểm phù hợp, rồi xả để thay thế một phần điện lưới ở thời điểm có giá trị kinh tế cao hơn. Đây là bài toán TOU Energy Arbitrage — không Solar, vẫn có BESS.

Bởi câu hỏi đang được giải không phải “làm sao lưu điện Solar”, mà là “làm sao dịch chuyển thời điểm mua và sử dụng năng lượng”. Hai câu hỏi nghe gần giống nhau, dẫn tới hai thiết kế rất khác nhau.

Trường hợp 4: vấn đề không phải kWh, mà là kW

Sang một nhà máy khác. Tổng lượng điện tiêu thụ không có gì đặc biệt, nhưng Load Profile có những peak rất cao. Load bình thường 500 kW; trong một khoảng thời gian nào đó nó vọt lên 750 kW.

Câu hỏi bây giờ không còn chủ yếu là “một ngày dùng bao nhiêu kWh”. Nó thành: tại sao có thêm 250 kW ở đúng đoạn này?

Trước khi lắp battery, chúng ta kiểm tra vài thứ rẻ hơn nhiều. Có thể rải tải ra không? Có thể đổi lịch sản xuất không? Có thể điều khiển một số tải bằng EMS không? Nếu có, load management đã có thể là Solution đầu tiên — và nó gần như không tốn CAPEX.

Khi peak thực sự cần tồn tại và doanh nghiệp muốn giảm phần công suất lấy từ lưới, BESS mới tham gia. Architecture là GRID + BESS → LOAD: bình thường lưới cấp cho tải, khi peak xuất hiện thì lưới và pin cùng cấp. Đây là Peak Shaving.

Cùng là BESS, nhưng nó đang giải một bài toán khác hoàn toàn TOU Arbitrage. Và 250 kW ấy vẫn chưa đủ để chọn thiết bị: còn phải biết nó kéo dài bao lâu, vì chính độ dài của peak mới quyết định pin cần bao nhiêu kWh. Xu hướng giá điện hai thành phần sẽ còn làm phần kW này nặng thêm trên hoá đơn.

Trường hợp 5: nhà máy sắp lắp trạm sạc 120 kW

Một ví dụ đang xuất hiện ngày càng nhiều. Hạ tầng điện của site đã gần tới giới hạn, nhưng doanh nghiệp chuẩn bị lắp một trạm sạc DC 120 kW.

Nếu charger lấy trọn 120 kW thẳng từ lưới đúng lúc các tải khác cũng đang cao, một peak mới sẽ xuất hiện — và nó không nằm trong bất kỳ tính toán nào của năm ngoái. Cách nghĩ quen thuộc là xin nâng công suất điện.

Trước khi kết luận như vậy, chúng ta có thể đặt một architecture khác lên bàn: GRID + BESS → CHARGER. Lưới cung cấp một phần, pin bổ sung phần công suất còn thiếu trong thời gian sạc. Đây là một trong những lý do BESS ngày càng được nghiên cứu cùng hạ tầng sạc xe điện. Battery lúc này không arbitrage, cũng không lưu Solar. Nó đang tham gia vào chính hạ tầng công suất của nhà máy.

Trường hợp 6: tiền điện không phải vấn đề lớn nhất

Một nhà máy thực phẩm. Một kho lạnh. Một dây chuyền chạy liên tục. Một hệ thống dữ liệu. Những nơi mà mất điện đột ngột gây thiệt hại lớn hơn nhiều lần tiền điện cả tháng.

Ở đây, câu hỏi “tiết kiệm được bao nhiêu đồng mỗi kWh” lùi xuống hàng thứ hai. Câu hỏi thứ nhất là: nếu mất điện thì chuyện gì xảy ra?

Việc phải làm là xác định Critical Load. Giả sử toàn nhà máy 800 kW, nhưng phần tải thực sự cần duy trì chỉ 180 kW — tức 22,5% tổng tải. Chúng ta không nhất thiết phải thiết kế BESS backup cho cả 800 kW. Architecture có thể tách phần tải không thiết yếu ra khỏi phần tải thiết yếu, rồi ưu tiên nguồn dự phòng cho đúng phần cần thiết. CAPEX thay đổi rất lớn ngay tại bước tách đó, trước khi ai kịp nhìn vào bảng giá thiết bị.

Một lần nữa: Solution bắt đầu từ requirement, không bắt đầu từ dung lượng battery.

Trường hợp 7: doanh nghiệp muốn tất cả

Đây mới là lúc C&I thực sự thú vị. Một nhà máy có Solar, có biểu giá theo khung giờ, có peak, có critical load, có kế hoạch lắp trạm sạc, có kế hoạch mở rộng dây chuyền — và muốn cân nhắc cả BESS.

Architecture bắt đầu trông giống một hệ thống hơn là một danh sách thiết bị: lưới, dàn PV, BESS, máy phát dự phòng, tất cả đi qua EMS, rồi mới xuống tải sản xuất, tải thiết yếu và trạm sạc.

Đến đây, vấn đề không còn là nối các thiết bị lại với nhau. Nó thành: ai quyết định nguồn nào cấp cho tải nào, vào lúc nào?

Đó chính là chỗ EMS bước vào trung tâm hệ thống.

EMS không tạo ra điện

Điều này rất đáng nhớ. Solar tạo điện. Lưới cung cấp điện. Battery lưu điện. PCS chuyển đổi điện. Tải tiêu thụ điện. EMS làm một việc khác hẳn: nó quyết định năng lượng nên đi đâu.

Một ngày của EMS trong hệ thống ở trên có thể trông như thế này:

Bây giờ chúng ta không còn một tập hợp thiết bị. Chúng ta có một hệ thống năng lượng đang được điều phối.

Nhưng EMS cũng không làm được phép màu

Nếu battery chỉ còn 20% SOC, EMS không thể vừa xả 200 kWh để arbitrage, vừa giữ 200 kWh cho backup, vừa dành 200 kWh cho peak shaving. Cùng một lượng điện không đếm được ba lần.

Nếu PCS chỉ 125 kW, EMS không thể yêu cầu nó xả 300 kW. Nếu Solar đang phát 50 kW, EMS không tìm thêm được 200 kW từ phần mềm.

Đây chính là lý do một câu nên được nhớ: control strategy không sửa được một architecture đã sizing sai. Phần cứng và phần thông minh phải được thiết kế cùng nhau, không phải cái này vá cho cái kia.

Và đây là lúc những mảnh Lego mới hiện hình

Sau khi Solution được xác định, chúng ta mới hỏi tới thiết bị. Cần bao nhiêu PV? BESS bao nhiêu kWh? PCS bao nhiêu kW? Hybrid hay AC-coupled? Cần EMS ở mức nào? Meter đặt ở đâu? Critical load tách thế nào? Có generator không? Có trạm sạc không? Có cần ghép song song nhiều tủ pin không? Có cần chừa đường mở rộng không?

Đến lúc này thì tấm pin, hybrid inverter, PCS, tủ pin, BMS, EMS, smart meter, tủ đóng cắt và trạm sạc mới thực sự trở thành những mảnh Lego kỹ thuật — thứ được chọn để dựng lên một hình đã có trong đầu, chứ không phải thứ quyết định hình đó là gì.

Một sản phẩm tốt không đồng nghĩa một Solution tốt

Chúng ta có thể chọn battery rất tốt, PCS rất tốt, inverter rất tốt, tấm pin rất tốt. Sizing sai thì Solution vẫn sai. Control strategy sai thì Solution vẫn kém. Hiểu sai Load Profile thì phần kinh tế vẫn sai. Không tính tới tương lai của nhà máy thì architecture có thể lỗi thời rất nhanh.

Trong C&I, chất lượng sản phẩm là điều kiện cần. System design mới quyết định những sản phẩm ấy tạo ra giá trị như thế nào.

Bảy nhà máy, bảy architecture, không cái nào cao cấp hơn cái nào

Đặt bảy trường hợp vừa rồi cạnh nhau:

Không architecture nào “cao cấp” hơn architecture nào chỉ vì nó có nhiều thiết bị hơn. Một hệ Solar-only trị giá nhỏ nhưng giải đúng bài toán có thể là một Solution tốt hơn một hệ Solar + BESS rất lớn được sizing không đúng nhu cầu.

Vậy thiết kế một C&I Solution nên bắt đầu từ đâu?

MPower thường thích nhìn bài toán theo một chuỗi đơn giản, và thứ tự của chuỗi này quan trọng hơn bản thân từng bước.

Mở đầu là business objective — doanh nghiệp muốn đạt điều gì: giảm tiền điện, giảm peak, tận dụng Solar, có backup, thêm trạm sạc, hay chuẩn bị cho một dây chuyền mới. Kế đó là data: Load Profile, biểu giá điện, sản lượng Solar, công suất lưới hiện có, critical load, lịch sản xuất, tải dự kiến trong tương lai. Từ dữ liệu mới ra opportunity — chúng ta đang muốn thay đổi phần nào của dòng năng lượng. Rồi mới tới architecture, rồi sizing bao nhiêu kW và bao nhiêu kWh, rồi economics với CAPEX, OPEX, tiền tiết kiệm, suy giảm dung lượng, chi phí tránh được, thời gian hoàn vốn. Bước cuối cùng, và chỉ ở bước cuối cùng, mới là products: dùng thiết bị nào để xây architecture đó.

Đừng hỏi sản phẩm trước khi biết Solution

Một hệ C&I BESS 125 kW / 261 kWh có thể là một sản phẩm rất tốt. Nhưng trước khi hỏi giá bao nhiêu, hãy hỏi vài câu khác:

• Nhà máy có cần khoảng 125 kW công suất không?
• Có cần khoảng 261 kWh năng lượng danh định không?
• Duration có phù hợp với hình dạng peak của mình không?
• Usable capacity thực tế là bao nhiêu?
• Ứng dụng chính là arbitrage hay peak shaving?
• Có cần chừa một phần dung lượng cho backup không?
• Có Solar không?
• Ba năm nữa Load sẽ thế nào?

Chưa trả lời được những câu đó thì giá của sản phẩm chưa nói cho chúng ta biết nó đắt hay rẻ. Một con số CAPEX chỉ có nghĩa khi đặt cạnh phần giá trị nó tạo ra.

Và đôi khi Solution tốt nhất là chưa mua gì cả

Một Energy Assessment nghiêm túc hoàn toàn có thể kết luận: chưa nên lắp BESS. Trước tiên nên tối ưu lịch sản xuất. Hoặc load shifting. Hoặc lắp Solar. Hoặc đo Load Profile chi tiết thêm ba tháng. Hoặc chờ dây chuyền mới vận hành rồi mới sizing.

Kết luận đó nghe kỳ lạ với một đơn vị bán thiết bị. Với một đơn vị thiết kế Solution thì nó bình thường, bởi mục tiêu không phải đặt được một cabinet vào nhà máy, mà là tạo ra một hệ thống có giá trị kinh tế và kỹ thuật hợp lý. Một khoản đầu tư chưa đúng lúc vẫn là một khoản đầu tư sai.

Ranh giới giữa “biết BESS hoạt động thế nào” và “biết khi nào nên dùng BESS”

Trong các bài Knowledge trước, chúng ta đã tập nhìn Load, Load Profile, biểu giá, peak, năng lượng và cơ hội kinh tế. Bây giờ những khái niệm đó bắt đầu nối vào nhau.

Một người có thể hiểu rất sâu về hoá học pin. Để thiết kế một C&I Energy Solution thì còn phải hiểu thêm Load, lưới, biểu giá, Solar, lịch sản xuất, rủi ro, kinh tế và kế hoạch mở rộng — và hiểu chúng như một thể thống nhất, không phải bảy chủ đề rời.

Một C&I Solution thực sự là gì?

Nó không phải Solar. Không phải BESS. Không phải PCS. Không phải EMS. Và càng không phải một model cụ thể trong catalogue.

Một C&I Energy Solution là cách chúng ta tổ chức nguồn điện, lưu trữ, tải và hệ thống điều khiển để đạt được một mục tiêu kỹ thuật và kinh tế cụ thể của doanh nghiệp.

Nhìn theo cách đó thì Solar là một công cụ, BESS là một công cụ, EMS là một công cụ. Lưới cũng là một nguồn lực. Và Load — thứ tưởng như cố định — cũng có thể trở thành một biến số điều khiển được. Sản phẩm là những mảnh Lego để hiện thực hoá architecture ấy.

Vậy Solution nào phù hợp với nhà máy của bạn?

Đừng bắt đầu bằng “tôi muốn lắp BESS”. Hãy thử bắt đầu bằng một câu khác: tôi muốn thay đổi điều gì trong cách nhà máy đang sử dụng năng lượng?

Mỗi hướng là một bài toán riêng, và mỗi bài toán dẫn tới một architecture khác nhau. Nhánh Solution của series sẽ lần lượt mở từng hướng ra: cắt bao nhiêu kW và trong bao lâu thì mới quyết được BESS cần bao nhiêu kW và bao nhiêu kWh, battery nên lưu phần Solar nào và vì sao không nên cố lưu tất cả, dùng storage để dựng trạm sạc khi công suất lưới hạn chế ra sao.

Đừng tìm một cái hộp. Hãy tìm một architecture.

Đây có lẽ là cách ngắn nhất để mô tả tư duy Solution trong C&I.

Bắt đầu từ sản phẩm, chúng ta rất dễ hỏi: “cái này có thể làm gì?” Bắt đầu từ nhà máy, câu hỏi trở thành: “nhà máy cần làm gì?” — rồi mới tới “công cụ nào làm điều đó tốt nhất?”

Chỉ đảo thứ tự hai câu hỏi, nhưng toàn bộ cách thiết kế dự án thay đổi. Và đó cũng là cách MPower muốn tiếp cận C&I Energy: LOAD → PROBLEM → SOLUTION → ARCHITECTURE → SIZING → ECONOMICS → PRODUCT, chứ không phải chọn một sản phẩm rồi đi tìm lý do để bán nó.

Bài kế tiếp của nhánh Solution đi sâu vào chính chỗ mà bảy trường hợp trên vừa chạm tới: khi ngân sách là hữu hạn, một hệ thống tốt không phải là hệ thống có nhiều thiết bị nhất — mà là hệ thống mà mỗi thiết bị trong đó đều có một lý do rõ ràng để tồn tại.

C&I Energy Assessment

Nếu doanh nghiệp đã có Load Profile, hoá đơn điện, dữ liệu Solar hoặc kế hoạch mở rộng tải, đừng bắt đầu bằng việc hỏi MPower “BESS 261 kWh giá bao nhiêu”. Hãy gửi dữ liệu trước.

Bởi trước khi chọn thiết bị, câu hỏi quan trọng hơn vẫn là: nhà máy của bạn thực sự đang cần giải bài toán nào? Đội kỹ thuật của MPower đọc Load Profile cùng bạn ở bước đó — liên hệ với MPower để trao đổi về bài toán năng lượng cụ thể của nhà máy, hoặc xem các dự án MPower đã triển khai.

Đọc thêm

• C&I Energy không bắt đầu từ BESS. Nó bắt đầu từ Load. (Bài 1)
• Đọc Load Profile của một nhà máy: một đường cong có thể nói cho chúng ta biết những gì? (Bài 2)
• Load Profile và giá điện: nhà máy đang mua những kWh đắt nhất vào lúc nào? (Bài 3)
• Một hệ thống tốt không phải là hệ thống có nhiều thiết bị nhất (Solution #001)
• Vì sao doanh nghiệp sẽ ngày càng quan tâm đến BESS trong những năm tới?
• Một peak cao bao nhiêu thì mới đáng dùng BESS để cắt? (Solution #002)