Muốn đặt trụ sạc 120kW, có nhất thiết phải có sẵn 120kW điện?

Một trong những câu hỏi đầu tiên khi khảo sát một mặt bằng đặt trạm sạc DC thường là: ở đây có bao nhiêu điện? Câu hỏi hoàn toàn đúng. Nhưng nếu từ đó suy ngay rằng muốn đặt trụ 120kW thì site phải có thêm 120kW nguồn điện, chúng ta đang đơn giản hoá một bài toán thực ra thú vị hơn rất nhiều.

Công suất của trụ sạc và công suất nguồn điện sẵn có tại site không nhất thiết phải là cùng một con số.

Và đây chính là lúc việc đầu tư trạm sạc bắt đầu trở thành một bài toán kiến trúc năng lượng, chứ không còn là một quyết định mua thiết bị.

Bài trước trong series đã dừng lại ở một câu hỏi bỏ ngỏ: một mặt bằng rất tốt nhưng công suất điện khả dụng thấp thì có còn đáng đầu tư không. Bài này trả lời câu đó.

Trụ 120kW nói lên điều gì?

Con số 120kW trước hết nói lên khả năng cung cấp công suất tức thời của trụ trong những điều kiện phù hợp. Đó là một trần, không phải một mức tiêu thụ liên tục.

Nhưng để đánh giá nguồn điện cần thiết cho một trạm sạc, còn phải biết rất nhiều thứ khác. Bao nhiêu trụ? Bao nhiêu xe sạc đồng thời? Mỗi xe thực tế nhận bao nhiêu kW? Một phiên sạc kéo dài bao lâu? Bao nhiêu kWh được bán mỗi ngày? Các phiên sạc phân bố vào thời gian nào? Site còn những phụ tải khác hay không? Lưới điện tại đó còn dư bao nhiêu công suất?

Vì vậy công suất trụ và nhu cầu điện của site liên quan rất chặt, nhưng chúng không phải một khái niệm. Nhầm hai thứ này làm một là cách nhanh nhất để loại bỏ một mặt bằng tốt vì một lý do không có thật.

Ba con số phải hỏi trước khi bàn tới thiết bị

Trước khi vẽ bất kỳ kiến trúc nào, có ba con số quyết định phần lớn chi phí và tiến độ. Chúng nằm ở phía đơn vị điện lực và chủ mặt bằng, không nằm trong catalogue của nhà sản xuất trụ sạc.

Công suất đã đăng ký của mặt bằng, và phần thực sự còn trống. Hai con số này khác nhau. Một mặt bằng đăng ký 250kW nhưng phụ tải hiện hữu đã dùng 180kW vào đúng khung giờ trạm sạc sẽ đông nhất thì phần khả dụng thật chỉ còn 70kW, không phải 250kW. Phải xin số liệu theo khung giờ, không lấy con số trên hợp đồng.

Khoảng cách và công suất còn lại của trạm biến áp gần nhất. Đây là con số quyết định chi phí nâng nguồn có nằm trong tầm tay hay không. Cùng một yêu cầu tăng thêm 150kW, một site cách trạm biến áp vài chục mét và một site phải kéo tuyến mới vài trăm mét là hai khoản tiền hoàn toàn khác nhau.

Thời gian thủ tục cho phương án nâng nguồn. Trong nhiều dự án, đây mới là ràng buộc thật chứ không phải tiền. Một phương án rẻ hơn nhưng chờ nhiều tháng có thể thua một phương án đắt hơn nhưng chạy được ngay — vì trong khoảng thời gian chờ đó, mặt bằng vẫn phải trả tiền thuê và thị trường vẫn tiếp tục dịch chuyển.

Ba con số này nên được hỏi ngay ở buổi khảo sát đầu tiên, cùng lúc với việc đếm xe. Chúng thường mất vài tuần mới có đủ, và không có chúng thì mọi bản vẽ kiến trúc đều là phác thảo.

Chi phí đắt nhất của lớp năng lượng thường không nằm ở thiết bị. Nó nằm ở phần giữa thiết bị và lưới điện.

Kiến trúc đơn giản nhất

Nếu site có nguồn điện dồi dào, kiến trúc tốt nhất đôi khi lại rất đơn giản: lưới điện cấp thẳng cho trụ, trụ cấp cho xe. Không pin lưu trữ. Không điện mặt trời. Không thêm những thiết bị chỉ để hệ thống trông cao cấp hơn.

Nếu lưới đủ công suất, chi phí nâng nguồn thấp, mức khai thác phù hợp và bài toán tài chính đứng vững, thì sự đơn giản chính là một lợi thế — ít thiết bị hơn nghĩa là ít điểm hỏng hơn, ít phần mềm phải vận hành hơn, và ít thứ phải bảo trì hơn trong mười năm.

Một kiến trúc năng lượng tốt không phải kiến trúc có nhiều thiết bị nhất. Nó là kiến trúc giải quyết bài toán với lượng phức tạp hợp lý nhất.

Đây cũng chính là kết luận mà nhánh Solution của series C&I đã rút ra cho nhà máy. Tải khác nhau, nhưng nguyên tắc chọn cấu hình thì giống nhau.

Nhưng chuyện gì xảy ra khi site đẹp mà điện yếu?

Giả sử chúng ta tìm được một vị trí rất tốt. Nhu cầu tốt. Dễ vào. Có chỗ đậu. Thời gian lưu lại đẹp. Nhưng phần công suất còn khả dụng của site chỉ khoảng 40 đến 60kW, trong khi chiến lược kinh doanh muốn dùng trụ 120kW.

Có phải bỏ site? Chưa chắc. Có ít nhất hai hướng cần được đặt lên bàn: nâng cấp nguồn điện, và dùng pin lưu trữ để hỗ trợ công suất tức thời.

Về mặt nguyên lý, một kiến trúc có thể trông như sau: lưới điện cấp một phần công suất, pin lưu trữ đứng giữa và bù phần còn thiếu, trụ DC nhận tổng của hai nguồn đó để cấp cho xe. Khi trụ cần công suất cao hơn phần lưới đang cấp, pin bổ sung phần thiếu trong giới hạn thiết kế của hệ thống. Khi nhu cầu thấp hơn, lưới nạp lại năng lượng cho pin.

Pin lưu trữ không tạo ra điện

Đây là điều cực kỳ quan trọng và cũng là chỗ dễ hiểu sai nhất khi nghe tới BESS.

Nếu mỗi ngày trạm bán 500kWh, năng lượng ấy cuối cùng vẫn phải đến từ lưới, từ điện mặt trời, hoặc từ một nguồn năng lượng khác. Pin chỉ cho phép chúng ta dịch chuyển năng lượng theo thời gian và cung cấp công suất theo một hình dạng khác với nguồn đầu vào, trong giới hạn của nó.

Đây là khác biệt giữa kW và kWh. Một hệ pin có thể rất mạnh về kW nhưng hết năng lượng nhanh. Một hệ khác có nhiều kWh nhưng bộ chuyển đổi không đủ mạnh để hỗ trợ trụ ở mức công suất yêu cầu.

Đừng hỏi chỉ “pin bao nhiêu kWh”. Phải hỏi cả: cần bao nhiêu kW, trong bao lâu, và bao lâu một lần?

Ba câu hỏi đó mới xác định được một cấu hình. Câu thứ ba hay bị quên nhất: một hệ pin đủ sức phục vụ ba phiên sạc liên tiếp nhưng cần bốn giờ để nạp lại thì vào một buổi chiều đông khách nó sẽ hết vai trò từ phiên thứ tư.

Một phép tính nhỏ cho thấy vì sao phải hỏi cả ba câu

Con số dưới đây là minh hoạ để thấy cách ba câu hỏi kết nối với nhau, không phải thông số của một hệ thống có thật. Mỗi dự án phải tính lại theo đường cong nhu cầu của chính nó.

Giả sử site còn 50kW khả dụng từ lưới, và chúng ta muốn một trụ 120kW hoạt động ở mức gần trần trong các phiên sạc nhanh.

• Phần công suất pin phải bù trong lúc sạc: 120 trừ 50, tức khoảng 70kW. Đây là yêu cầu về kW của bộ chuyển đổi.
• Một phiên sạc nhanh giả sử kéo dài 30 phút. Năng lượng pin phải xuất ra trong phiên đó: 70kW nhân nửa giờ, khoảng 35kWh. Đây là yêu cầu về kWh.
• Nếu hai xe đến liên tiếp mà giữa hai phiên gần như không có khoảng nghỉ, lượng cần xuất ra tăng gấp đôi, khoảng 70kWh, trong khi lưới chỉ nạp lại được phần dư của 50kW.
• Thời gian để nạp lại 35kWh bằng phần lưới còn dư khi không có xe sạc, giả sử dư 40kW, là khoảng 50 phút.

Bốn dòng trên nói lên một điều: hệ pin không được thiết kế theo phiên sạc lớn nhất, mà theo khoảng cách giữa các phiên. Nếu xe đến rải rác trong ngày, một hệ nhỏ là đủ. Nếu xe đến dồn vào hai khung giờ cao điểm, cùng một tổng kWh mỗi ngày lại đòi một hệ lớn hơn hẳn.

Và đó chính là lý do đường cong nhu cầu đo được ở bước khảo sát mặt bằng quay lại quyết định chi phí thiết bị ở đây. Hai lớp không đứng riêng.

Pin lưu trữ hay nâng nguồn?

Đây mới là câu hỏi đầu tư. Không phải “pin có làm được không”, mà: trong site này, pin có phải cách kinh tế nhất để làm hay không?

Nếu nâng nguồn dễ dàng, chi phí hợp lý và site sẽ hoạt động ở mức khai thác cao liên tục, nâng nguồn có thể tốt hơn — một đường dây lớn hơn không có tuổi thọ chu kỳ và gần như không cần vận hành.

Nếu việc nâng nguồn tốn kém, mất nhiều thời gian thủ tục, hoặc nhu cầu sạc có những đỉnh ngắn xen kẽ những khoảng nghỉ dài, pin có thể đáng nghiên cứu.

Nếu pin còn đồng thời tận dụng chênh lệch giá điện theo khung giờ, phối hợp với điện mặt trời, dự phòng khi mất điện hoặc hỗ trợ mở rộng về sau, bài toán tài chính lại thay đổi thêm một lần nữa.

Vì vậy lớp năng lượng không thể tự trả lời câu hỏi của chính mình. Nó phải quay sang lớp hiệu quả tài chính.

Hai trụ 120kW không mặc nhiên nghĩa là site cần 240kW

Một site có hai trụ 120kW có công suất sạc lý thuyết tối đa rất khác với một site thực tế liên tục tiêu thụ 240kW.

Có thể chỉ một xe đang sạc. Có thể hai xe nhưng mỗi xe không nhận 120kW. Có thể mức pin của xe đã cao nên công suất nhận vào giảm mạnh — đây là đặc tính của chính chiếc xe, không phải của trụ. Có thể các phiên sạc không hoàn toàn trùng nhau. Và hệ điều khiển có thể chủ động phân bổ công suất giữa các trụ.

Đây là nơi power sharing và load management trở nên quan trọng. Nếu nguồn của site có giới hạn, thay vì để mọi trụ luôn đòi công suất tối đa, hệ thống có thể quản lý tổng công suất trong một trần đã định.

Nhưng đổi lại: khách hàng có thể sạc chậm hơn, phiên sạc kéo dài hơn, vòng quay của mỗi vị trí sạc giảm, và bài toán khai thác thay đổi theo. Lại một lần nữa, năng lượng, vận hành và hiệu quả tài chính buộc phải được nhìn cùng nhau.

Quản lý công suất không phải là một tính năng miễn phí. Nó đổi công suất lấy thời gian, và thời gian là thứ khách hàng cảm nhận được.

Pin cho trạm sạc khác pin cho nhà máy ở chỗ nào?

MPower triển khai pin lưu trữ cho cả nhà máy và trạm sạc, và đây là chỗ hai bài toán tách nhau rõ nhất — nhầm lẫn giữa chúng dẫn tới một cấu hình sai ngay từ đầu.

Ở nhà máy, đường cong phụ tải lặp lại tương đối đều theo ca sản xuất. Biết ca làm là gần như biết trước hình dạng của ngày mai. Pin thường được dùng để cắt đỉnh và dịch chuyển năng lượng giữa các khung giá điện, tức là làm việc theo một lịch có thể dự đoán.

Ở trạm sạc, đường cong do hành vi người lái tạo ra. Nó có đỉnh nhọn hơn, ngắn hơn, và đến vào những thời điểm khó dự báo chính xác. Một buổi chiều có bốn xe đến liên tiếp và một buổi chiều không có xe nào là hai ngày rất khác nhau trên cùng một mặt bằng.

Hệ quả về cấu hình:

• Nhà máy thường cần nhiều kWh so với kW — giữ năng lượng để dùng suốt một khung giờ giá cao kéo dài.
• Trạm sạc thường cần nhiều kW so với kWh — xuất công suất lớn trong thời gian ngắn, rồi có khoảng nghỉ để nạp lại.
• Nhà máy có thể chấp nhận chiến lược điều khiển theo lịch. Trạm sạc cần chiến lược phản ứng theo sự kiện, vì sự kiện là một chiếc xe vừa cắm sạc.
• Số chu kỳ sạc xả mỗi ngày ở trạm sạc thường cao hơn, và điều đó đi thẳng vào tính toán tuổi thọ hệ pin.

Ai đã đọc cách MPower chọn cấu hình cho nhà máy sẽ nhận ra cùng một nguyên tắc được áp dụng lại: cấu hình đi sau bài toán. Chỉ là bài toán ở đây có hình dạng khác.

Điện mặt trời có giải quyết được bài toán không?

Điện mặt trời có thể là một thành phần rất hữu ích. Nhưng đừng ghép nó vào trạm sạc chỉ vì cả hai đều mang màu xanh.

Câu hỏi phải là: sản lượng điện mặt trời xảy ra lúc nào, và nhu cầu sạc xảy ra lúc nào?

Nếu hai đường cong đó trùng nhau, điện mặt trời có thể trực tiếp giảm lượng điện mua từ lưới. Nếu điện mặt trời dư vào giữa ngày nhưng nhu cầu sạc cao vào buổi tối, pin lưu trữ có thể giúp dịch chuyển phần dư đó sang khung giờ cần. Nhưng nếu mái nhỏ, bị che bóng nhiều, nhu cầu sạc rất lớn so với sản lượng có thể tạo ra, và chi phí đầu tư không tạo ra đủ giá trị, thì không nhất thiết phải có điện mặt trời.

Cách đọc quan hệ giữa đường cong phát và đường cong tải này giống hệt cách series C&I đọc load profile của một nhà máy. Khác biệt duy nhất là ở trạm sạc, đường cong tải do hành vi người lái tạo ra chứ không do ca sản xuất tạo ra — nên nó biến động mạnh hơn và khó dự báo hơn.

Kiến trúc đi theo bài toán, không đi theo danh sách sản phẩm.

Lớp năng lượng quyết định nhiều hơn chuyện có đủ điện hay không

Một kiến trúc năng lượng tốt phải giúp trả lời được cả một chuỗi câu hỏi, chứ không chỉ một câu.

Đó là lý do MPower không nhìn một trụ sạc như một thiết bị đứng riêng. Chúng tôi nhìn lưới điện, máy biến áp, pin lưu trữ, điện mặt trời, hệ điều khiển, trụ sạc và nhu cầu sạc như một hệ thống — và hai dòng cuối bảng trên thường là hai dòng đắt nhất nếu bỏ qua ở giai đoạn thiết kế.

Kiến trúc hôm nay có chặn đường mở rộng ngày mai không?

Một trạm sạc hiếm khi đứng yên ở quy mô ban đầu. Nếu site hoạt động tốt, câu hỏi thêm trụ sẽ đến. Và lúc đó, phần lớn chi phí không nằm ở chiếc trụ mới mà nằm ở việc phần hạ tầng cũ có chứa nổi nó hay không.

Vài quyết định ở giai đoạn một quyết định giá của giai đoạn hai:

• Tủ điện và thanh cái được chọn vừa khít nhu cầu hiện tại hay có chừa dư địa? Thay tủ nghĩa là dừng cả trạm.
• Ống luồn cáp và phần ngầm có chừa sẵn tuyến dự phòng không? Đào lại mặt sân đắt hơn nhiều so với chôn thêm một ống rỗng ngay từ đầu.
• Vị trí đặt thiết bị có còn chỗ vật lý cho một tủ pin hoặc một trụ nữa không?
• Hệ điều khiển có quản lý được số trụ nhiều hơn hiện tại không, hay phải thay cả phần mềm?
• Hợp đồng đấu nối có cho phép nâng công suất theo giai đoạn không?

Không phải quyết định nào cũng nên chừa dư địa — chừa quá nhiều là trả tiền hôm nay cho một tương lai chưa chắc đến. Nhưng có những khoản chừa rất rẻ so với giá phải trả nếu thiếu, và ống luồn cáp là ví dụ điển hình: chi phí thêm ở giai đoạn một rất nhỏ, chi phí đào lại ở giai đoạn hai thì không.

Đây cũng là một dạng chi phí đầu tư mà giá trị của nó không nằm ở doanh thu nó tạo ra hôm nay, mà ở khoản chi phí nó tránh được về sau. Bài tiếp theo của series sẽ nói kỹ về cách nhìn đó.

Nếu đây là tiền của mình…

Một site thiếu điện chưa chắc là một site xấu. Và một site có rất nhiều điện chưa chắc là một khoản đầu tư tốt.

Câu hỏi đúng hơn là: với nguồn điện hiện có, mình có thể kiến trúc một hệ thống phục vụ được nhu cầu sạc với chi phí đầu tư hợp lý hay không?

Nếu câu trả lời là có, site vẫn sống. Nếu phải bỏ một khoản đầu tư rất lớn chỉ để giải quyết một ràng buộc nhỏ, luận điểm đầu tư có thể chết ngay tại đây — và tốt nhất là nó chết ở bước tính toán, chứ không phải sau khi đã ký hợp đồng thuê mặt bằng.

Và đó chính là lý do sau lớp năng lượng, chúng ta phải đi sang lớp khó tránh nhất: hiệu quả tài chính của khoản đầu tư.

Anh chị đang có một mặt bằng nhưng chưa rõ nguồn điện có đủ không? MPower khảo sát hiện trạng nguồn điện, dựng phương án kiến trúc lưới điện kết hợp pin lưu trữ và điện mặt trời theo đúng đường cong nhu cầu của site, và so sánh chi phí với phương án nâng nguồn. Liên hệ MPower để trao đổi.