Bộ sạc hai chiều với xe điện - Công nghệ giúp tăng cường hiệu quả năng lượng

Ô tô điện và những câu hỏi vừa được giới chuyên gia năng lượng giải mã Rất đa dạng như dùng xe điện tốn bao nhiêu tiền, pin xe điện chạy được bao lâu, cho đến xe điện sẽ tác động như thế nào đến nền kinh tế chung và tương lai ô tô điện sẽ ra sao nếu lệnh cấm ô tô chạy bằng nhiên liệu hóa thạch vào năm 2035…? Bài tổng hợp dưới đây của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam sẽ trả lời cho chúng ta những câu hỏi này.

Giải pháp giúp sản xuất, tiêu thụ năng lượng sạch đồng bộ, hiệu quả:

Việc chuyển đổi phương tiện giao thông cá nhân sang xe điện là một trong những biện pháp mà giới chuyên gia cho là cần thiết để phá vỡ sự lệ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi cũng phức tạp, vì lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất những chiếc xe này lớn hơn so với những chiếc xe thông thường và phải được bù đắp qua nhiều năm bằng cách sạc pin năng lượng sạch.

Một công nghệ mới có thể tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình này, được gọi là bộ sạc hai chiều (Bidirectional charger), gọi ngắn là BC thông qua các hệ thống sạc V2H, V2G, V2L. Các loại xe điện - EV dùng sạc hai chiều BC có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho ngôi nhà, cung cấp năng lượng trở lại vào lưới điện và thậm chí cung cấp nguồn điện dự phòng trong trường hợp mất điện hoặc khẩn cấp. EV về cơ bản là một bộ pin lớn, vì vậy bộ sạc hai chiều có thể cho phép một chiếc xe lưu trữ điện giá rẻ vào giờ cao điểm hoặc năng lượng mặt trời để giảm chi phí điện gia dụng. Công nghệ mới nổi này cũng có thể cách mạng hóa cách vận hành lưới điện của chúng ta, với tiềm năng hàng chục nghìn phương tiện có thể cung cấp điện trong thời gian nhu cầu điện cao nhất.

Xe điện đang chứng kiến ​​mức độ sử dụng ngày càng tăng trên toàn cầu như một giải pháp thay thế cho các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Việc triển khai rộng rãi EV có thể tạo ra những thách thức cho lưới điện nếu không được tích hợp đúng cách. Tuy nhiên, những thách thức như vậy có thể tạo thành cơ hội nếu dung lượng lớn chưa sử dụng của pin dự trữ trong hàng triệu EV sẽ được sử dụng cho các dịch vụ phụ trợ cho lưới điện và năng lượng thương mại ngang hàng (Power to Power - PtP), trong đó có vai trò của bộ sạc hai chiều BC.

Công dụng của sạc hai chiều là gì?

Bộ sạc hai chiều có thể được sử dụng cho hai ứng dụng khác nhau. Thứ nhất và được nhắc đến nhiều nhất là xe nối lưới hoặc V2G, được thiết kế để gửi hoặc xuất năng lượng vào lưới điện khi nhu cầu cao. Nếu hàng nghìn phương tiện có công nghệ V2G được cắm và kích hoạt, điều này có khả năng biến đổi cách thức lưu trữ và tạo ra điện. Xe điện có pin lớn, mạnh mẽ, vì vậy sức mạnh tổng hợp của hàng nghìn phương tiện có V2G có thể rất lớn.

Công nghệ sạc BC hỗ trợ sản xuất, tiêu thụ năng lượng sạch phát triển ổn định trong tương lai (Nguồn Reuters).

1/ Phương thức xe nối lưới (Vehicle-to-grid) hoặc V2G - EV xuất khẩu năng lượng để hỗ trợ lưới điện.

2/ Năng lượng từ xe đến nhà (Vehicle-to-home) hoặc V2H - EV được sử dụng để cung cấp năng lượng cho gia đình hoặc cơ sở kinh doanh.

3/ Năng lượng từ xe đến phụ tải (Vehicle-to-load) hoặc V2L. EV có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị hoặc sạc các xe điện khác, không yêu cầu bộ sạc hai chiều để hoạt động.

1. Phương thức xe nối lưới (Vehicle-to-grid) hoặc V2G:

Xe nối lưới là nơi một phần năng lượng của pin EV được xuất vào lưới điện khi nhu cầu cao để đổi lấy các khoản tín dụng hoặc giảm chi phí điện, tùy thuộc vào hợp đồng dịch vụ. Để tham gia các chương trình V2G, cần có bộ sạc DC hai chiều và EV tương thích. Tất nhiên, có một số khuyến khích tài chính để làm điều này và chủ sở hữu xe điện được cấp tín dụng hoặc giảm chi phí điện để tham gia. EV với V2G cũng có thể cho phép chủ sở hữu tham gia vào các chương trình nhà máy điện ảo (VPP) để cải thiện độ ổn định của lưới điện. Chỉ một số ít EV hiện có V2G và khả năng sạc DC hai chiều; chẳng hạn như gồm mẫu Nissan Leaf (ZE1) sau này và Mitsubishi Outlander và Eclipse plug-in hybrid.

Một phần của vấn đề với vai trò của công nghệ V2G là những thách thức về quy định và thiếu các giao thức sạc EV hai chiều tiêu chuẩn và loại đầu nối. Một số nhà sản xuất xe, chẳng hạn như Ford, đã phát triển bộ sạc hai chiều chỉ hoạt động với Ford EV. Những dòng khác, chẳng hạn như Nissan, hoạt động bằng cách sử dụng bộ sạc hai chiều phổ biến như Wallbox Quasar v.v..

Công nghệ xe nối lưới (V2G) sử dụng bộ sạc hai chiều DC tương thích. Ngày nay, hầu hết các xe điện đều được trang bị cổng sạc DC CCS tiêu chuẩn. Hiện tại, chiếc EV duy nhất sử dụng cổng CCS để sạc hai chiều là Ford F-150 Lightning EV sắp được phát hành. Tuy nhiên, sẽ có thêm nhiều EV có cổng kết nối CCS với khả năng V2H và V2G trong tương lai gần, với việc VW thông báo xe điện ID của họ sẽ cung cấp tính năng sạc hai chiều vào cuối năm 2022.

2. Năng lượng từ xe đến nhà (Vehicle-to-home) hoặc V2H:

Như tên gọi của nó, V2H cho phép EV được sử dụng giống như một hệ thống pin gia đình để lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa và cung cấp năng lượng cho ngôi nhà. Một hệ thống pin gia đình điển hình, chẳng hạn như Tesla Powerwall, có công suất 13,5 kWh, trong khi một EV trung bình có công suất 65 kWh, tương đương với gần năm chiếc Tesla Powerwall. Do dung lượng pin lớn, một chiếc EV được sạc đầy có thể hỗ trợ một ngôi nhà trung bình trong vài ngày tại một thời điểm hoặc lâu hơn khi kết hợp với năng lượng mặt trời áp mái.

Xe đến nhà (V2H) tương tự như V2G, nhưng năng lượng được sử dụng cục bộ để cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà thay vì được cấp vào lưới điện. Điều này cho phép EV hoạt động giống như một hệ thống pin gia đình thông thường để giúp tăng khả năng tự cung cấp, đặc biệt là khi kết hợp với năng lượng mặt trời trên mái nhà. Một lợi ích khác của V2H là khả năng cung cấp nguồn điện dự phòng trong trường hợp mất điện.

Để V2H hoạt động, nó cần có bộ sạc hai chiều tương thích và thiết bị bổ sung bao gồm đồng hồ đo năng lượng (đồng hồ đo CT) phải được lắp đặt tại điểm đấu nối lưới điện chính. Máy đo CT giám sát dòng năng lượng đến và đi từ lưới điện. Khi hệ thống phát hiện ra năng lượng đang được tiêu thụ bởi ngôi nhà từ lưới điện, nó sẽ báo hiệu cho bộ sạc EV hai chiều xả với một lượng bằng nhau, do đó bù đắp bất kỳ nguồn điện nào lấy từ lưới điện. Tương tự, khi hệ thống phát hiện năng lượng được xuất từ ​​mảng năng lượng mặt trời trên mái nhà, nó sẽ chuyển hướng này để sạc EV, rất giống với cách hoạt động của bộ sạc EV thông minh.

Hiện chỉ có một số xe điện có công nghệ V2H, bao gồm Nissan Leaf và Mitsubishi Outlander PHEV, cả hai đều sử dụng đầu nối CHAdeMO kiểu cũ hơn. Ford F-150 Lightning EV mới độc đáo ở chỗ nó là chiếc xe đầu tiên có khả năng sạc hai chiều sử dụng đầu nối CCS. Tuy nhiên, nó chỉ có thể hoạt động khi được sử dụng với Ford Charge Station Pro cùng với Hệ thống tích hợp Ford Home.

3. Năng lượng từ xe đến phụ tải (Vehicle-to-load) hoặc V2L:

Công nghệ từ xe đến phụ tải, hoặc V2L đơn giản hơn nhiều vì nó không yêu cầu bộ sạc hai chiều để hoạt động. Xe có V2L có bộ sạc hai chiều tích hợp và nguồn AC cắm vào tiêu chuẩn ổ cắm có thể được sử dụng để cắm vào bất kỳ thiết bị AC gia dụng thông thường nào. Trong trường hợp khẩn cấp, dây nối dài có thể được chạy từ xe vào nhà để cung cấp điện cho các phụ tải thiết yếu, bao gồm đèn chiếu sáng, máy tính, tủ lạnh và thậm chí cả các thiết bị nấu ăn.

Ford F-150 Lightning mới có khả năng V2L thông qua bốn ổ cắm điện AC 2,4 kW cho tổng công suất 9,6 kW. Các loại xe khác có công nghệ V2L bao gồm Hyundai IONIQ 5 và Kia EV6 mới, có cả ổ cắm điện AC bên trong và bên ngoài, và dòng xe điện BYD bao gồm Yuan Plus (Atto 3).

V2L rất hữu ích cho nguồn điện dự phòng bằng cách sử dụng dây dẫn mở rộng để chạy các thiết bị được chọn. Nó cũng có thể kết nối nguồn cung cấp V2L trực tiếp với một tổng đài dự phòng hoặc thậm chí là bảng phân phối chính bằng cách sử dụng một bộ chuyển mạch chuyên dụng.

Một chiếc xe với V2L cũng có thể được kết hợp với hệ thống năng lượng mặt trời không nối lưới để giảm hoặc thậm chí loại bỏ nhu cầu sử dụng máy phát điện dự phòng. Hầu hết các hệ thống năng lượng mặt trời không nối lưới đều có bộ sạc biến tần hai chiều, có thể sử dụng điện từ bất kỳ nguồn AC nào kể cả xe có V2L. Tuy nhiên, để làm điều này một cách an toàn, nó sẽ cần được cài đặt và cấu hình bởi một chuyên gia năng lượng mặt trời hoặc thợ điện có trình độ./.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

(THEO: CERI/RGN/BOC/MDPI - 8/2022)

Link tham khảo:

1/ https://www.cleanenergyreviews.info/blog/bidirectional-ev-charging-v2g-v2h-v2l

2/ https://www.researchgate.net/publication/343259361_Bidirectional_smart_charging_of_electric_vehicles_considering_user_preferences_peer_to_peer_energy_trade_and_provision_of_grid_ancillary_services

3/ https://www.bbvaopenmind.com/en/technology/innovation/5-green-technologies-sustainable/

4/ https://www.mdpi.com/1996-1073/14/12/3673/htm