Trong xu hướng chuyển đổi năng lượng toàn cầu, Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Pin (BESS) sử dụng pin lithium-ion đóng vai trò quan trọng trong việc tích trữ năng lượng tái tạo và ổn định lưới điện.
Tuy nhiên, việc lắp đặt BESS tại các khu vực ngoài trời hoặc vùng có mật độ sét cao tiềm ẩn nhiều rủi ro, đặc biệt là khi bị sét đánh. Pin lithium-ion có thể gặp phải tình trạng lạm dụng cơ học khi chịu tác động từ ngoại lực, chẳng hạn như va đập hoặc nén. Những tác động này có thể làm vỡ các cell bên trong pin, gây ra hư hỏng nghiêm trọng.
1. Nguy Cơ Khi Pin Lithium-Ion trong BESS Bị Sét Đánh
Sét đánh không chỉ là một sự kiện thiên nhiên đơn thuần; đối với Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Pin (BESS) sử dụng Lithium-Ion, nó là nguyên nhân gây ra các xung điện áp (quá áp) nguy hiểm, tác động đa chiều lên tính toàn vẹn của cả cell pin và hệ thống quản lý.
1.1. Cháy Nổ và Phản Ứng Nhiệt
Đây là mối đe dọa thảm khốc nhất. Xung sét không cần phải đánh trực tiếp để gây ra thảm họa; sét lan truyền đi vào qua đường dây AC hoặc DC là đủ để gây tổn hại:
- Tăng Nhiệt Độ Tức Thì: Dòng điện sét lan truyền gây ra quá áp tức thời trên hệ thống điện áp cao của BESS. Sự cố này tạo ra nhiệt lượng cực lớn trong các thành phần điện tử và đi thẳng vào cell pin hoặc hệ thống cáp bên trong module.
- Phá Hủy Cell Pin: Nhiệt độ tăng đột ngột làm phá vỡ lớp màng ngăn (separator) giữa anode và cathode, gây ra ngắn mạch nội bộ (internal short-circuit).
- Phản Ứng Dây Chuyền: Pin Lithium-Ion chứa chất điện giải dễ cháy. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng an toàn (thường khoảng 150∘C), cell pin giải phóng nhiệt và khí độc, kích hoạt Phản ứng Dây chuyền Nhiệt (Thermal Runaway). Phản ứng này nhanh chóng lan sang các cell và module pin lân cận, dẫn đến cháy nổ toàn bộ kho chứa BESS, gây thiệt hại hàng tỷ đồng và kéo dài thời gian dừng hoạt động.
1.2. Hư Hỏng Thiết Bị Điện Tử và Mạch Điều Khiển
Sét không chỉ tác động lên pin mà còn ảnh hưởng mạnh đến hệ thống điện tử điều khiển BESS.
Khi một xung sét truyền qua lưới điện hoặc hệ thống nối đất, nó có thể sinh ra điện áp tăng vọt lên đến hàng chục kilovolt – vượt xa khả năng chịu đựng của các mạch vi điều khiển, bộ inverter, hệ thống giám sát (BMS – Battery Management System) và thiết bị bảo vệ.
Các hiện tượng thường gặp gồm:
- Cháy hỏng linh kiện bán dẫn trong bộ inverter hoặc bộ DC/DC converter.
- Nhiễu tín hiệu và lỗi giao tiếp giữa các module pin.
- Hỏng cảm biến đo điện áp/dòng khiến hệ thống không thể quản lý sạc/xả an toàn.
- Gián đoạn toàn bộ hoạt động, gây mất điện đột ngột hoặc hư hỏng dây chuyền sản xuất nếu BESS tích hợp trong nhà máy.
Đây là lý do tại sao các hệ thống SPD (Surge Protection Devices) cần được lắp tại mọi điểm giao tiếp điện – từ đầu vào AC/DC đến cổng tín hiệu truyền thông RS485, Ethernet, hoặc CANbus.
1.3. Nguy Cơ Đối Với Môi Trường và Con Người
Khi pin lithium-ion bị hư hỏng nghiêm trọng do sét đánh hoặc phản ứng nhiệt, chúng có thể giải phóng nhiều loại khí độc hại như:
- CO₂ – khí nhà kính, gây ngạt khi nồng độ cao
- Hydrofluoric acid (HF) – chất ăn mòn cực mạnh, nguy hiểm khi hít phải
- Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) – gây kích ứng hô hấp, ô nhiễm môi trường xung quanh.
Nếu xảy ra cháy nổ, lượng khí và khói phát tán ra môi trường không chỉ đe dọa sức khỏe con người, mà còn gây thiệt hại cho khu công nghiệp hoặc khu dân cư lân cận.
Thêm vào đó, chất thải từ pin bị cháy rất khó xử lý vì chứa kim loại nặng như cobalt, nickel, và lithium – cần quy trình thu gom chuyên biệt để tránh ô nhiễm đất và nước.
Trong nhiều sự cố BESS trên thế giới (ví dụ như ở Arizona, Hàn Quốc, Úc), các vụ cháy pin lithium-ion thường bắt đầu từ xung quá áp hoặc lỗi điện, cho thấy việc không có biện pháp bảo vệ sét và SPD hiệu quả là nguyên nhân tiềm tàng dẫn đến thảm họa môi trường.
2. Giải Pháp Bảo Vệ BESS Trước Nguy Cơ Sét Đánh
Để bảo vệ pin lithium-ion trong BESS khỏi các tác động của sét và quá áp, cần áp dụng một hệ thống phòng thủ đa cấp và toàn diện.
2.1. Hệ Thống Chống Sét Trực Tiếp (Lightning Protection System – LPS)
Lắp đặt hệ thống chống sét ngoài trời giúp giảm thiểu nguy cơ sét đánh trực tiếp vào BESS. Hệ thống này bao gồm các cột thu lôi, dây dẫn và thiết bị nối đất, đảm bảo dòng sét được dẫn xuống đất một cách an toàn.
2.2. Hệ Thống Chống Sét Lan Truyền (Surge Protection Devices – SPD)
Lắp đặt SPD tại các điểm đầu vào và đầu ra của BESS giúp bảo vệ các thiết bị điện tử khỏi các xung điện áp do sét đánh hoặc các sự cố khác trong lưới điện. SPD giúp triệt tiêu các xung điện áp nguy hiểm, đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.
2.3. Thiết Kế và Vị Trí Lắp Đặt đúng theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 62305 khuyến nghị
Lựa chọn vị trí lắp đặt BESS ở những khu vực ít bị ảnh hưởng bởi sét, tránh xa các công trình cao tầng hoặc các khu vực có mật độ sét cao. Ngoài ra, thiết kế hệ thống với các vật liệu chống cháy và có khả năng chịu nhiệt tốt giúp giảm thiểu nguy cơ cháy nổ khi xảy ra sự cố.
2.4. Thực Hiện Kiểm Tra và Bảo Dưỡng Định Kỳ
Thực hiện kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ hệ thống chống sét và SPD để đảm bảo chúng hoạt động hiệu quả. Việc này giúp phát hiện sớm các hỏng hóc và kịp thời khắc phục, giảm thiểu rủi ro khi có sự cố xảy ra.
3. Kết Luận
Việc bảo vệ pin lithium-ion trong BESS trước nguy cơ sét đánh là vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn cho hệ thống, môi trường và con người. Bằng cách áp dụng các giải pháp như lắp đặt hệ thống chống sét ngoài trời, sử dụng SPD, thiết kế và vị trí lắp đặt hợp lý, cùng với việc kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ, chúng ta có thể giảm thiểu tối đa các rủi ro liên quan đến sét đánh.
DHK JSC E&S – Chuyên gia giải pháp SPD cho BESS và năng lượng tái tạo
Với hơn 20 năm kinh nghiệm, DHK JSC E&S cung cấp SPD chuyên dụng đạt chuẩn IEC/UL quốc tế, tối ưu cho: BESS, Solar Farm, Data Center, trạm sạc EV, công nghiệp năng lượng.
📞 Liên Hệ DHK Để Được Tư Vấn Giải Pháp Toàn Diện
- Văn phòng Hồ Chí Minh: 21 D3A, KDC Kiến Á, Phước Long B, Thủ Đức, TP HCM.
- Văn phòng Hà Nội: Tòa nhà Resco (B15), Đường Nguyễn Cảnh Dị – Quận Hoàng Mai – Tp. Hà Nội.
- Website: dhk.com.vn
- Hotline: 0985 251 385
- Facebook: Giải pháp và thiết bị Chống sét DHK
- LinkedIn: DHK JSC E&S
Xem thêm: Tác động của sét và quá điện áp đến hệ thống lưu trữ điện năng BESS
Xem thêm: Giải pháp bảo vệ cho hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo – BESS
