Xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) trên cọc vít — các tiêu chuẩn châu Âu

Việc xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) trên nền cọc vít tại EU tuân theo Tiêu chuẩn Eurocode 7 về thiết kế địa kỹ thuật cho tải trọng điểm và Tiêu chuẩn EN 1990 về kết hợp tải trọng, trong khi khoảng cách an toàn phòng cháy giữa các container được quy định bởi các quy định quốc gia của từng quốc gia thành viên.

Hai cấp độ quản lý: thiết kế nền móng và an toàn vận hành

Cũng giống như đối với các công trình bằng gỗ, nguyên tắc “hai chuyên môn” cũng được áp dụng cho BESS. Việc thiết kế địa kỹ thuật nền móng (cọc vít, chiều dài, khả năng chịu tải, vị trí bố trí) được quy định trong Eurocode 7. Giải pháp kết cấu khung container và sự kết hợp các tải trọng được quy định trong EN 1990 và các tiêu chuẩn Eurocode liên quan dành cho kết cấu thép (EN 1993). An toàn điện và phòng cháy chữa cháy trong quá trình vận hành BESS với tư cách là thiết bị công nghệ là một lĩnh vực riêng biệt, được quy định tại EU bởi tiêu chuẩn quốc tế IEC 62933 và các quy định phòng cháy chữa cháy quốc gia — mặc dù không liên quan trực tiếp đến kỹ thuật địa kỹ thuật nền móng, nhưng nhà đầu tư và nhà thiết kế phải xử lý song song các vấn đề này.

Tiêu chuẩn Eurocode 7 — Tải trọng điểm từ các container

Tiêu chuẩn Eurocode 7 (EN 1997-1, Phần 7 — Móng cọc) áp dụng cho các cọc vít dưới hệ thống BESS cũng như đối với các loại tải trọng khác. Tổng quan chi tiết về tiêu chuẩn này được trình bày trong một bài viết riêng: Tiêu chuẩn Eurocode 7 và cọc vít.

Đặc trưng của hệ thống BESS nằm ở tính chất của tải:

Tải trọng tập trung tại một điểm. Khác với tải trọng phân bố đều trên diện rộng (ví dụ: trong kết cấu nhà máy điện mặt trời), mỗi vít dưới thùng chứa BESS phải chịu tải trọng đơn vị cao hơn đáng kể, tập trung vào một số điểm chịu lực. Chuyên gia kết cấu phải kiểm tra khả năng chịu tải của từng vít cũng như của toàn bộ nhóm vít (hiệu ứng nhóm theo EC7 §7.6.2).

Sự kết hợp giữa tải trọng dọc và tải trọng ngang. Gió tác động lên thành bên của container tạo ra thành phần lực ngang, mà bu lông và đầu chịu lực phải chịu cùng với tải trọng dọc — phương pháp thiết kế DA1 (kết hợp 1 và 2) là tiêu chuẩn tại Cộng hòa Séc, Slovakia, Áo và Đức.

Tài liệu cho từng mục riêng biệt. Do tải trọng đơn vị cao hơn, đối với hệ thống BESS, việc ghi lại dữ liệu đo từ xa (mô-men × độ sâu) cho từng vít riêng lẻ — chứ không chỉ trên một mẫu — là điều phổ biến; dữ liệu này đóng vai trò là cơ sở cho phân tích kết cấu cũng như bảo hiểm đầu tư.

EN 1990 — sự kết hợp các tải trọng

Tiêu chuẩn EN 1990 (Eurocode: Nguyên tắc cơ bản về thiết kế kết cấu) quy định cách kết hợp các loại tải trọng riêng lẻ (trọng lượng tự thân, tải trọng sử dụng, gió, tuyết và, nếu có, tải trọng động đất) thành các tổ hợp tải trọng thiết kế mà nền móng và kết cấu chịu lực phải đáp ứng.

Đối với container BESS, các yếu tố sau đây đặc biệt quan trọng:

  • Tải trọng liên tục — Trọng lượng riêng của thùng chứa và pin (hàng chục tấn tùy theo loại và thành phần hóa học của pin)
  • Tải trọng khí hậu — gió tác động lên mặt bên, hoặc tuyết đọng trên mái container tại những khu vực có tải trọng tuyết đáng kể
  • Tải trọng bất thường — tại các khu vực có hoạt động địa chấn (đặc biệt là Nam Âu) được bổ sung theo Tiêu chuẩn Eurocode 8

Các phụ lục quốc gia của từng nước thành viên EU quy định các hệ số tải trọng riêng lẻ và các quy tắc kết hợp — một dự án được thực hiện tại Cộng hòa Séc không thể áp dụng trực tiếp tại Đức hay Ý mà không cần điều chỉnh.

IEC 62933 — An toàn của hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) với tư cách là thiết bị công nghệ

Tiêu chuẩn quốc tế IEC 62933-5-2 (Các yêu cầu về an toàn đối với các hệ thống lưu trữ năng lượng điện hóa tích hợp vào mạng) quy định về an toàn điện và an toàn vận hành của chính cơ sở lưu trữ — chứ không phải về kỹ thuật địa kỹ thuật của nền móng. Đối với nhà đầu tư, điều quan trọng cần biết là:

  • Tiêu chuẩn IEC 62933 quy định về pin, hệ thống điều khiển và các biện pháp phòng cháy bên trong thùng chứa
  • Tiêu chuẩn Eurocode 7 và EN 1990 quy định về móng và kết cấu chịu lực
  • Cả hai lĩnh vực này đều được đề cập trong hồ sơ dự án, nhưng được đánh giá riêng rẽ và thường do các chuyên gia khác nhau thực hiện

Móng bê tông (móng chân, cột trụ, dầm ngang) được thi công bằng cách đào hố, gia cố bằng cốt thép và đổ bê tông xi măng. Trước khi chịu tải, cần phải chờ 7–28 ngày để bê tông đông cứng. Khả năng chịu tải đạt 20–100+ tấn trên mỗi điểm, nhưng đi kèm với chi phí cao hơn đáng kể và thời gian thi công lâu hơn.

Khoảng cách an toàn phòng cháy — các quy định quốc gia

Khác với các tiêu chuẩn Eurocode, hiện không có tiêu chuẩn châu Âu thống nhất nào quy định về khoảng cách an toàn giữa các container BESS. Lĩnh vực này được điều chỉnh bởi các quy định phòng cháy chữa cháy quốc gia và trên thực tế, việc đánh giá được thực hiện riêng lẻ với cơ quan phòng cháy chữa cháy địa phương hoặc chuyên gia an toàn phòng cháy chữa cháy được ủy quyền.

Tác động thực tế đối với các nhà thầu EPC: Khoảng cách an toàn ảnh hưởng đến việc bố trí các container trên khu đất, và do đó cũng ảnh hưởng đến việc bố trí các điểm móng. Chúng tôi khuyến nghị nên hoàn thiện phương án phòng cháy chữa cháy trước khi bản thiết kế địa kỹ thuật của móng được chốt lại — việc thay đổi vị trí bố trí các container sau khi đã khoan các bulông sẽ tốn kém.

Các dự án BESS được triển khai như thế nào tại các quốc gia chủ chốt của EU

Cộng hòa Séc: Thiết kế địa kỹ thuật theo tiêu chuẩn ČSN EN 1997. An toàn phòng cháy chữa cháy của BESS được đánh giá bởi chuyên gia được ủy quyền về an toàn phòng cháy chữa cháy công trình (PBS) như một phần của hồ sơ xin giấy phép xây dựng.

Đức: Tiêu chuẩn DIN EN 1997 là phiên bản áp dụng tại quốc gia của EC7. Các hệ thống BESS có công suất vượt quá mức quy định phải được phê duyệt theo Luật Bảo vệ Môi trường (BImSchG) và tuân thủ các yêu cầu về an toàn điện của VDE.

Áo: Tiêu chuẩn ÖNORM B 4435 bổ sung cho Eurocode 7. Việc đánh giá an toàn cháy nổ đối với hệ thống BESS do cơ quan phòng cháy chữa cháy địa phương (Landesfeuerwehrverband) thực hiện tùy theo quy mô của hệ thống.

Pháp: Tiêu chuẩn NF EN 1997 được áp dụng như một tiêu chuẩn quốc gia. Các hệ thống BESS có công suất vượt quá mức quy định sẽ thuộc phạm vi điều chỉnh của chế độ ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement) với các yêu cầu riêng về khoảng cách an toàn và an toàn.

Ba Lan: PN-EN 1997 được áp dụng như tiêu chuẩn quốc gia. Sự tăng trưởng của thị trường BESS tại Ba Lan được thúc đẩy bởi sự kết hợp với các dự án điện mặt trời, trong đó thiết kế địa kỹ thuật được thực hiện theo tiêu chuẩn Eurocode 7.

Điều này áp dụng cho tất cả các quốc gia: các yêu cầu về nền móng địa kỹ thuật theo Eurocode 7 + EN 1990 có tính phổ quát trên toàn EU, trong khi việc cấp phép về phòng cháy chữa cháy và vận hành luôn do pháp luật và cơ quan chức năng địa phương quy định.

Danh sách kiểm tra cho dự án BESS sử dụng cọc vít trên mặt đất tại EU

  • Bảng thông số kỹ thuật của container với các tải trọng điểm do nhà sản xuất BESS cung cấp
  • Khảo sát địa kỹ thuật tại hiện trường và xác định khả năng chịu tải theo tiêu chuẩn EN 1997
  • Tính toán tĩnh các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn EN 1990 (bao gồm gió và động đất, nếu có)
  • Thiết kế đầu chịu lực/hình dạng để truyền tải trọng điểm vào vít
  • Kế hoạch phòng cháy và khoảng cách an toàn theo quy định quốc gia — cần được xem xét trước khi xác định vị trí bố trí
  • Dữ liệu đo từ xa về quá trình lắp đặt cho từng vít (mô-men × độ sâu)
  • Kiểm tra độ phẳng bằng phương pháp trắc địa trong phạm vi dung sai do nhà sản xuất container quy định
  • Chứng nhận CE cho máy khoan và hồ sơ gửi cơ quan quản lý xây dựng

Câu hỏi thường gặp

Tiếp tục ở đâu?

Quá trình lắp đặt nền móng cho các container BESS diễn ra như thế nào trên thực tế: Hệ thống lưu trữ pin trên cọc vít cắm xuống đất

Tổng quan chung về thiết kế địa kỹ thuật theo Eurocode 7: Tiêu chuẩn Eurocode 7 và cọc vít