Các công nghệ tích trữ năng lượng trong thời lượng dài hứa hẹn nhất vẫn còn tồn tại đến ngày nay.
Để có được nguồn năng lượng phát thải carbon thấp và dẫn tới không phát thải CO2 (Net Zero), chúng ta cần có thời gian lưu trữ lâu hơn. Trên thế giới đã có một số công nghệ lưu trữ thời lượng dài thành công trên quy mô lớn đã và đang tồn tại đến ngày hôm nay.
Khả năng lưu trữ năng lượng dài hạn có tiềm năng to lớn đối với một thế giới trong đó điện gió và năng lượng mặt trời chiếm ưu thế trong việc bổ sung các nhà máy điện mới và dần vượt qua các nguồn điện khác. Tuy nhiên, điện gió và mặt trời chỉ sản xuất vào một số thời điểm nhất định, vì vậy chúng cần một công nghệ bổ sung để giúp lấp đầy những khoảng trống (khoảng thời gian không sản sinh ra điện hoặc lượng điện sản sinh rất ít). Và pin lithium-ion – loại pin đang cung cấp đến 99% dung lượng lưu trữ mới ngày nay sẽ rất đắt nếu bạn có nhu cầu dài thời gian lưu trữ.
Vấn đề ở đây là không có công nghệ nào lâu dài và trường tồn mãi. Mỗi công nghệ luôn có những ưu điểm cũng như nhược điểm đi kèm. Chúng ta có rất nhiều lựa chọn về mặt kỹ thuật để đi đến việc lựa một công nghệ nào đó phù hợp nhất. Câu hỏi đặt ra là: liệu công nghệ đó có khả thi với mức giá chấp nhận được và tồn tại theo chu kỳ phát triển hay không; và liệu các doanh nghiệp cung cấp, đầu tư cho công nghệ đó có thể tồn tại đủ lâu để thực sự chứng minh điều đó không? Điều đó cuối cùng cũng đã bắt đầu thay đổi, nhờ vào hai xu hướng được kết nối và hỗ trợ lẫn nhau.
Xu hướng thứ nhất: gió và mặt trời hiện đang cạnh tranh rất hiệu quả với các nguồn năng lượng khác để bổ sung công suất vào nguồn điện. Sự gia tăng của các nguồn tài nguyên này tạo ra động lực riêng cho việc lưu trữ trong thời gian dài ở những nơi tập trung nhiều trang trại năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Một thị trường đặc biệt hấp dẫn là ở các vùng xa không có lưới điện hoặc hải đảo – nơi năng lượng tái tạo cộng với kho tích trữ năng lượng đã cạnh tranh rất tốt về giá đối với nhiên liệu diesel nhập khẩu.
Xu hướng thứ hai: nhiều công ty tiện ích, tiểu bang và quốc gia đang tăng mục tiêu về năng lượng sạch. Nhiều hãng khổng lồ như: Apple, Facebook, Nestle, IKEA …. Cũng đang theo đuổi tiêu chí “Net-zero emissions”. Một khi các Chính phủ chính thức cam kết 100% điện không có carbon, Họ phải bắt đầu suy nghĩ nghiêm túc về cách thay thế các nhà máy năng lượng tái tạo. Các chính sách này thường ưu tiên hỗ trợ cho các nguồn năng lượng sạch, nhưng chúng cũng có thể được coi là công cụ tạo thị trường cho loại công nghệ lưu trữ năng lượng dài hạn.
LITHACO mời quý độc giả cùng chúng tôi tìm hiểu sâu hơn về 05 loại hình lưu trữ năng lượng dài hạn được đánh giá tốt nhất qua thời gian tồn tại của chúng.
1.Thủy điện tích năng / Pumped hydro
Các nhà máy thủy điện tích năng (hay còn gọi là thủy điện có bơm) dự trữ năng lượng bằng cách sử dụng một hệ thống gồm hai bể chứa thông nhau với một bể chứa ở độ cao hơn bể còn lại. Nước được bơm lên hồ chứa phía trên trong thời gian năng lượng tạo ra dư thừa (năng lượng này dùng để cung cấp cho bơm chuyển nước từ bể chứa thấp lên bể chứa cao). Và trong thời gian nhu cầu về năng lượng tăng lên, nước từ hồ chứa phía trên được xả ra, tạo ra điện khi nước đi qua các tuabin đảo chiều trên đường đến hồ chứa phía dưới. Sau đó, quá trình này được lặp lại với hiệu suất tổng thể của chu trình khoảng 80%. Thiết kế này có từ trước thời kỳ hoàng kim của pin lithium-ion và theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ hiện tại nó vẫn đang cung cấp khoảng 95% dung lượng lưu trữ trên lưới điện của Mỹ.
Sau khi được xây dựng, các hệ thống này tự hào có chi phí lưu trữ rất thấp và chúng chứa một lượng năng lượng thực sự lớn, thậm chí có thể xem đây là loại pin lưu trữ lớn nhất thế giới. Vấn đề là việc xây dựng các nhà máy bơm thủy điện tích năng mới cực kỳ khó khăn. Lý do là thủy điện tích năng cần cơ sở hạ tầng sử dụng nước lớn dẫn tới chi phí đầu tư ban đầu cao. Và đương nhiên, việc xây dựng một công trình nào cũng gắn liền với việc phải hy sinh tính bền vững của môi trường tại khu vực đó. Tuy nhiên, đó cũng là tiền đề để tạo ra một hệ sinh thái mới hoàn toàn.
Sự gia tăng của năng lượng tái tạo đã buộc phải có một cái nhìn mới về công nghệ “cũ mà mới” này. Xét về tính bền vững và sự phù hợp với thời đại thì thủy điện tích năng là một công nghệ bền vững và đã được chứng minh qua nhiều thập kỷ.
2.Lưu trữ bằng trọng lực/ Stacked blocks
Điều gì sẽ xảy ra nếu, thay vì sử dụng pin hoặc bơm nước, bạn dự trữ năng lượng dư thừa bằng cách tự động hóa một cần cẩu rô-bốt sáu cánh để xếp hàng nghìn khối đá nguyên khối 35 tấn, được xây dựng có mục đích vào một tòa tháp và thả chúng xuống một lần nữa khi bạn cần thiết để giải phóng năng lượng? Đây chính là câu hỏi đầy thách thúc được hỏi bởi công ty khởi nghiệp Energy Vault. Và đây cũng chính là mảng công nghệ lưu trữ mà Energy Vault đã và đang hướng tới.
Trong công nghệ này, năng lượng tiềm tàng đó được lưu trữ bên trong các khối bê tông khổng lồ dưới dạng thế năng. Để sạc “pin” có kích thước bằng tòa nhà chọc trời này, một cần trục sáu vũ khí nâng các khối lên khỏi mặt đất và xếp chúng xung quanh chân đế của nó, tạo ra một tòa tháp. Để phóng điện, cần trục chỉ cần hạ các khối trở lại mặt đất, chuyển động năng từ phần xuống thành điện năng. Các thuật toán độc quyền hiệu chỉnh và kiểm soát chu kỳ sạc và xả để làm cho nó hiệu quả nhất có thể.
Chi tiết mời các bạn xem Video tại: https://vimeo.com/335818817
Ý tưởng này nảy sinh từ việc lặp lại việc tích trữ trọng lực của thủy điện tích năng, nhưng nó được điều chỉnh để có thêm sự đa dạng và phù hợp với địa lý hơn và tránh những hạn chế được mô tả ở của thủy điện tích năng. Tầm nhìn đó đã mang lại khoản đầu tư lớn nhất từ trước đến nay vào một công ty khởi nghiệp công nghệ lưu trữ tĩnh lên đến 110 triệu đô la từ ngân hàng SoftBank vào năm 2018. Và Tata Power đã đăng ký lắp đặt sớm 35 megawatt giờ vào năm 2019, báo hiệu sự quan tâm rất lớn và nghiêm túc từ các khách hàng.
3.Không khí lỏng/ Liquid air
Năng lượng dư thừa có sẵn được sử dụng để làm mát không khí sạch đến -196 ℃. Đó là nhiệt độ mà không khí bị hóa lỏng hoàn toàn. Âm lượng giảm khoảng bảy trăm lần là một lợi thế lớn. Chất lỏng này được lưu trữ trong các bình cách nhiệt ở áp suất thấp. Khi cần nguồn điện, khí lỏng được đốt nóng và nén để tạo ra khí áp suất cao ở nhiệt độ thích hợp để chạy tuabin và máy phát điện. Do thời gian phản ứng nhanh, hệ thống này được cho là hoạt động giống như một cục pin khổng lồ. Một nhà máy trình diễn như vậy do HighView xây dựng đã hoạt động tại Pilsworth, Vương quốc Anh từ mùa hè năm 2018. Nhà máy sở hữu công suất 5 megawatt tại 15 megawatt giờ (MWh) điện. Điều đó đủ để nuôi khoảng 5.000 ngôi nhà có quy mô trung bình trong gần ba giờ. Một nhà máy quy mô thương mại đầy đủ có thể lưu trữ lên đến 50 MWh. Highview Power không coi mình là một công ty khởi nghiệp nữa. Sau 15 năm hoàn thiện công nghệ của mình, công ty có trụ sở tại Anh này đã chuyển từ vận hành thử nghiệm sang phát triển các nhà máy quy mô lớn. Các nhà lãnh đạo của Highview nhận ra rằng họ cần phải tự tài trợ cho các dự án sớm để cho thị trường thấy rằng họ đang làm việc. Hiện nay họ đã huy động được 46 triệu đô la từ Sumitomo Heavy Industries để thực hiện điều đó.
4.Khí nén ngầm/ Underground compressed air
Lưu trữ năng lượng bằng khí nén dưới lòng đất là một trong những công nghệ lưu trữ lưới quy mô tiện ích thương mại với mục đích là lưu trữ năng lượng trong thời kỳ nhu cầu năng lượng thấp và trích xuất để sử dụng sau trong thời kỳ nhu cầu năng lượng cao. Hơn nữa, kỹ thuật này liên quan đến việc lưu trữ một dòng khí dưới dạng khí nén. Để đạt được điều này, không khí xung quanh được bơm vào các bể chứa lớn hoặc trong các hang động nằm dưới lòng đất hoặc sâu dưới nước. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng cơ chế van sử dụng một số nguồn năng lượng bên ngoài (như khí tự nhiên) để không khí cưỡng bức được đẩy vào bên trong bể chứa nhưng không thể thoát ra khỏi nó từ cùng một lối đi. Trong công nghệ này, không khí được lấy từ khí quyển và sau đó được nén bằng máy nén. Không khí sau đó được lưu trữ dưới dạng không khí có áp suất. Và khi năng lượng được yêu cầu trong thời gian sử dụng điện cao điểm, không khí được đưa vào thiết bị đốt trong tuabin khí để tạo ra điện.
Thời điểm ban đầu, người ta sử dụng những vòm muối dưới lòng đất để lưu trữ khí nén. Nhưng không phải ai cũng có những mái vòm muối có cấu trúc lý tưởng như mong muốn của mình. Để khắc phục vấn đề này, công ty Hydrostor của Canada đã có một cách tiếp cận khác: bơm khí nén vào các hang động được xây dựng có mục đích hoặc các hang động hiện có, chẳng hạn như các trục hầm mỏ bị bỏ hoang và sử dụng nước để duy trì áp suất. Nước giữ cho mọi thứ ở áp suất không đổi và cho phép sử dụng các khoang nhỏ hơn thường được sử dụng trong các kỹ thuật truyền thống. Mục tiêu là giải phóng kho chứa khí nén khỏi những hạn chế về địa chất đã kìm hãm nó trong khi giảm thiểu rủi ro công nghệ nhờ các thiết bị vay mượn từ các ngành công nghiệp khác.
Hydrostor có một hệ thống thương mại hoạt động ở Canada và đang kết thúc một địa điểm trình diễn ở Úc. Mùa thu năm ngoái, nó đã huy động được 37 triệu đô la khác để phát triển một hệ thống các nhà máy ngày càng tham vọng.
5.Pin dòng chảy/ Flow batteries
Pin dòng chảy (hay còn gọi là pin Oxy hóa khử) đã được coi là hứa hẹn từ lâu như bất kỳ ai nghĩ về khả năng lưu trữ thời lượng dài. Tuy nhiên, điều đó vẫn chưa mang lại nhiều lợi thế cho chúng trên thị trường. Các công ty pin dòng chảy vẫn đang tham vọng triển khai thương mại. Hầu hết các nhà khoa học về công nghệ pin dòng chảy thiên về phương án tuần hoàn các chất điện phân lỏng để nạp hoặc phóng điện tử thông qua phản ứng oxy hóa khử.
Công ty ESS vẫn đang làm việc để xây dựng dự án quy mô tiện ích đầu tiên của mình, nhưng nó đã huy động được thêm 30 triệu đô la vào tháng 11/2018 dựa trên sức mạnh của hóa học dòng chảy sắt. Công nghệ này sử dụng một nguồn nguyên liệu rẻ và dồi dào cho thành phần hoạt tính của nó. Điều đó tạo ra một sự tương phản với các acolytes dòng vanadi – một loại khoáng chất đang ngày một khan hiếm trong những năm gần đây.
Avalon Pin được cho là nhà sản xuất dòng vanadi thành công nhất về số lượng hệ thống được triển khai, đã tìm ra cách vượt qua thách thức về chi phí vật liệu. Họ đã tạo ra một thỏa thuận để thuê vanadi từ các công ty khai thác, họ muốn thấy một thị trường mới cho sản phẩm của họ. Bằng cách sản xuất hàng loạt hệ thống chìa khóa trao tay trong một nhà máy, Avalon đã xuất xưởng 160 pin dòng chảy, thoát khỏi tình trạng bế tắc của các phi công chế tạo thủ công. Các hệ thống này có thời lượng không dài, nhưng chúng cạnh tranh với pin lithium-ion về tuổi thọ chu kỳ trong các ứng dụng thông lượng cao. Với ưu thế đó, Avalon sẽ sớm tiếp quản công ty dòng chảy RedT của Anh, công ty đã đổi mới về mặt thương mại nhưng bị sụt giảm giá cổ phiếu triền miên và nhu cầu vốn thấp. Thỏa thuận đó đã mang lại khoản đầu tư mới và đánh dấu một sự phát triển tích cực bất thường cho lĩnh vực này bằng cách cho thấy hoạt động mua bán và sáp nhập pin lưu lượng có thể diễn ra bên ngoài vụ mua bán cháy nổ do phá sản.
Trên đây là những công nghệ lưu trữ năng lượng với quy mô và thời lượng dài mà LITHACO giới thiệu đến các bạn. Các công nghệ này hứa hẹn sẽ có tương lai tươi sáng trong thời gian tới, khi các Quốc gia trên toàn Thế giới hướng về giảm phát thải CO2 bằng cách ưu tiên phát triển năng lượng tái tạo. Và việc lưu trữ năng lượng kết hợp năng lượng tái tạo chính là chìa khóa vàng cho sự phát triển bền vững của nhân loại.
(CVS- Theo Greentechmedia)
Bài Viết Liên Quan
