Làm thế nào để giá thành lưu trữ rẻ hơn tiến tới sử dụng 100% năng lượng tái tạo?
Các nhà nghiên cứu của MIT liệt kê các công nghệ lưu trữ năng lượng để có thể cho phép sử dụng 100% điện tái tạo trong tương lai.
Tháng 09/2019, thành phố Los Angeles đã ký một thỏa thuận cho một hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời với mức giá thấp kỷ lục. Dự án điện mặt trời Eland 400 MW có khả năng lưu trữ năng lượng 1.200 Megawatt giờ sử dụng pin lithium-ion để đáp ứng nhu cầu sử dụng của thành phố vào ban đêm. Dự án này là một phần trong cam kết về khí hậu của thành phố nhằm đạt 100% năng lượng tái tạo vào năm 2045.
Sản xuất năng lượng là những nguồn phát thải khí nhà kính lớn nhất trên thế giới (chiếm tới 73% tổng lượng CO2 phát thải). Điện không có carbon sẽ rất quan trọng để giữ cho nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng lên trong mục tiêu của Liên hợp quốc là 1,5 độ C và tránh những tác động tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu . Khi các nhà lãnh đạo thế giới gặp nhau tại Hội nghị thượng đỉnh về Hành động vì Khí hậu của Liên hợp quốc, việc thúc đẩy năng lượng tái tạo và lưu trữ năng lượng là những ưu tiên chính mà họ hướng đến.
Những người đang hoài nghi về điện gió và năng lượng mặt trời nhanh chóng đưa ra luận điểm rằng những hệ thống như vậy rất đắt tiền và không thể giữ cho các thiết bị điện hoạt động suốt 24/7. Lập luận đầu tiên đã bị dập tắt khi thực tế năng lượng tái tạo đã cạnh tranh về chi phí với nhiên liệu hóa thạch và đang rẻ hơn rất nhiều lần. Điều thứ hai cũng giảm về chi phí: đó là dự trữ năng lượng – đây là chìa khóa mở ra cánh cửa về độc lập năng lượng và duy trì sự hoạt động của hệ thống điện tái tạo suốt 24/7 và sẵn sàng phát vào lưới điện khi cần thiết.
“Lưu trữ với chi phí thấp là chìa khóa để cho phép điện tái tạo cạnh tranh với điện được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch trên cơ sở chi phí,” Yet-Ming Chiang, giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu tại MIT cho biết.
Nhưng chính xác là thấp như thế nào? Chiang, giáo sư nghiên cứu năng lượng Jessika Trancik và những người khác đã xác định rằng: để lưới điện được cung cấp 100% bằng hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời thì giá của lưu trữ năng lượng sẽ tốn khoảng US $ 20 (tương đương 465.000 VNĐ) cho mỗi kilowatt giờ (kWh). Phân tích của họ được công bố trên Joule .
Các nhà nghiên cứu cho biết, đó là một mức giảm đáng sợ đối với pin lithium-ion, vốn đã giảm xuống còn 175 USD / kWh (tương đương 4.060.000 VNĐ) vào năm 2018 và dự kiến còn dưới 100 USD / KWh (khoảng 2.320.000 VNĐ) vào năm 2023. Nhưng bức tranh sẽ tốt đẹp hơn nếu bạn nới lỏng các ràng buộc đối với năng lượng tái tạo, các nhà nghiên cứu cho biết. Trong tương lai, các công nghệ lưu trữ đáp ứng mục tiêu chi phí thấp đã nằm trong tầm tay.
Các nhà nghiên cứu cho biết: Nhóm đã chọn bốn địa điểm — Arizona, Iowa, Massachusetts và Texas — và thu thập dữ liệu trong 20 năm về các nguồn năng lượng mặt trời và gió ở đó. Các nguồn tài nguyên như vậy có thể thay đổi đáng kể theo mùa và theo năm, và phân tích trong dài hạn — trong khi các nghiên cứu trước đây chỉ sử dụng dữ liệu từ một hoặc hai năm. Trên cơ sở đó, họ nắm bắt các biến thể có thể xảy ra trong suốt thời gian hoạt động của một nhà máy điện. Họ đã mô hình hóa chi phí của các hệ thống lưu trữ gió – năng lượng mặt trời cộng với khả năng đáp ứng đáng tin cậy các nhu cầu khác nhau của lưới điện, chẳng hạn như cung cấp năng lượng tải cơ bản 24/7 và đáp ứng nhu cầu tăng đột biến vào giờ cao điểm trong vài giờ.
Ở một khía cạnh khác, việc lưu trữ năng lượng sẽ phải tốn $ 10 đến $ 20 / kWh (232.000 VNĐ đến 464.000 VNĐ) cho hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời có lưu trữ để có thể cạnh tranh với một nhà máy điện hạt nhân cung cấp điện cơ bản. Và việc cạnh tranh với một nhà máy khí tự nhiên sẽ đòi hỏi chi phí lưu trữ năng lượng giảm xuống còn $ 5 / kWh (116.000 VNĐ).
Nhưng những con số đó chỉ dành cho các kịch bản trong đó năng lượng mặt trời và gió đáp ứng 100% nhu cầu điện năng. Nếu các nguồn khác đáp ứng nhu cầu chỉ 5% thời gian, bộ lưu trữ có thể hoạt động ở mức giá 150 đô la / kWh (3.840.000 VNĐ). Những công nghệ nào có thể đạt được mục tiêu đó?
Pin Lithium-ion đã đạt được mục tiêu 150 đô la / kWh (dự kiến 2023 chỉ còn 100 đô la/ Kwh) và thị phần của chúng trong việc lưu trữ năng lượng ở quy mô tiện ích đang tăng lên. Tuy nhiên, họ phải đối mặt với thách thức đó là sự khan hiếm nguyên liệu ngày càng trầm trọng hơn do thị trường ô tô điện đang gia tăng. Tuy nhiên, Chiang nói, công nghệ này “không có khả năng đáp ứng các yêu cầu về chi phí để lưu trữ trong thời gian dài, vì vậy để khử cacbon sâu, nhu cầu quan trọng là phát triển các công nghệ lưu trữ thời gian dài, chi phí thấp”.
Các nhà nghiên cứu cho biết, thủy điện được bơm (thủy điện tích năng) và khí nén, sử dụng thêm năng lượng để bơm nước lên dốc hoặc tạo áp suất không khí, cả hai đều có thể được sử dụng để quay tua-bin và tạo ra điện khi cần thiết. Các hệ thống này có chi phí năng lượng rất thấp – khoảng 20 USD / kWh (464.000 VNĐ) – các nhà nghiên cứu cho biết. Nhưng các hệ thống này cần một lượng lớn không gian và các đặc điểm địa chất đặc biệt như núi hoặc hang ngầm, vì vậy nhược điểm của nó là không thể sử dụng ở mọi nơi.
Một công nghệ khả thi khác là ắc quy dòng chảy sử dụng lượng hóa chất dồi dào, chi phí thấp để lưu trữ năng lượng trong các bể chứa lớn. Nhưng không phải tất cả các hóa chất ắc quy dòng chảy đều rẻ tiền. Các nhà nghiên cứu cho biết, một trong những loại chính, pin dòng oxy hóa khử vanadi , có giá ước tính là 100 USD / kWh, nhưng việc phát triển nhiều hơn có thể làm giảm chi phí.
Ông Chiang đang đặt cược vào pin lưu huỳnh. Gần đây, ông đã phát triển một loại pin lưu huỳnh dạng dung dịch nước có thể có giá chỉ 10 USD / kWh (232.000 VNĐ). Công nghệ này có những gì cần thiết để lưu trữ trong thời gian dài, chi phí thấp và hiện đang được phát triển bởi Form Energy, một công ty ông đã đồng sáng lập vào năm 2017 và gần đây đã nhận được sự hỗ trợ tài chính rộng rãi .
Có những công nghệ pin khác cũng đang trong quá trình nghiên cứ và phát triển. Theo Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IEA), pin natri-lưu huỳnh nhiệt độ cao có giá 500 USD / kWh (11.600.000 VNĐ), nhưng với sự phát triển hơn nữa, giá thành của chúng có thể giảm tới 75% vào năm 2030 . Trong khi đó, giá thành của pin natri niken clorua có thể giảm từ $ 315 đến $ 490 / kWh (7.308.000 VNĐ – 11.368.000 VNĐ) hiện nay xuống $ 130 đến $ 200 / kWh (3.016.000 VNĐ – 4.640.000 NĐ) vào năm 2030.
Có nhiều cách khác để lưu trữ năng lượng tái tạo mà các nhà nghiên cứu chưa tính đến, chẳng hạn như với bánh đà, siêu tụ điện, lưu trữ nhiệt trong muối nóng chảy và sử dụng điện dư để hóa lỏng không khí hoặc để tạo ra nhiên liệu như hydro và metan.
Dự án Eland và những dự án khác được công bố gần đây cho thấy năng lượng tái tạo kết hợp với lưu trữ đã bắt đầu có ý nghĩa kinh tế. Việc thúc đẩy các công nghệ lưu trữ năng lượng và tính kinh tế theo quy mô sẽ giúp giảm chi phí hơn nữa và cho phép năng lượng tái tạo phát huy hết tiềm năng của chúng.
“Chìa khóa là phát triển các công nghệ lưu trữ có thể đạt được chi phí vốn thấp [$ 20 / kWh]; Tôi tin rằng loại hình lưu trữ này có thể được chứng minh ở quy mô thí điểm trong vòng 5 năm tới.” – Chiang nói.
Lời người biên tập: Câu chuyện này được xuất bản với sự hợp tác của hơn 250 tổ chức truyền thông và nhà báo độc lập đã tập trung đưa tin về biến đổi khí hậu trước thềm Hội nghị thượng đỉnh về hành động vì khí hậu của Liên hợp quốc . Sự tham gia của IEEE Spectrum trong quan hệ đối tác Covering Climate Now hiện nay được xây dựng dựa trên báo cáo trước đây của chúng tôi về vấn đề toàn cầu này.
Sưu tầm và biên tập bởi NTH – Lithaco
Nguồn:
Bài Viết Liên Quan
