Các phương pháp và công nghệ lưu trữ năng lượng
Bài viết này giới thiệu đến bạn đọc 7 phương pháp và 10 công nghệ lưu trữ năng lượng chính trong hệ thống năng lượng.
Tỉ trọng năng lượng tái tạo trong hệ thống điện ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung ngày càng tăng cao. Vì vậy, lưu trữ năng lượng ngày càng trở nên quan trọng. Năng lượng gió phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và thời tiết. Năng lượng mặt trời phụ thuộc vào vị trí địa lý, độ che phủ của mây và chỉ có sẵn vào ban ngày, trong khi nhu cầu thường đạt đỉnh điểm sau khi mặt trời lặn… Do đó, việc tích lũy năng lượng từ các nguồn này ngày càng tăng và phổ biến.
Năng lượng có thể được tích trữ bằng nhiều phương pháp và công nghệ lưu trữ năng lượng khác nhau.
I – Các phương pháp lưu trữ năng lượng
1. Phương pháp tự nhiên
Lưu trữ các nguồn nhiên liệu hóa thạch: than, dầu, khí đốt,…
2. Phương pháp tích trữ năng lượng cơ học
Tích trữ năng lượng bằng khí nén, đầu máy chạy bằng hơi nước; hệ thống bánh đà và siêu tụ điện; thế năng trọng trường; nhà máy thủy điện tích năng (có bơm)
3. Phương pháp lưu trữ điện, điện từ
Sử dụng bình ngưng; siêu tụ điện; nam châm siêu dẫn và cuộn dây siêu dẫn
4. Phương pháp lưu trữ sinh học
Năng lượng được lưu trữ dưới dạng Glycogen ở động vật và tinh bột ở thực vật.
5. Hệ thống lưu trữ năng lượng pin – BESS (phương pháp điện hóa)
Lưu trữ năng lượng bằng pin dòng chảy (pin lưu lượng); Acquy axit-chì; pin “siêu tụ” (ultra battery); pin Lithium- ion,…
6. Phương pháp lưu trữ nhiệt
Lưu trữ năng lượng bằng hệ thống trữ lạnh (bể tích trữ lạnh), lưu trữ năng lượng không khí lỏng, trữ nhiệt năng theo ngảy, theo mùa……
7. Phương pháp lưu trữ hóa chất
Lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiên liệu sinh học; sử dụng năng lượng phản ứng tạo ra khi muối ngậm nước, công nghệ lưu trữ hydro, công nghệ biến đổi điện năng thành khí
II – Các công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến
Có nhiều công nghệ lưu trữ năng lượng với khả năng lưu trữ và thời lượng lưu trữ khác nhau. Dưới đây là các công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến hiện nay.
1. Thủy điện tích năng
Thủy điện tích năng được vận hành dựa trên nguyên tắc tích điện năng vào thời gian có nhu cầu sử dụng điện thấp để dùng vào thời điểm nhu cầu sử dụng điện cao. Như vậy, nhà máy thủy điện tích năng không tạo ra thêm năng lượng điện mà chỉ góp phần điều phối lượng điện theo phụ tải (nhu cầu sử dụng điện) giữa lúc cao điểm vào thấp điểm. Đây là công nghệ lưu trữ năng lượng chính giai đoạn trước đây.
2. Hệ thống bánh đà và siêu tụ điện
Công nghệ lưu trữ năng lượng bằng bánh đà (FESS) hoạt động dựa trên định lý bảo toàn động lượng. Ban đầu, điện được sử dụng để làm quay bánh đà ở tốc độ cao. Nếu không bị tác động bởi lực mạnh, bánh đà sẽ tiếp tục quay. Khi quay, nó tạo ra một lượng lớn động năng để dự trữ sử dụng khi cần thiết. Động năng này khi được chuyển đổi thành điện năng thì tốc độ quay của bánh đà sẽ giảm. Các siêu tụ điện còn gọi là tụ điện lớp kép, sử dụng cách tiếp cận tương tự nhưng lưu giữ nguồn năng lượng bằng chính nguồn điện.
3. Pin Lithium
Công nghệ lưu trữ năng lượng bằng Pin Lithium-ion sở hữu nhiều ưu điểm so với các loại pin thông thường khác, mang lại hiệu suất cao, tốc độ sạc nhanh cùng độ bền được đánh giá cao. Loại pin này sử dụng điện cực – được làm từ các hợp chất có cấu trúc tinh thể dạng lớp. Các ion Li sẽ xâm nhập trong quá trình pin xả sạc, phủ đầy khoảng trống giữa các lớp này. Từ đó năng lượng được tạo ra do phản ứng hóa học sẽ làm cho thiết bị hoạt động.
4. Pin nhiên liệu hydro
Không giống như pin hoặc ắc quy, tế bào nhiên liệu hydro không bị mất điện và cũng không có khả năng tích điện. Chúng hoạt động liên tục khi nhiên liệu (hydro) và chất oxy hóa (oxy) được đưa từ ngoài vào. Từ đó pin nhiên liệu Hydro có hiệu suất cao hơn do sản sinh ra điện một cách không ngừng, không phải trải qua quá trình sạc xả để tái sử dụng như pin thông thường. Vì vậy về mặt lý thuyết, đây là công nghệ lưu trữ năng lượng dạng pin có thể chạy mãi chừng nào còn nhiên liệu.
5. Pin a-xít chì
Pin axit chì cũng được phát triển để lưu trữ năng lượng tái tạo hiện nay, đặc biệt là điện mặt trời. Nếu bạn quan ngại về việc công nghệ này sử dụng các hóa chất độc hại, cộng với tuổi thọ pin ngắn thì hiện tại các chương trình tái chế loại pin này đã có những tiến bộ lớn, mang lại hiệu quả cao. Với sự phát triển của công nghệ lưu trữ năng lượng bằng pin acquy ít được sử dụng hơn.
6. Pin Redox Flow
Ưu điểm của pin Redox Flow là sự nhỏ gọn, cho hiệu quả cao hơn và có chi phí sản xuất rẻ hơn so với nhiều công nghệ pin khác hiện nay. Tuy nhiên, công nghệ lưu trữ năng lượng pin dòng chảy vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu và cần thêm một khoảng thời gian nữa để sẵn sàng ra mắt thị trường.
7. Hệ thống nén khí CAES
Tương tự thủy điện tích năng, công nghệ lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES) hoạt động thay vì đẩy nước lên cao, sẽ dùng lượng điện dư thừa để chạy máy nén khí nhằm bơm không khí vào một bình bình chứa lớn đặt dưới lòng đất. Rồi làm nóng không khí nén trong bình chứa, giải phóng nhiệt năng và làm quay tuabin, từ đó phát ra điện.
8. Hệ thống V2G
Xe điện EV có thể được tận dụng và hoạt động như các công nghệ lưu trữ năng lượng. Tại sao có thể nói như thế? Hầu hết xe máy điện hoạt động trong thời gian dài khi di chuyển, hệ thống giao tiếp cho xe điện (Vehicle to grid – V2G) từ đó sẽ giải phóng nguồn điện lưu trữ trong các EV. Nguồn dự trữ ấy sẽ được truyền tải qua lưới điện thông qua các trạm sạc, giúp đáp ứng nhu cầu sử dụng điện trong các giờ cao điểm. Khi đó xe máy điện EV sẽ trở thành các nhà máy điện mini.
9. Khí hóa lỏng
Điện làm chạy máy làm lạnh không khí xuống mức -196 độ C và biến nó thành chất lỏng nén trong bình chứa. Như vậy nguồn điện đã được chuyển sang dạng lưu trữ lỏng. Khi không khí tiếp xúc với chất lỏng này trong đường ống, nó sẽ trở lại dạng khí và làm quay tuabin phát điện. Đây là công nghệ lưu trữ năng lượng ít áp dụng.
10. Hệ thống lưu trữ năng lượng công nghiệp BESS
BESS là công nghệ lưu trữ năng lượng bằng cách sử dụng pin lithium (Li-ion), Sodium (Natri-ion)… được thiết kế đặc biệt. Ý tưởng cơ bản là năng lượng dự trữ này có thể được sử dụng sau này. Các hệ thống này bổ sung cho các nguồn năng lượng như năng lượng mặt trời và năng lượng gió để cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ năng lượng.
Hệ thống tích trữ năng lượng có thể kết hợp tốt với các nguồn điện phụ thuộc vào điều kiện môi trường và gián đoạn như gió và mặt trời. Khi có gió và ánh sáng mặt trời, phần năng lượng dư thừa sẽ được lưu trữ thay vì gây phát ngược lên lưới điện. Sau đó, vào thời điểm gió lặng và mặt trời lặn, phần năng lượng đó sẽ được sử dụng thay cho nguồn điện từ lưới điện.
III. Lưu trữ năng lượng là tất yếu khi phát triển năng lượng tái tạo
Cùng với những lợi ích mà hình thức lưu trữ năng lượng mang lại, chúng ta cũng cần phải nhìn nhận những thách thức trong việc phát triển năng lượng tại Việt Nam mà chúng ta sẽ phải đối mặt.
Với sản lượng pin lưu trữ ngày càng lớn, chi phí lưu trữ bằng các loại pin – ắc quy đang giảm nhanh. Tuy nhiên dù đã giảm nhưng giá vẫn còn cao. Các chủ đầu tư điện mặt trời và điện gió chỉ có thể đầu tư quy mô nhỏ để phát điện khi bị cắt giảm hoặc xả điện vào giờ cao điểm. Cách làm này tuy có thể giảm thiệt hại do cắt giảm nhưng giá thành điện từ pin lại cao. Lý do là vì chưa có quy định giá điện cho dịch vụ phụ trợ hệ thống điện nên chưa có cơ chế và hiệu quả đủ để khuyến khích đầu tư.
Giai đoạn 2019-2020, việc khuyến khích phát triển điện tái tạo với cơ chế giá FIT 1, FIT 2 đã tạo điều kiện phát triển điện tại tạo nhanh chóng. Bên cạnh đó nguồn năng lượng lưu trữ trở nên thiếu hụt.
Ngoài ra, giái đoạn 2025-2030, nước ta cần nhu cầu tăng trưởng điện 15%/năm để đáp ứng phát triển kinh tế. Nguồn điện tái tạo sẽ là nguồn điện xây dựng nhanh cóng để đáp ứng và lưu trữ năng lượng là tất yếu cho sự phát triển này.
Doanh nghiệp, quý khách hàng có nhu cầu về lưu trữ năng lượng, tiết kiệm chi phí năng lượng hãy liên hệ Hotline: 0816.579.886 (Mr. Khướu)
