Chọn ngôn ngữ của bạn

6 công nghệ tích trữ điện năng hiệu quả

6 công nghệ tích trữ điện năng hiệu quả

Đây là một điều thật tuyệt vời cho khát vọng năng lượng không phát thải CO2 mà tất cả các quốc gia trên thế giới đều hướng đến, nó đã thể hiện quyết tâm chính trị rất lớn của các lãng đạo thể hiện qua sự nhất chí cao trong Thỏa thuận Paris năm 2015.

Các giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo đã cho thấy những tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây, và công nghệ đã được chứng minh, thử liệt kê dưới đây vài công nghệ:

1. Lưu trữ năng lượng bằng công nghệ Pin Lithium

6 công nghệ tích trữ điện năng hiệu quả giúp điện gió và điện mặt trời không phải xả bỏ
(Hệ thống pin Lithium – Ion, còn gọi là Powerpack của Tesla ở Nam Úc )

Pin Li-ion hay pin lithi-ion / pin lithium-ion, có khi viết tắt là LIB, là một loại pin sạc. trong quá trình sạc, các ion Li chuyển động từ cực dương sang cực âm, và ngược lại trong quá trình xả (quá trình sử dụng). LIB thường sử dụng điện cực là các hợp chất mà cấu trúc tinh thể của chúng có dạng lớp (layered structure compounds), khi đó trong quá trình sạc và xả, các ion Li sẽ xâm nhập và điền đầy khoảng trống giữa các lớp này, nhờ đó phản ứng hóa học xảy ra. Các vật liệu điện cực có cấu trúc tinh thể dạng lớp thường gặp dùng cho cực dương là các hợp chất ô xít kim loại chuyển tiếp và Li, như LiCoO2, LiMnO2, v.v….; dùng cho điện cực âm là graphite. Dung dịch điện ly của pin cho phép các ion Li chuyển dịch từ cực nọ sang cực kia nghĩa là có khả năng dẫn ion Li, tuy nhiên, yêu cầu là dung dịch này không được dẫn điện.

6 công nghệ tích trữ điện năng hiệu quả giúp điện gió và điện mặt trời không phải xả bỏ

Khi xả (quá trình sử dụng), pin phóng điện qua mạch ngoài, electron từ anode (cực âm) di chuyển sang cathode (cực dương). Ion liti di chuyển trong pin, cũng từ cực âm sang cực dương. Khi sạc, dưới điện áp sạc, electron di chuyển đến anode (lúc này trở thành cực dương), để cân bằng điện, trong lòng pin, ion liti di chuyển từ cathode (lúc này trở thành cực âm) sang anode.

Pin Li-ion có mật độ năng lượng cao, bền, và ít bị tự xả. Hiện nay ở các nước phát triển, LIB đang được chú trọng phát triển trong quân đội, ứng dụng cho các phương tiện di chuyển chạy điện và kĩ thuật hàng không, lưu trữ năng lượng từ quy mô gia đình, cho đến doanh nghiệp, công nghiệp và kể cả quy mô tiện ích lưới.

Thành phần hóa học, hiệu năng, giá thành và độ an toàn là các yếu tố cơ bản quy định các loại LIB khác nhau. Các thiết bị điện cầm tay (như điện thoại di động, laptop) hiện nay hầu như sử dụng LiCoO2 (viết tắt LCO) lithium coban oxit làm cực âm. Chất này có mật độ năng lượng cao, nhưng kém an toàn, đặc biệt nguy hiểm khi pin bị rò rỉ. Lithium sắt phosphate (LiFePO4, hay LFP), lithium mangan oxit (LiMn2O4, Li2MnO3, hay gọi chung là LMO) và lithium niken mangan coban oxit (LiNiMnCoO2, hay NMC) là các vật liệu dương cực phổ biển khác, tuy nhiên chúng có mật độ năng lượng thấp hơn LCO, nhưng lại có vòng đời lâu hơn và an toàn hơn. Những pin dùng các vật liệu này thường được dùng trong các thiết bị điện y tế. Đặc biệt NMC hiện nay là ứng viên hàng đầu cho pin ứng dụng trong xe chạy điện. Liti niken coban nhôm oxit (LiNiCoAlO2 hay NCA) và liti titanat (Li4Ti5O12 hay LTO) được sử dụng trong những mục đích đặc biệt. Pin liti-S (lưu huỳnh) hay pin liti-sunfua là loại pin mới được phát triển, mang nhiều triển vọng nhờ hiệu năng cao và khối lượng nhỏ.

Hàng loạt các dự án lưu trữ năng lượng bằng công Lithium – Ion đã đưa vào vận hành và tiếp tục đang được lắp đặt hiện nay trên khắp thế giới đã khẳng định vị thế thống trị của công nghệ này. Trong đó điển hình như : Neoen Hornsdale: 100 MW / 129 MWh, hòa lưới tháng 11 năm 2017 ở Nam Úc, Strata Oxnard: 100 MW / 400 MWh hòa lưới tháng 12 năm 2020, AES Alamitos: 100 MW / 400 MWh dự kiến trực tuyến trong năm 2021,Tesla Moss 182,5 MW / 730 MWh đã hòa lưới tháng 12 năm 2020, NextEra Skeleton Creek: 200 MW / 800 MWh dự kiến hoàn thành 2023…

2. Dòng oxy hóa khử pin
6 công nghệ tích trữ điện năng hiệu quả giúp điện gió và điện mặt trời không phải xả bỏ

(Hình ảnh: JCESR )

Một giải pháp lưu trữ năng lượng tiên tiến khác là pin dòng oxy hóa khử (pin nhiên liệu), thay thế các điện cực rắn bằng các hợp chất điện phân đậm đặc năng lượng (hydro-lithium bromate, bromine-hydro, hữu cơ, v.v.) được ngăn cách bởi một màng sạc và phóng điện như chất lỏng. luân chuyển trong không gian tương ứng của riêng họ. Trao đổi ion xảy ra thông qua màng phân tách khi các chất điện phân trải qua quá trình khử và oxy hóa (khử) và do đó có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng, hoàn hảo để gắn vào lưới điện.

3. Lưu trữ năng lượng bánh đà
6 công nghệ tích trữ điện năng hiệu quả giúp điện gió và điện mặt trời không phải xả bỏ

(Hình ảnh: Steve Wittrig qua ABB SlideShare)

Chức năng lưu trữ năng lượng của bánh đà bằng cách tăng tốc rôto lên tốc độ cao và duy trì công suất dưới dạng năng lượng quay. Khi năng lượng đó được rút ra khỏi hệ thống, tốc độ quay của bánh đà bị giảm và được tăng tốc khi năng lượng được đưa vào lại.

Hầu hết các hệ thống bánh đà tiên tiến đều được thiết kế các rôto composite có độ bền cao được treo bằng các ổ trục từ tính và khi có nguồn điện, bánh đà có thể quay trong vài phút lên 20.000 đến 50.000 vòng/phút, đạt công suất năng lượng nhanh hơn so với các hình thức lưu trữ khác. Tập đoàn tự động hóa Thụy Sĩ ABB gần đây đã triển khai giải pháp bánh đà/lưới điện siêu nhỏ thông minh ở Kodiak Alaska để có cơ hội mở rộng năng lượng tái tạo và ổn định lưới điện.

4. Lưu trữ năng lượng khí nén
6 công nghệ tích trữ điện năng hiệu quả giúp điện gió và điện mặt trời không phải xả bỏ

(Hình ảnh: Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương )

Các nhà máy lưu trữ năng lượng khí nén (CAES) tương tự như các nhà máy thủy điện bơm; Chỉ thay vì bơm nước từ ao thấp lên ao trên, không khí xung quanh được nén và lưu trữ dưới áp suất trong các hang ngầm để tích trữ năng lượng. Khi cần năng lượng đó, không khí có áp được làm nóng và giãn nở trong tuabin, do đó tạo động lực cho máy phát điện để sản xuất điện. Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương đang trong quá trình phát triển hệ thống CAES cho các nhà máy điện ở các khu vực nội địa Washington và Oregon khi cần thêm nguồn điện cho nhu cầu cao điểm.

5. Lưu trữ nhiệt năng
6 công nghệ tích trữ điện năng hiệu quả giúp điện gió và điện mặt trời không phải xả bỏ

(Tín dụng hình ảnh: SolarReserve )

Có một số loại lưu trữ nhiệt năng khác nhau, bao gồm lưu trữ năng lượng tiềm ẩn và nhiệt hóa học. Tuy nhiên, lưu trữ hợp lý được sử dụng nhiều nhất và thường được ghép nối với các nhà máy điện mặt trời. Hệ thống nhiệt hợp lý sử dụng môi trường lỏng hoặc rắn: Nước, cát, đá hoặc muối nóng chảy hoặc được làm nóng hoặc làm lạnh để lưu trữ năng lượng thu được. Dự án Crescent Dunes của SolarReserve là một ví dụ tuyệt vời về việc sử dụng hệ thống TES, sử dụng muối nóng chảy để lưu trữ 1.100 MW điện trong hai bể kim loại lớn được che chắn nhiệt và có thể lưu trữ năng lượng đó trong 40 năm mà không bị suy giảm.

6. Tích trữ thủy điện có bơm (thủy điện tích năng)
6 công nghệ tích trữ điện năng hiệu quả giúp điện gió và điện mặt trời không phải xả bỏ

(Tín dụng hình ảnh: Wikipedia )

Tích trữ thủy điện có bơm dự trữ năng lượng bằng cách sử dụng nước chứa trong hồ chứa phía trên được bơm bằng điện từ hồ chứa phía dưới. Trong thời gian nhu cầu điện cao điểm, năng lượng bổ sung được sản xuất bằng cách giải phóng lượng nước tích trữ thông qua các tuabin giống như cách làm đập thủy điện truyền thống. Khi nhu cầu năng lượng giảm xuống, nước sau đó được chuyển ngược trở lại vào bể chứa cao hơn thường bằng các tuabin giống nhau, có thể hoạt động như cả máy bơm và máy phát điện.

Theo các chuyên gia : sự gia tăng của các công nghệ mới, thay đổi kỳ vọng và hành vi của người tiêu dùng cũng như sự tiến hóa về cấu trúc của hệ thống phát và phân phối điện trong thập kỷ qua đang tạo ra mảnh đất màu mỡ cho sự xuất hiện của bộ lưu trữ điện đang phát triển công nghệ là thành phần chính của bối cảnh mới trong lĩnh vực điện năng.

Trước đây người ta quan điểm rằng việc lưu trữ năng lượng rất tốn kém, thì hiện nay quan niệm này đã thay đổi, khi có nhiều dự án đã được thực hiện trong vài năm qua, đặc biệt là liên quan đến các nguồn năng lượng tái tạo.

Không còn nghi ngờ gì nữa, giải pháp tích trữ điện năng (lưu trữ năng lượng) chính là chìa khóa thành công của điện mặt trời và điện gió không chỉ trên thế giới mà ngay cả Việt Nam.

Theo Lithaco