Lưu trữ năng lượng tái tạo bằng cách vượt qua giới hạn điện lưới: thách thức của Việt Nam.

Năm 2022 là năm tuyệt vời đối với năng lượng xanh, đặc biệt là năng lượng mặt trời và gió, và xu hướng này không hề chậm lại. Với giá mỗi watt tiếp tục giảm và giá điện và khí đốt ngày càng tăng, sức hấp dẫn đối với các doanh nghiệp theo đuổi năng lượng xanh đang tăng lên hàng năm. Năm ngoái, năng lượng mặt trời và gió chiếm tỷ lệ kỷ lục 12% nguồn cung cấp năng lượng của thế giới, đây là một thành tựu to lớn.

Tuy nhiên, khi ngày càng có nhiều hộ gia đình và doanh nghiệp cá nhân lựa chọn năng lượng xanh, một thách thức mới nảy sinh – công suất lưới điện.

Những thách thức về công suất lưới điện đề cập đến khi lưới điện không thể xử lý thời gian cung cấp cao điểm trong ngày, dẫn đến sản lượng điện năng bị lãng phí. Điều này có thể tạo ra chi phí cơ hội lớn, đó là lý do tại sao điều quan trọng là phải làm việc thông minh hơn chứ không phải vất vả hơn với năng lượng xanh.

Thách thức: Công suất lưới điện

Không giống như cấp nước, năng lượng điện hoạt động như một tiện ích “sử dụng hoặc mất nó”. Hầu hết các khu vực không có cơ sở lưu trữ năng lượng như Victoria Big Battery khổng lồ của Úc, có khả năng cung cấp cho 650.000 hộ gia đình trong một giờ.

Trong hầu hết các tình huống, điện được tạo ra và gửi qua lưới điện để đáp ứng nhu cầu tại thời điểm đó. Các nhà máy điện đã trở nên lão luyện trong việc hiểu được những biến động của nhu cầu trong suốt chu kỳ hàng ngày, chu kỳ hàng tuần và thậm chí cả những biến động xảy ra trong suốt cả năm. Tuy nhiên, với năng lượng xanh như năng lượng mặt trời và gió, chúng ta không kiểm soát tốt việc cung cấp năng lượng như chúng ta làm với nhiên liệu hóa thạch và nhà máy điện hạt nhân, điều này tạo ra một thách thức lớn.

Hiện nay, ngày càng nhiều năng lượng trên thế giới được tạo ra từ năng lượng mặt trời và gió, đây là một bước cải tiến đáng kể, nhưng cũng đang ngày càng thách thức lưới điện. Mặc dù có thể tạo ra các trung tâm lưu trữ pin khổng lồ để thu được nguồn cung dư thừa và gửi trở lại lưới điện khi cần, nhưng một ngân hàng pin đủ lớn để xử lý lượng dư thừa ròng của lưới năng lượng xanh hoàn toàn sẽ rất tốn kém, cả về chi phí và tác động môi trường. .

Sản xuất pin yêu cầu khai thác và xử lý các nguyên liệu thô, chẳng hạn như lithium, coban và niken, được sử dụng trong các tế bào pin. Khai thác và tinh chế những vật liệu này có thể tạo ra chất thải độc hại và các hoạt động khai thác cũng có thể góp phần phá rừng và hủy hoại môi trường sống.

Một vấn đề khác là lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất pin. Sản xuất pin đòi hỏi một lượng lớn năng lượng – và nếu năng lượng đó đến từ nhiên liệu hóa thạch, quá trình sản xuất sẽ giải phóng khí nhà kính vào khí quyển.

Cuối cùng, xử lý pin trở thành một vấn đề. Pin chứa các hóa chất độc hại có thể ngấm vào môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Hiện tại, chỉ một tỷ lệ nhỏ pin được tái chế và hầu hết được đưa đến các bãi chôn lấp hoặc lò đốt, nơi chúng có thể gây ô nhiễm.

Sẽ là phản tác dụng nếu làm hại môi trường bằng cách chế tạo pin để lưu trữ năng lượng xanh sau khi loại bỏ dần nhiên liệu hóa thạch. Vậy chúng ta có thể làm gì?

Giải pháp thay thế pin để lưu trữ năng lượng tái tạo

Một số tác động tiêu cực của việc sản xuất pin là không thể tránh khỏi vì tác hại đối với môi trường vẫn ít nghiêm trọng hơn so với sử dụng nhiên liệu hóa thạch, vì vậy trong nhiều trường hợp chúng ta không có lựa chọn nào tốt hơn vào lúc này.

Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là chúng ta không thể tối ưu hóa việc lưu trữ năng lượng tái tạo bằng cách sử dụng các hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo thay thế, ít phát thải carbon hơn nếu có thể.

Lưu trữ xe vào lưới

Các chuyên gia đã nghiên cứu các giải pháp cho thách thức này trong một thời gian dài. Một giải pháp như vậy là sử dụng ô tô điện được cắm vào lưới điện làm nguồn dự trữ năng lượng tiềm năng — được gọi là công nghệ từ phương tiện đến lưới điện (V2G) — khi cung vượt cầu. Chương trình khuyến khích sẽ được sử dụng khi lưới điện cần nguồn điện trở lại, nghĩa là lưới điện sẽ tiêu hao pin EV trong thời gian có nhu cầu cao. Đây là một khái niệm thú vị nhưng không phải không có những thách thức của nó.

Kho chứa khí/khí nén

Lưu trữ khí/khí nén là một công nghệ đã được sử dụng trong nhiều năm để lưu trữ năng lượng. Nguyên lý đằng sau nó rất đơn giản: năng lượng được lưu trữ dưới dạng khí nén hoặc khí đốt trong bình chứa, sau đó được giải phóng để tạo ra điện. Lưu trữ khí/khí nén là một lựa chọn hấp dẫn để lưu trữ năng lượng vì nó tương đối rẻ và có thể được sử dụng trên quy mô lớn.

Một ví dụ về lưu trữ khí/khí nén là hệ thống CAES (lưu trữ năng lượng khí nén). Hệ thống CAES nén không khí vào một thùng chứa, sau đó được giải phóng để làm quay tua-bin và tạo ra điện. Công nghệ này đã được sử dụng trong một số dự án lưu trữ năng lượng quy mô lớn, bao gồm nhà máy điện McIntosh ở Alabama, có công suất lưu trữ 110 MW.

Lưu trữ Hydro được bơm

Máy bơm nước là một công nghệ lưu trữ năng lượng khác đã được sử dụng trong nhiều năm. Nó liên quan đến việc bơm nước từ hồ chứa thấp hơn lên hồ chứa cao hơn khi thừa điện, sau đó xả nước trở lại hồ chứa thấp hơn để phát điện khi thiếu điện.

Thủy điện được bơm là một lựa chọn hấp dẫn để lưu trữ năng lượng vì nó có hiệu quả cao và có thể được sử dụng trên quy mô lớn. Trên thực tế, thủy điện được bơm chiếm hơn 90% khả năng lưu trữ năng lượng của thế giới.

Một ví dụ về thủy điện được bơm là Trạm lưu trữ được bơm của Hạt Bath ở Virginia, có công suất 3.003 MW và là cơ sở lưu trữ được bơm lớn nhất trên thế giới.

Lưu trữ năng lượng nhiệt

Lưu trữ năng lượng nhiệt là một công nghệ liên quan đến việc lưu trữ nhiệt trong các vật liệu như muối nóng chảy hoặc bê tông, sau đó được sử dụng để tạo ra điện khi cần thiết. Công nghệ này đặc biệt hữu ích cho các nhà máy điện mặt trời, có thể lưu trữ nhiệt do mặt trời tạo ra vào ban ngày và sử dụng nó để tạo ra điện vào ban đêm.

Lưu trữ năng lượng nhiệt là một lựa chọn hấp dẫn để lưu trữ năng lượng vì nó tương đối rẻ và có thể được sử dụng trên quy mô lớn. Một ví dụ về lưu trữ nhiệt năng là nhà máy điện Gemasolar ở Tây Ban Nha, sử dụng muối nóng chảy để lưu trữ nhiệt và có công suất 19,9 MW.

Lưu trữ năng lượng hấp dẫn

Lưu trữ trọng lực là một công nghệ liên quan đến việc lưu trữ năng lượng bằng cách nâng các vật nặng, chẳng hạn như trọng lượng lớn hoặc khối bê tông, lên một mức cao hơn. Thế năng của vật thể sau đó được chuyển thành điện năng khi nó được hạ xuống vị trí ban đầu.

Lưu trữ trọng lực là một lựa chọn hấp dẫn để lưu trữ năng lượng vì nó tương đối rẻ và có thể được sử dụng ở quy mô nhỏ. Tuy nhiên, nó không phù hợp để lưu trữ năng lượng quy mô lớn vì nó đòi hỏi nhiều không gian và không hiệu quả lắm.

Một ví dụ về lưu trữ trọng lực là hệ thống Trọng lực, sử dụng trọng lượng lơ lửng trong các hầm mỏ cũ để lưu trữ năng lượng. Hệ thống có công suất lên tới 50 MW và có thể đáp ứng những thay đổi về nhu cầu trong tích tắc.

Lưu trữ năng lượng Min-Maxing

Những thách thức về công suất lưới điện cũng có thể được giải quyết thông qua các công cụ tối ưu hóa tiên tiến có thể giúp cả tiện ích và người tiêu dùng tận dụng tối đa năng lượng của họ.

Mặc dù chúng tôi không thể kiểm soát thời tiết, nhưng chúng tôi đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc dự đoán nó. Nhiều công cụ sẵn có có thể cung cấp dữ liệu lịch sử phong phú và dự báo chính xác về thời tiết siêu cục bộ.

Có những công ty tình báo thời tiết cung cấp API dữ liệu thời tiết lịch sử có thể tùy chỉnh. Điều này quan trọng vì hai lý do. Đầu tiên, các doanh nghiệp có quy trình yêu cầu điện năng cao có thể sắp xếp thời gian này để phù hợp với thời gian nắng và gió cao hơn trong ngày, do đó cung và cầu phù hợp. Thứ hai, với các công cụ API, các doanh nghiệp có thể tự động hóa quy trình lập lịch trình hàng ngày của mình bằng cách khớp nguồn cung cấp điện dự báo cho một ngày nhất định, tổng nhu cầu điện năng cho ngày đó và thời điểm tốt nhất để lên lịch cho quy trình có nhu cầu năng lượng cao.

Công nghệ để giải cứu

Mặc dù pin là công nghệ được sử dụng phổ biến nhất để lưu trữ năng lượng, nhưng vẫn có một số giải pháp thay thế khác đáng để khám phá. Mỗi công nghệ đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng, và giải pháp tối ưu sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như quy mô của hệ thống năng lượng, lượng năng lượng được lưu trữ, chi phí và tính khả dụng của các tùy chọn lưu trữ khác nhau.