15
Th9
Công nghệ lưu trữ năng lượng
- Posted by Solar V
- 0 Comment(s)
Lưu trữ năng lượng giúp thúc đẩy sự phát triển các nguồn năng lượng sạch như: điện mặt trời, điện gió….Hiện nay hydro đã trở thành mục tiêu trong chiến lược phát triển năng lượng của rất nhiều quốc gia. Đặc biệt, hydro xanh được kỳ vọng là chìa khóa cho phát triển nền kinh tế không carbon.
Công nghệ lưu trữ năng lượng
Để hướng tới mục tiêu phát triển kinh tế bền vững thì các giải pháp lưu trữ năng lượng ngày càng được chú trọng đầu tư nghiên cứu, cải tiến. Một số công nghệ lưu trữ năng lượng tái tạo đang được sử dụng phổ biến trên thế giới đó là thủy điện tích năng và hệ thống bánh đà và siêu tụ điện, hydro xanh.
Công nghệ lưu trữ thủy điện tích năng
Đây đang chiếm đến hơn 90% tổng lượng điện lưu trữ trên toàn cầu là một trong những dạng lưu trữ điện năng lớn nhất hiện nay. Thủy điện tích năng lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng của nước. Vào giờ thấp điểm (phụ tải thừa), điện được dùng để bơm nước từ hồ chứa thấp lên hồ chứa cao hơn để lưu trữ. Đến giờ cao điểm, nước sẽ được xả từ hồ chứa cao xuống hồ chứa thấp thông qua một đường ống áp lực đặt ngầm trong núi. Nước sẽ làm quay tua-bin trong đường ống và tạo ra điện.
Ưu điểm của thủy điện tích năng là có khả năng lưu trữ điện công suất lớn, thời gian khai thác dài (70-80 năm), tính kinh tế cao. Hạn chế lớn nhất của phương pháp lưu trữ năng lượng này là đòi hỏi phải có địa hình phù hợp để triển khai (lý tưởng nhất là các ngọn núi có đỉnh rộng bên cạnh các con sông, suối lớn) nên không phải nơi nào cũng có thể áp dụng. Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… là các quốc gia có sản lượng điện sản xuất từ thủy điện tích năng lớn hàng đầu thế giới. Tại Việt Nam, theo khảo sát, có ít nhất 10 dự án thủy điện tích năng có tính khả thi cao. Nhà máy thủy điện tích năng đầu tiên đang được xây dựng là Nhà máy Thủy điện Tích năng Bác Ái (Ninh Thuận). Dự án mới hoàn thành Giai đoạn 1 vào tháng 3/2021, Công ty Cổ phần Xây dựng 47 (công ty liên kết của Vũ Phong Energy Group) là nhà thầu thi công chính.
Nhà máy Thủy điện Tích năng Bác Ái trong quá trình thi công Giai đoạn 1
Công nghệ lưu trữ hệ thống bánh đà và siêu tụ điện
Hệ thống bánh đà và siêu tụ điện là các công nghệ lưu trữ năng lượng cho tốc độ phản hồi cao, thời gian nạp và xả điện nhanh. Trong hệ thống bánh đà, năng lượng được lưu trữ dưới dạng động năng của khối quay. Cụ thể, điện được sử dụng để làm quay bánh đà ở tốc độ cao, có thể lên đến 100.000 vòng/phút. Quá trình này tạo ra động năng ngày càng tăng của bánh đà. Đến khi cần thiết, bánh đà sẽ xả năng lượng được lưu trữ bằng cách áp mô-men xoắn đến tải cơ khí, làm tốc độ quay giảm dần. Lúc đó, động năng được chuyển đổi lại thành điện. Trong hệ thống điện gió, điện mặt trời, bánh đà đóng vai trò như một ắc-quy để lưu trữ năng lượng dư thừa và như một máy phát điện dự phòng để cung cấp năng lượng khi cần.
Một bánh đà 500kW đang được hạ xuống hầm tại cơ sở sản xuất của công ty bánh đà Temporal Power để tiến hành thử nghiệm (Ảnh: Temporal Power)
Khác với bánh đà, các siêu tụ điện lưu giữ nguồn năng lượng dưới dạng thế năng của tụ điện. Nó lưu trữ năng lượng giống như một điện tích tĩnh nhưng không xảy ra phản ứng hóa học trong quá trình nạp hoặc xả điện như pin thông thường. Siêu tụ điện có ưu điểm là chứa được nhiều điện năng, rất bền, thời gian sử dụng hàng chục năm, nạp hay phóng điện rất nhanh nhưng có nhược điểm là bị sụt thế nhanh, tích điện không được lâu vì rò điện nội bộ giữa hai cực. Do đó, khi ứng dụng trong năng lượng tái tạo, nhiều trường hợp kết hợp sử dụng song song cả siêu tụ điện và ắc-quy. Điện năng tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo (như điện mặt trời, điện gió) được chứa ngay trong siêu tụ điện, sau đó siêu tụ điện lại từ từ nạp điện cho ắc-quy. Nhờ đó, ắc-quy luôn được nạp điện đầy đủ, vừa sẵn dùng vừa tăng tuổi thọ.
Công nghệ lưu trữ hydro (hydrogen – H2)
Hiện nay, hydro được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa chất như chế tạo methanol, ammonia, lọc dầu , sản xuất phân bón, mỹ phẩm, chất bán dẫn, …Là một nguyên tố hóa học, tạo nên khoảng 75% tổng khối lượng vũ trụ và hơn 90% tổng số nguyên tử. Trong ngành năng lượng, hydro có thể thay thế khi thiên nhiên để cung cấp năng lượng phục vụ nhu cầu dân dụng hàng ngày, đốt trực tiếp cho động cơ đốt trong, làm nguyên liệu trong quốc phòng. Ngoài ra hydro còn tạo ra điện năng nhờ quá trình điện hóa. Pin nhiên liệu hydro được triển vọng trở thành nguồn nhiên lưu cho các phương tiện đường sắt, đường bộ, đường thủy, hàng không….
Hydro là nguồn năng lượng thứ cấp, được tạo ra từ nguồn năng lượng sơ cấp như nước hoặc các hợp chất hydrocarbon khác nên có trữ lượng rất lớn. Có nhiều phương pháp để sản xuất hydro như: phương pháp nhiệt hóa các loại nhiên liệu hydrocarbon (như metan, dầu…), sử dụng công nghệ nhiệt hóa khí thiên nhiên bằng hơi nước, khí hóa hydrocarbon nặng gồm dầu mỏ và than đá ở nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu oxy… Tuy nhiên, phương pháp này gây ra phát thải khí nhà kính CO2; hydro được tạo ra bằng phương pháp này được gọi là hydro xám (grey hydrogen). Hydro được sản xuất bằng phương pháp nhiệt hóa hydrocacbon, kết hợp công nghệ thu gom và lưu trữ CO2 được gọi là hydro lam (blue hydrogen). Hydro còn được sản xuất bằng phương pháp điện phân nước (dùng điện để tách nước thành khí H2 và O2), sử dụng điện năng từ các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió… Phương pháp này không gây phát thải khí CO2, được đánh giá là công nghệ sạch, bền vững, xu hướng của tương lai. Hydro được sản xuất bằng phương pháp này được gọi là hydro xanh (green hydrogen).
Ảnh: theworldofhydrogen.com
Do điện năng được sử dụng trong quá trình sản xuất hydro (bằng phương pháp điện phân nước), sau đó lại được tạo ra nhờ quá trình điện hóa (trong các pin nhiên liệu) hoặc tạo ra từ các tua-bin khí chạy bằng hydro nên hydro chính là một phương pháp lưu trữ năng lượng lâu dài và hiệu quả. Có thể coi hydro được sản xuất từ năng lượng tái tạo như một dạng năng lượng lưu trữ, để sử dụng trong những khoảng thời gian ban đêm, không có gió; vận chuyển đến các khu vực không có lợi thế hay cung cấp cho các phương tiện giao thông… Chính vì thế, sự phát triển của hydro xanh đồng thời sẽ giúp thúc đẩy sự phát triển của năng lượng tái tạo và xu hướng chuyển dịch năng lượng, hướng tới nền kinh tế không carbon.
Việc kết hợp các nhà máy năng lượng tái tạo (nhà máy điện mặt trời, điện gió…) với cơ sở sản xuất hydro xanh bằng phương pháp điện phân và nhà máy điện sử dụng pin nhiên liệu hoặc tua-bin khí chạy bằng hydro để tạo thành hệ thống năng lượng tích hợp Điện – Khí cũng là một giải pháp giúp tận dụng những ưu thế của cả năng lượng tái tạo và hydro trong vai trò là hệ thống lưu trữ năng lượng.
Tích hợp hệ thống năng lượng Điện – Khí được áp dụng ở cơ sở sản xuất hydro lớn nhất thế giới FH2R (Nguồn ảnh: Toshiba, Việt hóa: PECC2)
Pin lưu trữ năng lượng
Có nhiều công nghệ pin đã và đang được sử dụng rộng rãi để lưu trữ năng lượng, có thể kể đến như pin Lithium-ion, pin axit chì (ắc-quy), pin thể rắn, pin oxy hóa – khử Vanadium,Pin nhiên liệu hydro…
Pin axit chì được phát minh từ năm 1859 đến nay vẫn còn được ứng dụng nhiều nhờ giá thành sản xuất rẻ. Chúng thường được sử dụng trong xe hơi bởi vì có thể cung cấp những dòng điện cao đột biến, cần thiết để khởi động cho động cơ xe. Tuy nhiên, công nghệ này có nhược điểm là tuổi thọ pin ngắn và phải sử dụng các hóa chất độc hại. Do đó, pin axit chì chủ yếu được sử dụng để lưu trữ điện ở quy mô nhỏ và ngày càng ít cạnh tranh được với các công nghệ lưu trữ năng lượng có thời gian sạc nhanh, lưu trữ điện năng nhiều hơn, trọng lượng nhẹ hơn như pin Lithium-ion và đặc biệt là pin nhiên liệu hydro được triển vọng trở thành nguồn nhiên lưu cho các phương tiện đường sắt, đường bộ, đường thủy, hàng không….
Lưu trữ năng lượng là một trong các yếu tố then chốt trong sự phát triển ngành công nghiệp năng lượng tái tạo. Thị trường này được dự đoán sẽ thu hút 620 triệu USD vào năm 2040. Tại Việt Nam, vấn đề lưu trữ năng lượng cũng đang được quan tâm nhiều trong bối cảnh cơ sở hạ tầng lưới điện chưa đáp ứng được tiềm năng và nhu cầu phát triển của năng lượng tái tạo. “Đã đến lúc chúng ta cần xem xét nghiêm túc việc nghiên cứu, chế tạo các pin lưu trữ năng lượng, đặc biệt cho năng lượng mặt trời nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và phát triển bền vững” (TS. Nguyễn Huy Hoạch, Hiệp hội Năng lượng Việt Nam).
Xem thêm:
Tham khảo: Vũ Phong Group
