Nhu cầu về sử dụng năng lượng và mong muốn về một tương lai bền vững ngày càng gia tăng, vì thế, việc lưu trữ năng lượng là vô cùng cần thiết. Hiện nay, công nghệ lưu trữ năng lượng hỗ trợ cân bằng giữa cung và cầu năng lượng, tích hợp nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện và đảm bảo năng lượng dự phòng cho các hệ thống quan trọng.
Sự tiếp tục đầu tư vào công nghệ lưu trữ năng lượng dự kiến sẽ thúc đẩy sự phát triển và sáng tạo liên tục trong lĩnh vực này. Cùng CHINT Việt Nam tìm hiểu những phương pháp lưu trữ năng lượng đang được ứng dụng rộng rãi trong hoạt động sản xuất ngày nay.
Bài viết liên quan:
Tổng hợp các công nghệ lưu trữ năng lượng
1. Công nghệ lưu trữ thủy điện tích năng
Thủy điện tích năng là phương pháp lưu trữ năng lượng hiện đại. Bằng cách sử dụng điện năng dư thừa để chuyển nước từ một hồ chứa ở độ cao thấp đến một hồ chứa đặt ở độ cao lớn hơn, công nghệ lưu trữ thuỷ điện tích năng thường được đặt trên núi hoặc đồi. Quá trình này giống như việc sử dụng một viên pin lớn để lưu trữ năng lượng. Khi cần thiết hoặc khi có nhu cầu sử dụng nhiều điện, hệ thống sẽ xả nước từ hồ chứa ở độ cao xuống hồ chứa ở độ cao thấp thông qua một đường ống chạy ngầm trong núi. Nước chảy qua đường ống sẽ làm quay tua-bin bên trong, tạo ra năng lượng điện.
Thủy điện tích năng đang giữ vị trí quan trọng trong lĩnh vực công nghệ lưu trữ năng lượng, chiếm hơn 90% tổng lượng điện lưu trữ toàn cầu. Một ví dụ điển hình là nhà máy thủy điện tích năng tại Virginia, Mỹ, được biết đến như “viên pin lớn nhất thế giới” với công suất lưu trữ lên đến 3 gigawatts (GW), tương đương với sản lượng điện của nhà máy nhiệt điện Drax hoặc nhà máy điện hạt nhân Hinkley Point C.
Tuy có khả năng lưu trữ năng lượng công suất lớn, nhưng hạn chế của công nghệ thuỷ điện tích năng là yêu cầu có địa hình núi hoặc đồi phù hợp. Vì thế, không thể triển khai hệ thống công nghệ lưu trữ này trên các loại địa hình và khu vực khác nhau.
Công nghệ lưu trữ năng lượng bằng thuỷ điện đang chiếm giữ vị trí quan trọng trên toàn cầu
2. Công nghệ lưu trữ năng lượng hệ thống bánh đà và siêu tụ điện
Hệ thống bánh đà và siêu tụ điện đều là những công nghệ lưu trữ năng lượng có thời gian nạp và xả điện nhanh. Đối với hệ thống bánh đà, năng lượng được giữ lại dưới dạng động năng của một khối quay. Cụ thể, điện năng được sử dụng để quay bánh đà ở tốc độ cao, có thể lên đến 100.000 vòng/phút.
Quá trình này tạo ra một động năng gia tăng của bánh đà. Khi cần thiết, năng lượng được giữ lại sẽ được xả ra bằng cách áp mô-men xoắn lên tải cơ khí, làm giảm dần tốc độ quay. Khi đó, động năng được chuyển đổi trở lại thành điện năng. Trong các hệ thống năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời, bánh đà chủ yếu đóng vai trò như một ắc-quy để lưu trữ năng lượng dư thừa và như một nguồn điện dự phòng để cung cấp năng lượng khi cần.
Ngược lại với hệ thống bánh đà, siêu tụ điện là hệ thống lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng của tụ điện. Hệ thống này sẽ giữ lại năng lượng như một điện tích tĩnh mà không có phản ứng hóa học như pin thông thường trong quá trình nạp hoặc xả điện.
Siêu tụ điện có nhiều ưu điểm như khả năng chứa nhiều điện năng, độ bền cao, thời gian sử dụng lâu dài, và khả năng nạp và xả điện nhanh. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là sụt thế nhanh và tích điện không lâu do sự rò điện nội bộ giữa hai cực.
Do đó, trong ứng dụng của năng lượng tái tạo, nhiều trường hợp sử dụng kết hợp cả siêu tụ điện và ắc-quy. Điện năng được tạo ra từ nguồn năng lượng tái tạo được lưu giữ trong siêu tụ điện. Sau đó, siêu tụ điện sẽ nạp điện cho ắc-quy theo một quy trình tương đối chậm. Nhờ vào sự kết hợp này, ắc-quy luôn được duy trì đầy đủ điện năng và kéo dài tuổi thọ.
Công nghệ lưu trữ năng lượng bằng các siêu tụ điện
3. Công nghệ lưu trữ năng lượng pin Lithium-ion
Pin Lithium-ion là một loại pin sạc có mật độ năng lượng cao, tỷ lệ tự xả thấp và thời gian sử dụng lâu. Pin Lithium-ion cũng được sử dụng trong xe chạy điện, các thiết bị an ninh, và lưu trữ năng lượng.
Trong lĩnh vực xe chạy điện (electric vehicles – EV), pin Lithium-ion là thành phần quan trọng nhất, quyết định đến phạm vi hoạt động và hiệu suất của xe. Các nhà sản xuất xe chạy điện đang tiếp tục nghiên cứu và phát triển các loại pin Lithium-ion có dung lượng cao hơn, thời gian sử dụng lâu hơn và giá thành thấp hơn.
Tại miền Nam nước Úc, Tesla đã hoàn thành nhà máy bộ lưu trữ điện năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới bằng cách sử dụng pin Lithium-ion. Với công suất 100 megawatt (MW), nhà máy này có thể cung cấp điện cho 30.000 ngôi nhà trong vòng một giờ. Điều này rất cần thiết trong những ngày thiếu điện hoặc khi tua-bin gió không tạo ra đủ năng lượng.
Trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, pin Lithium-ion được sử dụng để lưu trữ điện từ các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời. Điều này giúp đảm bảo cung cấp điện ổn định cho hệ thống điện quốc gia, đặc biệt là trong những lúc nguồn cung từ các nguồn năng lượng này bị gián đoạn.
Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng pin Lithium-ion cũng có một số hạn chế nhất định như hạn chế về trữ lượng đất hiếm sử dụng trong quá trình sản xuất pin, quy trình xử lý chất thải phức tạp khi sản xuất,…
Tesla với viên pin Lithium-ion lớn nhất thế giới
4. Công nghệ lưu trữ năng lượng pin nhiên liệu hydro
Trong lĩnh vực công nghệ lưu trữ năng lượng, hydro có tiềm năng thay thế khí tự nhiên để đáp ứng nhu cầu năng lượng hàng ngày, đốt trực tiếp trong động cơ đốt trong và làm nguyên liệu trong quốc phòng. Ngoài ra, hydro tạo điện năng thông qua quá trình điện hóa và pin nhiên liệu hydro có triển vọng làm nguồn năng lượng cho đường sắt, đường bộ, đường thủy và hàng không.
Hydro được coi là nguồn năng lượng thứ cấp, được tạo ra từ nguồn năng lượng sơ cấp như nước hoặc các hợp chất hydrocacbon khác, do đó có trữ lượng rất lớn. 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 pin nhiên liệu) hoặc tạo ra từ các tua-bin khí chạy bằng hydro nên hydro trở thành một phương pháp lưu trữ năng lượng lâu dài và hiệu quả.
Pin nhiên liệu hydro lưu trữ được sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo, phục vụ trong các khoảng thời gian không có năng lượng mặt trời hoặc gió. Đồng thời, pin nhiên liệu hydro còn được vận chuyển đến các khu vực không có điều kiện thuận lợi hoặc cung cấp cho các phương tiện giao thông.
Công nghệ lưu trữ năng lượng bằng pin nhiên liệu hydro
5. Công nghệ lưu trữ năng lượng pin axit chì
Pin axit chì được phát minh từ năm 1859 và đang được sử dụng rộng rãi nhờ chi phí sản xuất thấp. Pin axit chì thường được áp dụng trong xe hơi vì có khả năng cung cấp dòng điện đột biến cao, quan trọng để khởi động động cơ xe.
Tuy nhiên, loại pin này có điểm yếu là tuổi thọ ngắn và sử dụng các hóa chất độc hại. Do đó, pin axit chì thường được ưa chuộng cho việc lưu trữ điện ở quy mô nhỏ và ngày càng ít cạnh tranh được với các công nghệ pin có thời gian sạc nhanh, lưu trữ năng lượng lớn hơn, và nhẹ hơn như pin Lithium-ion.
6. Công nghệ lưu trữ năng lượng pin Redox Flow
Pin Redox Flow là một dạng pin lưu trữ năng lượng mới với nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại pin hiện tại. Được thiết kế nhỏ gọn, pin Redox Flow có khả năng chứa lượng năng lượng lớn mà vẫn duy trì tính nhẹ nhàng, giúp việc vận chuyển và lắp đặt trở nên thuận tiện, đặc biệt là đối với các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn.
Với hiệu suất lên tới 90%, pin Redox Flow đạt độ hiệu quả cao, giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình lưu trữ và sử dụng. Sử dụng vật liệu phổ biến và giá thành thấp, pin Redox Flow cũng mang lại ưu thế cạnh tranh về chi phí sản xuất.
Đặc biệt, tuổi thọ lên tới 20 năm cùng độ an toàn cao khiến pin Redox Flow trở thành một lựa chọn hấp dẫn. Mặc dù đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, pin Redox Flow có khả năng đáp ứng nhu cầu lưu trữ năng lượng ngày càng cao trong các lĩnh vực như điện năng tái tạo, lưới điện thông minh và ô tô điện.
Hệ thống và công nghệ lưu trữ năng lượng bằng pin.
7. Công nghệ lưu trữ năng lượng hệ thống nén khí CAES
Hệ thống nén khí (tên tiếng anh là Compressed-air energy storage, CAES) đại diện cho một công nghệ lưu trữ năng lượng điện độc đáo, sử dụng không khí nén để giữ lại năng lượng. Điều này tương tự như nguyên lý hoạt động của thủy điện tích năng, nhưng thay vì đẩy nước lên cao, năng lượng dư thừa được sử dụng để chạy máy nén khí, đẩy không khí vào một bình chứa lớn được đặt dưới lòng đất.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống CAES gồm ba bước chính: khi có điện dư thừa, máy nén khí bơm không khí vào bình chứa. Sau đó, không khí nén được làm nóng bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch hoặc sử dụng nhiệt từ nguồn năng lượng tái tạo. Khi cần điện, nhiệt năng từ không khí nén được giải phóng để quay tuabin, từ đó tạo ra điện.
Hệ thống CAES mang lại nhiều ưu điểm như khả năng lưu trữ năng lượng với quy mô lớn, hiệu suất cao lên đến 70%, và tuổi thọ dài lên tới 30 năm. Tuy nhiên, công nghệ lưu trữ năng lượng hệ thống nén khí CAES cũng đối mặt với nhược điểm như chi phí đầu tư ban đầu lớn và yêu cầu một khu vực rộng lớn để xây dựng bình chứa.
Sơ lược về hệ thống nén khí CAES
8. Công nghệ lưu trữ năng lượng hệ thống V2G
Công nghệ Vehicle-to-Grid (V2G) đại diện cho một đổi mới trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, tận dụng xe điện (EV) như một nguồn lưu trữ năng lượng cho lưới điện. Khi có dư thừa điện từ nguồn năng lượng tái tạo, xe điện EV được kết nối với lưới và truyền năng lượng dự trữ của xe vào lưới. Ngược lại, khi nhu cầu điện tăng, xe EV kết nối với lưới để nhận điện.
Công nghệ V2G mang lại nhiều ưu điểm như ổn định lưới điện, giảm phụ thuộc vào nguồn điện truyền thống, và giảm ô nhiễm môi trường. Ứng dụng của nó cũng rộng rãi, từ việc lưu trữ năng lượng tái tạo đến cân bằng cung cầu điện trong giờ cao điểm và thấp điểm, cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Tuy nhiên, công nghệ V2G cũng đối mặt với thách thức chi phí đầu tư ban đầu lớn và yêu cầu sự hợp tác giữa các đối tác trong ngành, từ nhà sản xuất xe điện đến nhà cung cấp dịch vụ điện và quản lý lưới điện.
9. Công nghệ lưu trữ năng lượng khí hóa lỏng
Công nghệ lưu trữ năng lượng khí hóa lỏng (tiếng anh là Liquid Air Energy Storage, LAES) là một đổi mới quan trọng trong lĩnh vực lưu trữ điện năng, tận dụng quá trình hóa lỏng khí để giữ năng lượng.
Hệ thống LAES bao gồm các thành phần quan trọng như máy nén khí, bình chứa, bộ làm lạnh và bộ đốt. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống này rất đơn giản: khi có điện dư thừa, máy nén khí được kích hoạt để nén khí lên áp suất cao và sau đó lưu trữ trong bình chứa. Khi cần điện, khí nén được làm lạnh thành khí lỏng và lưu trữ trong bình chứa. Khi cần tạo điện, khí lỏng được làm nóng và chuyển về dạng khí, sau đó giải phóng qua tuabin để tạo ra điện năng.
Công nghệ LAES mang đến nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng lưu trữ năng lượng với quy mô lớn, hiệu suất cao lên tới 90%, tuổi thọ dài lên tới 20 năm và không thải khí độc hại. Tuy nhiên, nhược điểm của công nghệ này là chi phí đầu tư ban đầu rất cao và yêu cầu một khu vực xây dựng rất lớn. Ứng dụng của công nghệ LAES rộng rãi, từ lưu trữ năng lượng tái tạo đến cân bằng cung cầu điện năng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Hệ thống khí hóa lỏng LAES
10. Công nghệ lưu trữ năng lượng hệ thống BESS
Hệ thống lưu trữ năng lượng BESS (Battery Energy Storage System) đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc tận dụng pin ion lithium (Li-ion) để lưu trữ điện năng. Chủ yếu được thiết kế để lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo như điện mặt trời và gió, BESS hoạt động bằng cách lưu trữ năng lượng dư thừa để sử dụng sau này theo nhu cầu.
Cấu trúc của hệ thống BESS bao gồm các thành phần chính như pin, bộ điều khiển và hệ thống giám sát và điều khiển. Nguyên lý hoạt động của hệ thống BESS là khi có điện dư thừa từ nguồn tái tạo, năng lượng được sử dụng để sạc pin. Khi cần thiết, năng lượng được giải phóng từ pin để cung cấp điện.
Công nghệ BESS mang lại nhiều ưu điểm như khả năng lưu trữ năng lượng linh hoạt từ vài kW trăm MW, hiệu suất cao lên tới 90%, tuổi thọ dài lên tới 20 năm và không thải khí độc hại. Tuy nhiên, công nghệ này cũng đối mặt với nhược điểm như chi phí đầu tư ban đầu cao và đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ.
Công nghệ lưu trữ năng lượng hệ thống BESS
Nhìn chung, lĩnh vực công nghệ lưu trữ năng lượng dự kiến sẽ phát triển tiếp tục trong tương lai gần với sự cải tiến trong hệ thống công nghệ pin và năng lượng tái tạo. Nếu doanh nghiệp quan tâm đến những giải pháp lưu trữ năng lượng, hãy liên hệ CHINT Việt Nam để được tư vấn ngay!
Bài viết và hình ảnh được tổng hợp bởi CHINT Việt Nam.
---------------------------------
CHINT VIETNAM - Văn phòng đại diện chính thức của Tập Đoàn CHINT tại Việt Nam.
Hotline: 033.258.7777
Wesbite: chintglobal.vn
Email: [email protected]
Địa chỉ: Tòa nhà Sonatus - Số 15 Lê Thánh Tôn, phường Bến Nghé, Quận 1, TP. HCM
