Các công nghệ lưu trữ năng lượng khác nhau cung cấp phạm vi thời gian xả khác nhau, một dạng thước đo cho biết số giờ năng lượng có thể cung cấp trong một chu kỳ xả. Dựa trên phạm vi thời gian xả, có thể chia ra ba loại thời gian chính là ngắn hạn, trung hạn và dài hạn, mỗi loại phục vụ các nhu cầu cụ thể.
Lưu trữ năng lượng ngắn hạn
Các thiết bị lưu trữ năng lượng ngắn hạn (SDES) được thiết kế để cung cấp điện năng từ vài mili giây đến 4 giờ. Một ví dụ về thiết bị chỉ có thể cung cấp điện năng trong thời gian rất ngắn là tụ điện, được sử dụng trong các thiết bị điện tử và hệ thống điện để lưu trữ và giải phóng điện năng một cách nhanh chóng.
Bánh đà là một ví dụ về lưu trữ năng lượng ngắn hạn, tích trữ động năng trong khối lượng quay, tạo ra điện năng tức thời. Pin natri-ion, pin niken-kẽm cũng là các công nghệ có khả năng lưu trữ năng lượng công suất cao trong thời gian ngắn. Tại các dự án lưu trữ năng lượng ở quy mô lưới điện, pin lithium-ion chiếm phần lớn ưu thế.
SDES thường sử dụng để ổn định tần số lưới điện, điều cần thiết để duy trì độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống phân phối điện. Một ưu điểm khác của SDES là khả năng giảm tải cho lưới điện khi nhu cầu ở mức cao. Chúng có thể lưu trữ điện mặt trời vào ban ngày, sau đó vài giờ giải phóng điện năng đó khi mọi người về nhà, bật máy lạnh, sử dụng máy giặt,…
Các ứng dụng của SDES có thể giới hạn do hạn chế khả năng xả hoặc thời gian hoạt động không vượt quá 4 giờ. Hơn nữa, nhiều hệ thống SDES được thiết kế cho việc xả năng lượng cao trong thời gian ngắn, nên các hệ thống này cần được theo dõi và lập kế hoạch cẩn thận để hoạt động liên tục, đáng tin cậy.
Lưu trữ năng lượng trung hạn
Các giải pháp lưu trữ năng lượng trung hạn (MDES) được thiết kế để cung cấp điện trong khoảng từ 4 đến 10 giờ. Ví dụ về các công nghệ MDES là pin dòng chảy, pin kẽm-brom, pin niken-hydro. Trong các công nghệ này, một số pin có thể xả trong thời gian dưới 4 giờ hoặc hơn 10 giờ, tùy thuộc nhu cầu cụ thể liên quan đến lưới điện mà các công nghệ này có thể đáp ứng.
Đối với lưới điện, công nghệ MDES rất hữu ích để lưu trữ điện gió được tạo ra vào ban đêm và sử dụng vào ngày hôm sau. Bằng cách lưu trữ điện năng dư thừa trong giai đoạn sản xuất điện cao điểm, hệ thống MDES cho phép phân phối điện năng tái tạo đồng đều hơn trong suốt cả ngày.
Ưu điểm của MDES là khả năng lưu trữ lượng điện lớn trong không gian tương đối nhỏ gọn và có thể sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, chúng thường có chi phí ban đầu cao hơn so với hệ thống pin lithium-ion, nhưng bù lại là tuổi thọ sử dụng dài hơn. Một số loại pin có tỉ lệ tự xả (phóng điện) cao, nên chúng không thể lưu trữ năng lượng trong thời gian dài.
Cần lưu ý, mặc dù về mặt kỹ thuật, pin lithium-ion có thể được sử dụng cho nhu cầu lưu trữ năng lượng trong thời gian trung hạn, nhưng hầu hết nhà phát triển dự án và các công ty điện lực hiện nay đều cho rằng, chúng quá đắt đỏ đối với các ứng dụng này.
Lưu trữ năng lượng dài hạn
Nếu như định nghĩa lưu trữ năng lượng ngắn hạn và trung hạn, nhìn chung có sự đồng thuận rộng rãi thì định nghĩa về lưu trữ năng lượng dài hạn (LDES) lại khá phân tán. Tùy thuộc người bạn hỏi, LDES được định nghĩa là từ 10 đến 168 giờ (168 giờ = 1 tuần).
Loại này gồm các công nghệ cân bằng sự biến động sản xuất năng lượng tái tạo theo mùa và có thể cung cấp điện trong thời gian mất điện lưới kéo dài. Ví dụ về LDES là pin dòng chảy, pin sắt-không khí, hệ thống lưu trữ hydro, lưu trữ năng lượng khí nén (CAES), lưu trữ nhiệt.
Các hệ thống này được thiết kế để lưu trữ một lượng lớn năng lượng trong thời gian dài. Ví dụ, hệ thống lưu trữ hydro chuyển đổi điện năng dư thừa thành khí hydro thông qua quá trình điện phân. Khí hydro được lưu trữ để sử dụng trong các pin nhiên liệu, từ đó có thể sản xuất điện năng vào thời điểm sau đó.
Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng khí nén sử dụng điện để vận hành máy nén, máy nén này hút không khí từ khí quyển và nén nó trong một hang động ngầm. Khi được xả ra - sau vài ngày, vài tuần, thậm chí vài tháng - khí nén được giải phóng, dẫn động làm quay turbine, tạo ra điện.
LDES cho phép cung cấp điện năng tái tạo ổn định và đáng tin cậy quanh năm, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. LDES rất quan trọng trong các thảm họa thiên nhiên và sự cố hệ thống khi người dân cần có điện.
Về tiềm năng đóng vai trò là nguồn điện nền, tức là công suất ổn định tối thiểu mà công ty điện lực phải đáp ứng nhu cầu của khách hàng, LDES thường không được coi là sự thay thế trực tiếp cho các nguồn điện nền truyền thống như than đá, hạt nhân, khí đốt. Thay vào đó, nó chỉ được xem là công nghệ bổ sung, tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo, có thể trở thành hình thức điện nền mới thông qua độ tin cậy được nâng cao nhờ hệ thống lưu trữ.
Khi công nghệ tiến bộ và chi phí giảm, việc sử dụng LDES kết hợp năng lượng tái tạo có thể làm thay đổi nhận thức hiện tại về điện nền. Năng lượng tái tạo, được hỗ trợ bởi LDES, có thể dần đảm nhận vai trò truyền thống của các nhà máy điện than, hạt nhân hay khí đốt, đóng vai trò là nguồn điện nền mới, sạch và linh hoạt hơn. Tuy nhiên, sự chuyển đổi này phụ thuộc vào các tiến bộ công nghệ, yếu tố kinh tế và sự hỗ trợ của cơ quan quản lý.
