Lưu trữ năng lượng là thu giữ năng lượng được sản xuất tại một thời điểm nhất định để sử dụng vào một thời điểm khác sau này. Mục tiêu của lưu trữ năng lượng là chuyển đổi năng lượng từ các hình thức khó lưu trữ sang các hình thức lưu trữ thuận tiện hơn, giúp ổn định cung cầu năng lượng. Lưu trữ năng lượng cũng là một trong các yếu tố then chốt trong sự phát triển ngành công nghiệp năng lượng tái tạo.
Một số công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến
Đây là 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 được xả từ hồ chứa cao xuống hồ chứa thấp thông qua một đường ống áp lực. Nước sẽ làm quay turbine, tạo ra điện.
Thủy điện tích năng có khả năng lưu trữ điện công suất lớn, thời gian khai thác dài (hơn 50 năm). Hạn chế lớn nhất của phương pháp lưu trữ năng lượng này là cần có địa hình phù hợp để triển khai (chẳng hạn như các ngọn núi có đỉnh rộng bên cạnh các con sông, suối lớn) nên không phải nơi nào cũng có thể áp dụng.
Hệ thống bánh đà và siêu tụ điện
Hệ thống bánh đà có cơ chế hoạt động như một nơi lưu trữ năng lượng giữa động cơ và hệ thống truyền động. Năng lượng được dự trữ dưới dạng động năng. Khi điện được sử dụng để làm quay bánh đà ở tốc độ cao, sẽ tạo ra động năng ngày càng lớn của bánh đà. Đến khi cần thiết, bánh đà xả năng lượng được lưu trữ bằng cách áp momen xoắn đến tải cơ khí. 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 acquy lưu trữ năng lượng dư thừa, sau đó cung cấp năng lượng khi cần.
Trong khi đó, các siêu tụ điện lưu giữ năng lượng dưới dạng thế năng. Siêu tụ điện có ưu điểm chứa được nhiều điện năng, nạp hay phóng điện rất nhanh nhưng có nhược điểm là sụt thế nhanh, tích điện không được lâu vì rò điện nội bộ giữa hai cực. Do đó, trong năng lượng tái tạo, nhiều trường hợp kết hợp sử dụng cả siêu tụ điện và acquy. Điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo được chứa trong siêu tụ điện, sau đó siêu tụ điện nạp điện lại cho acquy, để sẵn sàng dùng khi cần.
Pin
Kể từ khi phát minh ra pin, nhiều công nghệ pin đã và đang được áp dụng để lưu trữ năng lượng, có thể kể như pin axit chì (acquy), pin lithium-ion, pin thể rắn,…
Pin axit chì lưu trữ năng lượng ở quy mô nhỏ nhưng hiện nay vẫn còn được ứng dụng rộng rãi nhờ giá thành sản xuất rẻ. Nhược điểm của công nghệ này là sử dụng các hóa chất độc hại và tuổi thọ ngắn (chỉ khoảng 300 - 500 chu kỳ nạp, xả).
Pin lithium-ion lưu trữ năng lượng nhiều hơn nên được sử dụng phổ biến trong hầu hết thiết bị điện gia dụng, lĩnh vực xe điện,… Tuy nhiên, pin lithium-ion cũng có những giới hạn, như trữ lượng đất hiếm có hạn để sản xuất pin lithium, xử lý chất thải trong quá trình sản xuất, tiêu hủy, tái sử dụng khá phức tạp…
Pin thể rắn cũng được kỳ vọng trở thành giải pháp thay thế pin lithium-ion vì có khả năng lưu trữ năng lượng lớn hơn, nạp đầy nhanh hơn, tỏa ít nhiệt hơn. Tuy nhiên, vấn đề tồn tại ở công nghệ lưu trữ năng lượng này là chưa thực sự khả thi ở quy mô lớn.
Lưu trữ năng lượng ngày càng quan trọng
Thế giới ngày càng biến động khó lường. Các yếu tố vĩ mô ảnh hưởng đến sản xuất và cung cấp năng lượng như nguồn cung nhiên liệu hóa thạch hạn chế, giá dầu biến động, sự nóng lên toàn cầu, căng thẳng chính trị giữa các quốc gia… là điều khó dự đoán chính xác.
Đặc thù của ngành điện là sản xuất đến đâu, tiêu thụ đến đó. Điện không thể để dành như than đá, xăng dầu, khí thiên nhiên,… Chính vì thế, sản xuất năng lượng bền vững ngày càng quan trọng. Chỉ như thế, mới có thể cung cấp năng lượng bền vững. Từ nhu cầu này, mọi người mới thấy vai trò của lưu trữ năng lượng cần thiết như thế nào.
● Lưu trữ năng lượng góp phần cân bằng phụ tải. Điều này có thể thấy qua hoạt động của nhà máy thủy điện tích năng. Thủy điện tích năng được ví như “bình acquy” của hệ thống điện, được “sạc đầy” ở thời điểm nhu cầu điện thấp, mang ra dùng ở thời điểm nhu cầu điện cao. Đây là giải pháp nhằm cân bằng phụ tải, hỗ trợ các nhà máy điện khác hoạt động hiệu quả hơn.
● Lưu trữ năng lượng góp phần khắc phục nhược điểm của sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo (điện mặt trời, điện gió). Chẳng hạn pin lưu trữ điện mặt trời giúp lưu trữ điện năng do các tấm pin mặt trời tạo ra. Điện năng được lưu trữ có thể sử dụng vào các thời điểm khác như ban đêm hay những ngày âm u, mưa gió.
● Lưu trữ năng lượng giúp cải tiến, thay đổi các hình thức sản xuất năng lượng, kết hợp các lĩnh vực khác nhau. Chẳng hạn, kết hợp sản xuất điện với xử lý nhiệt độ cao bằng phương pháp lưu trữ nhiệt.
Tóm lại, bạn đừng nghĩ rằng lưu trữ năng lượng chỉ là các thỏi pin bỏ trong đồng hồ, điện thoại di động hay xe điện. Ở các quốc gia như Hoa Kỳ, Australia, họ sản xuất ra những cụm pin, khối pin có công suất đến hàng trăm megawatt (MW) đủ để cả một khu dân cư sử dụng điện trong cả tuần. Lưu trữ năng lượng đang liên tục có những cải tiến về công nghệ, mang lại sự đáp ứng chính xác hơn các nhu cầu trong thực tế. Điều này giúp thế giới của chúng ta phát triển bền vững hơn.
