Lưu trữ năng lượng: Tổng quan, ví dụ và các vấn đề thực tiễn

4.3/5 - (15 votes)

Trong thế giới phát triển nhanh ngày nay, lưu trữ năng lượng đã trở thành một khía cạnh quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Với nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và nhu cầu về một tương lai bền vững, các hệ thống lưu trữ năng lượng đã trở nên cần thiết để lưu trữ năng lượng dư thừa để sử dụng sau này. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về tầm quan trọng của việc lưu trữ năng lượng và các loại, đặc điểm, ứng dụng và triển vọng tương lai của nó.

Những nhận biết cơ bản về lưu trữ năng lượng

Lưu trữ năng lượng là gì?

Trong thế kỷ 20, điện được tạo ra chủ yếu bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch. Các vấn đề về vận chuyển năng lượng, ô nhiễm không khí và sự nóng lên toàn cầu đã dẫn đến việc gia tăng sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, mặt trời. Năng lượng gió phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và thời tiết. Năng lượng mặt trời phụ thuộc vào vị trí địa lý, độ che phủ của mây. Nó chỉ có sẵn vào ban ngày, trong khi nhu cầu thường đạt đỉnh điểm sau khi mặt trời lặn… Do đó, mối quan tâm đến việc tích lũy năng lượng từ các nguồn này ngày càng tăng trên toàn cầu.

Lưu trữ năng lượng đề cập đến việc bảo toàn năng lượng thông qua các phương tiện khác nhau để sử dụng sau này. Nó liên quan đến việc thu năng lượng được tạo ra ở một thời điểm và lưu trữ nó trong một phương tiện như pin, bánh đà, thủy điện được bơm hoặc bộ lưu trữ nhiệt để lấy và sử dụng khi cần. Mục tiêu của lưu trữ năng lượng là ổn định cung và cầu năng lượng, đồng thời cho phép tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện.

Tại sao phải lưu trữ năng lượng?

Tại sao phải lưu trữ năng lượng

Trước đây, điện được tạo ra chủ yếu bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, các vấn đề về vận chuyển năng lượng, ô nhiễm không khí và sự nóng lên toàn cầu đã dẫn đến việc gia tăng sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, mặt trời. Tuy nhiên nguồn năng lượng tái tạo này phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết, vị trí địa lý, cường độ bức xạ,… Do đó, mối quan tâm đến việc lưu trữ năng lượng từ các nguồn này ngày càng tăng trên toàn cầu.

Sự cần thiết và vai trò của các hệ thống lưu trữ năng lượng đem lại nhiều lợi ích khi năng lượng được tích trữ. Nó là một phần không thể thiếu của hệ thống cung cấp, truyền tải và phân phối điện – vấn đề đang nhận được ngày càng nhiều sự quan tâm của nhiều bên liên quan như người dùng cuối, người vận hành và quản lý hệ thống lưới điện. Sau đây là các lý do tại sao nên đầu tư vào tích trữ năng lượng:

Mang lại lợi ích lâu dài

Việc đầu tư vào lưu trữ năng lượng kết hợp với lưới điện sẽ mang lại lợi ích lâu dài và là xu hướng phát triển chung của cả Việt Nam nói riêng và thế giới trong những năm tới.

Tích trữ năng lượng là giải pháp quan trọng giúp bổ sung nguồn điện bị thiếu. Từ đó, tiết kiệm chi phí cho người tiêu dùng, cải thiện độ tin cậy và khả năng phục hồi, tích hợp các nguồn phát điện và giúp giảm thiểu các tác động của môi trường.

Tiết kiệm chi phí

Tích trữ năng lượng giúp tiết kiệm chi phí vận hành cung cấp điện lên lưới điện và tiết kiệm tiền điện cho người tiêu dùng lắp đặt hệ thống lưu trữ năng lượng tại gia đình hoặc doanh nghiệp. Nhờ tích trữ năng lượng trong thời điểm tải thấp, các doanh nghiệp và hộ kinh doanh có thể cắt giảm được khá nhiều chi phí vì vào giờ cao điểm giá điện rất cao.

Ngoài ra, bằng cách lắp đặt hệ thống tích trữ năng lượng, việc sản xuất của các doanh nghiệp có thể diễn ra liên tục mà không bị gián đoạn do thiếu hụt nguồn điện. Người dân cũng có thể tránh được những bất tiện khi điện tự ngắt do quá tải, đảm bảo nguồn điện được cung cấp ổn định.

Giảm tác động xấu lên môi trường

Lưu trữ năng lượng giúp cải thiện hiệu quả của lưới điện bằng cách tăng hệ số công suất các nguồn hiện có. Từ đó bù đắp nhu cầu xây dựng các nhà máy điện cực đại gây phát thải ô nhiễm mới. Điều này sẽ làm tăng tỷ lệ giảm phát thải khí nhà kính và giảm tác động xấu lên môi trường về lâu dài.

Các phương pháp lưu trữ năng lượng

Các phương pháp lưu trữ năng lượng

Năng lượng có thể được tích trữ bằng nhiều phương pháp và công nghệ khác nhau. Cụ thể như sau:

1. Phương pháp tự nhiên

Lưu trữ các nguồn nhiên liệu hóa thạch: than, dầu, khí đốt,…

2. Phương pháp cơ học

Tích trữ năng lượng bằng khí nén, đầu máy chạy bằng hơi nước; hệ thống bánh đà và siêu tụ điện; thế năng trọng trường; nhà máy thủy điện tích năng (có bơm)

3. Phương pháp điện, điện từ

Sử dụng bình ngưng; siêu tụ điện; nam châm siêu dẫn và cuộn dây siêu dẫn

4. Phương pháp sinh học

Năng lượng được lưu trữ dưới dạng Glycogen ở động vật và tinh bột ở thực vật.

5. Hệ thống lưu trữ năng lượng pin – BESS (phương pháp điện hóa)

Lưu trữ năng lượng bằng pin dòng chảy (pin lưu lượng); Acquy axit-chì; pin “siêu tụ” (ultra battery); pin Lithium- ion,…

6. Phương pháp nhiệt

Lưu trữ NL bằng hệ thống trữ lạnh Eutectic, lưu trữ năng lượng không khí lỏng, trữ nhiệt năng theo mùa, bảo ôn

7. Phương pháp hóa chất

Lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiên liệu sinh học; sử dụng năng lượng phản ứng tạo ra khi muối ngậm nước, công nghệ lưu trữ hydro, công nghệ biến đổi điện năng thành khí

Các công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến

Thủy điện tích năng

Thủy điện tích năng được vận hành dựa trên nguyên tắc tích điện năng vào thời gian có nhu cầu sử dụng điện thấp để dùng vào thời điểm nhu cầu sử dụng điện cao. Như vậy, nhà máy thủy điện tích năng không tạo ra thêm năng lượng điện mà chỉ góp phần điều phối lượng điện theo phụ tải (nhu cầu sử dụng điện) giữa lúc cao điểm vào thấp điểm.

Hệ thống bánh đà và siêu tụ điện

Lưu trữ năng lượng bằng bánh đà (FESS) hoạt động dựa trên định lý bảo toàn động lượng. Ban đầu, điện được sử dụng để làm quay bánh đà ở tốc độ cao. Nếu không bị tác động bởi lực mạnh, bánh đà sẽ tiếp tục quay. Khi quay, nó tạo ra một lượng lớn động năng để dự trữ sử dụng khi cần thiết. Động năng này khi được chuyển đổi thành điện năng thì tốc độ quay của bánh đà sẽ giảm. Các siêu tụ điện còn gọi là tụ điện lớp kép, sử dụng cách tiếp cận tương tự nhưng lưu giữ nguồn năng lượng bằng chính nguồn điện.

Đọc thêm về: Hệ thống bánh đà và siêu tụ điện – Các công nghệ lưu trữ năng lượng (phần 1)

Pin Lithium-ion

Pin Lithium-ion sở hữu nhiều ưu điểm so với các loại pin thông thường khác, mang lại hiệu suất cao, tốc độ sạc nhanh cùng độ bền được đánh giá cao. Loại pin này sử dụng điện cực – được làm từ các hợp chất có cấu trúc tinh thể dạng lớp. Các ion Li sẽ xâm nhập trong quá trình pin xả sạc, phủ đầy khoảng trống giữa các lớp này. Từ đó năng lượng được tạo ra do phản ứng hóa học sẽ làm cho thiết bị hoạt động.

Pin nhiên liệu hydro

Không giống như pin hoặc ắc quy, tế bào nhiên liệu hydro không bị mất điện và cũng không có khả năng tích điện. Chúng hoạt động liên tục khi nhiên liệu (hydro) và chất oxy hóa (oxy) được đưa từ ngoài vào. Từ đó pin nhiên liệu Hydro có hiệu suất cao hơn do sản sinh ra điện một cách không ngừng, không phải trải qua quá trình sạc xả để tái sử dụng như pin thông thường. Vì vậy về mặt lý thuyết, đây là loại pin có thể chạy mãi chừng nào còn nhiên liệu.

Pin a-xít chì

Pin axit chì cũng được phát triển để lưu trữ năng lượng tái tạo hiện nay, đặc biệt là điện mặt trời. Nếu bạn quan ngại về việc công nghệ này sử dụng các hóa chất độc hại, cộng với tuổi thọ pin ngắn thì hiện tại các chương trình tái chế loại pin này đã có những tiến bộ lớn, mang lại hiệu quả cao.

Đọc thêm về: Pin A-xít Chì – Các công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến (Phần 2)

Pin Redox Flow

Ưu điểm của pin Redox Flow là sự nhỏ gọn, cho hiệu quả cao hơn và có chi phí sản xuất rẻ hơn so với nhiều công nghệ pin khác hiện nay. Tuy nhiên, chúng vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu và cần thêm một khoảng thời gian nữa để sẵn sàng ra mắt thị trường.

Hệ thống nén khí CAES

Tương tự thủy điện tích năng, hệ thống khí nén (CAES) hoạt động thay vì đẩy nước lên cao, sẽ dùng lượng điện dư thừa để chạy máy nén khí nhằm bơm không khí vào một bình bình chứa lớn đặt dưới lòng đất. Rồi làm nóng không khí nén trong bình chứa, giải phóng nhiệt năng và làm quay tuabin, từ đó phát ra điện.

Hệ thống V2G

Xe điện EV có thể được tận dụng và hoạt động như các phương pháp lưu trữ năng lượng. Tại sao có thể nói như thế? Hầu hết xe máy điện hoạt động trong thời gian dài khi di chuyển, hệ thống giao tiếp cho xe điện (Vehicle to grid – V2G) từ đó sẽ giải phóng nguồn điện lưu trữ trong các EV. Nguồn dự trữ ấy sẽ được truyền tải qua lưới điện thông qua các trạm sạc, giúp đáp ứng nhu cầu sử dụng điện trong các giờ cao điểm. Khi đó xe máy điện EV sẽ trở thành các nhà máy điện mini.

Khí hóa lỏng

Điện làm chạy máy làm lạnh không khí xuống mức -196 độ C và biến nó thành chất lỏng nén trong bình chứa. Như vậy nguồn điện đã được chuyển sang dạng lưu trữ lỏng. Khi không khí tiếp xúc với chất lỏng này trong đường ống, nó sẽ trở lại dạng khí và làm quay tuabin phát điện.

Đọc thêm về: Khí hóa lỏng – Các công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến (Phần 3)

Hệ thống lưu trữ năng lượng công nghiệp BESS

BESS là công nghệ tích trữ năng lượng bằng cách sử dụng pin ion lithium (Li-ion) được thiết kế đặc biệt. Ý tưởng cơ bản là năng lượng dự trữ này có thể được sử dụng sau này. Các hệ thống này bổ sung cho các nguồn năng lượng như năng lượng mặt trời và năng lượng gió để cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ năng lượng.

Hệ thống tích trữ năng lượng có thể kết hợp tốt với các nguồn điện phụ thuộc vào điều kiện môi trường và gián đoạn như gió và mặt trời. Khi có gió và ánh sáng mặt trời, phần năng lượng dư thừa sẽ được lưu trữ thay vì gây phát ngược lên lưới điện. Sau đó, vào thời điểm gió lặng và mặt trời lặn, phần năng lượng đó sẽ được sử dụng thay cho nguồn điện từ lưới điện.

Các kiểu hệ thống lưu trữ năng lượng

Các hệ thống lưu trữ năng lượng có thể được phân thành nhiều loại, bao gồm tích trữ năng lượng cơ, nhiệt, hóa học và điện. Mỗi loại hệ thống đều có các tính năng, ưu và nhược điểm riêng.

Các hệ thống lưu trữ năng lượng cơ học, chẳng hạn như thủy điện tích năng và khí nén, tích trữ năng lượng bằng cách sử dụng các phương tiện cơ học. Mặt khác, các hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiệt. Lưu trữ nhiệt hiện và lưu trữ nhiệt ẩn là hai loại tích trữ năng lượng nhiệt. Các hệ thống lưu trữ năng lượng hóa học, chẳng hạn như pin và lưu trữ hydro, tích trữ năng lượng trong các liên kết hóa học. Cuối cùng, các hệ thống lưu trữ năng lượng điện, chẳng hạn như siêu tụ điện và bánh đà, tích trữ năng lượng ở dạng điện.

Lưu ý khi chọn hệ thống lưu trữ năng lượng

Khi chọn một hệ thống lưu trữ năng lượng, một số đặc điểm cần được xem xét, bao gồm mật độ năng lượng, mật độ công suất, hiệu suất khứ hồi, độ bền và chi phí. Mật độ năng lượng đề cập đến lượng năng lượng được lưu trữ trên một đơn vị thể tích, trong khi mật độ công suất đề cập đến tốc độ mà năng lượng có thể được lưu trữ và giải phóng. Hiệu suất khứ hồi là thước đo hiệu quả của quy trình lưu trữ và truy xuất, trong khi độ bền đề cập đến tuổi thọ của hệ thống. Cuối cùng, chi phí là một yếu tố quan trọng trong việc xác định tính khả thi của một hệ thống tích trữ năng lượng.

Ứng dụng của lưu trữ năng lượng

Lưu trữ năng lượng có một số ứng dụng quan trọng, bao gồm:

  • Cân bằng cung và cầu năng lượng: bằng cách lưu trữ năng lượng dư thừa trong thời kỳ nhu cầu thấp và giải phóng nó khi nhu cầu cao.
  • Tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo: cho phép tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời vào lưới điện bằng cách lưu trữ năng lượng dư thừa khi có sẵn và giải phóng khi cần.
  • Dự phòng điện cho các hệ thống quan trọng: Bộ lưu trữ năng lượng có thể cung cấp điện dự phòng cho các hệ thống quan trọng như bệnh viện, trung tâm dữ liệu và các cơ sở quân sự trong thời gian mất điện.
  • Lưu trữ năng lượng quy mô lưới: đề cập đến các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn được tích hợp vào lưới điện để cải thiện độ tin cậy và hỗ trợ tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo.

Lưu trữ năng lượng trong tương lai

Thị trường lưu trữ năng lượng dự kiến sẽ tiếp tục phát triển trong những năm tới, được thúc đẩy bởi những tiến bộ trong công nghệ pin và việc sử dụng năng lượng tái tạo ngày càng tăng. Sự phát triển của xe điện và hệ thống tích trữ năng lượng cũng được kỳ vọng sẽ thúc đẩy thị trường phát triển.

Tóm lại, lưu trữ năng lượng là một yếu tố thiết yếu trong bối cảnh năng lượng ngày nay, đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng cung và cầu năng lượng, tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện và cung cấp năng lượng dự phòng cho các hệ thống quan trọng. Với việc tiếp tục đầu tư vào công nghệ tích trữ năng lượng, chúng ta có thể mong đợi thấy sự phát triển và đổi mới liên tục trong lĩnh vực thú vị này.

Lưu trữ năng lượng – xu thế tất yếu khi phát triển NLTT tại Việt Nam

Những thách thức

Cùng với những lợi ích mà hình thức lưu trữ năng lượng mang lại, chúng ta cũng cần phải nhìn nhận những thách thức trong việc phát triển năng lượng tại Việt Nam mà chúng ta sẽ phải đối mặt.

Do quy mô sản xuất pin lưu trữ ngày càng lớn, chi phí lưu trữ bằng các loại pin – ắc quy đang có xu thế giảm nhanh. Tuy nhiên dù đã giảm nhưng giá vẫn còn cao. Các chủ đầu tư điện mặt trời và điện gió chỉ có thể đầu tư quy mô nhỏ để phát điện khi bị cắt giảm hoặc xả điện vào giờ cao điểm. Cách làm này tuy có thể giảm thiệt hại do cắt giảm nhưng giá thành điện từ pin lại cao. Lý do là vì chưa có quy định giá điện cho dịch vụ phụ trợ hệ thống điện nên chưa có cơ chế và hiệu quả đủ để khuyến khích đầu tư.

Một số đề xuất thúc đẩy phát triển

  • Tiếp tục nghiên cứu sâu và cho phép áp dụng thử nghiệm các mô hình hình lưu trữ trên hệ thống điện để khẳng định sự hiệu quả, cần thiết và lợi ích của hệ thống lưu trữ năng lượng. 
  • Xem xét đầu tư thử nghiệm pin trữ trữ quy mô lớn trên lưới truyền tải để lấy kinh nghiệm mở rộng thị trường.
  • Kiến nghị áp dụng thí điểm ngắn hạn quy mô nhỏ và cực nhỏ hệ thống pin lưu trữ cho các nhà máy điện mặt trời và điện gió để làm giảm tác động nghẽn lưới.
  • Khuyến khích đầu tư các dự án ban đầu, ban hành quy định giá điện từ pin lưu trữ bằng với giá điện giờ cao điểm hoặc cao hơn các dự án thông thường.
  • Đề xuất xây dựng cơ chế quy định giá điện cho dịch vụ phụ trợ hệ thống điện.

Xem thêm: Một số đề xuất cho việc phát triển lưu trữ năng lượng

Giải pháp lưu trữ năng lượng tại PC1 Group

Hệ thống lưu trữ năng lượng BESS PCC1

Hệ thống lưu trữ năng lượng BESS tại PC1 Group được kết hợp với nhà cung cấp thiết bị như ABB, Huawei, LS, Sungrow để đưa ra giải pháp lưu trữ tối ưu, hướng tới mục tiêu tối đa lợi ích kĩ thuật, kinh tế, giảm thải CO2 ra môi trường.

– Các đặc điểm nổi bật:

  • Pin Lithium ion mật độ năng lượng cao
  • Chu kỳ nạp – xả liên tục
  • Thời gian lưu trữ dài từ  vài giờ đến nhiều ngày
  • Tuổi thọ pin có thể lên đến 20 năm

– Các ứng dụng:

  • Kiểm soát tốc độ tăng công suất của năng lượng tái tạo
  • Dịch chuyển thời gian phát điện
  • Điều tần thủy điện/nhiệt điện; điều tần, điều áp  nhà máy điện mặt trời/điện gió.
  • Làm giảm quá tải đường dây, đảm bảo khả năng cung cấp điện đầy đủ và liên tục
  • Cắt đỉnh, tăng tỉ lệ điện tự dùng

Tại sao nên lựa chọn nhà cung cấp giải pháp lưu trữ năng lượng PC1 Group?

Sau gần 60 năm xây dựng và phát triển và năng lực chuyên môn cao, PC1 Group đã trở thành đơn vị dẫn đầu trong các nhà cung cấp giải pháp lưu trữ năng lượng. Công ty có nhiều kinh nghiệm hỗ trợ các dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn, nhận được sự tin tưởng và đánh giá cao của khách hàng và các chủ đầu tư. Không chỉ cung cấp đầy đủ về trang thiết bị, kỹ thuật, PC1 còn sở hữu đội ngũ chuyên gia, chuyên viên tư vấn thi công chuyên nghiệp, đảm bảo tiến độ công trình và tiêu chuẩn kỹ thuật.

Vì thế, khi trở thành đối tác của PC1, khách hàng sẽ được trải nghiệm những mức ưu đãi tốt nhất của các giải pháp từ thiết kế, cung cấp thiết bị, lắp đặt, vận hành cho đến bảo trì, bảo dưỡng. Bên cạnh đó, PC1 luôn cam kết mang đến những công trình uy tín, chất lượng, đảm bảo tiến độ công trình cho các quý khách hàng và nhà đầu tư.
Nếu quý doanh nghiệp đang tìm kiếm đơn vị cung cấp giải pháp lưu trữ năng lượng, vui lòng liên hệ với PC1 Group qua thông tin liên hệ sau đây. Chúng tôi sẵn sàng đồng hành cùng quý doanh nghiệp cho đến khi hoàn thiện công trình nhằm mang kết quả tốt nhất cho dự án.

CÔNG TY CỔ PHẦN TẬP ĐOÀN PC1

  • MST: 0100100745; Mã CK: PC1
  • Tòa CT2-Số 583 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, VN
  • Hotline giải pháp: 0981.119.120
  • Email: epc@pcc1.com.vn

Xem thêm:

 

 

 

 

 

 

6 thoughts on “Lưu trữ năng lượng: Tổng quan, ví dụ và các vấn đề thực tiễn

    • Admin EPC PC1 says:

      Chào độc giả Bùi Cát Linh, có 3 lý do chính chúng ta nên lưu trữ năng lượng, đó là: Lưu trữ năng lượng sẽ mang lại lợi ích lâu dài, giúp tiết kiệm chi phí và giảm tác động xấu lên môi trường

    • Admin EPC PC1 says:

      Chào độc giả Hoàng Hữu Minh, năng lượng có thể được lưu trữ bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong có có 7 phương pháp sau: Phương pháp tự nhiên, phương pháp cơ học, phương pháp điện/điện từ, phương pháp sinh học, phương pháp điện hóa, phương pháp nhiệt và phương pháp hóa chất bạn nhé.

    • Admin EPC PC1 says:

      Chào bạn Trần Tuyết Nhung, những công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến hiện nay gồm có: Thủy điện tích năng, hệ thống nén khí CAES, hệ thống bánh đà siêu tụ điện, pin Lithium-ion, pin nhiên liệu hydro, pin axit chì, pin redox flow, hệ thống V2G và khí hóa lỏng bạn nhé.

Leave a Reply

Your email address will not be published.