Khám phá công nghệ lưu trữ năng lượng từ A-Z

13/06/2023

Công nghệ lưu trữ năng lượng đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa nguồn điện và đảm bảo sự ổn định của hệ thống lưới điện. Nhờ khả năng tích trữ và cung cấp năng lượng một cách linh hoạt, công nghệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sử dụng điện mà còn góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Vậy công nghệ lưu trữ năng lượng là gì, có những phương pháp nào và ứng dụng thực tế ra sao? Hãy cùng Intech Energy tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Khái niệm công nghệ lưu trữ năng lượng

Năng lượng tái tạo là gì?

Năng lượng tái tạo, như điện năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng hydro, năng lượng sinh học và năng lượng điện từ địa nhiệt, là các nguồn năng lượng được tái tạo hoặc khai thác từ tài nguyên tự nhiên không thể cạn kiệt. Đây là những nguồn năng lượng sạch, không gây ra khí thải carbon và không gây tác động tiêu cực đến môi trường. Sử dụng năng lượng tái tạo giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và giúp chúng ta tiến gần hơn đến một hệ thống năng lượng bền vững.

Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn đối với nguồn năng lượng tái tạo là tính không đồng đều và không ổn định của sản xuất năng lượng từ các nguồn này. Năng lượng mặt trời chỉ có thể được sản xuất trong ngày và phụ thuộc vào tình hình thời tiết. Năng lượng gió cũng phụ thuộc vào sức gió và không thể được sản xuất một cách liên tục. Đây là lúc công nghệ lưu trữ năng lượng nhập vai.

Công nghệ lưu trữ năng lượng là gì?

Công nghệ lưu trữ năng lượng là tập hợp các phương pháp và quy trình được sử dụng để thu thập, lưu trữ và giải phóng năng lượng cho việc sử dụng sau này. Nó cho phép chúng ta lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo hoặc không tái tạo và sử dụng nó khi cần thiết.

Công nghệ lưu trữ năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các vấn đề không đồng đều và không ổn định của các nguồn năng lượng như năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Điều này giúp đảm bảo nguồn điện liên tục và ổn định ngay cả khi nguồn năng lượng chính không hoạt động hiệu quả.

Hiện nay, có nhiều phương pháp lưu trữ khác nhau, bao gồm pin lithium-ion, thủy điện tích năng, lưu trữ nhiệt và lưu trữ hydro, mỗi phương pháp phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong công nghiệp, dân dụng và giao thông.

Các công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến

Công nghệ lưu trữ thủy điện tích năng

Thủy điện tích năng là công nghệ lưu trữ năng lượng có quy mô lớn nhất và được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới. Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên việc lưu trữ năng lượng dưới dạng năng lượng thế năng của nước.

Khi nhu cầu điện thấp (thường là vào ban đêm), nước được bơm từ hồ chứa thấp lên hồ chứa cao. Khi nhu cầu điện cao, nước từ hồ chứa cao được xả xuống qua tuabin để tạo ra điện. Hiệu suất của hệ thống này có thể đạt tới 70-85%.

Ưu điểm chính của thủy điện tích năng là khả năng lưu trữ với công suất lớn, tuổi thọ cao (50-100 năm), và chi phí vận hành thấp. Tuy nhiên, hệ thống này yêu cầu điều kiện địa lý phù hợp và đầu tư ban đầu lớn.

Công nghệ lưu trữ năng lượng hệ thống bánh đà và siêu tụ điện

Hệ thống bánh đà

Bánh đà lưu trữ năng lượng dưới dạng năng lượng động học. Bánh đà được gia tốc đến tốc độ rất cao bằng điện khi có năng lượng dư thừa, và khi cần, động năng này được chuyển đổi trở lại thành điện năng.

Ưu điểm của bánh đà là thời gian phản hồi nhanh, tuổi thọ cao (20+ năm), và hiệu suất lên đến 90-95%. Tuy nhiên, bánh đà chỉ phù hợp với việc lưu trữ ngắn hạn do hiện tượng tự phóng điện.

Siêu tụ điện

Siêu tụ điện lưu trữ năng lượng trực tiếp dưới dạng điện tích trên bề mặt các điện cực. Công nghệ này có khả năng sạc và xả với tốc độ cực nhanh, cung cấp công suất cao trong thời gian ngắn.

Siêu tụ điện có tuổi thọ rất cao (hàng trăm nghìn chu kỳ sạc-xả), hiệu suất lớn (95%+), nhưng mật độ năng lượng thấp hơn so với pin, nên thường được sử dụng trong các ứng dụng cần năng lượng đột biến.

Công nghệ lưu trữ năng lượng pin Lithium-ion

Pin Lithium-ion đã trở thành công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến nhất trong các thiết bị di động và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Nguyên lý hoạt động dựa trên sự di chuyển của ion lithium giữa cực dương và cực âm trong quá trình sạc và xả. Pin lithium-ion có mật độ năng lượng cao, hiệu suất tốt (85-95%), và tuổi thọ từ 8-15 năm, tùy thuộc vào loại pin và điều kiện sử dụng.

Ưu điểm của pin lithium-ion bao gồm kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, và khả năng mở rộng linh hoạt. Tuy nhiên, chi phí vẫn còn cao (mặc dù đang giảm nhanh), rủi ro cháy nổ, và vấn đề về nguồn nguyên liệu khan hiếm là những thách thức cần giải quyết.

Công nghệ lưu trữ năng lượng pin nhiên liệu hydro

Pin nhiên liệu hydro chuyển đổi năng lượng hóa học của hydro thành điện năng thông qua phản ứng điện hóa với oxy, tạo ra nước là sản phẩm phụ duy nhất.

Quá trình lưu trữ năng lượng bao gồm:

Điện phân nước để tạo ra hydro khi có năng lượng dư thừa
Lưu trữ hydro trong bình áp suất hoặc dưới dạng hydride
Sử dụng pin nhiên liệu để chuyển đổi hydro thành điện khi cần

*Công nghệ lưu trữ năng lượng pin nhiên liệu hydro*

Ưu điểm của công nghệ này là mật độ năng lượng cao, khả năng lưu trữ dài hạn, và phát thải gần như bằng không. Tuy nhiên, hiệu suất tổng thể còn thấp (30-50%), chi phí cao, và cơ sở hạ tầng chưa hoàn thiện vẫn là những rào cản cho việc triển khai rộng rãi.

Công nghệ lưu trữ năng lượng pin axit chì

Pin axit chì là công nghệ lưu trữ năng lượng lâu đời nhất và vẫn được sử dụng rộng rãi đến ngày nay, đặc biệt trong các hệ thống UPS và xe cộ.

Pin hoạt động dựa trên phản ứng giữa chì và axit sunfuric. Mặc dù có mật độ năng lượng thấp hơn pin lithium-ion, pin axit chì vẫn có nhiều ưu điểm như chi phí thấp, công nghệ chín muồi, và khả năng tái chế cao (trên 95%).

Pin axit chì thường được sử dụng trong:

Hệ thống dự phòng và UPS
Các hệ thống năng lượng tái tạo nhỏ
Xe điện cỡ nhỏ như xe golf

Nhược điểm chính của pin axit chì là tuổi thọ ngắn (3-7 năm), mật độ năng lượng thấp, và hiệu suất kém hơn so với các công nghệ pin mới.

Công nghệ lưu trữ năng lượng khí hóa lỏng

Công nghệ lưu trữ năng lượng khí hóa lỏng (CAES – Compressed Air Energy Storage) sử dụng năng lượng dư thừa để nén không khí và lưu trữ trong các khoang ngầm hoặc bình chứa. Khi cần năng lượng, khí nén được giải phóng, làm quay tuabin để tạo ra điện.

Một biến thể khác là hệ thống lưu trữ năng lượng không khí lỏng (LAES – Liquid Air Energy Storage), trong đó không khí được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp (-196°C) để hóa lỏng. Quá trình này làm giảm thể tích không khí xuống khoảng 1/700, cho phép lưu trữ lượng lớn năng lượng trong không gian nhỏ.

Ưu điểm của công nghệ này bao gồm chi phí thấp, thời gian lưu trữ dài, và không sử dụng vật liệu hiếm. Tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống CAES truyền thống chỉ khoảng 40-70%, thấp hơn so với nhiều công nghệ lưu trữ khác.

Công nghệ lưu trữ năng lượng hệ thống BESS

BESS (Battery Energy Storage System) là hệ thống lưu trữ năng lượng pin tích hợp, thường sử dụng pin lithium-ion kết hợp với hệ thống quản lý pin (BMS), inverter, và các thiết bị điều khiển thông minh.

BESS hoạt động như một giải pháp “chìa khóa trao tay” cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn, có thể triển khai nhanh chóng và linh hoạt ở nhiều quy mô khác nhau, từ hộ gia đình đến trạm điện công suất hàng trăm megawatt.

Ưu điểm của BESS bao gồm:

Thiết kế module, dễ dàng mở rộng
Thời gian triển khai nhanh (6-12 tháng)
Hệ thống quản lý thông minh tối ưu hóa hiệu suất
Khả năng cung cấp nhiều dịch vụ lưới điện (điều tần, cân bằng tải, dự phòng)

BESS đang được triển khai ngày càng nhiều trên toàn cầu để hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo và tăng cường độ ổn định của lưới điện.

Ứng dụng thực tế của công nghệ lưu trữ năng lượng

Một trong những lợi ích lớn nhất của công nghệ lưu trữ năng lượng là khả năng tăng cường tính liên tục và ổn định của nguồn điện tái tạo. Nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời thu từ tấm pin mặt trời và năng lượng gió từ tua-bin thường có tính biến đổi và không ổn định do yếu tố thời tiết. Công nghệ lưu trữ năng lượng cho phép thu thập và lưu trữ năng lượng trong thời gian nguồn năng lượng tái tạo sản xuất nhiều hơn và sử dụng sau này khi nguồn không hoạt động hiệu quả. Điều này giúp đảm bảo nguồn điện liên tục và ổn định, giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch.

Công nghệ lưu trữ năng lượng cũng giúp tận dụng nguồn năng lượng tái tạo không sử dụng ngay để tạo ra nguồn điện tiết kiệm và hiệu quả. Thông qua các hệ thống lưu trữ năng lượng, năng lượng dư thừa có thể được lưu trữ và sử dụng trong các thời điểm cần thiết, giúp tối ưu hóa sử dụng nguồn năng lượng và giảm lãng phí.

Công nghệ lưu trữ năng lượng còn tạo ra khả năng linh hoạt trong việc cung cấp và sử dụng năng lượng. Năng lượng lưu trữ có thể được chuyển đổi thành điện hoặc nhiệt để đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng, từ sản xuất điện cho hộ gia đình, doanh nghiệp đến ứng dụng công nghiệp. Điều này giúp đảm bảo sự linh hoạt trong việc phân phối và sử dụng năng lượng tái tạo, đáp ứng các yêu cầu và nhu cầu đa dạng của người dùng.

>>Xem thêm: Hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời là gì?

Công nghệ lưu trữ năng lượng mặt trời và điện gió

Năng lượng mặt trời và năng lượng gió có đặc điểm là không ổn định, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Công nghệ lưu trữ năng lượng mặt trời, đặc biệt là các hệ thống pin lưu trữ như lithium-ion và thủy điện tích năng, giúp tích trữ lượng điện dư thừa vào ban ngày hoặc khi gió mạnh, sau đó cung cấp điện vào ban đêm hoặc khi nguồn phát giảm. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng tái tạo mà còn giảm áp lực lên lưới điện quốc gia.

Ứng dụng trong công nghiệp và doanh nghiệp

Các nhà máy và doanh nghiệp tiêu thụ lượng điện lớn có thể tận dụng hệ thống lưu trữ năng lượng để giảm chi phí điện và tối ưu hóa hoạt động sản xuất. Hệ thống này giúp doanh nghiệp sử dụng năng lượng vào giờ cao điểm mà không lo thiếu hụt, đồng thời giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới điện. Một số công ty lớn trên thế giới đã triển khai giải pháp lưu trữ năng lượng quy mô lớn để cải thiện hiệu quả hoạt động và giảm phát thải khí nhà kính.

Ứng dụng trong hộ gia đình

Ngày càng nhiều hộ gia đình lắp đặt hệ thống điện mặt trời kết hợp với pin lưu trữ để sử dụng điện một cách linh hoạt và tiết kiệm chi phí. Hệ thống này giúp người dùng giảm tiền điện bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời vào ban ngày và tích trữ điện để dùng vào ban đêm. Ngoài ra, công nghệ lưu trữ còn giúp duy trì nguồn điện trong trường hợp mất điện lưới, đảm bảo sinh hoạt không bị gián đoạn.

Lưu trữ năng lượng cho xe điện (EV) và giao thông

Ngành giao thông đang chứng kiến sự chuyển đổi mạnh mẽ nhờ công nghệ lưu trữ năng lượng, đặc biệt là các loại pin tiên tiến dành cho xe điện (EV). Pin lithium-ion với dung lượng lớn giúp xe điện hoạt động hiệu quả hơn, có phạm vi di chuyển xa hơn và thời gian sạc nhanh hơn. Ngoài ra, các trạm sạc nhanh kết hợp hệ thống lưu trữ năng lượng giúp giảm tải cho lưới điện và tăng tính khả dụng của xe điện trên toàn cầu.

Lưu trữ năng lượng trong lưới điện thông minh

Công nghệ lưu trữ năng lượng giúp cải thiện sự ổn định của lưới điện thông minh bằng cách cân bằng cung và cầu điện. Khi nhu cầu tiêu thụ điện thấp, hệ thống có thể lưu trữ năng lượng dư thừa và xả ra khi nhu cầu tăng cao. Điều này giúp giảm nguy cơ mất điện, tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng và hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.

Xu hướng phát triển và tương lai của công nghệ lưu trữ năng lượng

Việt Nam hiện đang dẫn đầu khu vực Đông Nam Á về công suất lắp đặt điện mặt trời, với tổng công suất đạt khoảng 17GW tính đến năm 2023. Theo Quy hoạch điện VIII, trong giai đoạn 2021 – 2030 và định hướng đến năm 2050, Việt Nam đặt mục tiêu phát triển hệ thống lưu trữ năng lượng, bao gồm 300MW pin lưu trữ điện và 2.400MW thủy điện tích năng vào năm 2030.

Hiện nay, một số dự án liên quan đến hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) đang được triển khai tại Việt Nam. Điển hình là dự án thí điểm BESS với quy mô 50MW/50MWh do Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) phối hợp với Ngân hàng Phát triển châu Á (ADB) thực hiện. Bên cạnh đó, Công ty Tư vấn Xây dựng Điện 2 (PECC2) cũng đã phát triển và vận hành một hệ thống BESS có công suất 750kW và dung lượng lưu trữ 2.557kWh.

Trên phạm vi toàn cầu, năm 2022, tổng vốn đầu tư vào lĩnh vực lưu trữ năng lượng bằng pin đã vượt mức 20 tỷ USD, trong đó hơn 65% được dành cho các dự án quy mô lưới điện. Các dự báo thị trường cho thấy quy mô ngành này có thể tăng trưởng mạnh, đạt khoảng 120 tỷ USD vào năm 2030.

Năm 2023 đánh dấu mức tăng trưởng mạnh nhất từ trước đến nay của thị trường lưu trữ năng lượng toàn cầu, với quy mô tăng gần gấp ba lần so với năm trước. Xu hướng này diễn ra trong bối cảnh chi phí giảm đáng kể, khi giá thành của một số hệ thống lưu trữ năng lượng hai giờ giảm hơn 43% tính theo mỗi kilowatt giờ so với cùng kỳ năm trước.

Công nghệ lưu trữ năng lượng không chỉ là giải pháp hỗ trợ cho sự phát triển của năng lượng tái tạo mà còn là yếu tố quan trọng trong việc xây dựng một hệ thống điện thông minh và bền vững. Với sự phát triển của các công nghệ mới như pin thể rắn, lưu trữ hydro và thủy điện tích năng, lĩnh vực này hứa hẹn sẽ tiếp tục mở rộng, mang lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế và môi trường. Việc đầu tư và ứng dụng công nghệ lưu trữ năng lượng sẽ là bước đi quan trọng để hướng tới một tương lai xanh và bền vững hơn.

Bảo vệ môi trường sống

Bên cạnh những lợi ích trên, công nghệ lưu trữ năng lượng còn mang lại tiềm năng lớn cho sự phát triển bền vững và chống biến đổi khí hậu. Bằng cách tận dụng và lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo, chúng ta có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch, giảm lượng khí thải và ô nhiễm môi trường gây ra. Điều này có tác động tích cực lên khí hậu và môi trường, giúp bảo vệ tài nguyên tự nhiên và xây dựng một tương lai bền vững hơn cho thế hệ tương lai.

Tuy nhiên, công nghệ lưu trữ năng lượng cũng đối diện với một số thách thức. Các hệ thống lưu trữ cần phải được phát triển để đáp ứng nhu cầu lớn và đảm bảo tính tin cậy. Đồng thời, công nghệ này cần phải được đưa vào thị trường với giá cả phải chăng và khả năng tích hợp trong hạ tầng điện lưới hiện có.

Công nghệ lưu trữ năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa sử dụng nguồn năng lượng tái tạo và xây dựng hệ thống năng lượng bền vững. Bằng cách thu thập và lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo, chúng ta có thể đảm bảo nguồn điện liên tục và ổn định, giảm lãng phí và tăng cường tính linh hoạt trong cung cấp và sử dụng năng lượng. Việc phát triển và ứng dụng công nghệ lưu trữ năng lượng là một bước quan trọng trong việc xây dựng một tương lai năng lượng bền vững và giảm thiểu tác động của chúng ta đối với môi trường.

Chia sẻ:

Intech Energy

INTECH ENERGY ✔️ Tổng thầu EPC điện mặt trời số 1 tại Việt Nam. Chúng tôi chuyên cung cấp giải pháp lắp đặt điện mặt trời tốt nhất với hàng ngàn dự án điện năng lượng mặt trời đã triển khai trên cả nước!

INTECH ENERGY