Lưu trữ năng lượng: Chìa khóa ổn định hiện đại hóa lưới điện

Mục tiêu của hiện đại hóa lưới điện là chuyển đổi cơ sở hạ tầng năng lượng điện hiện tại để đáp ứng nhu cầu của thế kỷ 21 và xa hơn nữa. Sự thay đổi này trong thị trường lưới điện và năng lượng là quá trình phức tạp và thường xuyên. Cần có sự hợp tác giữa các công ty điện lực, các công ty công nghệ, các nhà hoạch định chính sách và người tiêu dùng để vượt qua những thách thức và nắm bắt các cơ hội của hiện đại hóa lưới điện. Yếu tố then chốt của quá trình chuyển đổi này là tích hợp thêm nhiều công nghệ vào lưới.

Lưu trữ năng lượng trong lưới điện

Hệ thống lưu trữ năng lượng phổ biến nhất là hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS), nhưng đó không phải điểm khởi đầu của ESS. Thủy điện tích năng bắt đầu được triển khai từ cuối thế kỷ 19 ở châu Âu và phát triển trong suốt thế kỷ 20 ở các khu vực có các hệ thống sông ngòi phù hợp. Các cuộc khủng hoảng dầu mỏ lan rộng trong những năm cuối thế kỷ 20 đã thúc đẩy hoạt động nghiên cứu về các nguồn lưu trữ năng lượng thay thế. Những tiến bộ trong công nghệ pin đã chuyển đổi các hệ thống BESS từ sử dụng chủ yếu axit chì sang sử dụng các hợp chất lithium-ion.

Quá trình tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời cũng thúc đẩy nhu cầu về ESS. Các hệ thống ESS quy mô lớn ngày càng trở nên phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định lưới điện và cho phép tiếp tục sản xuất năng lượng tái tạo. Một số công nghệ lưu trữ năng lượng khác đang được chú ý bao gồm pin lưu lượng, lưu trữ năng lượng nhiệt và lưu trữ năng lượng khí nén. Lưu trữ năng lượng là một hành trình từ khám phá đến nhu cầu, và sẽ có vai trò không thể thiếu khi thế giới hướng tới một tương lai sạch hơn, bền vững hơn thông qua hiện đại hóa lưới điện.

Ông Matthew Borst, Keysight Technologies.

Hệ thống lưu trữ hỗ trợ hiện đại hóa lưới điện

Một số hệ thống lưu trữ năng lượng đang đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao độ tin cậy, hiệu quả và tính bền vững của lưới điện, bao gồm:

Pin lithium-ion: Công nghệ pin lithium-ion đã tăng trưởng nhanh chóng do có mật độ năng lượng cao, tốc độ sạc nhanh và chi phí giảm. Công nghệ này có hóa tính linh hoạt hơn, phù hợp cho nhiều ứng dụng từ xe điện đến lưu trữ trong lưới điện. Công nghệ Lithium-ion cũng đóng một vai trò quan trọng trong năng lượng tái tạo bằng cách nhanh chóng lưu trữ năng lượng mặt trời và năng lượng gió dư thừa để sử dụng sau này.

Thủy điện bơm tích năng: Lưu trữ thủy điện bơm tích năng là một công nghệ hoàn thiện, đã được chứng minh về độ tin cậy và khả năng lưu trữ lâu dài. Công nghệ này phục vụ lý tưởng cho việc chuyển dịch năng lượng quy mô lớn bằng cách cân bằng các biến động năng lượng theo ngày và theo mùa. Hạn chế duy nhất của nó là cần các điều kiện địa lý đặc thù để triển khai.

Pin lưu lượng: Pin lưu lượng có thể lưu trữ năng lượng lâu, phù hợp với những dịch chuyển năng lượng theo mùa. Loại pin này cũng có khả năng xả sâu mà không làm giảm hiệu năng. Tuy nhiên, đây vẫn là một công nghệ mới nổi đang được phát triển và thương mại hóa.

Lưu trữ năng lượng khí nén (CAE): Tương tự như thủy điện bơm tích năng, CAE có thể lưu trữ năng lượng trong thời gian dài và yêu cầu các cấu trúc địa chất cụ thể để nén khí. Một lợi ích chính của CAE là hiệu quả chuyển đổi năng lượng với tổn thất tối thiểu.

Năng lượng nhiệt: Lưu trữ năng lượng dạng nhiệt có thể giữ được năng lượng trong nhiều ngày hoặc thậm chí nhiều tháng. Nhiệt có thể được lưu trữ dưới nhiều dạng, như trữ muối nóng chảy, nước đá và nước nóng. Lưu trữ năng lượng dạng nhiệt tương thích với năng lượng nhiệt mặt trời và địa nhiệt, tạo điều kiện tích hợp với các nguồn nhiệt tái tạo.

Có một số công nghệ mới nổi khác như pin thể rắn, lưu trữ hydro và lưu trữ dựa trên trọng lực đang được đánh giá để triển khai trên quy mô lớn. Các công nghệ này, dù là riêng lẻ hay kết hợp, đều đang hiện đại hóa lưới điện thành một hệ thống ổn định và có khả năng chống chịu tốt hơn.

Lợi ích và thách thức của việc lưu trữ năng lượng đối với hiện đại hóa lưới điện

Các hệ thống ESS tiên tiến hơn là yếu tố quan trọng trong việc chuyển đổi lưới điện truyền thống trở nên thông minh và hiệu quả hơn. Hiện đại hóa lưới điện mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống cũng như người dùng. Các công ty điện lực được hưởng lợi vì lưu trữ năng lượng có thể cải thiện hiệu suất lưới điện bằng cách chuyển tiêu thụ điện sang giờ thấp điểm và tối ưu hóa việc sử dụng cơ sở hạ tầng lưới điện hiện có – giảm áp lực tổng thể trên lưới điện hiện tại. ESS còn là các hệ thống trọng yếu trong quá trình tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo bằng cách lưu trữ lượng năng lượng tái tạo dư thừa trong giai đoạn công suất phát cao để sử dụng khi nhu cầu cao hoặc công suất phát thấp. Điều này có thể giúp trì hoãn nhu cầu xây dựng các nhà máy điện mới.

Với người dùng, lưu trữ năng lượng có thể cung cấp dự phòng, giảm tần suất và thời gian mất điện. Các hệ thống ESS cũng có thể giúp giảm chi phí vận hành bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng và giảm chi phí phát điện đáp ứng phụ tải đỉnh.

Mặc dù mang lại những lợi ích đáng kể cho hiện đại hóa lưới điện, nhưng việc chấp nhận và triển khai lưu trữ năng lượng còn gặp nhiều khó khăn thách thức. Đầu tư ban đầu vào ESS có thể khá lớn, mặc dù theo thời gian khi quá trình phát triển tiếp tục tiến triển chi phí sẽ tiếp tục giảm. Một số công nghệ lưu trữ năng lượng có thời gian lưu trữ tương đối ngắn, khiến cho hiệu quả sử dụng trong quản lý sự ổn định năng lượng lâu dài bị hạn chế. Việc khai mỏ, sản xuất và thải bỏ pin có thể có tác động tiêu cực đến môi trường. Để tích hợp ESS vào lưới điện hiện có đòi hỏi lập kế hoạch và phối hợp thận trọng để đảm bảo khả năng tương tác của hệ thống.

Giải quyết những thách thức này là điều kiện thiết yếu để triển khai thành công các hệ thống lưu trữ năng lượng và hiện đại hóa lưới điện. Sự hợp tác giữa các công ty điện lực, nhà cung cấp công nghệ, cơ quan quản lý nhà nước, nhà phát triển tiêu chuẩn và khách hàng sẽ là chìa khóa để triển khai thành công công nghệ này.

Lộ trình tương lai

Chuyển đổi ngành năng lượng và lưới điện là quá trình phức tạp và thường xuyên. Đầu tư nâng cấp cơ sở hạ tầng, phát triển các công nghệ đổi mới sáng tạo và nâng cao nhận thức về tính khả dụng của công nghệ lưu trữ năng lượng là các biện pháp giúp phát huy toàn bộ tiềm năng của các hệ thống lưu trữ năng lượng cho hiện đại hóa lưới điện để thế giới có thể xây dựng một lưới điện có khả năng chống chịu, hiệu quả và bền vững hơn cho tương lai. Giống như một vận động viên chạy marathon được huấn luyện tốt, lưới điện trong tương lai sẽ có nhiều nguồn cung cấp năng lượng ổn định.

Matthew Borst, Keysight Technologies