Tham vọng biến không khí thành pin lưu trữ năng lượng sắp thành hiện thực

Giải pháp thay thế nhiên liệu hóa thạch

Sau gần nửa thế kỷ bị lãng quên, cơ sở lưu trữ năng lượng bằng không khí lỏng (LAES) quy mô thương mại đầu tiên sắp đi vào hoạt động, hứa hẹn cạnh tranh sòng phẳng với pin lithium và thủy điện tích năng để giải quyết bài toán nan giải của năng lượng sạch.

Khi việc sử dụng điện tái tạo trên toàn thế giới tăng vọt, nhu cầu lưu trữ nguồn năng lượng này ngày càng trở nên cấp thiết. Tại phía tây bắc nước Anh, nền móng cho cơ sở lưu trữ năng lượng khí hóa lỏng quy mô thương mại đầu tiên trên thế giới đang được xây dựng.

Khi hoàn thành, đây sẽ là một tổ hợp máy móc công nghiệp và các bể chứa khổng lồ, chứa đầy không khí đã được nén và làm mát đến mức trở thành chất lỏng, sử dụng năng lượng tái tạo dư thừa. Năng lượng dự trữ này có thể được xả ra khi nhu cầu vượt quá nguồn cung.

Giải mã công nghệ pin không khí lỏng

Lưu trữ năng lượng bằng không khí lỏng (LAES), dù ý tưởng đã xuất hiện từ năm 1977, nhưng gần đây mới được chú ý. Về mặt công nghệ, quy trình hoạt động theo ba giai đoạn.

Đầu tiên, không khí được lấy từ môi trường và làm sạch. Sau đó không khí được nén liên tục cho đến khi đạt áp suất rất cao. Cuối cùng không khí được làm mát cực nhanh, hóa lỏng và được lưu trữ trong các bể chứa cách nhiệt.

Toàn bộ năng lượng dư thừa từ lưới điện (ví dụ như điện gió ban đêm) được dùng cho quá trình nén và làm mát này.

Khi lưới điện cần thêm năng lượng, không khí lỏng được bơm ra khỏi kho dự trữ và được làm nóng để bốc hơi, giãn nở cực nhanh trở lại thành khí. Luồng khí áp suất cao này được sử dụng để chạy tua-bin, tạo ra điện cho lưới điện.

Mấu chốt của công nghệ nằm ở hiệu suất. Shaylin Cetegen, kỹ sư hóa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), giải thích rằng quá trình nén khí tạo ra nhiệt lượng lớn. Thay vì lãng phí, nhiệt này được thu hồi và lưu trữ. Sau đó, nó được sử dụng để hỗ trợ quá trình hóa hơi.

Việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo là điều cần thiết để cắt giảm khí thải nhà kính. Tuy nhiên, nó cũng đặt ra những thách thức lớn cho lưới điện.

Các nhà máy điện đốt nhiên liệu hóa thạch có thể được bật và tắt tùy ý, cung cấp nguồn điện dự đoán được. Ngược lại, năng lượng tái tạo lại không ổn định, phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết. Điều này có nghĩa là đôi khi không đủ điện, dẫn đến nguy cơ mất điện, và đôi khi lại quá nhiều, có thể gây hư hỏng lưới điện.

Một phần quan trọng của giải pháp là lưu trữ năng lượng dư thừa. Trong nhiều thập kỷ, hình thức lưu trữ chính là thủy điện tích năng, sử dụng điện dư thừa để bơm nước lên cao và xả xuống khi cần.

Gần đây, các hệ thống pin lithium-ion quy mô lớn đã bùng nổ, với công suất lưu trữ toàn cầu tăng từ 1 GW năm 2013 lên hơn 85 GW vào năm 2023. Tuy nhiên, cả hai giải pháp đều có những hạn chế về địa lý hoặc chi phí nguyên vật liệu.