Trung tâm Phát triển Sáng tạo Xanh
Tại Việt Nam, cứ sau 10 năm Quy hoạch Phát triển Điện lực Quốc gia lại đươc xây dựng nhằm định hướng 10 năm tiếp theo và tầm nhìn cho 10 năm kế tiếp. Năm 2011, Chính phủ đã ban hành Quy hoạch “ Phát triển Điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 với tầm nhìn đến năm 2030” được gọi là Quy hoạch Điện VII. Theo đó, trong 10 năm gần đây, mức độ tiêu thụ điện cả nước đã tăng gấp đôi và được dự báo đến năm 2035 sẽ cao gấp 2,5 lần so với năm 2015.
Vào cuối năm 2016, tổng công suất lắp đặt của các nguồn điện của Việt Nam đạt trên 42.130 MW; trong đó 3 nguồn thủy điện lớn, nhiệt điện than và dầu khí chiểm khoảng 90%. Với cơ cấu của nguồn năng lượng được tạo lập, tỷ trọng năng lượng tái tạo (bao gồm cả thủy điện nhỏ, sinh khối, gió, mặt trời, chất thải...) chưa tới 5,74% mặc dù tiềm năng kỹ thuật của năng lượng tái tạo được ước tính lên tới 392.708 MW (Green ID 2018).
Tiềm năng chưa khai thác của năng lượng tái tạo tạo cơ hội to lớn để gia tăng khả năng cung cấp năng lượng sơ cấp, đóng góp vào an ninh năng lượng quốc gia, song trở ngại của năng lượng gió và năng lượng mặt trời lại là dạng năng lượng không ổn định, bị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Từ những tiến bộ đạt được trong công nghệ tích trữ năng lượng, bài viết đề cập đến những khía cạnh cần được quan tâm đối với các nhà hoạch định chiến lược Quốc gia trong xây dựng Quy hoạch trong giai đoạn tới.
Công nghệ tích trữ năng lượng vai trò và tiềm năng đối với phát triển kinh tế
Là một hệ thống hấp thu và lưu trữ năng lượng trong thời gian trước khi giải phóng theo nhu cầu cung cấp, công nghệ tích trữ năng lượng là lĩnh vực tạo đột phá để tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống năng lượng và tạo thuận lợi để tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo. Công nghệ này rất cần thiết để thu hẹp cả về thời gian và khoảng cách địa lý giữa cung và cầu năng lượng.
Từ đặc điểm của các nguồn năng lượng tái tạo, dễ dàng nhận thấy ánh sáng mặt trời, gió và thủy triều đều là những nguồn năng lượng không liên tục và khó dự đoán trước; tỷ trọng điện năng của những nguồn năng lượng này tăng lên bất thường trong lưới điện, đòi hỏi công nghệ tích trữ phải đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh nguồn cung phù hợp với nhu cầu. Từ đây, công nghệ tích trữ cần được hình thành để có khả năng phân loại thành điện hóa, nhiệt và cơ thực hiện được ở cả quy mô nhỏ và lớn theo hướng tập trung hoặc phân tán trong hệ thống năng lượng. Những thiết bị tích trữ lưới điện quy mô lớn được sử dụng để cân bằng biến động điện năng, còn hệ thống pin với dung lượng hạn chế, thời gian sạc và tự xả có thể kéo dài lại phù hợp hơn cho việc cân bằng không tập trung.
Các loại pin điện lớn và tích trữ năng lượng nhiệt đã gia tăng mạnh trong thập kỷ qua. Lĩnh vực này đã có tiến bộ đáng kể về công nghệ thông qua sự tăng vọt về số bằng sáng chế. Nhiều công nghệ tích trữ năng lượng khác nhau đang trong giai đoạn phát triển bao gồm cả pin đa trị, bánh đà tốc độ cao, pin lithium-sulphua và hệ thống tích trữ năng lượng từ siêu dẫn. Theo các nhà phân tích, khả năng phát triển của công nghệ tích trữ năng lượng phụ thuộc vào sự phát triển của công nghệ pin kích cỡ nhỏ và vừa cũng như công nghệ lưới điện quy mô lớn tập trung và phân tán. Nhiều loại pin tiên tiến có tiềm năng thay thế được động cơ đốt trong cho cá loại xe chở khách và có thể hỗ trợ cho việc chuyển đổi trong các ngôi nhà, văn phòng thông minh. Có thể nói, công nghệ tích trữ năng lượng mới có thể làm thay đổi việc sử dụng năng lượng ở bất kỳ đâu; khi nào và làm như thế nào. Nhờ đó, điện năng có thể đáp ứng được mọi nhu cầu phát triển kinh tế xã hội (Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia NASATI 2018).
Tích hợp pin năng lượng mặt trời - Ảnh Internet
Ứng dụng trong thiết bị tiêu dùng và động cơ điện một nhu cầu quan trọng
Cho đến nay, tích trữ năng lượng điện hóa vẫn chiếm ưu thế trong công nghệ pin bao gồm cả pin axit chì, hệ thống dựa trên niken, dòng ôxy hóa khử nhiệt độ cao va pin ion lithium. Pin có thể dùng cho các ứng dụng ngắn hạn và trung hạn, có lợi cho việc mở rộng quy mô và hiệu suất. Phần lớn thiết bị điện tử tiêu dùng di động như xe chạy điện và hybrid chở khách đều được trang bị pin ion lịthium. Pin ion lithium trạng thái rắn là sự phát triển cao hơn của pin ion lithium truyền thống. Loại pin này đang được thay thế điện cực lỏng bằng vật liệu rắn mang tính khả thi về thương mại trong tương lai gần. Để công nghệ này trở nên linh hoạt và hấp dẫn hơn, các nhà sản xuất ô tô đã bắt đầu bán những hệ thống xe kết nối với nhà ở, cho phép người dùng xe cung cấp điện cho ngôi nhà và ngược lại. Trong tương lai, nhiều siêu tụ điện sẽ lưu trữ động năng trong chuyển động con lắc và nạp điện hầu như không còn thời gian trễ, cho phép ô tô có thể nạp điện trong lúc dừng bình thường tại nút đường giao thông.
Hệ thống pin kim loại-không khí là hệ thống pin mới có nhiều triển vọng. Hệ thống pin này với trọng lượng nhẹ, có thể tái tạo dùng lâu dài nhờ dùng lithium hoặc kẽm làm cực dương (anot) và oxy lấy từ môi trường làm cực âm (catôt). Nhiều dự báo cho rằng, thập kỷ tới, mật độ năng lượng có thể tăng cao do các loại xe chạy bằng pin có khả năng cạnh tranh tốt hơn so với xe chạy bằng động cơ đốt trong.
Tác động tích trữ quy mô lớn với nhu cầu gia tăng mạng lưới năng lượng
Phát điện quá tải là vấn đề lớn được các nhà hoạch định chính sách rất quan tâm. Trong phạm vi toàn cầu, sự cố mất điện đã gây thiệt hại nhiều tỷ USD hằng năm. Hệ thống tích trữ năng lượng quy mô lớn tạo khả năng cân bằng những biến động và phân phối điện năng sẽ góp phần tích cực vào khắc phục tình trạng này.
Hệ thống pin phù hợp với ứng dụng phân phối năng lượng quy mô nhỏ trong ngắn hạn và trung hạn. Do dung lượng lưu trữ hạn chế và tự phóng điện, những hệ thống pin hiện hành không thích hợp trong cân bằng biến động tải trọng. Các hệ thống được sử dụng để tích trữ năng lượng lưới hoặc thủy điện thường là tích trữ thủy điện bằng bơm (PSH), tích trữ năng lượng không khí nén (CAES) và hệ thống hydro. Hệ thống PSH đã được sử dụng rộng rãi. Hệ thống này giống như nhà máy thủy điện thông thường, trở thành công nghệ lưu trữ áp dụng trên quy mô lớn, chiếm tới 97% tích trữ năng lượng toàn cầu. Các hệ thống hydrogen và tích trữ năng lượng không khí nén (CAES) sử dụng cho các ứng dụng năng lượng dài hạn đã được khai thác trong nhiều thập kỷ; tuy nhiên, do chi phí cao và hiệu suất thấp đã nảy sinh những mối quan ngại về an toàn.
Ngoài những hệ thống trên đây, tích trữ năng lượng siêu dẫn (SMES) và các siêu tụ điện phục vụ ứng dụng lưu trữ ngắn hạn (từ vài giây đến vài phút) bằng sử dụng tĩnh điện hoặc từ trường đã được vận dụng. Trong loại hình này, bánh đà tích trữ năng lượng là việc áp dụng một SMES moment quay. Các siêu tụ điện và bánh đà thường có đặc trưng mật độ công suất cao, cường độ năng lượng thấp khiến chúng thích hợp trong cân bằng biến động điện năng ngắn hạn.
Năng lượng khai thác từ các nguồn tái tạo tăng lên nhanh chóng cùng với khả năng khai thác an toàn, kiểm soát được sản lượng thông qua các giải pháp lưu trữ. Công nghệ tích trữ năng lượng được kỳ vọng tạo ra khả năng linh hoạt cho hệ thống điện và giảm lượng nhiệt thất thoát, sẽ góp phần thiết thực để đạt được mục tiêu giữ nhiệt độ trái đất tăng không quá 20 C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Do khai thác năng lượng tái tạo ngày một lớn, nhu cầu công nghệ tích trữ năng lượng ngày càng gia tăng và công nghệ năng lượng mặt trời, gió và pin hiệu quả đã trở thành những đơn nguyên quan trọng cho các hệ thống năng lượng phi tập trung. Tại những nền kinh tế đang phát triển, các hệ thống lưu trữ có tiềm năng mang lại những nguồn điện lớn, đảm bảo độ tin cậy cao là hướng phát triển lâu dài của năng lượng tái tạo (NASATI 2018).
Lưu trữ không khí nén (CAES) giải pháp nâng cao dung lượng lưu trữ - Ảnh: Internet.
Thay cho lời kết
Chi phí cao đối với công nghệ lưu trữ là rào cản triển khai năng lượng tái tạo trên phạm vi rộng. Nâng cao hiệu quả tích trữ năng lượng tái tạo cấn có những đột phá công nghệ trong các hệ thống tích lũy nhiệt nhiệt độ cao và công nghệ pin có thể mở rộng quy mô cùng vơí hệ thống lưu trữ được tối ưu hóa hiệu suất nhằm giảm chi phí công nghệ.
Từ thành tựu Khoa học kỹ thuật với nguyên liệu, công nghệ và những ứng dụng đã được triển khai để tích trữ năng lượng được xác nhận về tinh an toàn và giảm thiểu nguy cơ tổn thất gợi ra, hy vọng sẽ được các nhà nghiên cứu hoach định chính sách quan tâm, tham khảo trong xây dựng chiến lược phát triển năng lượng tái tạo nhằm đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
Tài liệu tham khảo
NASATI(2018) Khoa học và Công nghệ Thế giới Những xu hướng mới
NXB Khoa học và Kỹ thuật Tháng 12.
Tiềm năng đóng góp của năng lượng tái tạo vào an ninh năng lượng
Địa chỉ liên lạc: Lê Thành Ý, 19b/668 Lạc Lọng Quân
Mob 0913393222, Email lethanhy05@gmail.com
