1. Tổng quan
Công nghệ lưu trữ năng lượng có thể được phân loại rộng rãi thành lưu trữ vật lý và lưu trữ hóa học. Lưu trữ vật lý bao gồm các công nghệ như lưu trữ thủy điện tích năng, khí nén, lưu trữ bằng bánh đà, lưu trữ trọng lực và lưu trữ chuyển pha. Lưu trữ hóa học bao gồm pin lithium-ion, pin dòng chảy, pin natri-ion và các công nghệ lưu trữ hydro (amoniac).
Công nghệ lưu trữ năng lượng mới đề cập đến các công nghệ lưu trữ chủ yếu tạo ra điện năng, không bao gồm thủy điện tích năng. So với thủy điện tích năng, các công nghệ lưu trữ năng lượng mới mang lại sự linh hoạt về vị trí lắp đặt, thời gian xây dựng ngắn, khả năng phản hồi nhanh chóng và các đặc tính chức năng đa dạng.
Các công nghệ lưu trữ năng lượng mới được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của hệ thống điện, làm thay đổi sâu sắc đặc điểm vận hành của các hệ thống điện truyền thống. Chúng đã trở thành những trang thiết bị không thể thiếu cho hoạt động an toàn, ổn định và kinh tế của hệ thống điện.
2. Lưu trữ năng lượng cơ học
Lưu trữ năng lượng cơ học chủ yếu bao gồm lưu trữ năng lượng khí nén và lưu trữ năng lượng bằng bánh đà.
Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES): CAES sử dụng điện năng dư thừa trong thời gian nhu cầu thấp để nén khí, sau đó lưu trữ và giải phóng vào thời gian nhu cầu cao điểm để tạo ra điện năng bằng cách vận hành tuabin khí. CAES phù hợp với các ứng dụng quy mô lớn như trang trại điện gió nhờ khả năng giảm tải đỉnh điểm nhưng đòi hỏi điều kiện địa lý cụ thể.
Lưu trữ năng lượng bằng bánh đà: Phương pháp này sử dụng năng lượng điện để tăng tốc một rôto đặt trong môi trường chân không, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng động để lưu trữ. Lưu trữ năng lượng bằng bánh đà có đặc điểm là thời gian xả ngắn và dung lượng nhỏ, lý tưởng cho các ứng dụng như bộ nguồn dự phòng (UPS) và điều chỉnh tần số. Tuy nhiên, mật độ năng lượng của nó tương đối thấp, chỉ duy trì được năng lượng trong vài giây đến vài phút.
3. Lưu trữ năng lượng điện hóa
Lưu trữ năng lượng điện hóa là một lĩnh vực nổi bật bao gồm nhiều loại pin khác nhau:
Pin Lithium-Ion: Công nghệ lưu trữ điện hóa trưởng thành và được sử dụng rộng rãi nhất, hiện đang được sản xuất quy mô lớn, có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất và thị phần cao nhất.
Ắc quy chì-axit: Loại ắc quy này có điện cực chủ yếu làm từ chì và oxit của nó, sử dụng chất điện phân là axit sulfuric. Đây là công nghệ đã phát triển hoàn thiện với hiệu suất ổn định nhưng lại có nhược điểm là thời gian sạc lâu, gây ô nhiễm cao và tuổi thọ ngắn.
Pin dòng chảy: Vẫn đang trong giai đoạn ứng dụng thử nghiệm, pin dòng chảy có thể được phân loại dựa trên hệ thống chất điện phân của chúng thành pin dòng chảy vanadi-oxy hóa khử, pin dòng chảy kẽm-sắt, pin dòng chảy kẽm-brom và pin dòng chảy sắt-crom. Pin dòng chảy vanadi-oxy hóa khử là loại được thương mại hóa nhiều nhất, trong khi các loại khác vẫn đang đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa.
Pin ion natri: Loại pin này sử dụng quá trình xen kẽ và tách ion natri giữa cực dương và cực âm để sạc và xả. Công nghệ pin ion natri vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, cần được nghiên cứu và kiểm tra thêm.
4. Lưu trữ năng lượng điện từ
Lưu trữ năng lượng điện từ bao gồm lưu trữ năng lượng từ siêu dẫn (SMES) và lưu trữ năng lượng siêu tụ điện, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu phóng điện nhanh và công suất cao.
Lưu trữ năng lượng từ siêu dẫn (SMES): Lưu trữ năng lượng điện trong từ trường với khả năng sạc/xả nhanh và mật độ công suất cao. Mặc dù đã có các sản phẩm SMES nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao trên thị trường, nhưng ứng dụng của chúng trong lưới điện vẫn còn hạn chế do chi phí cao và việc bảo trì phức tạp của vật liệu siêu dẫn, khiến chúng vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm.
Siêu tụ điện: Lưu trữ năng lượng điện bằng nguyên lý tĩnh điện, với khả năng chịu điện áp thấp của vật liệu điện môi. Do đó, siêu tụ điện có dung lượng lưu trữ năng lượng hạn chế, mật độ năng lượng thấp và chi phí đầu tư cao.
5. Lưu trữ năng lượng hóa học
Công nghệ lưu trữ năng lượng hóa học chủ yếu đề cập đến công nghệ lưu trữ hydro. Các công nghệ này chuyển đổi điện năng không liên tục hoặc dư thừa thành hydro thông qua quá trình điện phân để lưu trữ, sau đó có thể chuyển đổi trở lại thành điện năng bằng cách sử dụng pin nhiên liệu hoặc các thiết bị phát điện khác khi cần thiết.
Theo báo cáo "Nghiên cứu lộ trình phát triển các trạm giảm tải điện bằng lưu trữ năng lượng hydro" của Polaris, hiệu suất phát điện hiện tại của hệ thống pin nhiên liệu hydro là khoảng 45%. Tính đến tổn thất năng lượng trong quá trình điện phân nước, hiệu suất tổng thể của hệ thống phát điện bằng lưu trữ hydro chỉ đạt khoảng 35%. Việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng là một thách thức quan trọng, và việc phát triển công nghiệp quy mô lớn về lưu trữ năng lượng hydro đòi hỏi nhiều thời gian.
