Nhược điểm lớn nhất của điện gió, điện mặt trời là không thể cung cấp điện đều đặn, thường trực nên rất có thể xảy ra tình trạng khi cần thì không có điện, khi không cần điện lại dư thừa. Ước mơ của người làm điện tái tạo là làm sao tích trữ điện khi gió nhiều, ngập nắng vào một loại pin gì đó để khi đứng gió, tối trời thì dùng pin phát điện vào lưới. Ước mơ này đang dần trở thành hiện thực khi ngày càng có nhiều công nghệ tích trữ năng lượng ra đời.
Điện mặt trời. (Ảnh: H.P)
Pin cát
Mới nhất là công trình dùng cát để trữ nhiệt như một loại “pin cát” của Phần Lan. Thông tin báo chí cho biết Phần Lan đã xây dựng thành công “viên pin cát” đầu tiên của thế giới mà theo họ có thể trữ năng lượng tái tạo ít nhất trong vài ba tháng. Cơ chế hoạt động của pin cát khá đơn giản, họ dùng cát loại thường rồi dùng điện mặt trời hay điện gió nung nóng đến 500 độ C khi điện dư thừa; nhiệt năng lưu trữ như thế sẽ được sử dụng lúc thiếu điện (xem sơ đồ minh họa).
Gọi là “viên pin cát” chứ thực ra đây là một silo khổng lồ chứa 100 tấn cát xây dựng do một nhóm các kỹ sư Phần Lan trẻ dựng lên tại thành phố Kankaanpää gần nhà máy điện Vatajankoski. Khi điện dư thừa, cát được nung nóng bằng các luồng khí nóng chạy quanh bên trong silo. Theo các kỹ sư, cát là vật liệu lý tưởng để lưu giữ nhiệt vì ít bị mất mát vào môi trường chung quanh; ở điều kiện tốt, silo sẽ duy trì nhiệt độ cát ở 500 độ C trong vài tháng. Và khi thiếu điện, chẳng hạn vào mùa đông không có ánh nắng mặt trời, pin cát sẽ tỏa nhiệt, đun nóng nước trong hệ thống cấp nước nóng cho toàn thành phố để sử dụng trong công sở, nhà dân và ngay cả các bể bơi.
Vấn đề của pin cát là chỉ hữu hiệu khi dùng để sản sinh nhiệt; khi cố gắng chuyển nhiệt thành điện để phát trở lại lên lưới điện thì hiệu suất giảm sút mạnh. Do vậy dự án pin cát chỉ hữu dụng cho những ngành cần nhiệt như dệt may, sản xuất thức ăn, dược phẩm…
Pin nước
Trong khi đó Thụy Sỹ lại xây dựng một loại “pin nước” – tức một nhà máy thủy điện có hai hồ chứa nước ở hai độ cao khác nhau. Khi điện tái tạo dư thừa, người ta dùng điện này để bơm nước ở hồ thấp lên hồ cao và khi thiếu điện, họ sẽ cho nước chảy từ hồ cao xuống hồ thấp, làm chạy hệ thống phát điện của nhà máy thủy điện. Nhà máy vừa bắt đầu hoạt động vào đầu tháng 7 này.
Theo tờ Independent, Thụy Sỹ phải tốn mất 2 tỉ euro và 14 năm để hoàn thành dự án này ở một khu vực chừng 600 mét dưới chân núi Alps. Đây không phải là “viên pin nước” đầu tiên của thế giới cũng như không phải là dự án lớn nhất thuộc loại này, nhưng công suất của nó thuộc loại đáng nể: 6 turbine với tổng công suất 900 megawatt, theo công ty vận hành, đủ để cung cấp điện cho 900.000 hộ gia đình. Với khả năng lưu trữ tương đương 20 triệu kWh điện, dự án này sẽ giúp ổn định mạng lưới điện của Thụy Sỹ và cả một phần châu Âu.
Số tiền đầu tư cao là vì dự án nằm sâu dưới lòng đất, với nhiều thử thách trong công nghệ xây dựng. Công ty xây dựng nhà máy, Nant de Drance, phải khoan một đường hầm dài 18 ki lô mét dưới núi Alps để nối hai hồ chứa với nhau.
Một điểm ít người biết là hiện nay đến 94% các dự án lưu trữ năng lượng quy mô lớn của thế giới dùng phương pháp bơm nước lên cao. Hầu hết các dự án này được xây dựng trong thập niên 1960-1990 để tận dụng nguồn điện giá cực rẻ của các nhà máy điện hạt nhân phát ra vào đêm khuya.
Pin gạch
Energy Vault, một công ty Thụy Sỹ nhưng hoạt động ở California lại chọn một công nghệ khác để lưu trữ năng lượng tái tạo. Họ xây những giàn cao để khi có điện dư thừa, họ dùng điện đó để nâng các tảng bê tông nặng mỗi tảng 35 tấn lên các tháp cao 35 tầng. Khi thiếu điện, họ cho bê tông rơi xuống, tạo ra động năng chạy máy phát điện. Ý tưởng khá đơn giản, vấn đề là hiệu quả sẽ như thế nào. Energy Vault gọi vốn thành công, hiện trong tay có 100 triệu đô la để triển khai các giàn “pin gạch” này ở Mỹ, Trung Đông, châu Âu và Úc.
Theo tường thuật của tờ Wired, tại một giàn tháp ở Thụy Sỹ, những người chủ xướng dự án “pin gạch” cho nâng hai khối bê tông lên cao 66 mét, điện chạy mô tơ nâng vật nặng lên cao là từ các nguồn phát điện tái tạo đang dư thừa. Các khối bê tông này có thể treo lơ lửng ở đó vài ba tiếng đồng hồ, giả như chuyển từ trời nắng sang ban đêm; lúc này hệ thống điện tái tạo thiếu hụt, các khối bê tông được thả cho hạ dần xuống, mô tơ nâng nay quay ngược, phát điện tải lên lưới. Theo Wired, mỗi khối bê tông như thế có thể tạo ra 1 megawatt điện.
Energy Vault cho biết một giàn “pin gạch” đúng chuẩn sẽ có 7.000 “viên gạch” như thế, đủ cho vài ngàn hộ gia đình sử dụng trong 8 tiếng đồng hồ khi không có gió hay ánh nắng mặt trời. Vấn đề còn lại, theo CEO của Energy Vault là đạt mức lưu trữ điện với giá thành rẻ.
Và rất nhiều loại pin khác
Ngoài loại pin lithium-ion đã quá quen thuộc, nhiều ý tưởng làm các loại pin khác để lưu trữ năng lượng đang được thử nghiệm khắp nơi. Quidnet một doanh nghiệp khởi nghiệp ở Houston đang thử nghiệm loại “pin nước” ngược, tức thay vì bơm nước từ hồ thấp lên hồ cao, họ bơm nước vào lòng trái đất vài trăm mét, sau đó để áp suất của trái đất đẩy nước phun trở lại và dùng lực này chạy máy phát điện.
Một công ty khác, Hydrostor ở Toronto, Canada bơm khí vào các thùng chứa, trữ nhiệt sản sinh trong quá trình nén khí sau đó quay ngược trở lại cho khí giãn nở, tạo năng lượng chạy máy phát điện. Công ty này đã nhận được 300 triệu đô la vốn đầu tư để triển khai một số dự án ở California và Úc. Riêng Highview Power, một công ty của Anh dùng biện pháp cực đoan hơn, làm lạnh khí đến gần 150 độ dưới âm, lúc này khí biến thành chất lỏng; lúc cho chất lỏng này nóng trở lại thì chúng nhanh chóng biến thành khí làm chạy các động cơ turbine.
Cuộc đua làm pin trữ được năng lượng do các loại điện gió, điện mặt trời khi cần đem ra sử dụng là một cuộc đua thầm lặng nhưng rất sôi nổi. Cho đến nay pin lithium-ion vẫn đang chiếm ưu thế, nhưng các phương pháp khác, lưu trữ được một lượng năng lượng lớn hơn nhiều lần đang được triển khai. Về mặt công nghệ thì không có gì khó – vấn đề còn lại là giá thành và quy mô triển khai. Đây là xu hướng các nhà phát triển điện tái tạo ở nước ta nên theo dõi và biết chụp lấy cơ hội sẽ sớm mở ra.
Nguyễn Vũ
(KTSG Online)
