1. Công nghệ pin dung lượng cao:

Trong một báo cáo gần đây, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ (NREL) ước tính, tiềm năng lưu trữ NLTT của Mỹ sẽ tăng tới 3.000% vào năm 2050, vì vậy, công nghệ lưu trữ năng lượng đóng vai trò vô cùng quan trọng, trong đó có công nghệ pin dung lượng cao.

Từ pin kiềm dùng cho các thiết bị điện tử nhỏ đến pin lithium-ion cho ô tô và máy tính xách tay, mọi người đều phải dùng tới pin cho các thiết bị của mình. Pin hoạt động bằng cách tạo ra một phản ứng hóa học để phát sinh dòng điện. Thông thường, khách hàng thường chọn loại pin có dung lượng cao. Ví dụ, pin có dung lượng phóng điện dài lên đến 10 giờ có thể lưu trữ năng lượng mặt trời vào ban đêm, hoặc tăng phạm vi hoạt động của xe điện. Hiện tại có rất ít loại pin như vậy được thương mại hóa.

Theo các dự báo gần đây, những loại pin này có hiệu suất tới 100 gigawatt có thể sẽ được lắp đặt vào năm 2050. Để so sánh, con số đó gấp 50 lần công suất phát điện của đập Hoover của Mỹ, nếu đúng như dự báo thì khả năng phát triển của năng lượng tái tạo rất khả thi và đầy triển vọng.

Một trong những trở ngại lớn nhất là nguồn cung cấp lithium và coban - nguyên liệu chính cho sản xuất pin khan hiếm. Theo ước tính, khoảng 10% lithium trên thế giới và gần như tất cả trữ lượng coban trên thế giới sẽ cạn kiệt vào năm 2050. Gần 70% coban trên thế giới được khai thác ở Congo lại rơi vào tình trạng bất an như khai thái trái phép, sử dụng nhân công là trẻ em v.v...

Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu giải pháp cho ra đời các kỹ thuật tái chế pin lithium và coban, đồng thời thiết kế pin dựa trên các vật liệu thay thế như pin “phi coban” của hãng Tesla trong tương lai gần. Ngoài ra, còn có giải pháp thay thế lithium bằng sodium, có các đặc tính gần giống lithium nhưng có sẵn hơn.

2. Công nghệ pin an toàn:

Một ưu tiên khác là cho ra đời thế hệ pin an toàn hơn. Một lĩnh vực cần cải thiện là chất điện phân, môi chất trung gian, thường là chất lỏng, cho phép dòng điện tích từ cực dương, hoặc cực âm của pin đến cực âm, hoặc ngược lại. Khi sử dụng pin, các hạt mang điện trong chất điện phân chuyển động xung quanh để cân bằng điện tích của dòng điện đi ra khỏi pin. Chất điện phân thường chứa các vật liệu dễ cháy khi bị rò rỉ, làm pin quá nhiệt bắt lửa, hoặc tan chảy.

Các nhà khoa học đang phát triển chất điện phân rắn, giúp pin mạnh hơn và an toàn hơn. Việc các hạt di chuyển trong chất rắn khó hơn nhiều so với chất lỏng, các kết quả đáng khích lệ ở quy mô phòng thí nghiệm cho thấy những loại pin này có thể sẵn sàng để sử dụng cho xe điện thương mại hóa sớm nhất là vào năm 2026. Pin thể rắn sẽ phù hợp cho các thiết bị điện tử tiêu dùng và xe điện. Để lưu trữ năng lượng quy mô lớn, các nhà khoa học đang theo đuổi các thiết kế hoàn toàn bằng chất lỏng được gọi là pin dòng chảy.

Trong các thiết bị này, cả chất điện phân lẫn điện cực đều là chất lỏng. Điều này cho phép sạc siêu nhanh và giúp dễ dàng tạo ra những khối pin khổng lồ. Hiện tại những hệ thống này rất đắt, nên các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu để hạ giá thành.

3. Lưu trữ ánh sáng mặt trời dưới dạng nhiệt:

Các giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo khác có chi phí thấp hơn pin trong một số trường hợp. Ví dụ, các nhà máy điện mặt trời tập trung (Concentraded Solar Power - CSP) sử dụng gương để gom ánh sáng mặt trời, làm nóng hàng trăm, hoặc hàng nghìn tấn muối cho đến khi nó tan chảy. Sau đó, muối nóng chảy được sử dụng để điều khiển máy phát điện, giống như than đá, hoặc năng lượng hạt nhân được sử dụng để đốt nóng hơi nước và điều khiển máy phát điện trong các nhà máy truyền thống.

Những vật liệu được nung nóng này cũng có thể được lưu trữ để sản xuất điện khi trời nhiều mây, hoặc thậm chí vào ban đêm. Cách tiếp cận này cho phép năng lượng mặt trời tập trung hoạt động suốt ngày đêm, hay liên tục. Ý tưởng trên rất phù hợp để sử dụng cho các công nghệ phát điện không cực. Ví dụ, điện được tạo ra từ năng lượng gió có thể được sử dụng để làm nóng muối để sử dụng sau khi trời không có gió.

Giá thành điện từ CSP vẫn còn tương đối đắt. Để cạnh tranh với các hình thức sản xuất và lưu trữ năng lượng khác, hiệu quả cần được cải tiến thêm. Một cách để đạt được điều này là tăng nhiệt độ mà muối được nung nóng, cho phép sản xuất điện hiệu quả hơn. Thật không may, các muối hiện đang sử dụng không ổn định ở nhiệt độ cao. Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu để phát triển các loại muối mới, hoặc các vật liệu khác có thể chịu được nhiệt độ cao tới 1.300 độ F (khoảng 705oC).

Ý tưởng tiên phong để đạt được nhiệt độ cao hơn là làm nóng cát thay vì muối, có thể chịu được nhiệt độ cao hơn. Cát sau đó sẽ được di chuyển bằng băng tải từ điểm gia nhiệt đến kho chứa. Bộ Năng lượng Mỹ gần đây đã công bố tài trợ cho một nhà máy điện mặt trời tập trung thí điểm dựa trên ý tưởng mới mẻ nói trên.

Nhiên liệu tái tạo cao cấp:

Pin rất hữu ích cho việc lưu trữ năng lượng trong thời gian ngắn và các nhà máy điện mặt trời tập trung có thể giúp ổn định lưới điện. Tuy nhiên, các công ty điện lực cũng cần lưu trữ nhiều năng lượng trong khoảng thời gian không xác định, nhất là đối với nhiên liệu tái tạo như hydro và amoniac. Các công ty điện lực sẽ tích trữ năng lượng trong các nhiên liệu này bằng cách sản xuất chúng với nguồn điện dư thừa, khi các tua bin gió và các tấm pin mặt trời tạo ra nhiều điện hơn những gì cần.

Hydro và amoniac chứa nhiều năng lượng hơn mỗi pound (trọng lượng) so với pin, vì vậy, chúng hoạt động ở những nơi không có pin. Ví dụ, chúng có thể được sử dụng để vận chuyển hàng hóa nặng và vận hành thiết bị hạng nặng và làm nhiên liệu cho tên lửa. Ngày nay, những loại nhiên liệu này chủ yếu được làm từ khí tự nhiên, hoặc các nhiên liệu hóa thạch không thể tái sinh, thông qua các phản ứng cực kỳ kém hiệu quả. Nếu coi nó như một loại nhiên liệu xanh, thì hầu hết khí hydro ngày nay lại được tạo ra từ khí tự nhiên.

Các nhà khoa học đang tìm cách sản xuất hydro và các loại nhiên liệu khác bằng cách sử dụng điện từ NLTT. Ví dụ, có thể sản xuất nhiên liệu hydro bằng cách sử dụng điện tách các phân tử nước. Thách thức chính là tối ưu hóa quy trình để làm cho nó hiệu quả và tiết kiệm. Phần thưởng tiềm năng cho ý tưởng này là rất lớn - đó chính là năng lượng tái tạo hoàn toàn không bao giờ cạn kiệt.

Tham khảo nhanh về lưu trữ năng lượng của Việt Nam:

Nguồn tin từ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cho biết: Nguồn phát điện mặt trời hiện chiếm tỷ trọng khoảng 25% tổng công suất đặt của toàn hệ thống. Tuy nhiên, sự phát triển nóng của nguồn điện này đã dẫn đến hiện tượng quá tải vào thời điểm buổi trưa (từ 10h00 - 14h00) do phụ tải thấp và bức xạ điện mặt trời tốt nhất trong ngày. Trong khi giờ cao điểm sử dụng điện lại rơi vào khoảng từ 17h00 - 18h30 và lúc này không còn ánh nắng mặt trời.

Điều này đã bộc lộ những khó khăn, bất cập trong vận hành hệ thống điện. Để đảm bảo cung cấp điện, hệ thống điện luôn cần phải duy trì sẵn sàng một số tổ máy phát điện truyền thống có khả năng linh hoạt khi có nhu cầu phủ đỉnh (tiêu thụ điện ở mức cao nhất). Trong khi đó, lưới điện truyền tải hiện không theo kịp sự phát triển của nguồn điện, cho nên đòi hỏi rất cần thiết là phải đưa công nghệ lưu trữ điện năng vào đồng hành với phát triển NLTT.

Thực tế tại Việt Nam, nhiều khách hàng khi lắp đặt điện mặt trời đã tính đến các giải pháp lưu trữ điện, nhất là tại các khu vực chưa có lưới điện. Việt Nam hiện chưa sản xuất được thiết bị pin, ắc quy trữ điện cho hệ thống năng lượng mặt trời, các thiết bị này bày bán trên thị trường hầu hết đều là hàng nhập khẩu. Điều này đặt ra yêu cầu phải tìm đến giải pháp lưu trữ điện để gia tăng hiệu quả đầu tư, tránh lãng phí nguồn năng lượng./.