Khi quá trình chuyển đổi toàn cầu sang năng lượng tái tạo tăng tốc, việc lưu trữ điện được tạo ra từ các nguồn không liên tục, chẳng hạn như năng lượng mặt trời và gió, trở nên cấp thiết hơn. Sản lượng điện thường giảm mạnh khi mặt trời lặn hoặc gió yếu. Đồng thời, nhu cầu có thể tăng đột biến, gây áp lực lên lưới điện vốn đang phải giải quyết những căng thẳng của tương lai điện khí hóa.
Trong bối cảnh này, pin trọng lực trở thành "cứu cánh". Phương pháp này hiện đang được thử nghiệm dưới nhiều hình thức khác nhau trên toàn thế giới, hứa hẹn sẽ cung cấp một giải pháp thay thế sạch hơn, bền hơn và linh hoạt hơn cho pin lithium-ion.
Nhu cầu cấp thiết về lưu trữ năng lượng lớn
Sự gia tăng của xe điện (EV) cho thấy tương lai nhu cầu điện có thể tăng vọt. Đồng thời, tốc độ mở rộng của các ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), đòi hỏi sức mạnh tính toán khổng lồ, làm tăng nhu cầu về năng lượng ổn định, đáng tin cậy. Các lưới điện truyền thống có thể gặp khó khăn trong việc cân bằng các đầu vào năng lượng. Do đó, lưu trữ năng lượng quy mô lớn - thường được đo bằng megawatt-giờ (MWh) hoặc gigawatt-giờ (GWh) - là điều cần thiết để đảm bảo khả năng cung cấp điện bất cứ khi nào cần.
Một giải pháp được ưa chuộng cho đến nay là pin lithium-ion. Mặc dù phổ biến và được hiểu tương đối rõ, công nghệ lithium-ion vẫn có những vấn đề chưa thể giải quyết. Việc khai thác lithium và một số nguyên tố đất hiếm có thể gây tổn hại đến môi trường và xã hội.
Pin lithium-ion còn bị xuống cấp theo thời gian, mất đi dung lượng và chúng đặt ra những thách thức trong việc tái chế. Chi phí của chúng dao động theo địa chính trị và sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng - Trung Quốc hiện kiểm soát khoảng 72% thị trường lithium-ion. Những yếu tố này thúc đẩy các quốc gia và công ty tìm kiếm các giải pháp thay thế.
Hình minh họa
Pin trọng lực hoạt động như thế nào?
Pin trọng lực tận dụng năng lượng tiềm tàng, cách thức tạo điện này ít nhiều tương tự với công nghệ đập thủy điện hiện hành. Pin sẽ sử dụng năng lượng để nâng một vật nặng lên cao hoặc lên đỉnh của một trục sâu. Sau đó, khi cần năng lượng, tời sẽ từ từ hạ vật nặng xuống và tạo ra điện từ chuyển động của cáp. Năng lượng thế hấp dẫn không mất dần theo thời gian, miễn là các bộ phận cơ học vẫn hoạt động, năng lượng được lưu trữ có thể được giải phóng khi cần.
Sáng kiến táo bạo của Trung Quốc với EVx
Ví dụ nổi bật nhất về sự chuyển dịch sang lưu trữ trọng lực này là Energy Vault (một công ty Thụy Sĩ) và chính phủ Trung Quốc hợp tác để tạo ra hệ thống EVx.
Tòa nhà EVx là một tòa tháp cơ khí khổng lồ cao hơn 120 mét, dùng để nâng những khối khổng lồ nặng 24 tấn trong quá trình dư thừa năng lượng. Khi lưới điện cần nhiều điện hơn, các khối được hạ xuống và năng lượng tiềm tàng của chúng được chuyển đổi trở lại thành điện.
Với công suất cực đại là 25 MW và tổng công suất là 100 MWh, EVx có hiệu suất khứ hồi dự kiến là hơn 80%. Tuổi thọ hoạt động ước tính là 35 năm. Những con số này cho thấy đây là giải pháp bền vững lâu dài.
Mỗi khối được làm từ các vật liệu có sẵn, chẳng hạn như đất, cát hoặc chất thải tái chế. Việc xây dựng tòa tháp dựa vào lao động và tài nguyên địa phương. Điều này giúp chi phí thấp hơn so với việc dựa vào lithium nhập khẩu hoặc các kim loại hiếm khác.
Khi Trung Quốc đẩy mạnh phát triển năng lượng tái tạo, nhiều dự án EVx được lên kế hoạch, từ hệ thống 100 MWh đến 660 MWh, thậm chí là một dự án lắp đặt 2 GWh được đề xuất tại Nội Mông. Tổng cộng, chi phí vốn cho các nhà máy này hơn 1 tỷ USD (khoảng 25.400 tỷ đồng).
Dự án vẫn đang trong giai đoạn xây dựng. Ảnh: Energyvault
Lưu trữ thủy điện bơm là công nghệ đã có từ hàng thế kỷ, đưa nước từ hồ chứa thấp hơn lên hồ chứa cao hơn bằng cách sử dụng năng lượng dư thừa, sau đó giải phóng nước để tạo ra điện khi cần. Tuy nhiên, thủy điện bơm đòi hỏi các đặc điểm địa lý cụ thể. Việc xây dựng đập mới có thể gây tranh cãi do các vấn đề về môi trường, xã hội và đa dạng sinh học.
Pin trọng lực sử dụng các khối rắn và bỏ qua những vấn đề này bằng cách loại bỏ nhu cầu về nước hoặc địa hình đồi núi. Chúng có thể được lắp đặt ở nhiều địa điểm hơn so với thủy điện bơm, miễn là có đủ không gian thẳng đứng trong các tòa nhà cao tầng hoặc giếng ngầm.
