Năng Lượng Mặt Trời Sau Một Năm Nhìn Lại Và Vấn đề Công Nghệ Lưu ...

Lưu trữ điện năng - Xu thế tất yếu khi Việt Nam phát triển năng lượng tái tạo Việc phát triển hệ thống tích trữ năng lượng ở Việt Nam khi nguồn điện từ năng lượng tái tạo tăng cao là xu thế tất yếu nhằm đảm bảo vận hành hệ thống điện ổn định, an toàn. Nhưng vấn đề đặt ra là cơ chế đầu tư, vận hành BESS và giá mua điện từ hệ thống (trong chế độ nạp điện), cũng như giá bán điện từ BESS như thế nào? Phân tích của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Lưu trữ điện và công nghệ nâng cao hiệu suất nguồn năng lượng tái tạo Việt Nam Với cam kết mạnh mẽ của Thủ tướng Chính phủ Việt Nam tại Hội nghị COP26: “Việt Nam sẽ đưa phát thải khí nhà kính về “0” ròng vào năm 2050”, việc tăng tỷ lệ điện gió và mặt trời trong hệ thống nguồn điện cần được hết sức ưu tiên. Tuy là nguồn năng lượng sạch nhưng tính không ổn định của hai loại điện này đang gây khó khăn và làm tăng chi phí vận hành hệ thống điện Việt Nam. Việc ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng/điện trở nên cần thiết, quan trọng, cả hiện tại và trong tương lai. Hội thảo khoa học “Ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng và Công nghệ nâng cao hiệu suất cho các dự án năng lượng tái tạo của Việt Nam” vừa được Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam tổ chức tại Hà Nội. Hội thảo là cơ hội để các bên liên quan chia sẻ về nhu cầu, các thách thức và kinh nghiệm trong việc áp dụng các hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) tại Việt Nam.

Những đột phá về năng lượng mặt trời (NLMT) năm 2021:

Theo trang tin công nghệ trực tuyến Mỹ Earthandhuman (EHC) cập nhật cuối tháng 11/2021 cho hay: NLMT là nguồn năng lượng tái tạo vô tận thiên nhiên mang đến cho con người. Đây là nguồn năng lượng phát triển nhanh nhất ở nhiều nơi trên thế giới hiện nay. Nó được kỳ vọng sẽ vượt cả thủy điện, và là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới vào năm 2030.

Trong năm 2021 lĩnh vực điện mặt trời phát triển vô cùng sôi động, với nhiều sản phẩm được đưa vào ứng dụng. Dẫn đầu là pin năng lượng mặt trời hay tấm quang điện. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). Chúng được dùng như cảm biến ánh sáng, hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng.

Theo trang tin worldpopulationreview (WPRC): Có 10 quốc gia sản xuất nhiều điện mặt trời nhất năm 2021 (ĐV tính MW) gồm: Trung Quốc (175.018), Mỹ (62.200), Nhật Bản (55.500), Đức (45,930), Ấn Độ (26.869), Italia (20.120), Anh (13.108), Australia (11.300), Pháp (9,483) và Hàn Quốc (7.862).

Tiếp đến là xe ô tô chạy bằng NLMT cho phép xe điện sạc lại mà không cần dừng lại. Xe ô tô NLMT có các tế bào quang điện được tích hợp vào xe, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. NLMT được lưu trữ trong pin, cho phép hoạt động vào cả ban đêm hoặc khi không có ánh sáng mặt trời trực tiếp. Một số lợi thế của ô tô điện mặt trời là tiết kiệm xăng và thân thiện với môi trường. Không có thêm chi phí nào khác ngoài pin, không gây ô nhiễm môi trường, không khí và phát sinh tiếng ồn.

Cùng với xe chạy điện mặt trời là kính NLMT dùng trong xây dựng, như cửa sổ NLMT, có cơ chế giống như tế bào quang điện. Biến đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng mà không cần đến các phụ kiện. Lợi thế là làm giảm độ chói nhiệt và tạo ra môi trường nội thất tiện nghi, dễ chịu. Nó làm giảm chi phí điện năng và tiết kiệm năng lượng bằng cách giảm nhiệt tăng trong không gian, thậm chí có thể thay cả máy điều hòa nhiệt độ.

Tuyến đường năng lượng mặt trời (Solar Roads) đã và đang được xây dựng ở nhiều nơi, chúng chịu được nhiều áp lực, tạo ra nhiều năng lượng mặt trời ngay cả khi được bao phủ trong các vật liệu khác. Trung Quốc, Pháp và Hà Lan là những nước tiên phong trong lĩnh vực này.

Sơn năng lượng mặt trời có thể tạo ra điện, nhưng cũng có tác dụng như sơn thông thường. Loại sơn này có chứa hàng nghìn hạt vật liệu nhạy nhiệt được nhúng trong đó để tạo ra khả năng thu gom năng lượng. Với việc ra đời sơn NLMT đã tạo ra giải pháp “một mũi tên trúng 2 đích” vừa thay thế sơn thông thường lại kiêm chức năng sản sinh điện, tiết kiệm hóa đơn tiền điện cho người tiêu dùng.

Pin lưu trữ năng lượng, đây không phải là pin điện thông thường mà là pin dự trữ năng lượng mặt trời trong vài tháng, giải phóng nhiệt theo nhu cầu. Bức xạ UV được hấp thụ bởi các phân tử cụ thể được kết hợp trong mạng tinh thể. Năng lượng được giải phóng khi vật liệu được hâm nóng. Theo nghiên cứu, vật liệu này có thể giữ được năng lượng trong hơn 4 tháng. Nó có thể sử dụng cách tiếp cận sáng tạo để sưởi ấm các ngôi nhà vào mùa đông bằng cách tái sử dụng năng lượng cho mùa hè.

Sự ra đời các loại tế bào quang điện mỏng (solar cells) có thể thu được tới 46% năng lượng của mặt trời thay vì 18 - 22% ở pin thông thường. Do trọng lượng nhẹ nên thích hợp để che phủ các khu vực rộng lớn. Hiệu suất thu năng lượng mặt trời của tấm năng lượng mặt trời màng mỏng hiện là khoảng 13%. Mặt khác, vật liệu năng lượng mặt trời có hiệu quả hơn trong các tình huống thiếu sáng.

Các thiết bị năng lượng như tháp năng lượng mặt trời, có thể sản xuất điện năng dồi dào, sạch và giá cả phải chăng. Tháp năng lượng mặt trời có hình trụ nằm ở khu vực khô nóng. Ở giữa sa mạc, những tua bin đó phát điện, nó có thể chạy cả ngày lẫn đêm. Ngoài ra, còn có tấm pin mặt trời tự phục hồi, pin mặt trời tự sưởi ấm...

Sản xuất và lưu trữ điện mặt trời ở Việt Nam:

Theo Bách khoa thư mở: Điện mặt trời ở Việt Nam thuộc nhóm công nghiệp năng lượng mới nổi, được nhập cuộc theo sự phát triển nguồn năng lượng tái tạo chung của thế giới, sự nhập khẩu khoa học kỹ thuật, đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển nguồn năng lượng khi các nguồn thủy điện lớn đã khai thác hết, các thủy điện nhỏ không đảm bảo lợi ích mang lại so với thiệt hại môi trường mà nó gây ra. Mặt khác, Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời, gió, do ở gần xích đạo và tồn tại những vùng khô nắng nhiều như các tỉnh Nam Trung bộ. Vì thế điện mặt trời cùng với điện gió đang được Việt Nam khuyến khích phát triển.

Tính đến hết năm 2020, tổng công suất lắp đặt về điện mặt trời trên cả nước đã đạt tới khoảng 19.400 MWp; toàn bộ sản lượng điện phát từ điện mặt trời trên toàn quốc trong cả năm 2020 đạt 10,6 tỷ kWh.

Theo Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN): 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. Theo giới phân tích năng lượng, Việt Nam cần sớm có chính sách thúc đẩy ứng dụng giải pháp lưu trữ điện năng với các nhà máy năng lượng tái tạo, hoặc lưu trữ cho toàn hệ thống để không lãng phí nguồn đầu tư hiện tại của xã hội. Cần xem lưu trữ năng lượng là xu hướng tất yếu để giúp quá trình chuyển đổi năng lượng hiệu quả theo tiến độ chung của thế giới.

Pin CO2 mới làm giảm một nửa chi phí lưu trữ năng lượng mặt trời:

Tương lai sẽ có loại pin CO2 mới, giúp làm giảm một nửa chi phí lưu trữ năng lượng mặt trời (NLMT). Hướng đi mới mang tính tất yếu, hỗ trợ năng lượng tái tạo phát triển, giúp nhân loại sớm đạt mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050. Công ty Energy Dome của Ý vừa thông báo cho biết họ đã gọi vốn thành công 11 triệu USD để bắt tay vào dự án phát triển công nghệ cho pin CO2 mới. Công nghệ tăng cường đáng kể khả năng lưu trữ NLMT ban ngày khi dư thừa năng lượng, và xả vào giờ cao điểm và ban đêm. Nó làm giảm đáng kể vấn đề suy giảm hiệu suất thường gặp ở pin lithium-ion truyền thống.

Theo Energy Dome, công nghệ nói trên ra đời sẽ làm cho lĩnh vực NLMT và năng lượng gió có thể hoạt động theo yêu cầu của đơn vị vận hành lưới điện, và nhu cầu của thị trường, và hoạt động được 24 giờ mỗi ngày, nhất là khi các dự án trang trại NLMT khổng lồ đang mọc lên ở nhiều nơi. Không giống pin lithium-ion, giảm đáng kể hiệu suất sau khoảng một thập kỷ sử dụng, pin CO2 duy trì hiệu suất tương tự trong suốt 25 năm đời dự án. Điều này có nghĩa, chi phí lưu trữ năng lượng chỉ bằng một nửa so với pin lithium-ion có không gian lưu trữ như nhau.

Pin CO2 của Energy Dome sử dụng carbon dioxide theo một chu trình khép kín, trong đó nó được chuyển hóa từ khí sang chất lỏng và sau đó trở lại thành khí. “Mái vòm” được công ty đặt tên là ngăn chứa khí khí quyển có thể bơm được, chứa đầy CO2 dạng khí. Khi sạc, hệ thống sử dụng nguồn điện lưới, cung cấp năng lượng cho một máy nén hút CO2 từ mái vòm và nén lại, tạo ra nhiệt đưa đến thiết bị lưu trữ nhiệt năng. CO2 sau đó được hóa lỏng và lưu trữ trong các bình ở nhiệt độ môi trường xung quanh, hoàn thành chu trình tích điện.

Chu trình đảo ngược nếu là phóng điện bằng cách làm bay hơi chất lỏng đó, thu hồi nhiệt từ hệ thống lưu trữ nhiệt năng, và “giãn nở” CO2 nóng để đưa vào tua bin dẫn động máy phát điện. Pin CO2 của Energy Dome có dung lượng lưu trữ khoảng 200 MWh.

Claudio Spadacini, người sáng lập kiêm giám đốc điều hành của Energy Dome cho hay, trong bối cảnh năng lượng tái tạo (NLTT) phát triển sôi động, các hệ thống lưới điện trên toàn thế giới cần được nâng cấp để tích năng hiệu quả, trong đó pin CO2 của Energy Dome là một trong những giải pháp khả thi và tình thế để đạt mục tiêu này.

Điều quan trọng hơn, pin CO2 sẽ không giải phóng bất kỳ khí CO2 nào trong quá trình sạc và xả. Tuy nhiên, Energy Dome có thể phải cần lượng lớn CO2 để mở rộng quy mô sản xuất trong tương lai. Dự kiến, Energy Dome có thể sử dụng khí được khai thác bởi các nhà máy loại carbon, như cơ sở thu giữ không khí trực tiếp (DAC) đang được xây dựng ở Anh. Điều này đồng nghĩa, pin CO2 sẽ nâng cao đáng kể khả năng lưu trữ năng lượng tái tạo, đồng thời giúp thế giới loại bỏ khí nhà kính, chuyển nó sang năng lượng tái tạo ngay từ đầu, khi mới được tạo ra./.

KHẮC NAM (THEO: GTC/EHO/IEC/VWO/WPRC-12/2021)

Link tham khảo:

1/ https://www.greentechmedia.com/articles/read/10-solar-and-storage-trends-for-2021

2/ https://earthandhuman.org/solar-energy-breakthroughs/

3/ https://interestingengineering.com/new-co2-battery-can-halve-the-cost-of-solar-energy-storage

4/ https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_m%E1%BA%B7t _tr%E1%BB%9Di_%E1%BB%9F_Vi%E1%BB%87t_Nam

5/ https://worldpopulationreview.com/country-rankings/solar-power-by-country