PDA

View Full Version : Công nghệ lưu trữ năng lượng



Jindo
05-02-2012, 12:06 AM
http://3.bp.blogspot.com/-5mmMYP7H3hk/T5A6R7Upj7I/AAAAAAAAB4A/6MmUkZxyvNI/s1600/nang+luong+xanh+1.jpg

Mùa hè năm ngoái ở Texas được nghi nhận là nóng nhất. Và nhu cầu về điện đã tăng vọt do hoạt động mạnh của máy điều hòa trên khắp tiểu bang. Hội đồng về sự có sẵn điện của Texas (ERCOT) quản lý mạng lưới dây dẫn của bang đã tránh phải áp đặt lệnh cúp điện. Để làm được điều đó, ERCOT đã phải mua tất cả điện có thể tìm thấy trên thị trường giao ngay, trong một số trường hợp nó phải thanh toán một mức cước “trong nước mắt” gấp 30 lần giá bình thường.
Xét trên giấy thì ERCOT có dư năng lượng (điện) cung cấp cho toàn bang. Trong báo cáo năm 2010, tổng công suất phát điện là 84.400 megawatts (MW), cao hơn so với đỉnh điểm nhu cầu mùa hè năm đó là 68.294MW. Về lý thuyết, tổng công suất trên là đủ sản xuất khoảng 740 tỷ kilowatt giờ (kWh) điện một năm và nhiều hơn gấp đôi nhu cầu chỉ vào khoảng 319 tỷ kWh của người dân toàn bang trong năm 2010. Tuy nhiên, trong sự phát điện thì tổng số và trung bình phát ra là thiếu sự đồng nhất (thay đổi theo mùa). Một vấn đề là năng lượng gió chiếm 9.500 MW tổng công suất của ERCOT, và gió thì không phải lúc nào cũng thổi. Mà gió (biển) lại mạnh nhất vào ban đêm khi nhu cầu sử dụng thấp. Hơn nữa, cơ quan công quyền yêu cầu các công ty năng lượng phải duy trì khả năng cung cấp điện cao hơn so với nhu cầu ước tính một ngưỡng an toàn khoảng 13.75% để đảm bảo nguồn điện luôn có sẵn (không bị cúp).
Nếu ERCOT có thể lưu trữ năng lượng dư thừa từ các tua-bin gió vào ban đêm để sử dụng sau này lúc cao điểm thì sẽ không có “mức phí trong nước mắt”. Sự chuyển đổi này sẽ bù đắp để nguồn điện do tua-bin và năng lượng mặt trời tạo ra được liên tục, dễ dàng tích hợp lên lưới điện hơn hay tuyến tính hơn với nhu cầu của người dân. Việc lưu trữ này cũng sẽ giải quyết vấn đề quá tải giờ cao điểm, phải sử dụng máy phát điện hay phải mua điện giá cao từ đó sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí.
Vậy câu trả lời là sử dụng Pin khổng lồ? Mặc dù pin có thể cung cấp nguồn điện ổn định trong thời gian ngắn nhưng nó không thể đủ công suất để vừa lưu trữ, cung cấp điện cho một lưới điện quy mô lớn hàng trăm MW hay hàng nghàn MW. Vì vậy cần có một công nghệ mới nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, và đã có nhiều ý tưởng mới được định hướng bởi xu thế sử dụng nguồn năng lượng tái tạo rộng rãi hiện nay.
Nó có tiềm năng?
Hình thức được sử dụng rộng rãi nhất là lưu trữ một lượng lớn năng lượng bằng phương pháp “bơm lưu trữ thủy điện” (PSH), nó tận dụng sự kết hợp đơn giản của nước và trọng lực để kiểm soát nguồn điện cung cấp phù hợp với từng thời điểm của nhu cầu sử dụng. Thiết bị bơm thủy điện thường tận dụng lợi thế địa hình tự nhiên, và được xây dựng hai hồ chứa ở những độ cao khác nhau. Điện ngoài giờ cao điểm được sử dụng để bơm nước từ hồ phía dưới lên hồ chứa phía trên, chuyển điện năng này thành năng lượng tiềm năng. Khi nhu cầu lên cao, nước được xả từ hồ chứa phía trên xuống làm quay tuabine tạo ra điện. PSH chiếm hơn 99% dung lượng (năng lượng) lưu trữ trên toàn thế giới vào khoảng 127.000MW, theo Viện nghiên cứu điện lực (EPRI) – một bộ phận nghiên cứu của Ủy ban năng lượng Hoa Kỳ.

Tuy nhiên, bất chấp sự thống trị của nó, PSH truyền thống bị hạn chế khả năng mở rộng do vị trí cần thiết cho một hệ thống như vậy là rất ít, rất xa lưới điện. Và kết quả là có một số công ty đang đề ra các hình mẫu mới của PSH.
Một ý tưởng đầy tham vọng (hình trên) với khái niệm “năng lượng đảo xanh” của Gottlieb Paludan do một công ty kiến trúc của Đan Mạch cùng với các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Đan Mạch sáng tạo ra. Năng lượng đảo xanh được thiết kế như một hòn đảo nhân tạo với các toa bin gió xung quanh một hồ chứa sâu trung tâm. Khi gió thổi, năng lượng được sử dụng để bơm nước khỏi hồ chứa ra biển. khi nhu cầu điện tăng cao, nước biển sẽ được cho chảy vào hồ chứa làm quay tua-bin để sản xuất điện.


http://2.bp.blogspot.com/-SxBCW8kyGeM/T5A6RZI_HRI/AAAAAAAAB38/8xie-PBCeCs/s1600/nang+luong+xanh+2.jpg

Năng lượng hấp dẫn là một hệ thống đã được phát minh tại California dựa trên hai trục nước đầy, một trục lớn hơn trục còn lại và được kết nối ở cả hai đầu. Nước được bơm qua trục nhỏ để đẩy piston trong trục lớn, khi nhu cầu điện tăng piston sẽ được hạ xuống đẩy nước chảy qua một máy phát điện để tạo ra điện. Do tính chất nhỏ gọn của hệ thống này nên nó có thể được cài đặt gần các khu vực có nhu cầu cao về điện và có thể thêm mô-đun khi cần thiết – Giám đốc công ty Tom Mason.
Một công ty khác đang tìm cách khai thác tiềm năng của lực hấp dẫn là Advanced Rail Anergy Storage (ARES) ở Monica, Califonia. Hệ thống của ARES là chỉnh sửa hệ thống đường sắt ở những đoạn đặc biệt. Điện ngoài giờ cao điểm sẽ được sử dụng để đưa tàu lên cao (đỉnh đồi). Và khi nhu cầu sử điện tăng cao, những chiếc tàu sẽ được thả ra, chuyển động lao xuống của chúng sẽ làm hoạt động máy phát điện. Giống như PSH, hệ thống ARES yêu cầu một địa hình đặc thù. Tuy nhiên, William Peitzke giám đốc của công ty nói rằng: ARES cung cấp nhiều năng lượng hơn cho cùng một chiều cao (so với PSH). Và nó hiệu quả hơn với một chuyến đi vòng – tỷ lệ năng lượng tạo ra hơn 85% so với 70-75% của PSH. Một hệ thống mô hình thực tế đang được xây dựng tại California, và có thể hoạt động vào năm 2013.

Hình mẫu lớn thứ hai về lưu trữ năng lượng là lưu trữ năng lượng khí nén (CAES). Giống như PSH, hình thức này nén không khí lại và lưu trữ nó trong một kho lớn, chẳng hạn như các hang động muối dưới lòng đất. Vào giờ cao điểm, không khí sẽ được phát ra làm quay một tua-bin. Chỉ có hai CAES đang hoạt động: một tại Huntorf (Đức) và một ở Mclntosh (Alabama). Điểm hạn chế lớn nhất của CAES là không hiệu quả vì trong thực tế, nhà máy tại Huntorf chỉ có hiệu quả 42% và nhà máy tại Alabama cũng không tốt hơn là bao. Vấn đề là khi không khí bị nén lại thì nóng lên và lạnh đi khi loãng dần. Do đó hệ thống CAES trong thực tế bị mất năng lượng trong quá trình nén lại do nhiệt sinh ra và phải làm nóng không khí trước khi xả ra. Người ta thường dung khí ga tự nhiên để tạo ra năng lượng này (làm nóng) nên nó làm giảm hiệu quả và làm phát thải khí nhà kính.
Hiện tại, đang có những nỗ lực để nhằm làm cho CAES với những ý tưởng căn bản có hiệu quả tương đương với cách lưu trữ thủy điện PSH. RWE đang làm việc với GE và các tổ chức khác để thương mại hóa một hệ thống khí nén có thể thu lại lượng nhiệt phát sinh trong quá trình nén khí, lưu trữ và tái sử dụng nó trong quá trình xả khí. Như vậy sẽ không cần phải bổ sung nguồn nhiệt (bằng khí metan). Sau khi chứng minh tính khả thi của các ý tưởng này, họ cũng phải vượt qua các rào cản kỹ thuật bao gồm việc nén khí với áp suất gấp 70 lần áp suất không khí, và các vật liệu bằng gốm để lưu trữ nhiệt lên tới 600oC. Và để hiện thực hóa ý tưởng này, một nhà máy công suất 90MW đang được xây dựng tại Strasfurt (Đức) sẽ phát điện vào năm 2013.

Một số hình thức CAES nhỏ hơn, hiệu quả hơn đang được phát triển. SustainX, một công ty tách ra từ trường Đại Học kỹ thuật Dartmouth và được hỗ trợ bởi Cục Nẵng Lượng Mỹ (DOE), GE. Họ đang phát triển cái gọi là “CAES đẳng nhiệt” để loại bỏ nhiệt từ khí nén bằng cách bơm hơi nước. Nước sẽ hấp thụ nhiệt, sau đó được lưu trữ và sẽ được bơm lại vào không khí trong suốt quá trình xả. Và thay vì phải nén khí trong hang muối, SustainX sử dụng ống thép tiêu chuẩn để lưu trữ khí nén, điều này cho phép hệ thống có thể được thiết lập tại bất kỳ đâu. Công ty này đã xây dựng một nhà máy 40 KW và đang hợp tác cùng AES để xây dựng một hệ thống 1-2MW. General Compression (một công ty owe Massachusetts) cũng được DOE hỗ trợ đang phát triển một hệ thống đẳng nhiệt CAES tập trung vào việc hỗ trợ các tua-bin gió. Với sợ hỗ trợ của ConocoPhillips, một nhà máy khổng lồ 2MW đang được xây dựng tại Texas.

Một cách khác để lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiệt là cách tiếp cận theo dòng đẳng isentropic của một công ty ở Cambridge (Anh) với một hệ thống gọi là bơm lưu trữ nhiệt điện (PHES). Hệ thống này dung khí argon để truyền nhiệt giữa hai bể lớn chứa đầy sỏi. Năng lượng đi vào động cơ nhiệt (máy bơm nhiệt) nén và làm nóng khí argon tạo ra nhiệt độ khác biệt giữa hai bể chứa, một bể có nhiệt độ 500oC và bể còn lại khoảng -160oC. Trong giờ cao điểm, máy bơm nhiệt sẽ chạy theo chiều ngược lại như lầ một động cơ nhiệt, xả và làm lạnh khí argon và tạo ra điện. Hệ thống này có hiệu quả khoảng 72-80% tùy thuộc vào kích cỡ của hệ thống.

BrightSource Energy một công ty có trụ sở tại Oakland (California) đã ký kết một thỏa thuận với California Edison để thực hiện một hệ thống lưu trữ năng lượng bằng muối nóng chảy. BrightSource tạo ra điện bằng cách sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời dưới sự điều khiển của máy tính được gọi là “kính định nhật” (kính xoay theo hướng mặt trời) nhằm tập trung sức nóng của ánh sáng mặt trời để đun sôi nước làm quay tua bin. Nhưng phương pháp này chỉ hoạt động khi mặt trời chiếu sáng. Hệ thống lưu trữ năng lượng gọi là SolarPLUS, sử dụng bộ trao đổi nhiệt để chuyển nhiệt tạo ra bởi kính định nhật vào muối nóng chảy. Khi cần, lượng nhiệt này sẽ chảy ngược lại thông qua tua-bin hơi nước để tạo ra điện. Điều này cho phép nhà máy BrightSource cung cấp năng lượng ngay cả khi trời tối, lưới điện được vận hành linh hoạt hơn so với chỉ dung các tấm pin năng lượng mặt trời. BrightSource sẽ trang bị cho ba nhà máy của mình hệ thống SolarPLUS.

Thay đổi quy luật

Thị trường tiềm năng là rất lớn: theo Pike Research, một công ty nghiên cứu thị trường thì sẽ có 122 tỷ USD được đầu tư vào các dự án năng lượng dự trữ trong khoảng thời gian từ năm 2011 đến 2021. Và các hình thức mới của CAES sẽ là ưu tiên đầu tư hang đầu. Chính phủ và các nhà quản lý đang ngày càng quan tâm hơn tới công nghệ để đi tới màu xanh. California đã thông qua một đạo luật yêu cầu các nhà máy điện phải xem xét lưu trữ năng lượng trong dự án của họ. Bộ môi trường Đức đã đề xuất một dự án vào năm ngoái để đánh giá sự phát triển của công nghệ và kinh phí cho việc lưu trữ năng lượng. Còn chính phủ Anh đang xây dựng quỹ “mạng carbon thấp” để xây dựng các dự án mẫu.
Chuyển đổi thời gian sẽ bù đắp để năng lượng được cung cấp từ gió, năng lượng mặt trời được liên tục, hiệu quả.


Theo: vutranthuan.blogspot.com