no comments

Máy nén khí có thể là nguồn năng lượng thay thế tiếp theo không?

Khi các công ty trên khắp thế giới vội vã tìm một giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, khí nén cung cấp lưu trữ năng lượng bền vững và tiết kiệm chi phí.

Ngành công nghiệp năng lượng phần lớn thúc đẩy tầm nhìn toàn cầu cho một tương lai bền vững hơn. Gió, năng lượng mặt trời và một số giải pháp năng lượng khác đang trở nên phổ biến – và tài trợ – ở mức cao hơn bao giờ hết.

Trong khi sản xuất năng lượng bền vững đang gia tăng, một thách thức khó khăn cho ngành vẫn là: vấn đề lưu trữ. Tua-bin gió và tấm pin mặt trời cung cấp năng lượng phù hợp cho riêng mình khi trời nhiều gió hoặc nắng, nhưng cần phải có thêm năng lượng lưu trữ cho những ngày bình tĩnh hoặc ban đêm.

May mắn thay, khí nén có thể cung cấp một giải pháp. Một kẻ yếu kém trong cuộc đua về tính bền vững, micro-CAES, có thể là giải pháp lưu trữ năng lượng tối thượng, kết hợp tuổi thọ của các tế bào nhiên liệu với công nghệ lưu trữ năng lượng của pin.

HỆ THỐNG CAES HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO

Về bản chất, các hệ thống CAES hoạt động bằng cách khai thác điện dư thừa để nén không khí để sau đó được lưu trữ trong một tàu khép kín hoặc một hầm ngầm. Năng lượng được lưu trữ có thể được giải phóng suốt cả ngày, bổ sung các nhà máy điện để đáp ứng nhu cầu năng lượng cao nhất trong ngày. Khi năng lượng là cần thiết, các bản phát hành CAES lưu trữ không khí thông qua một tuabin khí tạo ra điện.

Hệ thống CAES bền và bền vững, cho phép chu kỳ sạc và xả vô hạn. Đối lập, trong suốt cuộc đời của họ, pin hóa học chỉ có thể lưu trữ từ 2 đến 10 lần năng lượng cần thiết cho sản xuất của họ. Ngoài ra, pin phải được thay thế trong khoảng thời gian đều đặn, trong khi CAES đáp ứng nhu cầu bảo trì thấp và tuổi thọ lâu hơn do tính bền vững nội tại của chúng.

Một ưu điểm khác của hệ thống CAES trên các hệ thống lưu trữ pin là chúng không cần sử dụng các hóa chất độc hại hoặc hiếm. Các tàu CAES có thể được sản xuất với các vật liệu giá cả phải chăng bởi các doanh nghiệp nhỏ, chứ không phải bởi các nhà sản xuất lớn, những người phải trích xuất các vật liệu như chì, lithium và các nguyên tố đất hiếm từ môi trường. Thêm vào đó, phần kim loại có thể tái chế mà CAES được xây dựng giúp tăng hiệu suất năng lượng tổng thể của chúng.

Hệ thống CAES cũng tiết kiệm chi phí hơn pin. Trong thực tế, pin mang lại ROI năng lượng tiêu cực trong dài hạn do chi phí khai thác vật liệu, sự suy giảm sẵn có của các hóa chất cần thiết trong môi trường, và chi phí bảo trì và thay thế dốc.

Trong khi đầu tư ban đầu của CAES có thể cao hơn hệ thống lưu trữ pin (và tính thực tế là vi-CAES được lắp đặt trên mặt đất có thể đắt hơn hệ thống ngầm), hệ thống CAES mang lại ROI cao hơn nhiều so với pin hóa học nhờ với tuổi thọ và độ tin cậy của họ.

HỆ THỐNG LƯU TRỮ

Hệ thống lưu trữ CAES có thể được thiết kế theo một trong hai cách: lưu trữ áp suất không đổi hoặc lưu trữ thể tích không đổi.

Lưu trữ áp suất không đổi hoạt động bằng cách giữ khí trong bình chứa thể tích biến đổi và bình chứa, được giữ cách hàng trăm mét dưới nước, vẫn ở áp suất không đổi. Trên đỉnh bình chứa là cột nước có áp suất thủy tĩnh có thể giữ cho bình ở áp suất không đổi. Cây trồng vào ban đêm và xả không khí để tạo ra năng lượng trong ngày.

Vì áp suất không khí vẫn không thay đổi bất kể biến động thể tích trong loại hệ thống lưu trữ này, tuabin có thể dễ dàng xử lý tất cả không khí lưu trữ, tối ưu hóa hệ thống cho hiệu quả năng lượng cao. Hệ thống áp suất không đổi cũng rất linh hoạt, với khả năng được đặt ở bất cứ đâu cần thiết.

Lưu trữ khối lượng không đổi cung cấp một giá cả phải chăng hơn – nếu hơi kém hiệu quả – giải pháp. Lưu trữ khối lượng không đổi không yêu cầu cài đặt dưới nước, và thay vào đó liên quan đến một buồng với các bức tường không linh hoạt cao, đảm bảo nhiệt độ không đổi trong khi vẫn cho phép áp suất thay đổi. Loại hệ thống này thường được thực hiện trong hầm ngầm, nhưng các đường ống trên mặt đất cũng có thể được sử dụng để lưu trữ dễ tiếp cận hơn.

Một trong những nhược điểm để lưu trữ khối lượng không đổi là giảm hiệu quả, vì áp lực của hệ thống phải ở trên một mức nhất định để đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn. Kết quả là, không phải tất cả khí nén có thể được sử dụng tại bất kỳ thời điểm nào.

HỆ THỐNG CAES TRUYỀN THỐNG VS. MICRO-CAES

Hệ thống CAES truyền thống thường được coi là một hình thức lưu trữ năng lượng quy mô lớn, thường được so sánh với một nhà máy thủy điện được bơm. CAES truyền thống yêu cầu khả năng tiếp cận các hang động dưới lòng đất bao gồm đá xốp, cho phép thông qua không khí mở rộng. Không khí mở rộng sau đó đi qua một tuabin, do đó, nó tạo ra một máy phát điện.

Tuy nhiên, các hệ thống CAES truyền thống hiếm khi được sử dụng vì sự kém hiệu quả vốn có của chúng. Trên thực tế, do tổn thất năng lượng không thể tránh khỏi, hiệu suất điện-điện cuối cùng của các hệ thống này thường dao động từ 40 đến 52%, so với 70 đến 85% đối với các nhà máy thủy điện được bơm và lên đến 90% cho pin hóa học tiêu chuẩn.

Mặt khác, các hệ thống micro-CAES có thể được tạo ra trong các tàu khép kín, loại bỏ các yêu cầu địa lý nghiêm ngặt của một hệ thống CAES truyền thống và nâng cao hiệu quả năng lượng. Các hệ thống nhỏ hơn này có thể được tối ưu hóa để hoạt động độc lập hoặc kết nối với lưới điện và có thể hoạt động song song với một hệ thống pin.

Lý do chính để điều tra lưu trữ năng lượng khí nén phi tập trung là một thực tế đơn giản rằng một hệ thống như vậy có thể được lắp đặt ở bất cứ đâu, giống như pin hóa học. máy nén khí CAES quy mô lớn, mặt khác, phụ thuộc vào địa chất ngầm thích hợp. Mặc dù có nhiều địa điểm tiềm năng cho các nhà máy CAES quy mô lớn hơn so với các nhà máy thủy điện được bơm quy mô lớn, việc tìm ra các hầm chứa phù hợp không dễ dàng như trước đây. Chúng hoạt động về mặt kỹ thuật giống như các hệ thống CAES lớn hơn, nhưng cung cấp lợi thế về khả năng truy cập, vì chúng có thể được cài đặt trên mặt đất tại bất kỳ vị trí cụ thể nào.

pm8.jpg

ĐỐI MẶT VỚI NHỮNG THÁCH THỨC CỦA VIỆC THỰC HIỆN

Ba vấn đề quan trọng hiện nay ức chế việc thực thi quy mô rộng các hệ thống CAES: tổn thất nhiệt không thể tránh khỏi, dung lượng lưu trữ giới hạn và hiệu quả thấp.

Khí nén tạo ra nhiệt đáng kể, chiếm phần lớn tổng lượng năng lượng cần thiết. Hơn nữa, khi không khí được giải phóng trong máy nén khí, nó sẽ giãn nở và giảm nhiệt, dẫn đến mất năng lượng.

Để chống lại vấn đề này, hầu hết các mô hình CAES cung cấp các giải pháp tiềm năng cho việc lưu trữ nhiệt được tạo ra trong quá trình nén hoặc tạo ra nhiệt bổ sung với khí thiên nhiên để bổ sung cho các tổn thất trong quá trình tạo điện – làm giảm tính bền vững của hệ thống. Lựa chọn tốt nhất là trước đây, vì hiệu quả của toàn bộ hệ thống được tối ưu hóa khi nhiệt được bảo toàn trong quá trình nén sẽ được giải phóng trong quá trình mở rộng trong quá trình tạo điện.

Ngoài ra, các giải pháp lưu trữ hiện tại không cho phép lưu trữ lượng lớn không khí tại một thời điểm, làm cho hệ thống không thực tế đối với việc triển khai ở quy mô lớn. Một giải pháp tiềm năng có thể lưu trữ không khí ở áp suất cao hơn để tăng mật độ thể tích. Tuy nhiên, điều này đưa ra một vấn đề mới: lưu trữ năng lượng ở áp suất cao hơn để tăng mật độ sau đó làm giảm hiệu quả năng lượng.

Cả hai vấn đề về tổn thất nhiệt và dung lượng lưu trữ giới hạn có thể góp phần vào vấn đề tổng thể của hiệu quả năng lượng giảm đi. Một yếu tố khác ức chế khả năng tồn tại của hệ thống như một giải pháp lưu trữ bền vững là nhu cầu năng lượng đáng kinh ngạc của thế giới hiện đại. Khi tiêu thụ điện năng trên toàn cầu tiếp tục tăng , đầu ra năng lượng của các hệ thống CAES nhỏ có thể không thực tế để đáp ứng nhu cầu, đặc biệt là ở các nước như Mỹ và Canada, nơi tiêu thụ điện trung bình hàng năm của hộ gia đình là 10.700 kWh.

HƯỚNG TỚI TƯƠNG LAI HIỆU QUẢ HƠN VỀ NĂNG LƯỢNG

Rõ ràng là các hệ thống lưu trữ năng lượng không khí nén của máy nén khí phải đối mặt với một số thách thức khó khăn. Tuy nhiên, với các kỹ sư và nhà khoa học trên khắp châu Âu và Hoa Kỳ hỗ trợ nghiên cứu cải thiện tính thực tiễn và hiệu quả của CAES, nó có tiềm năng làm thay đổi toàn bộ cảnh quan năng lượng và có thể dẫn đến một tương lai bền vững hơn.

Trên đây là một số thông tin quan trọng, ngoài ra bạn có thể xem thêm tại đây. 

Reply