Bài học rút ra chính
- Một công ty Phần Lan đã lắp đặt pin cát tại một thị trấn ở Phần Lan.
- Năng lượng được lưu trữ dưới dạng nhiệt trong cát trong nhiều tháng, được sử dụng để làm nóng nước cấp cho cư dân trong mùa đông.
- Với việc tăng cường sản xuất năng lượng tái tạo, các giải pháp lưu trữ giá rẻ là nhu cầu hàng ngày, các chuyên gia đề xuất.
Năng lượng xanh còn nhiều điều hơn là chỉ thế hệ. Tìm kiếm các cơ chế hiệu quả và thân thiện với môi trường để lưu trữ tất cả năng lượng sạch cũng quan trọng không kém.
Ngay cả khi các nhà nghiên cứu đang làm việc để biến các tòa nhà chọc trời thành pin khổng lồ, Polar Night Energy (PNE) ở Phần Lan đã lắp đặt pin cát thương mại đầu tiên, có thể lưu trữ năng lượng trong vài tháng, để sưởi ấm các ngôi nhà vào mùa đông khi nhu cầu năng lượng tăng cao.
“Sản xuất các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và năng lượng mặt trời rất dễ bay hơi và chỉ trùng lặp một phần với mức tiêu thụ theo thời gian,” PNE giải thích trên trang web của mình. “Công nghệ của chúng tôi cung cấp một cách để tinh chế lượng điện dư thừa rẻ và sạch thành nhiệt lượng có giá trị theo cách hợp lý để sử dụng khi cần thiết nhất.”
Xuống trái đất
Nói một cách đơn giản, pin cát chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng, sau đó nó sẽ lưu trữ để sử dụng sau này. Cát không chỉ là một trong những phương tiện lưu trữ nhiệt rẻ nhất mà còn rất hiệu quả và ít hao hụt theo thời gian.
Không giống như pin lithium-ion, pin cát sử dụng nhiệt điện trở để tăng nhiệt độ môi trường, sau đó được chuyển sang cát với sự trợ giúp của bộ trao đổi nhiệt. Cát có nhiệt độ nóng chảy rất cao hàng trăm độ F. Điều quan trọng, cát có thể lưu trữ nhiệt năng trong nhiều tháng, làm cho pin cát trở thành giải pháp lưu trữ lâu dài khả thi.
PNE đã lắp đặt pin cát thương mại đầu tiên trong một cơ sở năng lượng nhỏ ở thị trấn Kankaanpää ở phía tây Phần Lan. Pin có dạng một silo chứa khoảng 100 tấn cát.
Hiện tại, pin cung cấp năng lượng cho hệ thống sưởi trung tâm của huyện. Theo PNE, khi cần thiết, không khí nóng trong pin có thể được sử dụng để làm ấm nước, sau đó được bơm đến các văn phòng và nhà ở trong khu vực lân cận.
Pin cát Phần Lan có công suất sưởi 100 kW và tổng công suất lưu trữ là 8 MWh. Theo công ty, pin có giá dưới 10 đô la cho mỗi kilowatt giờ và một khi hoạt động có thể kéo dài hàng chục năm.
… nền kinh tế phụ thuộc vào chi phí vốn của hệ thống, nơi công nghệ lưu trữ năng lượng nhiệt cho thấy nhiều hứa hẹn.
Bên cạnh đó, PNE cũng có một thí điểm thử nghiệm hoạt động 3 MWh nhỏ hơn ở Hiedanranta, Tampere, được kết nối với lưới sưởi của quận địa phương và cung cấp nhiệt cho một vài tòa nhà. Công ty đã sử dụng thí điểm này để thử nghiệm, xác nhận và tối ưu hóa giải pháp pin cát. Dự án thử nghiệm lấy một phần năng lượng từ mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời rộng 100 mét vuông và phần còn lại từ lưới điện truyền thống.
Giải pháp lâu dài
Nỗ lực gia tăng nhằm tối đa hóa việc tạo ra năng lượng xanh tái tạo trên khắp thế giới đã khiến các nhà nghiên cứu tìm kiếm các giải pháp sáng tạo để lưu trữ năng lượng này để sử dụng sau này.
Mặc dù pin hóa học truyền thống được làm bằng lithium và các khoáng chất khác có thể được thay thế cho nhiệm vụ này, nhưng chúng không bền vững cũng như không hiệu quả về mặt chi phí về lâu dài, khi một lượng lớn điện sẽ được tạo ra từ các nguồn tái tạo, lập luận PNE.
Ngoài PNE, một số nhà nghiên cứu khác đang khám phá việc sử dụng pin cát làm phương tiện lưu trữ năng lượng. Dự án ENDURING của Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ (NREL) đã thử nghiệm thành công một giải pháp lưu trữ năng lượng nhiệt sử dụng cát làm phương tiện lưu trữ.
Nhà nghiên cứu củaNREL, Patrick Davenport cho biết dự án ENDURING đã giúp chứng minh một con đường rõ ràng để vượt quá 50% hiệu quả khứ hồi. Hiệu suất khứ hồi chỉ định tỷ lệ phần trăm điện năng được đưa vào lưu trữ và sau đó được lấy ra. Hiệu suất khứ hồi càng cao, năng lượng bị mất trong quá trình lưu trữ càng ít.
Điều này rất quan trọng vì pin cát rất tốt để lưu trữ và giải phóng nhiệt nhưng không hiệu quả lắm khi trở lại nguồn điện cho lưới điện, theo báo cáo của BBC về pin Phần Lan.
Trong một cuộc trao đổi qua email với Lifewire, Davenport khẳng định rằng mặc dù hiệu suất khứ hồi của pin cát không phù hợp với pin hóa học hiện đại, chẳng hạn như Lithium-Ion, nhưng chúng không thể bù đắp cho sự mất mát bằng cách có khả năng mở rộng cao và chi phí vốn cực kỳ thấp.
"Với viễn cảnh chi phí điện thường xuyên thấp (miễn phí hoặc thậm chí trả phí để sử dụng đôi khi), hiệu quả khứ hồi trở nên ít quan trọng hơn," Davenport khẳng định. "Thay vào đó, kinh tế học phụ thuộc vào chi phí vốn của hệ thống, nơi công nghệ lưu trữ năng lượng nhiệt cho thấy nhiều hứa hẹn."
