- Hệ thống lưu trữ năng lượng dài hạn dựa trên CO₂ do Energy Dome của Ý phát triển hiện thực hóa việc lưu trữ năng lượng tái tạo ở quy mô lưới điện
- Nhà máy thương mại đầu tiên trên đảo Sardinia tạo ra 200MWh điện bằng cách nén và giãn nở 2.000 tấn CO₂ trong một hệ thống kín
- Google, NTPC của Ấn Độ, Alliant Energy của Mỹ cùng nhiều bên khác có kế hoạch lắp đặt tại nhiều quốc gia từ năm 2026, dự kiến dùng để cấp điện cho trung tâm dữ liệu và nhà ở
- Pin CO₂ không bị ràng buộc bởi địa hình và không cần khoáng sản hiếm, tuổi thọ dài hơn pin lithium-ion khoảng 3 lần và chi phí rẻ hơn 30%
- Công nghệ này đang thúc đẩy thương mại hóa lưu trữ năng lượng dài hạn (LDES) và nổi lên như một công nghệ then chốt để bù đắp tính bất ổn của năng lượng tái tạo
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của pin CO₂
- Cơ sở tại khu vực Ottana, Sardinia gồm một hệ thống tuần hoàn nén, hóa lỏng và giãn nở CO₂ bên trong một mái vòm kín
- Khi nạp, CO₂ được nén đến khoảng 55 bar, sau đó làm mát và lưu trữ ở trạng thái lỏng
- Khi xả, CO₂ lỏng được gia nhiệt và hóa hơi để vận hành tuabin giãn nở khí, tạo ra điện năng
- Toàn bộ quá trình sạc và xả mất khoảng 10 giờ và có thể vận hành lặp lại theo chu kỳ hằng ngày
- CO₂ được sử dụng là khí công nghiệp tinh khiết, không có tạp chất hay độ ẩm nên có lợi cho việc ngăn ăn mòn thiết bị
Kế hoạch mở rộng trên toàn cầu
- NTPC Limited của Ấn Độ dự kiến hoàn thành nhà máy đầu tiên ở nước ngoài vào năm 2026 tại nhà máy điện Kudgi ở Karnataka
- Alliant Energy của Mỹ dự kiến khởi công tại Wisconsin vào năm 2026, với mục tiêu cung cấp điện cho 18.000 hộ gia đình
- Google sẽ lắp đặt gần các trung tâm dữ liệu lớn tại châu Âu, Mỹ và châu Á - Thái Bình Dương để thúc đẩy cung cấp điện sạch 24/7
- Nhờ cấu trúc mô-đun được tiêu chuẩn hóa, có thể lắp đặt theo kiểu “plug and play”
- Google có kế hoạch đưa công nghệ này vào giai đoạn thương mại hóa quy mô lớn
Sự cần thiết của lưu trữ năng lượng dài hạn (LDES) và các công nghệ cạnh tranh
- Cần có hệ thống có thể lưu trữ điện dư từ điện mặt trời và điện gió trong thời gian dài để cung cấp điện trên 8 giờ
- Pin lithium-ion hiện nay có giới hạn lưu trữ 4–8 giờ và gặp vấn đề về hiệu quả kinh tế
- Các công nghệ thay thế như pin natri, pin sắt-không khí, pin dòng vanadi, lưu trữ bằng khí nén, hydro, methanol, và lưu trữ bằng trọng lực đang được nghiên cứu nhưng vẫn còn rào cản thương mại hóa
- Thủy điện tích năng có thể lưu trữ dài hạn, nhưng vướng hạn chế địa hình và thời gian xây dựng dài
- Pin CO₂ có các lợi thế như không phụ thuộc địa hình, chuỗi cung ứng sẵn có và hiệu quả kinh tế tốt
- Rẻ hơn 30% so với lithium-ion, tuổi thọ dài hơn khoảng 3 lần
Sự tham gia của Trung Quốc và cạnh tranh công nghệ
- China Huadian Corp. và Dongfang Electric Corp. đang xây dựng cơ sở lưu trữ CO₂ tại khu vực Tân Cương
- Theo các báo cáo, quy mô được ước tính vào khoảng 100MW~1.000MW, nhưng con số cụ thể vẫn chưa rõ
- CEO của Energy Dome, Claudio Spadacini, cho biết các công ty Trung Quốc đang phát triển “những hệ thống rất مشابه nhưng ở quy mô lớn hơn”
An toàn và các cân nhắc môi trường
- Mái vòm CO₂ có chiều cao tương đương một sân vận động thể thao, và cần diện tích đất lớn gấp khoảng 2 lần so với hệ thống lithium-ion có cùng công suất
- Hệ thống có thể chịu được gió mạnh tới 160 km/h, và khi có dự báo bão, CO₂ có thể được nén lưu trữ để thu gọn mái vòm trong vòng nửa ngày
- Nếu xảy ra hư hỏng, 2.000 tấn CO₂ có thể bị phát thải, tương đương lượng phát thải của 15 chuyến bay khứ hồi New York–London
- Người ở gần cần giữ khoảng cách ít nhất 70 m
- CEO giải thích rằng lượng phát thải này không đáng kể so với phát thải từ nhà máy điện than
Đặc điểm kỹ thuật và hiệu suất
- Công nghệ cốt lõi là làm kín máy tua-bin, lưu trữ nhiệt năng và phương thức thu hồi nhiệt sau ngưng tụ, giúp giảm chi phí và nâng cao hiệu suất
- Tất cả các thành phần đều có thể được cung ứng từ chuỗi cung ứng công nghiệp hiện có
- Mái vòm có thể lắp đặt trong nửa ngày, và toàn bộ nhà máy có thể hoàn thành trong vòng 2 năm
- Chỉ cần 5 hecta đất bằng phẳng là có thể lắp đặt, nên ít bị ràng buộc về địa điểm
Ý nghĩa đối với ngành
- Pin CO₂ là một giải pháp mới cho lưới điện khi kết hợp lưu trữ dài hạn, chi phí thấp và không phụ thuộc địa hình
- Công nghệ này giúp giải quyết vấn đề gián đoạn của năng lượng tái tạo và góp phần ổn định trung tâm dữ liệu cũng như lưới điện quốc gia
- Với sự tham gia của Google và các công ty điện lực lớn, quá trình thương mại hóa toàn cầu được dự báo sẽ tăng tốc
1 bình luận
Ý kiến Hacker News
Với lưu trữ ở quy mô lưới điện, tính kinh tế như tuổi thọ, khấu hao, chu kỳ thay thế quan trọng hơn hiệu suất
Lithium-ion suy giảm hiệu năng sau 7~10 năm, khoảng 5.000~7.000 chu kỳ, nhưng nếu pin CO2 duy trì được hơn 20 năm thì hiệu suất thấp hơn không phải vấn đề lớn
Đặc biệt, hệ thống CO2 có thể tách riêng công suất đầu ra (kích thước turbine) và dung lượng lưu trữ (kích thước bồn chứa) nên cũng có lợi cho lưu trữ theo mùa
Dù vậy, khá tiếc là bài viết không có dữ liệu về sự thay đổi hiệu suất theo thời gian xả
Nếu đặt bồn trữ nước nóng xung quanh để giữ nhiệt, có vẻ hiệu suất chu kỳ ngắn hạn (sạc ban ngày, xả ban đêm) có thể tăng lên
Dung lượng lưu trữ của thủy điện tích năng được viết bằng MW, nhưng thực ra phải là MWh
Trong bài của Bloominglobal cũng ghi 100MW, 1000MW, nhưng đó là cách ghi không chính xác nếu xét như đơn vị năng lượng
Công suất (MW) không thể được lưu trữ, chỉ có năng lượng (MWh) mới lưu trữ được
Ví dụ, nếu lưu 1GW trong 1 ngày thì sẽ là 24GWh, mà thực tế hầu như không có kho thủy điện tích năng nào lớn đến vậy
Vì thế, câu trong bài phải viết thành “lưu trữ vài GWh có thể phát ra trong nhiều ngày” mới chính xác
Ngoài ra, trong bài Bloomberg thì 1GWh lại được ghi đúng
Tuy vậy, ở đoạn thứ hai họ vẫn đã nhắc đến sự khác biệt giữa MWh và MW
1W=1J/s, vậy nên có người thắc mắc vì sao dung lượng pin không biểu diễn bằng joule
Wh rốt cuộc là J/s × h nên nhìn đơn vị khá kỳ cục
Không có số liệu hiệu suất, lại có những câu thiếu căn cứ kiểu “lithium-ion chỉ lưu được 4~8 giờ”
Cũng không giải thích đầy đủ vì sao dùng CO2 thay vì nitơ
Lưu trữ khí nén có tổn thất nhiệt lớn, nên nếu gắn với trung tâm dữ liệu có nhu cầu làm mát cao thì có thể nâng hiệu suất
Chỉ riêng hiệu quả dịch chuyển điện năng làm mát theo khung giờ cũng đã có giá trị
Nước có diện tích bề mặt nhỏ so với thể tích nên hiệu quả lưu trữ nhiệt cao
Dù được nói là rẻ hơn lithium-ion 30%, nhưng pin natri đã đang tiến tới mức rẻ hơn gấp 10 lần nên tính cạnh tranh khá mơ hồ
Có vẻ công nghệ này đang được chú ý vì đúng thời điểm
Pin thông thường khiến công suất và dung lượng cùng đắt, còn hệ thống CO2 có thể mở rộng dung lượng rẻ chỉ bằng cách tăng thêm bồn chứa
Vì vậy nó phù hợp với lưu trữ dài hạn như dịch chuyển năng lượng giữa các mùa
Thủy điện tích năng có chi phí ban đầu cao nhưng chi phí vận hành trong nhiều thập kỷ lại thấp
Công nghệ này trông giống thứ để gọi vốn hơn
Nếu tiêu chuẩn hóa linh kiện và sản xuất tại địa phương thì còn có thể né thuế quan
Xét việc lithium-ion đã giảm giá 80% trong 10 năm qua, lợi thế này có thể không kéo dài
Dù vậy vẫn mong nó thành công ở quy mô lớn
Cuối cùng, CAPEX (chi phí đầu tư thiết bị) mới là điểm then chốt
Nếu tính cả chi phí vòng đời, mức chênh với lithium-ion có thể còn hơn 30%
Đặc biệt, chi phí tái chế của lithium-ion lớn hơn nhiều
Nếu kết hợp với hệ thống sưởi/làm mát đô thị thì có vẻ còn hiệu quả hơn
Không nhất thiết một giải pháp duy nhất phải giải quyết mọi thứ
Nó gợi nhớ đến startup LightSail Energy trước đây
Điểm khác biệt lần này là dùng CO2 tinh khiết, quy mô lớn hơn và quản lý nhiệt tốt hơn
Người ta nói chi phí thiết bị phát điện và bình chứa được tách riêng, nhưng số liệu thực tế thì không công bố
Ngay cả xét theo bình paintball thì hiệu quả cũng cao hơn khí nén
Tuy nhiên, tổn thất năng lượng trong quá trình hóa lỏng lại là biến số chính
Dù vậy, nếu là vòng kín thì có lẽ tổn thất sẽ không quá lớn
Thời gian lưu trữ càng dài thì tổn thất làm lạnh có thể càng lớn
Cuối cùng có lẽ điện sẽ do lithium/sodium-ion đảm nhiệm, còn nhiệt sẽ nghiêng về lưu trữ bằng cát hay đất
Rốt cuộc công nghệ này hướng tới lưu trữ bổ trợ cho năng lượng tái tạo
2.000 tấn tương đương khoảng 1 triệu ㎥ thể tích, nặng hơn không khí nên sẽ dồn sát mặt đất
Có nguy cơ gây ngạt như thảm họa Lake Nyos
Nó ít nguy hiểm hơn khí trơ như argon, nhưng nếu rò rỉ số lượng lớn thì vẫn có thể gây chết người
Kể cả mái vòm có nổ thì lượng phát thải cũng chỉ tương đương khoảng 15 chuyến bay xuyên Đại Tây Dương, và ở cách 70m thì an toàn
Không phải thảm họa cỡ Bhopal
Dù bị hư hại bởi bão lớn chẳng hạn thì gió cũng sẽ làm CO2 khuếch tán, và có thể giảm rủi ro bằng cảm biến rò rỉ cùng mặt nạ oxy
Hai tấm pin 960W giá $400, nhưng bộ lưu trữ Anker Solix 3800 (3.8kWh) lại tới $2400, tức chi phí lưu trữ đắt hơn rất nhiều
Nếu chi phí lưu trữ giảm xuống thì các hộ gia đình ở nước đang phát triển có thể tự chủ điện năng
Ví dụ: cấu hình 10kWh ở mức $2,690~3,300, còn tự lắp DIY thì có thể dưới $2,000
Pin server rack cỡ 5kWh thậm chí có thể mua dưới $1,000
Ở Mỹ thì vấn đề nằm ở quy định và thị trường thi công chi phí cao
Nếu nghĩ đến khối lượng và lượng nước của hồ chứa lớn thì chênh lệch về quy mô là quá lớn