Dự báo triển vọng natri-ion - Phân khúc lưu trữ năng lượng dài kỳ (LDES) trên toàn cầu

Pin natri-ion không chỉ có tốc độ sạc nhanh hơn so các công nghệ LDES khác, mà nó còn có chi phí thấp, hoặc tương đương với các nguồn điện năng có thể điều độ rẻ nhất, nên được dự báo sẽ trở nên phổ biến từ sau năm 2027 trở đi. (Tổng hợp của Tạp chí Năng lượng Việt Nam).

Lưu trữ năng lượng - Xu hướng tất yếu của tiến trình chuyển dịch năng lượng:

Lưu trữ năng lượng (Energy storage) là một thiết bị lưu trữ thường được gọi là bình tích năng, ắc quy, hoặc pin.

Trong lưới điện thế kỷ 20, điện năng chủ yếu được tạo ra bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch. Khi cần ít điện năng hơn, nhiên liệu được đốt cháy ít hơn. Thủy điện, một phương pháp lưu trữ năng lượng cơ học, là phương pháp lưu trữ và sử dụng năng lượng được áp dụng rộng rãi nhất trong nhiều thế kỷ qua. Mối quan tâm về ô nhiễm không khí, nhập khẩu năng lượng và sự nóng lên toàn cầu đã thúc đẩy sự phát triển của năng lượng tái tạo (như điện gió, mặt trời). Năng lượng gió không được kiểm soát và có thể được tạo ra vào thời điểm không cần thêm điện. Còn năng lượng mặt trời thay đổi theo độ che phủ của mây và tốt nhất vào ban ngày, trong khi nhu cầu thường đạt đỉnh sau khi mặt trời lặn như được hiển thị trên đường cong con vịt.

Sự quan tâm đến việc lưu trữ điện từ các nguồn không liên tục này ngày càng tăng khi ngành năng lượng tái tạo bắt đầu tạo ra một phần lớn hơn trong tổng mức tiêu thụ năng lượng. Vào năm 2023, Bloomberg NEF dự báo: Tổng số triển khai lưu trữ năng lượng sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 27% cho đến năm 2030.

Sử dụng điện ngoại tuyến (không nối lưới) là một thị trường ngách trong thế kỷ 20, nhưng trong thế kỷ 21 đã được mở rộng. Các thiết bị di động được sử dụng trên toàn cầu. Tấm pin mặt trời hiện phổ biến ở các vùng nông thôn trên toàn thế giới. Việc tiếp cận điện hiện là vấn đề kinh tế và khả thi về mặt tài chính, chứ không chỉ là vấn đề kỹ thuật.

Một số công nghệ cung cấp khả năng lưu trữ năng lượng ngắn hạn, trong khi những công nghệ khác có thể tồn tại lâu hơn nhiều. Lưu trữ năng lượng dung tích lớn hiện đang được thống trị bởi các đập thủy điện (cả thông thường lẫn tích năng). Lưu trữ năng lượng lưới là tập hợp các phương pháp được sử dụng để lưu trữ năng lượng trên quy mô lớn trong lưới điện. Các ví dụ phổ biến về lưu trữ năng lượng là pin sạc, đập thủy điện và các bể chứa nước đá - nơi lưu trữ nước đá đông lạnh bằng năng lượng rẻ hơn vào ban đêm để đáp ứng nhu cầu làm mát cao điểm vào ban ngày.

Pin natri-ion - Tốc độ sạc nhanh và chi phí thấp:

Nghiên cứu mới dựa trên nền tảng phân tích AI của GetFocus (Hoa Kỳ) cho thấy: Với chi phí giảm nhanh, pin natri-ion sẽ thống trị phân khúc lưu trữ năng lượng dài kỳ (Long-duration energy storage - LDES) trên quy mô toàn cầu. Pin natri-ion không chỉ có tốc độ sạc nhanh hơn so các công nghệ LDES khác, mà nó còn có chi phí thấp, hoặc tương đương với các nguồn điện năng có thể điều độ rẻ nhất, nên được dự báo sẽ trở nên phổ biến từ sau năm 2027 trở đi.

Năng lượng tái tạo dự kiến sẽ chiếm 69% tổng công suất điện vào năm 2035, nhưng để đạt được mục tiêu này thì công nghệ mới, giảm chi phí sẽ là những ứng viên sáng giá và quan trọng. LDES là một cột mốc cơ bản cho quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu, vì nó giải quyết tình trạng không liên tục của các nguồn năng lượng tái tạo (gió, mặt trời) vốn không sản xuất điện một cách ổn định. Bằng cách lưu trữ năng lượng dư thừa được tạo ra trong thời gian sản xuất cao điểm và giải phóng năng lượng trong thời gian sản xuất thấp, hoặc nhu cầu cao, các hệ thống LDES sẽ đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng ổn định, tin cậy. Đây là điều cần thiết để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và cho phép tích hợp rộng rãi năng lượng tái tạo vào lưới điện.

Sử dụng phương pháp định lượng lấy cảm hứng từ nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts, GetFocus có thể ước tính tốc độ cải thiện của công nghệ bất kỳ. Sử dụng dữ liệu bằng sáng chế toàn cầu, GetFocus tính toán “thời gian chu kỳ” của công nghệ và “luồng kiến thức” của nó. Sử dụng các số liệu đó, GetFocus tính toán “tỷ lệ cải tiến công nghệ”, biểu thị % tăng trung bình về hiệu suất trên mỗi đô la mong đợi từ một lĩnh vực công nghệ trong một năm.

“Về cơ bản, chúng tôi có thể đo lường mức độ khó giải quyết của một vấn đề cụ thể” - Kacper Gorski - Giám đốc điều hành của GetFocus khẳng định.

Công nghệ pin natri - Lựa chọn linh hoạt cho lưới điện:

Công nghệ pin natri đang có những cải tiến tương tự về mật độ năng lượng như pin lithium-ion (Li-ion) từng diễn ra cách đây hai thập kỷ. Nghiên cứu cho thấy, việc giảm chi phí liên quan đồng nghĩa với việc công nghệ mới nổi này sẽ trở thành giải pháp cạnh tranh của LDES chậm nhất là vào năm 2028.

Phân tích 30 công nghệ LDES khác nhau, GetFocus nhận thấy: Pin natri-ion có triển vọng nhất do tốc độ cải tiến nhanh (khoảng 57% vào năm 2024). Chúng mang lại hiệu quả cao hơn trong việc sử dụng năng lượng khứ hồi, tính linh hoạt trong vận hành và tổn thất ít năng lượng hơn trong quá trình lưu trữ và cung cấp. Tốc độ cải tiến nhanh của pin natri-ion có thể làm tăng mật độ năng lượng và giảm chi phí cho mỗi đơn vị năng lượng lưu trữ.

Chi phí trung bình cho pin natri-ion vào năm 2024 là 87 USD/kWh - rẻ hơn một chút so với pin lithium-ion với mức 89 USD/kWh. Giả sử chi phí đầu tư tương tự như hệ thống lưu trữ năng lượng pin Li-ion (BESS) ở mức 300 USD/kWh, thì tỷ lệ cải thiện 57% của pin natri-ion sẽ giúp chúng ngày càng trở nên hợp túi tiền hơn so với pin Li-ion - đạt khoảng 10 USD/kWh vào năm 2028.

Theo GetFocus: Việc đạt được chi phí khoảng 50 USD/kWh là điều cần thiết để BESS có thể khả thi về mặt kinh tế đối với LDES quy mô lưới điện trong các ứng dụng năng lượng tái tạo. Giám đốc Gorski giải thích: “Đó là thời điểm mà lưu trữ năng lượng phù hợp với chi phí sử dụng các nguồn điện có thể điều độ như nhà máy điện chạy bằng khí đốt”.

Triển vọng pin natri-ion trong chuyển dịch năng lượng:

Theo GetFocus: Sumitomo Electric Industries, Hitachi và Yuasa Battery hiện đang dẫn đầu trong việc phát triển công nghệ pin natri-ion. Mặc dù các công ty vẫn chưa thương mại hóa công nghệ, nhưng năm ngoái, một công ty pin của Trung Quốc là Great Power đã công bố dự án LDES 50 MW/100 MWh để cung cấp năng lượng cho một trung tâm dữ liệu, từ đó chứng minh, pin natri-ion hiện đang được xem xét cho LDES.

“Trung Quốc có thể sẽ dẫn đầu trong sản xuất pin natri-ion. Châu Âu và Hoa Kỳ rất quan tâm đến mối nguy hiểm từ quá trình sản xuất pin, nhưng phân khúc pin pin natri-ion có thể giải quyết được những quan ngại này. Mọi người còn nhớ, cuối tháng 6/2024 mới đây, một vụ hỏa hoạn tại một nhà máy pin lithium ở Hàn Quốc đã khiến 22 người thiệt mạng và 8 người khác bị thương” - GetFocus cho hay.

Cũng theo dự báo của GetFocus: Tuy pin natri rất khả thi và triển vọng, nhưng vẫn cần phải thêm thời gian nữa. Các nhà sản xuất vẫn phải nỗ lực cải thiện mật độ năng lượng và hiệu suất nạp xả, nhằm mục đích tăng tuổi thọ và hiệu suất vòng đời của pin. Ngoài ra, cũng còn nhiều điều chưa biết xung quanh quá trình sản xuất. Đặc biệt là khả năng chuyển đổi các cơ sở sản xuất pin lithium-ion thành cơ sở sản xuất pin natri-ion mà không gặp quá nhiều vấn đề phức tạp, tốn kém.

Tuy nhiên, phần lớn số phận của công nghệ này nằm trong tay các nhà hoạch định chính sách, với nhiều sự chú ý đổ dồn vào Trung Quốc và Hoa Kỳ về cách họ khuyến khích sản xuất.

Tổng thể, với kích thước nhỏ gọn và khả năng tích hợp hiệu quả về chi phí, công nghệ pin natri-ion có tiềm năng trở thành công nghệ LDES thống trị cho nhiều ứng dụng trong tương lai. Các nhà nghiên cứu phát hiện thấy rằng: Natri-ion có tính linh họa và khả năng ứng dụng rất cao. Chưa hết, công nghệ này còn sở hữu một siêu năng lực khác - đó là tiềm năng làm tăng tính “dân chủ hóa năng lượng” trong tương lai.

Cuối cùng, các hộ gia đình sẽ được hưởng lợi nhờ liên kết các tấm pin mặt trời mái nhà với pin natri trong nhà để xe, hoặc vườn để sử dụng theo phương châm “tự sản, tự tiêu” đúng nghĩa.

Nếu làm được điều này, công nghệ natri-ion sẽ có ý nghĩa lớn hơn đối với người tiêu dùng, giảm sự phụ thuộc vào các biến động địa chính trị, hoặc giá năng lượng tăng trong viễn cảnh biến đổi khí hậu ngày càng cực đoan./.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Link tham khảo: https://www.power-technology.com/features/exclusive-sodium-batteries-to-disrupt-energy-storage-market/?cf-view