Lưu trữ năng lượng: "Chìa khóa" cho điện sạch toàn cầu

Việc khử carbon trong nguồn cung cấp điện toàn cầu đòi hỏi nhiều hơn là chỉ dựa vào năng lượng mặt trời và gió, vốn phụ thuộc vào ánh nắng và gió ổn định để tạo ra năng lượng. Để giải quyết vấn đề này, Lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện là giải pháp cho vấn đề gián đoạn này, tuy nhiên, số lượng các hệ thống lưu trữ hiện vẫn còn rất ít. 

Theo dự báo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), công suất lắp đặt của hệ thống lưu trữ pin toàn cầu cần tăng từ dưới 200 gigawatt (GW) năm ngoái lên hơn 1 terawatt (TW) vào cuối thập kỷ này, và gần 5 TW vào năm 2050 để đảm bảo việc đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0. 

Hiện tại, lĩnh vực lưu trữ năng lượng trên lưới điện đang phát triển mạnh mẽ. Trước đây, lưu trữ quy mô lớn thường dựa vào các hệ thống thủy điện. Nhưng bây giờ, việc sử dụng các pin khổng lồ xếp thành hàng dài trong các nhà kho đang trở thành một phương pháp phổ biến. Theo IEA, năm ngoái, đã có 90 GW hệ thống lưu trữ pin được lắp đặt trên toàn cầu, gấp đôi so với năm 2022, trong đó khoảng 2/3 cho lưới điện và phần còn lại là cho các ứng dụng khác như điện mặt trời dân dụng. Giá thành của các hệ thống này đang giảm và các loại hóa chất mới đang được phát triển. Công ty tư vấn Bain ước tính thị trường lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện có thể tăng từ khoảng 15 tỉ USD vào năm 2023 lên từ 200 đến 700 tỉ USD vào năm 2030, và từ 1 đến 3 nghìn tỉ USD vào năm 2040.

Giá của pin lithium đang giảm mạnh, thúc đẩy việc sử dụng trên lưới điện. Theo BloombergNEF, giá trung bình của pin lithium tính theo mỗi kilowatt-giờ lưu trữ đã giảm khoảng 40% từ năm 2019 đến 2023. Các nhà sản xuất pin ngày càng quan tâm đến lưu trữ năng lượng trên lưới điện trong bối cảnh sử dụng xe điện (EV) tăng lên.

Năm 2019, pin lithium cho lưu trữ năng lượng trên lưới điện gần như đắt hơn 50% so với pin dùng cho xe điện. Nhưng khoảng cách này đã giảm xuống dưới 20%, khi các nhà sản xuất bắt đầu tập trung vào thị trường này. IEA ước tính năng lượng mặt trời kết hợp với pin hiện đang cạnh tranh với năng lượng điện từ than ở Ấn Độ và có khả năng sẽ rẻ hơn năng lượng điện từ khí ở Mỹ trong vài năm tới.

Trung tâm sản xuất pin toàn cầu hiện nay là Trung Quốc, với 6 trong số 10 nhà sản xuất lớn nhất thế giới, bao gồm CATL và BYD. Thị phần sản xuất pin của Trung Quốc dành cho lưới điện đã tăng từ gần như không có vào năm 2020 lên khoảng 1/5 vào năm ngoái, vượt qua thị phần sử dụng cho điện tử tiêu dùng. Chính sách tại Trung Quốc yêu cầu các dự án năng lượng mặt trời và gió lớn phải cài đặt hệ thống lưu trữ, điều này đã góp phần thúc đẩy tăng trưởng.

Các công ty pin của Trung Quốc rất sáng tạo. Chẳng hạn như CATL, đã tăng gấp tám lần chi tiêu cho nghiên cứu và phát triển kể từ năm 2018, lên đến 2,5 tỉ USD vào năm ngoái. BYD, đầu tư mạnh vào robot và trí tuệ nhân tạo, đã xây dựng một nhà máy pin tại thành phố Hợp Phì gần như hoàn toàn tự động. Tuy nhiên, ngành công nghiệp này đang đối mặt với tình trạng dư thừa công suất. Riêng Trung Quốc đã sản xuất đủ pin lithium để đáp ứng nhu cầu toàn cầu. Ngành công nghiệp pin đã công bố kế hoạch tăng thêm 5,8 terawatt-giờ (TWh) công suất vào năm 2025, gấp đôi so với công suất toàn cầu hiện tại là 2,6 TWh.

Tuy nhiên, điều này sẽ gây khó khăn cho nhiều công ty trong ngành công nghiệp pin, bao gồm cả các công ty sản xuất pin cho lưu trữ năng lượng trên lưới điện. Việc hủy bỏ hoặc trì hoãn xây dựng 19 nhà máy gigafactory ở Trung Quốc trong bảy tháng đầu năm 2024 đã cho thấy điều này. Dẫu vậy, sự cạnh tranh gay gắt đã thúc đẩy sự đổi mới, khi các công ty tìm kiếm công nghệ mới để giữ vững vị thế cạnh tranh. Pin sodium-ion là một giải pháp thay thế tiềm năng, không yêu cầu lithium đắt đỏ, và mặc dù có mật độ năng lượng thấp hơn, nhưng không phải là vấn đề quan trọng so với việc sử dụng pin lithium trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng trên lưới điện.

Dù có nhiều thách thức, lĩnh vực lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện vẫn đang phát triển nhanh chóng, đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.

Không chỉ có các tập đoàn lớn mà các startup cũng đổ xô phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện. Natron, một công ty Mỹ được hậu thuẫn bởi tập đoàn dầu khí Chevron, đang đầu tư 1,4 tỉ USD để xây dựng nhà máy sản xuất pin sodium-ion tại North Carolina, dự kiến đi vào hoạt động năm 2027. 

Ông Tom Jensen, Giám đốc startup Freyr Battery, cho rằng cách duy nhất để các công ty pin phương Tây có thể cạnh tranh là thông qua việc phát triển các công nghệ mới. Danh sách các cách tiếp cận sáng tạo ngày càng dài và không ngừng mở rộng. Startup EnerVenue đang thương mại hóa pin nickel-hydrogen. Công ty đã huy động được hơn 400 triệu USD và sẽ xây dựng một nhà máy tại Kentucky với mục tiêu sản xuất các loại pin rẻ có khả năng lưu trữ năng lượng trong thời gian dài.

Các công nghệ mới này không chỉ phù hợp với nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng của các trung tâm dữ liệu, mà còn đáp ứng yêu cầu của các tập đoàn công nghệ lớn trong việc chuyển từ sử dụng năng lượng truyền thống sang sử dụng năng lượng tái tạo. “Việc pin sodium-ion ít có nguy cơ cháy nổ hơn so với pin lithium khiến chúng trở nên hấp dẫn hơn đối với các công ty công nghệ”, ông Jeff Chamberlain, Giám đốc Volta Energy Technologies, cho biết.

Tuy nhiên, việc các trung tâm dữ liệu mở rộng nhanh chóng cũng dẫn đến sự xuất hiện của khoảng trống trong hạ tầng sản xuất và truyền tải năng lượng. Những khoảng trống này có thể được lấp đầy bằng các loại pin lưu trữ dài hạn như loại pin mà EnerVenue hiện đang kỳ vọng sản xuất. Giới chuyên môn dự đoán sẽ có một sự bùng nổ về các giải pháp lưu trữ trong khoảng thời gian từ 4 đến 8 giờ nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của lưới điện trong thập kỷ tới.

Công nghệ lưu trữ quy mô lưới điện đang tiến triển với tốc độ nhanh chóng và đã đạt được những thành tựu vượt bậc. “Chỉ trong 5 năm, pin đã đạt được những gì mà năng lượng mặt trời mất đến 15 năm. Có thể thấy, pin đang thay đổi cuộc chơi ngay trước mắt chúng ta”, ông Fatih Birol, Giám đốc IEA, nhận định.

Có thể bạn quan tâm:

Trò chơi "bom tấn" thổi bùng nền kinh tế mới của Trung Quốc

Nguồn The Economist