Lực hấp dẫn và năng lượng tái tạo

Tại thị trấn Arbedo-Castione của Thụy Sỹ, có một tháp cần cẩu khổng lồ cao tới 70m đứng sừng sững. Sáu cánh tay cẩu vươn ra, nâng những khối vuông khổng lồ lên trời. Nhưng đây không phải là các khối bê tông xây dựng, tháp cần cẩu này không phục vụ việc xây dựng.

Đó là một hệ thống lưu trữ năng lượng khổng lồ, do công ty Energy Vault của Mỹ - Thụy Sỹ thiết kế, dựa vào trọng lực và những khối bê tông nặng 35 tấn (làm từ vật liệu tái chế) để lưu trữ và giải phóng điện năng.

Khi nhu cầu điện năng thấp, cần trục sử dụng nguồn điện dư thừa từ lưới điện quốc gia nâng những khối bê tông lên đỉnh tháp. Khi nhu cầu điện năng tăng, các khối này được hạ xuống, động năng được chuyển đổi thành điện năng. Với thiết kế này, hệ thống có thể lưu trữ năng lượng trong nhiều năm.

Giải pháp thân thiện môi trường

Ông Robert Piconi, người sáng lập Energy Vault cho biết, các công ty đang phải chịu áp lực ngày càng tăng từ các chính phủ và nhà đầu tư trong việc giảm lượng carbon xả ra môi trường do sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Việc dựa vào năng lượng tái tạo để có nguồn điện ổn định là quan trọng. Không giống như nhà máy điện từ nhiên liệu hóa thạch có thể hoạt động cả ngày lẫn đêm, năng lượng mặt trời và năng lượng gió hoạt động không liên tục. Nếu có mây che ánh mặt trời hoặc gió lặng thì việc phát điện sẽ giảm xuống, ông Piconi nói.

Theo ông, để cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch, năng lượng tái tạo cần phải có nguồn dự trữ để sử dụng khi cần thiết.

Một giải pháp cho vấn đề này là các ắc quy lithium-ion, vốn được kết nối với lưới điện trên toàn thế giới. Chúng có thể được sạc bằng điện tạo ra từ gió và ánh nắng Mặt trời và giải phóng năng lượng theo yêu cầu.

Theo ông Dan Shreve, chuyên gia về lưu trữ năng lượng tại Wood Mackenzie, công ty tư vấn và nghiên cứu năng lượng, công nghệ này đã phát triển nhanh chóng trong những thập kỷ gần đây. Phần lớn chúng được sử dụng để trữ năng lượng trong thời gian ngắn (khoảng sáu giờ) và khi các hoạt động khử carbon tăng lên, nhu cầu dự trữ lâu hơn sẽ tăng lên.

Về nhược điểm, lithium là một nguồn tài nguyên hạn chế, chỉ có ở một số khu vực trên thế giới và việc khai thác nguyên liệu này có thể gây hại cho môi trường. Dù chi phí sản xuất giảm mạnh trong thập kỷ qua nhưng giá ắc quy bắt đầu tăng cao vào năm 2021 do nhu cầu lithium vượt xa nguồn cung.

Vì những lý do này, ông Piconi nói, mặc dù ắc quy rất tốt cho ô tô điện nhưng “không lý tưởng ở quy mô lớn”.

Energy Vault quyết định dựa vào một phương pháp được phát triển cách đây hơn 100 năm: bơm nước để tích trữ thủy điện. Trong thời gian thấp điểm, turbin bơm nước từ bể chứa ở tầng thấp lên bể chứa ở tầng cao hơn và trong lúc nhu cầu cao, nước được cho chảy xuống turbin, tạo ra năng lượng điện.

Ông Piconi cho biết Energy Vault cũng dựa vào lực hấp dẫn nhưng “thay vì sử dụng nước, chúng tôi sử dụng các khối bê tông nặng”.

Bằng cách này, hoạt động của công ty không phụ thuộc vào địa hình, không phải đào hồ chứa nước hay xây đập thủy điện hoặc những thứ có thể gây hại đến môi trường.

Đơn giản, thanh lịch

Kể từ khi Energy Vault thiết lập được nguyên mẫu thành công ở Thụy Sỹ vào năm 2020, công ty đã chuyển hướng thiết kế từ mô hình tháp (có thể cao tới 200m), đến các tòa nhà 20 tầng gọi là các “trung tâm dự trữ năng lượng”.

Các tòa nhà “trung tâm phục hồi năng lượng” cao khoảng 100m sử dụng cùng loại bê tông được làm từ đất và phế thải. Trí tuệ nhân tạo sẽ điều khiển các khối nặng này di chuyển lên xuống bên trong tòa nhà, giúp xác định thời gian “sạc hoặc xả” năng lượng tối ưu tùy nhu cầu.

Các trung tâm khác nhau về diện tích, có thể từ 1,5 đến 20 mẫu tùy vào lượng lưu trữ. Chúng có thể được xây ở gần các nhà máy điện năng lượng mặt trời hoặc gió.

Ông Shreve nhận xét rằng, công nghệ của Energy Vault là “đơn giản và hữu ích”, nhưng hệ thống này có thể chưa cạnh tranh được về giá thành so với ắc quy lithium-ion.

Mặc dù vậy, thị trường đang thiếu các giải pháp thay thế ắc quy. Một số công ty khác, chẳng hạn như Gravitricity có trụ sở tại Vương quốc Anh, cũng đang khám phá khả năng lưu trữ năng lượng dựa trên trọng lực nhưng chưa có quy mô như của Energy Vault.

Năm nay, Energy Vault sẽ bắt đầu xây dựng các “trung tâm phục hồi năng lượng” cho công ty nhiên liệu DG, nhằm cung cấp liên tục năng lượng xanh cho ngành hàng không. Công ty cũng ký được các hợp đồng trị giá lên tới 880 triệu USD với nhà sản xuất dầu lớn nhất thế giới - Saudi Aramco, công ty luyện kim Korea Zinc, và công ty khai thác mỏ khổng lồ BHP.

Ông Piconi tự tin rằng công nghệ này sẽ giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi từ sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo.