Trung Quốc đẩy mạnh phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng khí nén

Công nghệ máy nén ly tâm trong lưu trữ năng lượng. Nguồn: escn.com.cn

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học toàn cầu đã tìm kiếm các phương pháp chi phí thấp để lưu trữ lượng điện dư thừa được tạo ra trong giờ không cao điểm để sử dụng trong thời gian cao điểm. Tuy nhiên, cả hai phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay đều có những hạn chế nghiêm trọng.

Pin mang lại hiệu quả sử dụng năng lượng cao nhất - hơn 90% - nhưng chúng đắt đỏ. Nhất là tình trạng thiếu hụt nguồn cung lithium khổng lồ sắp tới sẽ làm tăng giá của lithium. Tích trữ thủy điện - tích trữ động năng bằng cách bơm nước lên nơi cao hơn - có hiệu suất 70 - 80% nhưng cơ sở phải được xây dựng bên cạnh một con đập.

Giờ đây, Trung Quốc dự kiến sẽ đẩy nhanh việc phát triển các dự án lưu trữ năng lượng khí nén (CAES) ít phổ biến hơn rất nhiều để tối ưu hóa hiệu suất lưới điện và phát triển theo hướng xanh hơn.

Tối ưu hóa quá trình lưu trữ lượng điện dư thừa

Dự án CAES 100 MW đầu tiên của Trung Quốc, được coi là lớn nhất và hiệu quả nhất trên thế giới, đã được kết nối với lưới điện quốc gia ở Trương Gia Khẩu, tỉnh Hà Nam vào ngày 30.9. Trong khi đó, quá trình xây dựng cơ sở CAES trong hang muối lớn nhất thế giới, nằm ở Tai'an, tỉnh Sơn Đông, bắt đầu vào ngày 28.9 và dự kiến được đưa vào hoạt động vào năm 2024.

Các nhà phân tích tin rằng Trung Quốc có tiềm năng đáng kể để thương mại hóa công nghệ CAES của mình, vốn được đánh giá là hàng đầu thế giới. Tuy nhiên, các kỹ sư cũng lưu ý rằng các rào cản về quy định và kỹ thuật vẫn là những hạn chế đối với sự tăng trưởng của lĩnh vực này.

Năm 1978, cơ sở CAES đầu tiên trên thế giới, Nhà máy Điện Huntorf, được xây dựng tại Lower Saxony, Đức. Nhà máy tiên phong sử dụng năng lượng dư thừa được tạo ra trong những giờ không phải cao điểm để nén và làm mát không khí, sau đó lưu trữ nó trong một hang muối nhàn rỗi. Trong những giờ cao điểm tiêu thụ năng lượng, nhà máy đốt khí tự nhiên để đốt nóng khí nén, sau đó khí này nở ra và đẩy các tuabin của máy phát điện. Nhà máy có công suất hàng năm là 290 MW với hiệu suất khoảng 29%.

Năm 1991, Nhà máy điện McIntosh, một cơ sở CAES 110 MW, bắt đầu hoạt động tại bang Alabama của Hoa Kỳ. Nó có hiệu suất khoảng 54% và cũng hoạt động bằng nhiên liệu hóa thạch.

Tại Trung Quốc, ít nhất 9 nhà máy CAES đã bắt đầu xây dựng hoặc hoạt động với tổng công suất 682,5 MW. 19 dự án CAES bổ sung, với tổng công suất 5,38 GW, đang trong giai đoạn lập kế hoạch.

Dự kiến, công suất CAES của Trung Quốc sẽ đạt 6,76 GW vào năm 2025 và 43,15 GW vào năm 2030. Trong tất cả các loại hình lưu trữ năng lượng ở Trung Quốc, CAES sẽ chiếm 10% vào năm 2025 và sau đó tăng lên 23% vào năm 2030, nếu tất cả đều đúng kế hoạch.

Hiệp hội Nguồn điện Công nghiệp Trung Quốc (CIAPS) cho biết trong một báo cáo hồi tháng 4 rằng tổng công suất lưu trữ năng lượng của Trung Quốc đứng đầu thế giới ở mức 43,44 GW vào cuối năm 2021. Trong đó, 86,5% được lưu trữ bằng thủy điện, 11,8% sử dụng bộ lưu trữ pin và 1,3% bộ lưu trữ nhiệt năng. Các phương pháp khác, chẳng hạn như CAES và lưu trữ năng lượng bánh đà, chiếm 0,4%.

Cơ sở lưu trữ năng lượng 100 MW mới ở Trương Gia Khẩu, do Viện Vật lý nhiệt kỹ thuật (IET) thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc phát triển, có thể tạo ra hơn 132 triệu kWh điện hàng năm, cung cấp điện cho 60.000 hộ gia đình trong thời gian tiêu thụ điện cao điểm. Nó có thể tiết kiệm 42.000 tấn than tiêu chuẩn và giảm lượng khí thải carbon dioxide (CO2) xuống 109.000 tấn mỗi năm, theo IET.

Giám đốc IET Xu Yujie cho biết: “Việc hoàn thành nhà máy Trương Gia Khẩu là một cột mốc quan trọng vì cơ sở này là một dự án thí điểm quốc gia có thể là tiêu chuẩn cho các dự án CAES khác ở Trung Quốc”.

Hướng đến giải pháp “hoàn toàn xanh”

Bằng cách khẳng định nhà máy này là "tiên tiến" nhất trên thế giới, cơ sở IET phân biệt nó với nhà máy McIntosh của Mỹ, một CAES 110 MW hoạt động dựa trên nguyên tắc đốt không khí lưu trữ bằng khí tự nhiên để thu hồi năng lượng và do đó không phải là năng lượng xanh. Trong khi đó, nhà máy ở Trương Gia Khẩu loại bỏ nhiên liệu hóa thạch, sử dụng những tiến bộ trong lưu trữ nhiệt siêu tới hạn, trao đổi nhiệt siêu tới hạn, công nghệ nén và mở rộng tải trọng cao để nâng cao hiệu quả của hệ thống. Theo Liên minh Lưu trữ Năng lượng Trung Quốc, nhà máy mới có thể lưu trữ và giải phóng tới 400 MWh, với hiệu suất thiết kế hệ thống là 70,4%. Các hệ thống khí nén hiện tại chỉ có hiệu suất khoảng 40 - 52%, và ngay cả hai nhà máy Hydrostor CAES lớn hơn dự kiến mở ở California vào năm 2026 cũng chỉ được báo cáo là có hiệu suất khoảng 60%.

Ngày 26.7, China Energy Engineering Corp, một doanh nghiệp nhà nước, thông báo khởi công xây dựng nhà máy CAES 300 MW tại Ứng Thành, tỉnh Hồ Bắc. Được biết, đây sẽ là nhà máy CAES 300 MW “hoàn toàn xanh” đầu tiên trên thế giới và có thể tạo ra khoảng 500 triệu kWh điện mỗi năm.

Tuy nhiên, Sun Siyang, một nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Năng lượng của China Southern Power Grid, cho biết CAES không đốt có tiềm năng mạnh mẽ nhưng các nhà phát triển vẫn phải giải quyết các vấn đề kỹ thuật liên quan đến máy nén ly tâm.

Hơn nữa, ông Sun cho biết, hầu hết các hang muối nhàn rỗi chỉ có thể được tìm thấy ở các thành phố ở hạ lưu sông Dương Tử ở Sơn Đông và Quảng Đông, có nghĩa là các địa điểm khác sẽ phải trả thêm tiền để đào hang hoặc mua thùng chứa để xây dựng nhà máy CAES. Ông cho biết các nhà đầu tư tư nhân vẫn miễn cưỡng đầu tư vào lĩnh vực này vì chính quyền trung ương vẫn chưa tiết lộ các quy định về sản xuất điện CAES cũng như giá cả của nó.

Quỳnh Vũ