Dù công nghệ pin lưu trữ điện năng lượng thông thường cần khá nhiều thời lượng để lưu trữ, nhưng vài ưu điểm về mặt công nghệ của nó cũng đạt được một số thành công nhất định. Để nói về việc lưu trữ năng lượng trong một khoảng thời gian dài, ngành có tiềm năng to lớn không gì khác ngoài năng lượng gió và mặt trời. Hiện tại, công nghệ pin lưu trữ điện năng lượng mặt trời đang chiếm ưu thế trong việc cung cấp điện cho các nhà máy và dần thay thế nguồn điện khác.
Vấn đề ở đây là, không có bất kì phương án nào cho việc lưu trữ được kéo dài như mong muốn. Tại Greentech Media, họ đã dành ra rất nhiều năm để nghiên cứu các sản phẩm, từ những người phản đối quy luật phi vật lý cho đến những người đấu tranh vì khoa học và có đầu óc tiến bộ.
Có rất nhiều sự lựa chọn khá ổn về mặt kỹ thuật của sản phẩm. Nhưng câu hỏi đặt ra là, chúng có một mức giá hợp lý và có một sự phát triển theo chu kỳ không, và đặc biệt là liệu các doanh nghiệp cung cấp chúng có tồn tại đủ lâu để chứng minh những điều đó hay không? Thật sự rất khó để các công ty sản xuất có thể thực hiện được vì sản phẩm này chưa được bày bán ở bất cứ đâu nào những năm trước đây.
Thị trường cuối cùng cũng thay đổi nhờ vào sự phát triển của hai xu hướng sau đây. Thứ nhất, năng lượng gió và mặt trời hiện đang cạnh tranh khốc liệt với nhau để cung cấp năng lượng cho Hoa Kỳ và các nước đã phát triển khác. Sự gia tăng các nguồn tài nguyên này tạo ra một sự thúc đẩy mạnh mẽ về khía cạnh lưu trữ trong thời gian dài ở những nơi có đầy đủ cả các trang trại năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Một thị trường ban đầu đặc biệt hấp dẫn là ở các mạng lưới xa xôi hoặc hải đảo, nơi năng lượng tái tạo-cộng với kho dự trữ đã cạnh tranh với nhiên liệu diesel nhập khẩu về giá.
Thứ hai, được thúc đẩy bởi thành công này, nhiều công ty tiện ích, tiểu bang và quốc gia đang tăng cường mục tiêu về năng lượng sạch. Một khi một cơ quan tài phán chính thức cam kết 100% điện không có carbon, họ phải bắt đầu suy nghĩ nghiêm túc về cách thay thế các nhà máy khí hiện đang cung cấp cho đối tác linh hoạt về sự thăng trầm của năng lượng tái tạo. Các chính sách này thường đưa ra hóa đơn chính cho các nguồn năng lượng sạch, nhưng chúng cũng có thể được coi là công cụ tạo thị trường cho loại tài sản lưu trữ dài hạn.
Dựa trên những phát triển này, chúng tôi đã tập hợp các ứng cử viên dài hạn còn tồn tại ở một nơi thuận tiện, không theo thứ tự cụ thể. Các tiêu chí để lựa chọn bao gồm: công nghệ hợp lý; đầu tư gần đây; lực kéo thị trường (được phân loại trên quãng thời gian dài rộng rãi); và, đối với các công ty, không bị phá sản.
Máy thủy bình
Thiết kế hiện đại giữa trung niên thịnh hành trở lại, vậy tại sao lại không sử dụng công nghệ lưu trữ năng lượng vào khoảng thế kỷ giữa? Khái niệm dựa trên trọng lực này di chuyển vật lý nước từ một hồ chứa thấp đến một hồ chứa cao, từ đó nước xuống, khi cần, để tạo ra điện. Điều này có từ trước thời kỳ hoàng kim của lithium-ion và vẫn cung cấp khoảng 95% dung lượng lưu trữ trên lưới điện của Hoa Kỳ, theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
Sau khi được xây dựng, các hệ thống này có chi phí lưu trữ rất thấp và chúng chứa một lượng năng lượng thực sự lớn so với thậm chí là loại pin lớn nhất thế giới. Vấn đề là việc xây dựng các nhà máy tích trữ thủy điện mới là vô cùng khó khăn, do tác động cho phép của cơ sở hạ tầng sử dụng nước lớn và khó khăn gần đây trong việc thực hiện các dự án xây dựng lớn nói chung.
Trường phái thủy điện mới tập trung vào các hồ chứa nước biệt lập không làm gián đoạn hệ sinh thái sông; điều này đơn giản hóa việc cho phép, nhưng các dự án vẫn phải đối mặt với thời gian phát triển kéo dài hàng thập kỷ và thẻ giá hàng tỷ đô la.
Tuy nhiên, một số ít các dự án như vậy đang nhích dần lên. Dự án Gordon Butte 400 megawatt ở Montana có giấy phép và hỗ trợ tài chính; Núi Đại bàng 1.300 megawatt ở California có giấy phép liên bang để xây dựng và hỗ trợ từ NextEra Energy. Và công ty tiện ích Dominion Energy đang làm việc trên một hệ thống 800 megawatt, thời lượng 10 giờ ở tây nam Virginia.
Sự gia tăng của năng lượng tái tạo đã buộc phải có một cái nhìn mới về công nghệ cũ kỹ này. Giờ đây, việc phân phối của ngành công nghiệp thủy điện được bơm là tùy thuộc vào ngành công nghiệp thủy điện.
Các khối xếp chồng lên nhau
Điều gì sẽ xảy ra nếu, thay vì sử dụng pin hoặc bơm nước, bạn tích trữ năng lượng dư thừa bằng cách tự động hóa một cần cẩu robot sáu cánh để xếp hàng nghìn khối đá nguyên khối nặng 35 tấn được xây dựng có mục đích vào một tòa tháp giống Babel và thả chúng xuống một lần nữa khi bạn cần thiết để giải phóng sức mạnh?
Nếu sàn trượt trơn bóng quyết định các cuộc chạy đua vũ khí công nghệ, công ty khởi nghiệp Energy Vault sẽ thống trị lĩnh vực này. Ý tưởng nảy sinh từ việc lặp đi lặp lại việc lưu trữ trọng lực của thủy điện được bơm, nhưng điều chỉnh nó để có sự đa dạng địa lý hơn và tránh những hạn chế được mô tả ở trên. Gross đã ném vào những tiến bộ công nghệ đã trưởng thành trong các ngành công nghiệp khác – thị giác máy, chế tạo bê tông, cần cẩu – và đưa ra phương pháp pha chế lưu trữ lưới hoàn toàn nguyên bản.
Tầm nhìn đó đã mang lại khoản đầu tư lớn nhất từ trước đến nay vào một công ty khởi nghiệp công nghệ lưu trữ năng lượng tĩnh: 110 triệu đô la từ SoftBank vào mùa hè năm ngoái. Và Tata Power đã đăng ký lắp đặt sớm 35 megawatt giờ vào năm 2019, báo hiệu sự quan tâm từ các khách hàng nghiêm túc.
Nếu hệ thống đó hiện đang hoạt động, thì Energy Vault đã không nói như vậy. Xác nhận rằng nó hoạt động trong thực tế thương mại là rất quan trọng đối với tất cả các công nghệ mới trong không gian này. Và trong một ngành mà những sai lệch nhỏ so với thực tiễn hoạt động tiêu chuẩn có thể khiến khách hàng và các nhà tài chính phải kinh ngạc, thì Energy Vault có rất nhiều việc phải làm để xây dựng lòng tin.
Không khí lỏng
Highview Power không tự coi mình là một công ty khởi nghiệp nữa. Sau 15 năm hoàn thiện công nghệ lưu trữ năng lượng của mình, công ty có trụ sở tại Vương quốc Anh này đã chuyển từ vận hành thử nghiệm sang phát triển các nhà máy quy mô lớn.
Cơ chế của công ty làm mát không khí và lưu trữ nó trong các bể chứa điều áp trên mặt đất. Các thiết bị nén và máy phát điện đến từ các chuỗi cung ứng đã được thiết lập trong các ngành công nghiệp phát triển. Sự đổi mới công nghệ ở đây là sử dụng chúng để lưu trữ trên lưới điện.
Các nhà lãnh đạo của Highview nhận ra rằng họ cần phải tự tài trợ cho các dự án sớm để cho thị trường thấy rằng họ đang làm việc. Họ đã huy động được 46 triệu đô la từ Sumitomo Heavy Industries vào tháng 2 để thực hiện điều đó.
Khí nén ngầm
Con người đã tích trữ năng lượng trong các hang động dưới lòng đất trong nhiều thập kỷ: Một nhà máy ở Huntorf, Đức có từ năm 1978 và nhà máy McIntosh ở Alabama mở cửa vào năm 1991. Nhưng những dự án tiên phong đó đã không thể bắt đầu xu hướng. Một số công ty khởi nghiệp đã thử và không cải thiện được kỹ thuật đó.
Khái niệm cơ bản là sử dụng điện năng dư thừa để bơm khí nén vào một hệ thống ngầm phù hợp hoạt động giống như một bể chứa khổng lồ. Việc giải phóng không khí có áp cho phép nhà máy tái tạo điện khi cần thiết.
Nhưng không phải ai cũng có những mái vòm muối có cấu trúc lý tưởng trong sân sau của chính họ. Công ty Hydrostor của Canada đã có một cách tiếp cận khác: bơm khí nén vào các hang động được xây dựng có mục đích hoặc các hang động hiện có, chẳng hạn như các trục hầm mỏ bị bỏ hoang và sử dụng nước để duy trì áp suất. Nước giữ cho mọi thứ ở áp suất không đổi và cho phép sử dụng các khoang nhỏ hơn thường được sử dụng trong các kỹ thuật truyền thống. Mục tiêu là giải phóng kho chứa khí nén khỏi những hạn chế về địa chất đã kìm hãm nó trong khi giảm thiểu rủi ro công nghệ nhờ các thiết bị vay mượn từ các ngành công nghiệp khác.
Hydrostor có một hệ thống thương mại hoạt động ở Canada và đang kết thúc một địa điểm trình diễn ở Úc. Mùa thu năm ngoái, nó đã huy động được 37 triệu đô la khác để phát triển một hệ thống các nhà máy với công nghệ lưu trữ năng lượng ngày càng tham vọng.
Pin dòng chảy
Pin dòng chảy đã được coi là hứa hẹn trong thời gian dài như mọi người vẫn nghĩ về khả năng lưu trữ thời lượng dài, nhưng điều đó đã không mang lại cho họ nhiều lợi thế trên thị trường.
Công ty pin dòng chảy nguyên mẫu đã vỡ nợ hoặc vẫn đang tham vọng triển khai thương mại đáng kể đầu tiên của mình. Nhưng rất nhiều nhà khoa học về pin dòng chảy công nghệ này tuần hoàn các chất điện phân lỏng để nạp hoặc phóng điện tử thông qua phản ứng oxy hóa khử.
Công ty ESS vẫn đang làm việc để xây dựng dự án quy mô tiện ích đầu tiên của mình, nhưng nó đã huy động được thêm 30 triệu đô la vào tháng 11 dựa trên sức mạnh của hóa học dòng chảy sắt. Nó tự hào về việc sử dụng một nguồn nguyên liệu rẻ và dồi dào cho thành phần hoạt tính của nó. Điều đó tạo ra một sự tương phản với các acolytes dòng vanadi đã chuyển các toa xe của họ đến một loại khoáng chất đã có một chuyến đi hoang dã trên thị trường hàng hóa trong những năm gần đây.
Avalon Pin, được cho là nhà sản xuất dòng vanadi thành công nhất về số lượng hệ thống được triển khai, đã tìm ra cách vượt qua thách thức về chi phí vật liệu. Nó đã tạo ra một thỏa thuận để thuê vanadi từ các công ty khai thác, họ muốn thấy một thị trường mới cho sản phẩm của họ.
Bằng cách sản xuất hàng loạt hệ thống chìa khóa trao tay trong một nhà máy, Avalon đã xuất xưởng 160 pin dòng chảy, thoát khỏi tình trạng bế tắc của các phi công chế tạo thủ công. Các hệ thống này có thời lượng không dài, nhưng chúng cạnh tranh với pin lithium-ion về tuổi thọ chu kỳ trong các ứng dụng thông lượng cao.
Với sức mạnh của điều đó, Avalon sẽ sớm tiếp quản công ty lưu lượng RedT của Vương quốc Anh, công ty đã đổi mới về mặt thương mại nhưng phải chịu đựng sự sụt giảm giá cổ phiếu triền miên và nhu cầu vốn thấp.
Thỏa thuận đó đã mang lại khoản đầu tư mới và đánh dấu một sự phát triển tích cực bất thường cho lĩnh vực này bằng cách cho thấy hoạt động mua bán và sáp nhập pin dòng chảy có thể diễn ra bên ngoài vụ mua bán cháy nổ do phá sản.