Điện năng tái tạo dư thừa được lưu trữ dưới lòng đất để lưu trữ nhiệt, Đại học Tỉnh Osaka và các trường khác chứng minh

Điện năng tái tạo dư thừa được lưu trữ dưới lòng đất để lưu trữ nhiệt, Đại học Tỉnh Osaka và các trường khác chứng minh
2025/07/04 10:54

Tổng quan về hệ thống hấp thụ năng lượng tái tạo dư thừa và luồng hoạt động
(Nguồn: Đại học tỉnh Osaka)

Hình 1: Vận hành hệ thống lưu trữ nhiệt theo mùa và sử dụng điện tái tạo dư thừa

Mùa đông:

• Sử dụng nước nóng đã được làm nóng từ trước để sưởi ấm.

Mùa xuân:

• Dùng điện tái tạo dư thừa để làm nóng nước và tích trữ dưới lòng đất (nước nóng 50°C).

• Nước lạnh trong lòng đất duy trì ở mức 14°C.

Đầu mùa hè (giai đoạn hiện tại – “今、ここ”):

• Thêm chức năng hấp thụ điện tái tạo dư thừa.

• Sử dụng trực tiếp nước lạnh (5°C) từ lòng đất để làm mát phòng.

Mùa hè:

• Dùng nước lạnh được tích trữ để làm mát.

• Nếu cần thiết, sử dụng hệ thống bơm nhiệt hỗ trợ.

Mùa thu:

• Tắt hệ thống làm mát.

• Vận hành hệ thống để chuẩn bị cho mùa đông.

Nhiệt độ tham chiếu trong lòng đất:

• Tầng nước lạnh: 5°C hoặc 14°C

• Tầng nước nóng: 24°C hoặc 50°C (tùy mùa)

Cấu trúc thực hiện dự án
(Nguồn: Đại học tỉnh Osaka)

Hình 2: Danh sách các đơn vị tham gia dự án hệ thống lưu trữ nhiệt và điện dư thừa

Đại diện thực hiện dự án:

• Đại học Công lập Osaka

  • Tổng hợp và phát triển chức năng hấp thụ điện tái tạo dư thừa và chức năng cắt giảm tiêu thụ (negawatt)

  • Xây dựng và kiểm chứng phương pháp ứng dụng hệ thống tối ưu

  • Tích hợp và vận hành hệ thống

  • Có thành tích phát triển hệ thống lưu trữ nhiệt ngầm

  • Sở hữu kỹ thuật mô phỏng hệ thống

Các đơn vị thực hiện chung:

• Mitsubishi Heavy Industries & Thermal Systems

  • Phát triển chức năng hấp thụ điện dư và negawatt

  • Tích hợp hệ thống, vận hành thử, thương mại hóa

  • Đóng góp vào tiêu chuẩn hóa ATES và bảo trì sau khi triển khai

• Công ty Xây dựng Takenaka

  • Tích hợp hệ thống, vận hành và thương mại hóa

  • Thúc đẩy triển khai thực tế với tư cách là tổng thầu

• Công ty Điện lực Kansai

  • Tích hợp hệ thống, vận hành và thương mại hóa

  • Cung cấp thông tin quảng bá với tư cách đơn vị triển khai VPP (Virtual Power Plant)

• Văn phòng Thiết kế Kiến trúc Yasui

  • Thiết kế nguồn nhiệt cho cơ sở vật chất tại Expo 2025

  • Thiết kế hệ thống ATES

• Đại học Tokyo

  • Phát triển và kiểm chứng chức năng điện tái tạo dư và negawatt

  • Đánh giá hệ thống điện và các biện pháp kiểm soát nhiệt độ

Đơn vị hợp tác:

• Hiệp hội Triển lãm Quốc tế Nhật Bản 2025

  • Hỗ trợ PR (quảng bá) cho kết quả trình diễn tại Expo 2025

• Thành phố Osaka

  • Hợp tác sử dụng hệ thống dưới lòng đất và xem xét nới lỏng quy định liên quan

　Đại học Công lập Osaka đã bắt đầu một thí nghiệm trình diễn để sử dụng năng lượng tái tạo dư thừa trong "Hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt Aquifer (ATES)", nơi lưu trữ năng lượng lạnh trong tầng chứa nước ngầm. Họ sẽ phát triển một hệ thống hấp thụ năng lượng tái tạo dư thừa bằng cách sử dụng chức năng lưu trữ nhiệt của ATES giữa các mùa. Cuộc trình diễn sẽ được tiến hành chung với Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems, Takenaka Corporation, Kansai Electric Power, Yasui Architects & Engineers và Đại học Tokyo. Thông báo được đưa ra vào ngày 1 tháng 7.

　ATES xử lý sỏi và nước ngầm được lưu trữ trong các tầng chứa nước ngầm sâu dưới lòng đất như một bể chứa nhiệt khổng lồ, cho phép nhiệt lưu thông qua các mùa, chẳng hạn như sử dụng nhiệt thải lạnh (khoảng 14°C) từ quá trình sưởi ấm vào mùa đông để điều hòa không khí vào mùa hè và nhiệt thải ấm (khoảng 24°C) từ quá trình làm mát vào mùa hè để sưởi ấm vào mùa đông.

　Hệ thống hấp thụ năng lượng tái tạo dư thừa mới được phát triển bổ sung thêm vào ATES thông thường một chức năng mới để lưu trữ năng lượng tái tạo dư thừa trong giếng lạnh ở nhiệt độ 5°C bằng cách sử dụng nguồn nhiệt bơm nhiệt dựa trên thông tin thời gian thực về năng lượng tái tạo dư thừa và một chức năng mới để làm mát trực tiếp nước ngầm được lưu trữ ở nhiệt độ 5°C. So với pin lưu trữ và hydro, hệ thống này có thể hấp thụ hiệu quả năng lượng tái tạo dư thừa trong khi vẫn giữ chi phí ở mức thấp.

　Trong thí nghiệm trình diễn, hệ thống đã được lắp đặt tại ATES hiện có tại Trung tâm thể thao dành cho người khuyết tật Maishima (Amity Maishima) ở thành phố Osaka. Hệ thống bắt đầu hấp thụ điện năng tái tạo dư thừa từ ngày 2 tháng 4 và đến ngày 9 tháng 6, hệ thống đã hoạt động ở mức khoảng 140kW trong tổng số 270 giờ, làm mát 10.000m3 nước ngầm xuống 5℃ và lưu trữ trong một giếng làm mát.

　Từ ngày 1 tháng 7, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động làm mát trực tiếp bằng cách sử dụng nước ngầm được lưu trữ ở nhiệt độ 5°C và sẽ được đánh giá dựa trên hiệu suất sạc/xả được cho là (hiệu suất sạc/xả khi được coi là một ắc quy lưu trữ). Hiệu suất sạc/xả được cho là mục tiêu là 70% (khi giới hạn trên của nhiệt độ nước bơm được sử dụng để làm mát trực tiếp là 13°C).

　Công ty đã được giao nhiệm vụ phát triển hệ thống này như một phần của "Dự án phát triển và trình diễn công nghệ trung hòa carbon liên ngành, đồng sáng tạo khu vực năm tài chính 2023 của Bộ Môi trường: 'Phát triển công nghệ hệ thống hấp thụ điện năng tái tạo dư thừa để bổ sung vào thiết bị lưu trữ nhiệt tầng chứa nước'".