Nông dân thường tự hào về khả năng tự lực cánh sinh của mình. Khi bạn sống xa thành phố, việc tự mình làm càng nhiều càng tốt là điều hợp lý. Quy mô rộng lớn của Úc có nghĩa là nhiều trang trại ở vùng sâu vùng xa đã không có điện lưới từ lâu vì chi phí để có được kết nối nguồn thường quá đắt. Nhưng đối với những người vẫn còn tham gia, giờ đây đã có những lựa chọn mới.
Nhà cung cấp hình ảnh: Shutterstock/Olga Kashubin
Khi năng lượng mặt trời ngày càng rẻ hơn, ngày càng có nhiều trang trại hướng tới mục tiêu tự chủ về điện. Nhưng cho đến nay, việc tách hoàn toàn khỏi lưới điện vẫn còn một vấn đề khó khăn—sự gián đoạn của năng lượng mặt trời. Năng lượng mặt trời có thể rẻ hơn bao giờ hết, nhưng nếu không có bộ lưu trữ hoặc dự phòng, bạn vẫn phải phụ thuộc vào lưới điện khi mặt trời không chiếu sáng.
Pin là một giải pháp hấp dẫn. Nhưng họ có thể không cung cấp bản sao lưu cả ngày và gây ra những lo ngại về nguy cơ hỏa hoạn và lãng phí.
Máy phát điện cung cấp dự phòng đáng tin cậy. Nhưng chúng cũng có nhược điểm - chúng phải được cung cấp lại và tạo ra khí thải độc hại.
Đối với nông dân, giờ đây có một lựa chọn khác: kết nối một trong các con đập của bạn với một con sông—hoặc nối hai con đập lại với nhau—để tạo ra một nhà máy thủy điện bơm nhỏ nhằm lưu trữ điện từ năng lượng mặt trời để sử dụng vào ban đêm. Nước trong các con đập của bạn có thể mang lại một hình thức tự lực khác.
Nghiên cứu mới của chúng tôi đã xác định được hơn 30.000 khu vực nông thôn nơi thủy điện được bơm vi mô có thể hoạt động. Một địa điểm điển hình có thể sản xuất hai kilowatt điện và lưu trữ 30 kilowatt giờ năng lượng - đủ để vận hành một ngôi nhà điển hình ở Nam Úc trong 40 giờ.
Từ lớn đến vi mô? Có, thủy điện được bơm có thể hoạt động ở trang trại
Thủy điện được bơm về cơ bản cũng là biến năng lượng thủy điện thành pin.
Lấy hai hồ chứa, trong đó một hồ chứa cao hơn hồ chứa kia. Khi bạn có thêm năng lượng mặt trời , bạn lưu trữ nó. Làm sao? Bằng cách sử dụng năng lượng để bơm nước lên dốc lên hồ chứa phía trên. Sau này khi cần điện, bạn xả nước xuống hồ chứa phía dưới và sản xuất điện bằng tua-bin.
Ở quy mô lớn, những nhà máy này là một phương pháp tích trữ năng lượng hiệu quả và có hiệu quả , mặc dù chúng có thể bị giảm chi phí, như trong sơ đồ Snowy 2.0 . Chính phủ Queensland đang lên kế hoạch cho các dự án bơm thủy điện quy mô lớn để hoạt động như pin.
Cho đến gần đây, bơm thủy điện quy mô nhỏ không mang lại nhiều ý nghĩa kinh tế.
Nhưng chi phí năng lượng mặt trời giảm dần đồng nghĩa với việc các con số đã thay đổi. Giờ đây, việc có được mảng lớn hơn sẽ hiệu quả hơn về mặt chi phí. Và điều đó mở ra cơ hội tìm cách tích trữ lượng điện dư thừa được tạo ra vào ban ngày.
Đối với nông dân, một cơ hội khác là khả năng sử dụng các đập hiện có và giảm chi phí xây dựng thủy điện.
Nếu rẻ hơn thì khả thi hơn nhiều. Nghiên cứu ban đầu về hệ thống tưới tiêu sử dụng năng lượng mặt trời sử dụng bơm thủy điện cho thấy thời gian hoàn vốn của loại lưu trữ năng lượng này có thể ngắn hơn tới bốn lần so với pin.
Điều đáng chú ý là gì? Như bạn có thể đoán, giải pháp này phụ thuộc vào quy mô của các con đập và sông hiện có cũng như địa hình của vùng đất.
Độ dốc giữa hai vùng nước càng dốc thì hệ thống này càng hữu ích trong việc lưu trữ năng lượng. Để tận dụng tối đa các hệ thống này có nghĩa là tìm kiếm các địa điểm có giá trị tiềm năng nhất. Và có thể giải pháp này sẽ không hiệu quả đối với các trang trại trên mặt đất bằng phẳng—bạn cần giảm độ cao ít nhất 20 mét.
Có lẽ bạn đang tự hỏi làm thế nào điều này có thể tích lũy được về mặt tài chính. Chúng tôi đã so sánh hệ thống thủy điện bơm vi mô có công suất 42,6kWh và có thể xả 3,6kW với pin lithium-ion thương mại, Tesla Powerwall, có thể lưu trữ 13,5kWh và xả 5,0kW.
Chúng tôi nhận thấy hệ thống lưu trữ thủy điện được bơm vi mô rẻ hơn 30% so với pin nếu năng lượng mặt trời được tạo ra tại địa phương thường xuyên cần qua đêm—chẳng hạn như để cung cấp năng lượng cho hệ thống tưới tiêu 24/7.
Úc có hàng nghìn địa điểm tiềm năng
Nghiên cứu của chúng tôi là đánh giá đầu tiên trên toàn lục địa về các địa điểm đập trang trại thủy điện được bơm tiềm năng.
Làm thế nào chúng tôi tìm ra được có bao nhiêu địa điểm phù hợp với thủy điện bơm vi mô? Sự kỳ diệu của toán học. Chúng tôi đã sử dụng các thuật toán từ lý thuyết đồ thị vì chúng được dùng để lập mô hình mạng và đưa chúng vào cuộc khảo sát năm 2021 với 1,7 triệu đập trang trại ở Úc. Chúng tôi không muốn khơi dậy hy vọng của mọi người nếu đập của họ không phù hợp, vì vậy, chúng tôi đặt công suất tối thiểu ở mức 24kWh (tương tự như pin gia đình thông thường sau khi giảm hiệu suất) và với độ dốc tối thiểu là 17%, để giúp giá cả cạnh tranh. với một pin.
Đó là cách chúng tôi đưa ra con số 30.000 địa điểm đầy hứa hẹn, bao gồm các địa điểm đập nối đập và đập nối sông. Vị trí nối đập với sông là một lựa chọn tốt nếu bạn có một con đập ở độ cao hợp lý trên sông—bạn có thể bơm nước lên dốc từ sông và trả lại sau để tạo ra điện.
Điều gì tiếp theo cho phương pháp này?
Bạn có thể làm cho phương pháp này hiệu quả hơn bằng cách sử dụng phần cứng tất cả trong một mới , chẳng hạn như tua-bin và máy bơm nước kết hợp , cũng như tích hợp nó với quản lý tưới tiêu thông minh .
Nói rõ hơn, giải pháp này sẽ không hiệu quả với mọi chủ đất. Nếu bạn trồng lúa mì trên vùng đồng bằng bằng phẳng, bạn khó có thể có được độ dốc cần thiết để trồng lúa mì.
Nếu bạn đang cân nhắc việc đưa bộ lưu trữ ra khỏi lưới điện, điều cần thiết là phải xem xét ưu và nhược điểm của từng công nghệ cũng như mức độ phù hợp của công nghệ đó với điều kiện địa phương của bạn.
Ví dụ: nếu bạn đang ở khu vực thường xuyên bị hạn hán với nguồn nước ngầm hạn chế, việc lắp đặt bơm thủy điện có thể không hợp lý. Trong thời gian hạn hán, bạn có thể cần nước trong trang trại. Nghiên cứu của chúng tôi giả định 70% lượng nước trong đập có sẵn để sử dụng, không tính đến nhu cầu hạn hán hoặc tưới tiêu.
Nhưng đối với một số chủ đất, đây có thể là phần còn thiếu của câu đố. Việc lắp đặt năng lượng gió và mặt trời đang tăng vọt [trên toàn thế giới]. Ngược lại, điều này đang thúc đẩy nhu cầu lưu trữ năng lượng hiệu quả về mặt chi phí. Do có 30.000 đập trang trại phù hợp chỉ riêng ở Úc nên có khả năng công nghệ này có thể đóng một vai trò có giá trị trên toàn thế giới, đặc biệt là đối với nông dân ở vùng sâu vùng xa hoặc nơi kết nối lưới điện quá đắt đỏ.
