Theo phân tích được thực hiện tại Cơ quan Năng lượng tái tạo Quốc gia của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), các hệ thống thủy điện lưu trữ được bơm vòng kín được xếp hạng là có tiềm năng thấp nhất góp phần giải quyết vấn đề nóng lên toàn cầu đối với việc lưu trữ năng lượng khi tính đến toàn bộ tác động của vật liệu và xây dựng. Phòng thí nghiệm năng lượng (NREL). Các hệ thống này dựa vào dòng nước chảy giữa hai hồ chứa để tạo ra và lưu trữ điện.
Một hệ thống thủy điện bơm tuần hoàn khép kín dựa vào hồ chứa trên và dưới. Nhà cung cấp hình ảnh: Al Hicks, NREL
Những phát hiện này, được báo cáo trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Môi trường , cung cấp cái nhìn sâu sắc chưa từng được biết đến trước đây về cách thủy điện lưu trữ được bơm vòng kín—không được kết nối với nguồn nước bên ngoài—so sánh với các công nghệ lưu trữ quy mô lưới khác.
Việc tăng khả năng lưu trữ năng lượng có thể hỗ trợ lượng sản xuất năng lượng tái tạo cao hơn trên lưới điện. Do các nguồn tái tạo như gió và mặt trời không tạo ra điện liên tục nên có nguy cơ bị cắt giảm, sản xuất dư thừa điện nhưng không thể sử dụng được. Việc lưu trữ sẽ giúp tạo ra lượng điện dư thừa này và tạo ra một khoảng đệm giữa cung và cầu, đảm bảo rằng nhiều điện tái tạo hơn sẽ đến tay người tiêu dùng.
Bài báo "Đánh giá vòng đời của thủy điện tích năng khép kín ở Hoa Kỳ" được viết bởi Daniel Inman, Gregory Avery, Rebecca Hanes, Dylan Hettinger và Garvin Heath, tất cả đều làm việc tại Trung tâm Phân tích Năng lượng Chiến lược của NREL.
Inman cho biết: “Thủy điện tích năng khép kín được chứng minh là nguồn phát thải khí nhà kính nhỏ nhất”.
Các nhà nghiên cứu đã phân tích tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) của các công nghệ lưu trữ năng lượng, hiện đang là nút thắt cổ chai cản trở việc sử dụng cuối cùng của sản xuất điện tái tạo. Việc lưu trữ có thể giúp tăng khả năng của lưới điện để đáp ứng các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời. Thủy điện tích năng nổi bật là một công nghệ đã được thiết lập nhưng có rất ít thông tin về phát thải khí nhà kính liên quan đến việc sử dụng nó. Nghiên cứu NREL cung cấp đánh giá vòng đời của thủy điện lưu trữ bằng bơm khép kín mới ở Hoa Kỳ và đánh giá GWP của nó.
Thủy điện tích năng được bơm được so sánh với bốn công nghệ khác: lưu trữ năng lượng khí nén (CAES), pin lithium-ion quy mô tiện ích (LIB), pin axit chì (PbAc) quy mô tiện ích và pin dòng oxi hóa khử vanadi (VRFB). Thủy điện tích năng và CAES được thiết kế để lưu trữ trong thời gian dài, trong khi pin được thiết kế để sử dụng trong khung thời gian ngắn hơn.
Inman cho biết: “Không phải tất cả các công nghệ lưu trữ năng lượng đều cung cấp các dịch vụ giống nhau. "Chúng tôi đã xem xét việc lưu trữ năng lượng bằng khí nén, cho phép lưu trữ năng lượng ở quy mô lưới điện và cung cấp các dịch vụ như quán tính và khả năng phục hồi của lưới điện. Nhưng thủy điện tích năng tạo ra khoảng 1/4 lượng phát thải khí nhà kính so với khí nén."
Khi kiểm tra thủy điện tích năng, các nhà nghiên cứu đã lập mô hình phát hiện của họ dựa trên 39 thiết kế sơ bộ từ 35 địa điểm được đề xuất ở vùng tiếp giáp Hoa Kỳ. Cơ sở thủy điện lưu trữ bơm khép kín trung bình được giả định có công suất lưu trữ là 835 megawatt và ước tính trung bình 2.060 GWh năng lượng lưu trữ được cung cấp hàng năm. Kịch bản cơ sở cũng giả định hỗn hợp điện sẽ hoàn toàn đến từ các công nghệ tái tạo.
Các nhà nghiên cứu đã tính toán GWP do 1 kWh điện lưu trữ được phân phối đến điểm kết nối trạm biến áp lưới gần nhất. Họ ước tính GWP cho thủy điện tích năng dao động từ tương đương 58 đến 502 gram carbon dioxide mỗi kWh.
Thủy điện có GWP thấp nhất trên cơ sở đơn vị chức năng, tiếp theo là LIB, VRFB, CAES và PbAc. Họ cũng xác định một số quyết định nhất định có thể có tác động đáng kể. Ví dụ: xây dựng trên khu đất nâu thay vì khu đất xanh có thể giảm 20% GWP.
