Thời gian để hoài nghi về khả năng chuyển đổi của thế giới từ sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng tái tạo sạch hơn, chẳng hạn như gió hoặc mặt trời, đã qua.
Bộ lưu trữ pin natri-lưu huỳnh (NAS) tại dự án 50MW/300MWh ở Buzen, Nhật Bản. Hình ảnh: NGK Insulators Ltd.
Quá trình chuyển đổi sang một thế giới không có mạng sạch hơn là một trong những thách thức lớn nhất của chúng ta hiện nay. Đã có hơn 70 quốc gia đặt mục tiêu đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 và một số trong số đó thậm chí còn sớm hơn.
Ngành năng lượng chiếm tỷ trọng lớn trong phát thải khí nhà kính, vì vậy việc thay thế năng lượng dựa trên hóa thạch gây ô nhiễm bằng năng lượng từ các nguồn tái tạo sẽ giúp giảm đáng kể lượng khí thải. Tại Hội nghị thượng đỉnh G7 gần đây ở Nhật Bản, các nước thành viên đã cam kết tăng sản lượng điện gió ngoài khơi lên 150GW và năng lượng mặt trời lên 1TW vào năm 2030.
Vì vậy, câu hỏi không phải là liệu chúng ta có thể chuyển sang sử dụng 100% năng lượng tái tạo hay không mà là làm thế nào để chúng ta cân bằng tất cả năng lượng đó, thứ không có sẵn theo yêu cầu? Làm thế nào để chúng ta đạt được nguồn cung cấp điện ổn định và đáng tin cậy từ các nguồn không liên tục này?
Việc tích hợp một phần dưới 20% năng lượng tái tạo vào lưới điện không khó lắm, nhưng trên ngưỡng đó, nhu cầu cân bằng công nghệ ngày càng trở nên cấp thiết.
Không chỉ các dao động ngắn hạn nhưng thường xuyên cần được cân bằng để giữ cho lưới điện ổn định, mà còn cần phải hấp thụ một lượng lớn năng lượng, khi dư thừa và giải phóng khi có nhu cầu, thường là nhiều giờ hoặc nhiều ngày sau đó, cuối cùng đạt được năng lượng tự trị cung cấp dựa trên năng lượng tái tạo khả biến (VRE). Tắc nghẽn có thể trở thành một vấn đề ngay cả đối với các lưới phát triển tốt.
Một công nghệ không thể thiếu, hay đúng hơn là tập hợp các công nghệ, để giải quyết những thách thức này là lưu trữ năng lượng. Đó không phải là một khái niệm mới. Lưu trữ năng lượng thủy điện được bơm (PHES) đã đồng hành cùng chúng ta hơn một trăm năm, trong khi gần đây, pin cố định được triển khai ngày càng nhiều để tích hợp VRE.
Pin lithium-ion, được hỗ trợ bởi sự phát triển của xe điện (EV), đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực lưu trữ văn phòng phẩm. Mặc dù chúng rất phù hợp để phục vụ các ứng dụng trong thời gian ngắn, nhưng các công nghệ, được thiết kế đặc biệt để đáp ứng thời gian sạc và xả trong vài giờ, mang lại tỷ lệ hiệu suất chi phí tốt hơn khi chúng tôi sử dụng các ứng dụng yêu cầu sạc và xả từ sáu giờ trở lên.
Có nhiều công nghệ lưu trữ năng lượng dài hạn (LDES) đang bắt đầu được đưa vào sử dụng thương mại, nhưng hầu hết chúng đều đang ở giai đoạn đầu và chắc chắn không đạt được thành tích như pin natri-lưu huỳnh (pin NAS). ), được phát triển bởi NGK Insulators và phân phối bởi BASF.
Đã được chứng minh qua hơn 20 năm triển khai trong lĩnh vực này trong hơn 250 dự án cho ngành công nghiệp và tiện ích với tổng sản lượng gần 5GWh, pin NAS là một trong những công nghệ có thời lượng sử dụng lâu dài nhất hiện nay.
Pin NAS phù hợp với nhiều điều kiện khí hậu, như dự án này ở Dubai, UAE, cho thấy. Hình ảnh: NGK Insulators Ltd.
Được thiết kế để xả năng lượng trong 6 giờ hoặc lâu hơn, các đơn vị pin NAS có thể mở rộng đến hàng trăm megawatt-giờ. Mặc dù có mật độ năng lượng cao và thời gian đáp ứng nhanh, các hệ thống này cũng thuyết phục bởi tuổi thọ thiết kế là 20 năm hoặc 7.300 chu kỳ hoạt động do mức độ xuống cấp rất thấp.
Giải pháp lưu trữ pin NAS được đóng gói trong container: mỗi container 20 ft kết hợp sáu mô-đun có công suất lên tới 250kW và dung lượng lưu trữ năng lượng 1.450kWh. Nhiều thùng chứa có thể được kết hợp để tạo ra các cài đặt lớn hơn với bất kỳ kích thước yêu cầu nào.
Các nguyên liệu thô chính được sử dụng, chẳng hạn như natri, lưu huỳnh, oxit nhôm, rất dồi dào và chuỗi cung ứng cũng như giá cả không phải là vấn đề – điều này có thể mang lại sự yên tâm cho khách hàng do hành trình gập ghềnh mà các công nghệ pin khác đã chứng kiến trong vài năm qua .
Độ bền và khả năng phục hồi khí hậu cũng là những thước đo quan trọng: pin NAS có thể được triển khai ở các khu vực địa lý có nhiệt độ cao hoặc thấp. Để đưa ra hai ví dụ gần đây, một dự án ở Hàn Quốc đã được lắp đặt ở nhiệt độ khoảng -10°C, một dự án khác ở Úc ở nhiệt độ trên 30°C, cả hai đều trong cùng một tuần.
Giải pháp công nghệ an toàn, chi phí cạnh tranh
Pin NAS có một khái niệm an toàn phức tạp đã trải qua quá trình thử nghiệm rộng rãi với các bên thứ ba. Điều đó bao gồm công việc do NGK thực hiện với Hiệp hội Kỹ thuật An toàn Vật liệu Nguy hiểm Nhật Bản và cuộc kiểm toán an toàn do TÜV Rheinland thực hiện vào năm 2019. Chỉ với một sự cố được báo cáo kể từ năm 2011, hồ sơ an toàn của pin NAS thực sự đáng chú ý. Không có gì ngạc nhiên khi pin NAS đã được chọn trong một số dự án gần đây để đặt cùng vị trí với việc sản xuất hydro.
Trên toàn cầu, việc thử nghiệm và chứng nhận các công nghệ lưu trữ năng lượng từ cấp độ tế bào đến cấp độ hệ thống theo các tiêu chuẩn UL9540A và UL1973 đang trở nên quan trọng đối với khả năng cấp vốn. Pin NAS được chứng nhận UL1973 để lắp đặt và vận hành an toàn hệ thống lưu trữ và đã được đánh giá theo UL9540A, một bằng chứng nữa về tính an toàn và khả năng cạnh tranh.
Bên cạnh sự ổn định về giá nguyên vật liệu và sự phù hợp lý tưởng về mặt công nghệ cho các ứng dụng kéo dài từ 6 giờ trở lên, một khía cạnh quan trọng khác của khả năng cạnh tranh về chi phí của pin NAS là chi phí vận hành thấp: Đến tận nơi ở dạng đóng gói, các hệ thống được lắp đặt đơn giản và nhanh chóng. Độ bền của công nghệ làm cho nó trở thành một tài sản bảo trì thấp. Mức độ xuống cấp thấp thông qua chu kỳ làm giảm nhu cầu nâng cấp hệ thống trong suốt vòng đời của dự án và toàn bộ công suất danh định có sẵn thông qua độ sâu xả 100%, tất cả đều giúp khách hàng tối ưu hóa tổng chi phí sở hữu.
Việc lắp đặt pin NAS đầu tiên của Úc gần đây đã được hoàn thành tại một địa điểm khai thác. Hình ảnh: FBI CRC.
Tại sao BASF tham gia thị trường lưu trữ năng lượng với công nghệ NAS?
Bạn có thể hỏi tại sao BASF, một công ty hóa chất nổi tiếng, lại quyết định tham gia vào thị trường này.
BASF có một chiến lược khử cacbon táo bạo phù hợp với nhiều nền kinh tế hàng đầu thế giới trong việc đặt mục tiêu không phát thải ròng vào năm 2050. Trọng tâm của quá trình chuyển đổi này là sử dụng các công nghệ sẽ thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng điện từ các nguồn tái tạo và lưu trữ năng lượng là một trong số đó .
Ngoài ra NGK Insulators, nhà sản xuất pin NAS, có trụ sở tại Nagoya, Nhật Bản, đặt mục tiêu đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.
Hai công ty đã hợp tác từ năm 2019 để mở rộng quy mô công nghệ NAS, kết hợp khả năng tiếp cận toàn cầu và khả năng R&D mạnh mẽ của BASF với bí quyết của NGK về gốm sứ và kinh nghiệm sản xuất pin NAS.
Ngày nay, BASF không chỉ phân phối pin NAS trên toàn thế giới mà còn hợp tác với NGK để phát triển thế hệ pin natri-lưu huỳnh tiếp theo, với sản phẩm sẽ ra mắt vào năm 2024.
Để tìm hiểu thêm về pin NAS, hãy truy cập trang web BASF tại đây . BASF Stationary Energy Storage GmbH sẽ giới thiệu công nghệ này tại Intersolar Europe / ees Europe năm nay ở Munich, Đức, từ ngày 14 đến ngày 16 tháng 6 năm 2023 tại gian hàng triển lãm B1.209.
