Sử dụng đại dương làm ắc quy lưu trữ: Sự đổi mới được tìm kiếm nhiều nhất trong ngành công nghiệp tiện ích điện
Tiến sĩ Frits W Bliek, Giám đốc điều hành của Ocean Grazer, giới thiệu phần công nghệ mới và sáng tạo của công ty, Ocean Battery.
Nhiên liệu hóa thạch không còn rẻ nữa, và rõ ràng là an ninh nguồn cung là yếu tố quan trọng đối với nền kinh tế và mức độ phúc lợi của chúng ta. Trong ngắn hạn, có vẻ như các chính phủ sẵn sàng chấp nhận mức tăng phát thải khí nhà kính tạm thời để đảm bảo nguồn cung năng lượng trên thị trường hiện tại.
Đồng thời, quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo đang được đẩy nhanh. Trường hợp này đã rõ ràng, năng lượng tái tạo sạch, rẻ hơn và khiến chúng ta độc lập với nước ngoài. Tuy nhiên, việc sản xuất điện từ công nghệ năng lượng tái tạo phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
Vai trò của năng lượng tái tạo trong lưới điện
Hiện tại, tỷ trọng năng lượng tái tạo đối với phát điện thông thường là tương đối nhỏ, đặc biệt là khi chúng ta loại trừ thủy điện khỏi con số này. Tuy nhiên, tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng nhanh đang tác động ngày càng nhiều đến sự ổn định của hệ thống điện.
Năm ngoái, ở Anh, 15% năng lượng gió đã bị cắt giảm, gây tốn kém kỷ lục 507 triệu bảng Anh. Điều này không nên xảy ra. Thay vào đó, chúng ta nên giảm tiêu thụ và phụ thuộc vào các phương pháp phát điện thông thường.
Rào cản đối với việc sử dụng rộng rãi năng lượng tái tạo
Vấn đề cơ bản là gấp đôi. Đầu tiên, đó là sự tắc nghẽn mạng, có thể được so sánh với đường cao tốc. Ví dụ, đường ô tô ba làn xe không đủ lưu thông trong giờ cao điểm, dẫn đến kẹt xe. Tuy nhiên, thêm ba làn đường bổ sung sẽ không giải quyết được vấn đề này, và thay vào đó sẽ rất tốn kém để xây dựng và sẽ không được sử dụng trong hầu hết thời gian trong ngày.
Tương tự như vậy, việc xây dựng một lưới điện có thể xử lý công suất phát cao điểm của năng lượng gió và năng lượng mặt trời là rất không kinh tế. Trước khi đưa nguồn vào lưới, các đỉnh phải được đệm trong hệ thống lưu trữ năng lượng.
Vấn đề thứ hai là năng lượng tái tạo đạt đỉnh cùng một lúc. Bức xạ mặt trời đạt cực đại vào khoảng giữa trưa và điều kiện gió ở Biển Bắc gần như giống hệt nhau giữa các quốc gia. Kết quả là, giá thị trường giảm hoặc chuyển sang tiêu cực vào thời điểm phát sinh cao điểm.
Mặc dù những tác động này đã được dự đoán từ nhiều thập kỷ trước, giá năng lượng tiêu cực vẫn thường xuyên được quan sát thấy trên thị trường giao dịch năng lượng ngày nay. Là một nhà sản xuất năng lượng, bạn muốn có tùy chọn để tạm thời cung cấp năng lượng được tạo ra tại một trang trại năng lượng gió hoặc năng lượng mặt trời và bán nó vào những thời điểm thiếu điện và giá cả tăng cao.
Tạo ra một giải pháp lâu dài
Thị trường tiện ích cần các giải pháp lưu trữ năng lượng lâu bền, có tuổi thọ ít nhất vài thập kỷ, có thể được sạc và xả thường xuyên tùy thích. Điều sau trở nên rõ ràng nếu người ta quan sát sản lượng điện của một trang trại năng lượng mặt trời.
Trong những ngày nửa mây, điện năng giảm hơn 70% trong vòng 30 giây khi các đám mây di chuyển trước Mặt trời, gây ra sự mất cân bằng (cục bộ) trong hệ thống điện. Với mỗi đám mây đi qua, người ta không muốn đánh giá tác động đến tuổi thọ của hệ thống lưu trữ mà muốn ổn định hệ thống điện bằng cách điều động hệ thống lưu trữ.
Nhu cầu về các giải pháp lưu trữ lâu bền là điều hiển nhiên. Thị trường tiện ích sẽ cần hàng trăm đến hàng nghìn GWh dung lượng lưu trữ năng lượng. Mục tiêu này không thể đạt được nếu chúng ta xây dựng nó trên các giải pháp không thể tồn tại trong ít nhất hai thập kỷ.
Năng lượng rẻ vì cơ sở hạ tầng tiện ích có thời gian khấu hao từ 30-50 năm. Điều này cho phép cơ sở hạ tầng được xây dựng ở những nơi có sẵn năng lượng giá rẻ và đảm bảo an ninh nguồn cung. Vì lưu trữ sẽ trở thành một phần vốn có trong tương lai của chúng ta, nên các giải pháp lưu trữ hệ thống điện sẽ có tuổi thọ ít nhất là vài thập kỷ.
Sản xuất điện ngoài khơi
Để tạo ra đủ năng lượng, một phần lớn sản lượng điện tái tạo được thực hiện ở ngoài khơi. Hiện tại, công suất toàn cầu là khoảng 60 GW và sẽ mở rộng hơn 1.200 GW vào năm 2050. Con số này tương đương với công suất phát điện của Châu Âu hiện nay. Do đó, chúng tôi sẽ xây dựng một hệ thống điện cao thế mới ở ngoài khơi trong 30 năm - một lưới điện không thể so sánh với bất cứ thứ gì được xây dựng.
Nhận xét đầu tiên và rõ ràng nhất là nó gần như hoàn toàn bao gồm máy phát điện và không có nhiều phụ tải. Thứ hai, những máy phát điện này là tuabin gió, tốt nhất sẽ có hỗ trợ điện của Black Start, nhưng sẽ không có nhà máy điện nào trên biển có thể cung cấp điện cho Black Start.
Những thiết bị nào sẽ cung cấp điện áp và tần số ổn định sau khi mất điện trong một cơn bão? Chúng ta sẽ lắp đặt các máy phát điện diesel tốn kém tại các bệ trong mỗi trang trại gió hay chúng ta có thể trang bị hệ thống lưu trữ trên biển theo cách mà các máy phát điện diesel không còn cần thiết nữa?
Ocean Battery được thiết kế hướng đến thị trường điện xa bờ
Mặc dù có một số công nghệ cạnh tranh đang được phát triển, nhưng hiện tại không có lựa chọn thay thế thương mại nào trên thị trường. Ocean Battery không được tích hợp kiểm đếm dựa trên công nghệ Bơm lưu trữ Hydro (PHS). PHS hiện cung cấp hơn 93% tổng dung lượng lưu trữ năng lượng quy mô tiện ích trên toàn cầu và đã chứng tỏ được bản thân trong hơn một thế kỷ qua. Các giải pháp PHS dựa trên công nghệ đập thủy điện có độ tin cậy cao. Các thành phần quan trọng nhất là vòng bi của tuabin, với thời gian hỏng hóc trung bình hơn 1.300 năm.
Hơn nữa, Ocean Battery hoàn toàn dựa trên các công nghệ hiện có - con đường nhanh nhất để giới thiệu các cải tiến ra thị trường. Thách thức là kết hợp nhiều công nghệ khác nhau từ các phân khúc thị trường khác nhau, đó là lý do tại sao Ocean Battery thường được gọi là iPhone của ngành điện. Kết quả là một giải pháp mô-đun hiệu quả, có thể mở rộng, thân thiện với môi trường và có độ bền cao.
Đặc điểm của việc khai thác đại dương làm ắc quy lưu trữ
Hiệu suất vòng quay gần như là 80%, có nghĩa là, trong mỗi chu kỳ, 20% điện năng tạo ra bị mất. Hiệu suất cao là rất quan trọng để ngăn chặn nhu cầu mở rộng công suất phát điện tái tạo vượt quá các mục tiêu vốn đã rất thách thức hiện nay, do tổn thất điện năng do tạm thời lưu trữ điện.
Khi công nghệ mới ra mắt và thị trường lưu trữ quy mô tiện ích chỉ mới xuất hiện, các nhà dịch vụ tiện ích và đổi mới liên tục khám phá các trường hợp kinh doanh mới. Do đó, họ cần các khối xây dựng để xác định giải pháp của riêng mình. Thiết kế mô-đun của Ocean Battery cho phép kết hợp liền mạch các thành phần khác nhau để tạo ra dung lượng và dung lượng lưu trữ cần thiết.
Trong khi một hồ chứa duy nhất chứa khoảng 10 MWh năng lượng, hàng trăm hồ chứa này cho phép dễ dàng mở rộng hệ thống ắc quy đại dương, để lưu trữ lượng năng lượng trên 1 GWh. Những khối lượng này có liên quan đến các tiện ích và sẽ giúp xây dựng các giải pháp để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.
Mặc dù mật độ năng lượng có thể thấp hơn đáng kể so với pin điện hóa, nhưng đây không phải là yêu cầu đối với một hệ thống có độ bền đáng kể. Ở những khu vực đông dân cư, điều này có thể trở thành một vấn đề; tuy nhiên, ngoài khơi, tồn tại một lượng không gian gần như vô hạn giữa các tuabin vì chúng thường bị dừng cách xa nhau 1,5 km.
Các giải pháp lưu trữ năng lượng cũng phải thân thiện với môi trường theo thiết kế. Sẽ không có ý nghĩa nếu xây dựng các hệ thống lưu trữ sẽ gây ô nhiễm môi trường, và do đó, cần phải thiết kế cẩn thận toàn bộ chuỗi cung ứng để đảm bảo hiệu quả tích cực ròng. Vì Ocean Battery sử dụng nước (biển) điều hòa làm chất lỏng hoạt động, nên nó không gây ra bất kỳ rủi ro nào về môi trường.
Mặc dù có các nam châm trong các tua-bin thủy điện, Ocean Battery không yêu cầu bất kỳ vật liệu đất hiếm nào. Các hồ chứa cứng được xây dựng từ bê tông thân thiện với môi trường và rất có thể sẽ tồn tại ít nhất hơn một thế kỷ. Hơn nữa, khả năng bảo vệ của Ocean Battery gần như tạo thành một rạn san hô nhân tạo giữa một trang trại gió và cung cấp nơi trú ẩn cho sinh vật biển phát triển.
Mặc dù những diễn biến hiện tại ở Ukraine cho thấy an ninh nguồn cung là vô cùng quý giá trong điều kiện thị trường bình thường, các đổi mới chỉ có thể được thực hiện với tốc độ cao nếu nó làm tăng thêm giá trị cho thị trường. Với tỷ lệ năng lượng tái tạo hiện tại trong hỗn hợp điện, một hệ thống Ắc quy Đại dương có thể tăng giá trị hiện tại ròng thêm 2,7 triệu euro của một tuabin gió ngoài khơi công suất 10 MW. Điều này làm tăng thêm hơn 200 triệu euro giá trị cho một trang trại điện gió điển hình với công suất 750 MW. Do đó, với sự ra đời của Ocean Battery, việc lưu trữ không còn tốn tiền mà còn kiếm được tiền.
