Úc đang tìm kiếm những cách mới để dành ánh nắng mặt trời cho sau này
Khi các nhà máy điện chạy bằng than của Úc sắp kết thúc vòng đời và quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo vẫn đang diễn ra nhanh chóng, các công ty đang nghiên cứu những cách sáng tạo để lưu trữ lượng năng lượng sạch lớn hơn.
Ngày 8 tháng 2 năm 2025
Mỗi buổi sáng, mặt trời nghiêng trên đường chân trời và chiếu sáng đất đỏ và cây muối xung quanh thị trấn Port Augusta của Nam Úc. Chẳng bao lâu nữa, nếu một dự án xây dựng đầy tham vọng ở đây diễn ra theo đúng kế hoạch, các tia nắng mặt trời sẽ chiếu vào gần 20.000 tấm gương được đặt ở những vị trí chiến lược trong khu vực.
Craig Wood, giám đốc điều hành của đơn vị phát triển dự án, Vast Solar, cho biết: "Bạn còn nhớ trò chơi với kính lúp khi còn nhỏ không?". "Đây sẽ giống như một phiên bản công nghiệp khổng lồ của trò chơi đó".
Khai thác năng lượng từ mặt trời thiêu đốt của Úc không phải là điều gì mới mẻ: chúng ta có tỷ lệ sử dụng tấm pin mặt trời quang điện bình quân đầu người cao nhất thế giới. Nhưng trong khi các tấm pin trên mái nhà chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện, một công nghệ khác, được gọi là "nhiệt mặt trời tập trung", thay vào đó sử dụng hàng nghìn tấm gương để tập trung các tia mặt trời vào các điểm thu. Sau đó, nó chuyển đổi năng lượng thành nhiệt có thể được lưu trữ và sử dụng sau này để tạo ra hơi nước, quay tua-bin và cung cấp điện, rất lâu sau khi mặt trời lặn, trong tám giờ hoặc thậm chí lâu hơn.
Khi quá trình chuyển đổi từ than sang năng lượng sạch hơn vẫn tiếp tục diễn ra nhanh chóng, kế hoạch tại Port Augusta là một ví dụ về những cách sáng tạo mà các công ty đang cố gắng giải quyết một vấn đề cấp bách: làm thế nào để lưu trữ một lượng lớn năng lượng tái tạo có thể được sử dụng vào buổi tối, qua đêm hoặc trong thời gian dài gió yếu và ánh sáng mặt trời yếu.
Bản vẽ của một nghệ sĩ về dự án năng lượng mặt trời tập trung do Vast đề xuất tại Port Augusta.
Mặc dù than vẫn chiếm hơn 50 phần trăm nguồn cung cấp điện ở bờ biển phía đông, các quan chức cho rằng than có thể biến mất hoàn toàn khỏi lưới điện vào đầu năm 2040, khiến quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo của Úc trở thành một trong những quá trình nhanh nhất trên thế giới. Sự thay đổi này là tin tốt cho khí hậu – than là nguồn phát thải khí nhà kính lớn đang thúc đẩy hiện tượng nóng lên toàn cầu. Nhưng một hệ thống năng lượng sắp bị chi phối bởi nhiều năng lượng gió và mặt trời hơn sẽ mang lại nhiều thách thức hơn, và việc tăng cường khả năng lưu trữ năng lượng tái tạo khi năng lượng này dồi dào sẽ rất cần thiết để duy trì hoạt động của đèn.
Phần lớn, các công ty điện lực và chính phủ đã tìm cách giải quyết vấn đề này bằng cách xây dựng một đội xe pin lớn đang phát triển – chủ yếu là pin lithium-ion – có khả năng hấp thụ năng lượng tái tạo dư thừa và truyền tải điện năng quan trọng với thời gian khởi động gần bằng không. Công nghệ khác mà họ đang chuyển sang là đập thủy điện tích năng, sử dụng động cơ để bơm nước lên cao đến một hồ chứa cao hơn, sau đó xả nước xuống dốc để quay các tua-bin được kết nối với máy phát điện bất cứ khi nào lưới điện cần bổ sung.
Nhưng cả hai công nghệ đều có giới hạn của chúng. Pin ngày nay cạn kiệt năng lượng dự trữ trong hai đến bốn giờ ở công suất tối đa, giảm thiểu khả năng bù đắp cho tình trạng thiếu hụt năng lượng mặt trời hoặc gió kéo dài. Trong khi đó, thủy điện tích năng cần chênh lệch độ cao đáng kể trên những khoảng cách ngắn, khiến việc đảm bảo đúng vị trí như dãy núi, rồi tiến hành xây dựng đúng thời hạn và đúng ngân sách trở nên khó khăn. Khi được công bố vào năm 2017, dự án thủy điện tích năng Snowy 2.0, dự án lớn nhất cả nước, dự kiến hoàn thành vào năm 2021 và có giá 2 tỷ đô la. Kể từ đó, dự án đã tăng lên 12 tỷ đô la và thời hạn là năm 2029.
Với việc pin sẽ tiếp tục thống trị thị trường lưu trữ ngắn hạn và thủy điện tích năng có thể hoạt động trong nhiều ngày, "những gì bạn cần là thứ ở giữa", Wood nói.
"Khi bạn nói chuyện với các nhà bán lẻ lớn, ngành công nghiệp và chính phủ, lưu trữ dài hạn là ranh giới tiếp theo và họ đang tìm kiếm thứ gì đó có thể cung cấp đáng tin cậy 12–20 giờ mỗi đêm".
Dự án năng lượng mặt trời tập trung trị giá 360 triệu đô la của Vast Solar tại Port Augusta, với sự hỗ trợ của Cơ quan Năng lượng tái tạo Úc (ARENA), nhằm mục đích đưa công nghệ được sử dụng rộng rãi ở các nơi khác trên thế giới có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào, chẳng hạn như Tây Ban Nha, Morocco, Israel và Chile đến Úc.
"Bạn còn nhớ trò chơi kính lúp khi còn nhỏ không? Đây sẽ giống như một phiên bản công nghiệp khổng lồ của trò chơi đó."
Craig Wood của Vast Solar
Thay vì một tòa tháp trung tâm, điển hình của các nhà máy năng lượng mặt trời tập trung khác, dự án Port Augusta đang lên kế hoạch xây dựng nhiều tòa tháp tiếp nhận được bao quanh bởi các trường gương khác nhau được gọi là heliosta. Dự án cũng sẽ sử dụng natri làm chất lỏng truyền nhiệt. Vast đang hướng tới mục tiêu đưa ra quyết định cuối cùng về khoản đầu tư trong những tháng tới.
Nếu nhà máy tiến hành xây dựng, mục đích là vận hành hàng ngày, khởi động để cung cấp điện kịp thời cho thời gian nhu cầu cao điểm vào buổi tối khi mọi người thường bắt đầu về nhà và bật điều hòa khi ánh sáng mặt trời bắt đầu tắt dần.
“Nếu bạn cho rằng đỉnh điểm sẽ bắt đầu lúc 4.30 chiều khi mọi người về nhà, bật máy điều hòa và mặt trời bắt đầu lặn xuống đường chân trời, thì có lẽ bạn sẽ
để tạo hơi nước vào khoảng 4 giờ chiều, làm nóng tuabin và đồng bộ hóa nó lúc 4 giờ 30 chiều, sau đó về cơ bản là chạy hết công suất từ 4 giờ 30 cho đến 10 giờ tối cho đến nửa đêm,” Wood nói. “Bạn cũng có thể giảm công suất tuabin qua đêm để có thể phục vụ cho giờ cao điểm buổi sáng.”
Ngay bên kia biên giới Nam Úc-NSW, công ty Hydrostor của Canada đang nỗ lực hiện thực hóa một giải pháp lưu trữ năng lượng sáng tạo khác: khí nén.
Bản vẽ của nghệ sĩ về Dự án Năng lượng Silver City tại Broken Hill, đang được Hydrostor phát triển.
Trên địa điểm của một mỏ kẽm, đồng và vàng đã ngừng hoạt động ở Broken Hill, Hydrostor đang lập kế hoạch cho Dự án Năng lượng Silver City như một phần của nỗ lực thay thế các máy phát điện diesel bẩn cung cấp điện dự phòng cho thị trấn.
Để sạc hệ thống, nhà máy 200 megawatt sẽ lấy điện từ lưới điện khi giá rẻ vào thời điểm gió và ánh sáng mặt trời dư thừa, sau đó chạy qua máy nén khí, Sara Taylor của Hydrostor giải thích. Điều này loại bỏ nhiệt và độ ẩm ra khỏi không khí, lưu trữ để sử dụng sau, sau đó đưa không khí xuống một hang động ngập nước ngầm, sâu 600 mét dưới bề mặt.
"Khi bạn đẩy không khí xuống hang động, nó sẽ đẩy nước từ hang động lên một bể chứa trên bề mặt và không khí nén được giữ dưới áp suất trong hang động bởi bể chứa trên bề mặt đó", cô nói.
"Vì vậy, khi mặt trời không chiếu sáng và gió không thổi, bạn đảo ngược quá trình - đẩy nước vào hang động, đẩy không khí lạnh lên bề mặt, được làm nóng lại bằng nhiệt mà bạn đã lưu trữ trước đó, sau đó làm quay tua-bin để tạo ra điện".
Taylor cho biết công nghệ này có một số điểm tương đồng với thủy điện tích năng, nhưng có thể "được định vị linh hoạt hơn". Cô nói: "Chúng tôi không tìm kiếm ngọn đồi hoàn hảo".
Hydrostor đã bị thu hút đến Broken Hill sau khi NSW xác định lưu trữ dài hạn là tám giờ trở lên theo Đạo luật đầu tư cơ sở hạ tầng điện của mình và tiếp theo là chương trình bảo lãnh doanh thu để hỗ trợ các dự án phát triển mới.
Nhưng điều thực sự "làm đảo lộn mọi thứ", Taylor nói, là một thỏa thuận mà công ty đã đạt được với nhà điều hành truyền tải Transgrid để cung cấp điện dự phòng cho thị trấn khai thác lịch sử này.
"Họ gặp phải vấn đề về độ tin cậy cần giải quyết vì các máy phát điện diesel cung cấp điện dự phòng ở Broken Hill sắp hết tuổi thọ", cô nói. "Chúng tôi nghĩ rằng đây là cơ hội hoàn hảo để giới thiệu công nghệ và tất cả các lợi ích của nó bằng cách giúp tạo ra một lưới điện nhỏ kết nối tất cả các cơ sở hạ tầng tái tạo hiện có ở đó với các dự án như của chúng tôi để duy trì đèn và các mỏ hoạt động khi đường dây truyền tải đến thị trấn bị hỏng".
Công ty đang đặt mục tiêu bắt đầu xây dựng dự án lưu trữ tám giờ vào cuối năm nay.
Trong khi trọng tâm toàn cầu của Hydrostor là khí nén, công ty đã ủng hộ rộng rãi hơn cho các cải cách thị trường tại Úc, đánh giá đúng vai trò của tất cả các công nghệ lưu trữ dài hạn. Taylor cho biết khả năng hấp thụ năng lượng tái tạo dư thừa và sử dụng nó để làm phẳng sự mất cân bằng cung cầu cuối cùng sẽ làm giảm nhu cầu về điện cơ bản và đưa lưới điện đến một tương lai xanh hơn.
Bà cho biết "Thời gian càng dài, bạn càng có thể làm phẳng những thời điểm gió yếu, như hạn hán gió hoặc những ngày liên tiếp không có năng lượng mặt trời".
