Lưu trữ năng lượng mặt trời dưới lòng đất

Tin hoạt động

22/11/2016

Trong vài năm qua, Mark Jacobson, một giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Stanford và đồng nghiệp của ông, Mark Delucchi của Đại học California, Berkeley, đã đưa ra một loạt các kế hoạch cho thấy cách thức mỗi tiểu bang ở Mỹ có thể chuyển đổi từ sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang sử dụng hoàn toàn năng lượng tái tạo.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences, họ sử dụng các dữ liệu từ những tính toán tại từng bang về lượng máy phát điện gió, nước và năng lượng mặt trời cần thiết tại mỗi bang cho thấy việc lắp đặt các loại máy này về mặt lý thuyết có thể đem lại một lưới điện quốc gia đáng tin cậy, giá cả phải chăng khi kết hợp với cách lưu trữ rẻ tiền và một chương trình nhà dịch vụ cung cấp cho khách hàng các ưu đãi để kiểm soát sử dụng điện trong thời gian cao điểm.

Hệ thống được đề xuất dựa trên khả năng lưu trữ và bù đắp nhiệt nóng, nhiệt lạnh và điện nhằm đáp ứng nhu cầu tại mọi thời điểm.

Nhiệt mùa hè tập trung tại bộ thu năng lượng mặt trời trên mái nhà có thể được lưu trữ trong đất hoặc đá và được sử dụng để sưởi ấm trong mùa đông. Điện dư thừa hoặc điện chi phí thấp có thể được sử dụng để làm nước đá sử dụng để làm mát khi giá điện cao.

Điện dư thừa cũng có thể được sử dụng để tạo ra nhiều điện năng hơn, bằng cách bổ sung các cơ chế sản xuất năng lượng thúc đẩy các nhà máy điện mặt trời tập trung và các cơ sở bơm thủy lực. Ngành dịch vụ cũng sẽ cung cấp các ưu đãi để giảm sử dụng năng lượng trong thời gian cao điểm.

Trong kế hoạch của Jacobson, hydro cũng sẽ được sử dụng như một phương tiện lưu trữ; trong giờ thấp điểm, điện dư thừa sẽ được sử dụng để tạo ra hydro có thể được lưu trữ trong các pin nhiên liệu và được sử dụng để cấp nguồn cho một số phương tiện xe cộ.

Mô hình mới Jacobson dự đoán, và liên quan đến một đất nước toàn điện, với hầu như tất cả mọi thứ chạy 100 phần trăm bằng điện: xe hơi, xe lửa, xe buýt, công nghiệp, hệ thống sưởi và làm mát, và điện có nguồn gốc từ gió, nước và ánh sáng mặt trời.

Sẽ không cần đến than đá, khí tự nhiên, nhiên liệu sinh học, năng lượng hạt nhân hoặc các trang trại pin rất lớn để lưu trữ điện năng. Một thế giới, sạch 100% vào năm 2050 có thể dẫn đến một mạng lưới ổn định, ông nói.

Các nghiên cứu trước đó của Jacobson đã gây sự chú ý rộng rãi, nhưng các nhà phê bình tranh cãi rằng một mạng lưới điện quốc gia mà không có các nhà máy điện chạy bằng than để làm nền tảng và khí đốt tự nhiên để lấp đầy những khoảng trống của nguồn cung sẽ không đáng tin cậy. Gió không luôn luôn thổi và mặt trời không luôn luôn tỏa sáng, và pin cho lưới điện thì chưa hợp lý về giá cả để lưu trữ và quản lý điện của quốc gia.

Những người chống lại năng lượng tái tạo luôn lập luận rằng ánh sáng sẽ đi ra ngoài, mạng lưới sẽ là không ổn định, và sẽ tốn chi phí quá lớn để giữ mạng lưới năng lượng tái tạo sạch, ổn định và đáng tin cậy, "Jacobson nói: . "những người hoài nghi chưa bao giờ nghiên cứu một hệ thống 100 phần trăm năng lượng sạch, năng lượng tái tạo dùng cho tất cả các mục đích, và đặc biệt là kết hợp lưu trữ chi phí thấp đáp ứng đủ nhu cầu như trong mô hình mới này."

Tái cấu trúc lưới điện

Trong nghiên cứu mới của mình, Jacobson và các đồng tác giả của mình, bao gồm cả Bethany Frew, hiện làm việc tại Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia, và sinh viên tốt nghiệp Mary Cameron, cho rằng việc kết hợp các cách lưu trữ năng lượng xanh chi phí thấp hiện nay và sử dụng năng lượng được lưu trữ để giải quyết đồng thời nhu cầu không đồng đều về điện, nhiệt, lạnh trong một phút, ngày, tuần hoặc năm có thể giải quyết vấn đề đó.

Tất cả năng lượng thô cho hệ thống này sẽ đến từ gió, nước và ánh nắng mặt trời – không có khí tự nhiên, nhiên liệu sinh học, than hay điện hạt nhân. Các nhà nghiên cứu nói rằng các kết quả giảm ô nhiễm không khí sẽ cứu được hàng chục ngàn sinh mạng mỗi năm. Bởi 60.000 đến 65.000 người chết sớm ở Mỹ hàng năm là kết quả của ô nhiễm không khí.

Jacobson lấy Cộng đồng năng lượng mặt trời Drake Landing tại Canada, gần Calgary làm một minh chứng cho các công nghệ này. 52 ngôi nhà có nước nóng vào mùa đông nhờ năng lượng mặt trời được bắt giữ và lưu trữ dưới lòng đất trong suốt mùa hè. Nước được mặt trời làm nóng lên 175 độ F nhờ nhiệt mặt trời được giữ trong ống cách điện bị chôn vùi dưới 120 feet đá, vỏ trái đất và cách nhiệt. Nhiệt lưu trữ là đủ để sưởi ấm nhà trong cộng đồng này qua mùa đông.

Một quốc gia hoàn toàn bằng điện có thể đem lại một số lợi ích. Trong khi chi phí điện mỗi kilowatt giờ trong hệ thống Jacobson có thể giống như điện tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch, người dùng sẽ thực sự chi tiêu ít hơn 30% do thực tế ít kilowatt giờ là cần thiết trong hệ thống mới vì những hiệu quả của động cơ điện vượt quá mức của động cơ đốt trong, Jacobson nói.

Ông cho biết thêm: Lưu trữ năng lượng dưới lòng đất rẻ hơn so với pin. Một số tuabin gió hiện nay đóng cửa khi không có nhu cầu điện ngay lập tức, bởi vì chi phí lưu trữ nó là quá cao. Sử dụng điện dư thừa để sản xuất nhiệt đồng thời với việc sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời để sản xuất nhiệt làm tăng năng lượng lưu trữ.

Lưu trữ năng lượng dưới lòng đất và các loại lưu trữ khác do ông đề xuất có chi phí ít hơn nhiều so với pin, Jacobson nói. Lưu trữ điện trong pin hiện có giá 350 $/kWh, so với chi phí hai đơn đặt hàng cường độ thấp để lưu trữ nhiệt trong đất, ông nói. Tương tự như vậy, lưu trữ trong điện mặt trời tập trung, năng lượng bơm thủy lực và các hồ chứa thủy điện hiện có trị giá một phần mười lượng lưu trữ trong pin.

"Bạn loại bỏ ô nhiễm không khí và khí thải nóng lên toàn cầu, ổn định chi phí nhiên liệu, tạo ra hơn hai triệu việc làm ở Mỹ, bạn có thể giảm sự phụ thuộc vào buôn bán nhiên liệu quốc tế, và bạn giảm nguy cơ gián đoạn quyền lực, chẳng hạn như từ khủng bố hay thất bại lớn, bởi vì năng lượng được phân phối trên khu vực lớn hơn, "Jacobson nói. "Hầu hết năng lượng sẽ là của địa phương. Bạn có thể loại bỏ rất nhiều khí thải nhiên liệu, chỉ bởi vì bạn sẽ không phải vận chuyển dầu trong tàu chở dầu qua đại dương, bạn sẽ không phải sử dụng tàu xe than để vận chuyển than."

Phương pháp này giúp giữ ổn định lưới điện và nên thực hiện ở nhiều nơi trên toàn thế giới.

Văn phòng CPSI dịch
Theo Sciencedaily