Pin dòng chảy có thể giúp việc lưu trữ điện lưới rẻ hơn

Điều quan trọng là một thiết kế mô-đun, có thể làm cho công nghệ thực tế hơn nhằm giữ cho lưới điện ổn định và giảm chi phí điện.


Trò chơi với Điện: Công ty Primus Power cung cấp một hình ảnh thoáng qua này của một phần các tế bào pin dòng chảy mới. Công ty giữ im lặng về nhiều chi tiết của hệ thống trong lúc đang phát triển bộ pin đầy đủ đầu tiên.
Ảnh: Primus Power

Một công ty mới thành lập gọi là Primus Power đã nhận được 11 triệu USD vốn đầu tư mạo hiểm để giúp xây dựng một phiên bản đầy đủ đầu tiên một bộ pin dòng chảy mới với chi phí thấp. Công ty trước đó đã nhận được 18 triệu USD thông qua nhiều trợ cấp của chính phủ. Pin của họ được thiết kế để giúp ổn định lưới điện, giá điện rẻ hơn, và dễ dàng hơn để các tiện ích tích hợp với nguồn điện tái tạo gián đoạn như gió và mặt trời.

Primus Power đang cố gắng vượt qua một trong những vấn đề cơ bản gây trở ngại cho pin dòng chảy. Công nghệ này, ít nhất về lý thuyết, có thể là một trong những dạng lưu trữ điện lưới rẻ nhất, bởi nó chỉ cần vật liệu rẻ tiền và phong phú. Nhưng trong thực tế, pin dòng chảy là rất tốn kém, một phần vì chúng to lớn và phải xây tại chỗ. Primus đang hy vọng làm được việc này với một thiết kế mới có thể được sản xuất hàng loạt trong các nhà máy.

Sự cần thiết loại pin như vậy đã đang được phát triển khi các công ty dịch vụ công ích tiên liệu được nhu cầu ngày càng tăng có thể gây ra quá tải lưới điện. Ngoài ra, nhiều tiểu bang, đáng chú ý nhất là California, yêu cầu sử dụng một lượng lớn năng lượng tái tạo, nhưng vì là dạng năng lượng gián đoạn, gây khó khăn cho các công ty dich vụ công ích duy trì được sự hài hòa giữa cung và cầu cần thiết để ngăn ngừa mất điện.

Pin có thể làm phẳng những đột biến về cung và cầu bằng nhanh chóng sạc vào hoặc cung cấp điện năng ra lưới điện, ngăn ngừa mất điện và làm giảm đi sự cần thiết lắp thêm đường dây điện mới. Nhưng chúng quá đắt nên không thể sử dụng rộng rãi. Trong hầu hết các trường hợp, sẽ rẻ hơn khi xây dựng đường dây điện mới hoặc dùng nhà máy điện khí tự nhiên để cân bằng cho những sự thay đổi sản lượng điện từ các nhà máy năng lượng mặt trời và gió. Trong khi công nghệ của Primus Power vẫn còn quá đắt để giải quyết tất cả các vấn đề tích trữ năng lượng cho lưới điện, nó vẫn còn nhiều công dụng khác.

Với pin dòng chảy, một hỗn hợp chất điện phân và vật liệu lưu trữ năng lượng được chứa trong các bể lớn – một số bể có kích thước lớn với chiều cao tầm 10 mét và bề rộng 20 mét – và sau đó được bơm vào một thiết bị tạo ra dòng điện. Do pin dòng chảy sử dụng vật liệu giá rẻ như chất điện phân gốc nước và các vật liệu lưu trữ năng lượng làm bằng vật liệu phong phú như sắt, kẽm, chi phí cao ban đầu có thể giảm xuống một khi chúng đã được xây dựng đầy đủ, phát biểu của Haresh Kamath, quản lý dự án cấp cao về lưu trữ năng lượng tại Viện Nghiên cứu Năng lượng Điện, một tổ chức nghiên cứu phi lợi nhuận được hỗ trợ bởi các ngành công nghiệp điện. Nhưng cho đến nay, chi phí ban đầu cao của dự án mẫu đã bóp nghẹt việc đầu tư tiếp.

Primus Power đang thay thế các bể chứa lớn bằng các phần nhỏ có kích thước cỡ bể chứa nước nóng. Cách tiếp cận này hy sinh một số tiết kiệm chi phí tiềm năng của các bể chứa lớn, nhưng nó sẽ tiết kiệm nhiều hơn để có thể từ sản xuất hàng loạt trong một nhà máy, Giám đốc điều hành Primus Tom Stepien cho biết.

Công ty cũng sử dụng vật liệu lưu trữ năng lượng mới gốc kẽm và một thiết kế tốt hơn để tăng sản lượng điện của pin lên khoảng 4-5 lần. Những thay đổi này sẽ cho phép pin nhỏ hơn, sử dụng vật liệu rẻ hơn, và có thể dễ dàng lắp đặt được vào các tiện ích trên cơ sở hiện hữu, chẳng hạn như tại các trạm biến áp. Hệ thống này được đặt bên trong container có thể di chuyển được. Điều này có thể là một lợi thế cho các tiện ích cần hệ thống pin tạm thời trong khi chờ lắp đặt đường dây điện mới. Một số công ty khác cũng đang làm việc trên các hệ thống mô-đun, nhưng vẫn còn sử dụng các phần tử tương đối lớn, khả năng cung cấp một megawatt hoặc nhiều hơn cho mỗi mô-đun. Primus Power đi theo cách tiếp cận này xa hơn, các phần tử của họ nhỏ hơn, chỉ 20kW mỗi mô-đun.

Primus Power tham gia với khoảng 20 công ty khác đang cố gắng làm cho pin dòng chảy rẻ hơn. Mục tiêu nhằm đạt được khả năng lưu trữ với chi phí gần 500 USD/ kWh. (It nhất cũng phải mất một năm trước khi công ty có thể công bố chi phí chắc chắn, Stepien nói.) Chi phí này sẽ rẻ hơn nhiều so với những cái đã làm được cho đến nay, theo Kamath. Các công ty thường không tiết lộ chi phí của họ, nhưng ông ta ước tính con số có thể lên đến 2.000 USD / kWh.

Với giá 500 USD cho mỗi kilowatt giờ, pin sẽ đủ rẻ để sử dụng rộng rãi trên lưới điện cho các ứng dụng như trì hoãn xây dựng đường dây điện, Kamath nói. Nó cũng rẻ hơn đáng kể so với đối thủ cạnh tranh chính của công nghệ hiện tại là pin lithium-ion, với chi phí khoảng 1.000 USD / kWh, ông nói. Nhưng nó vẫn quá đắt so với mục tiêu Bộ Năng lượng Hoa Kỳ về các hệ thống lưu trữ năng lượng với chi phí dưới 100 USD/ kWh.

Nếu pin dòng chảy có thể cung cấp năng lượng với giá thấp trong khoảng 100 USD/ kWh, chúng sẽ là lựa chọn rẻ hơn cho các tiện ích hơn là lắp đặt một nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch mới để bù đắp các đột biến hàng ngày của năng lượng gió hoặc mặt trời, Kamath nói. Primus Power gần đây đã giành được một khoản tài trợ từ Cơ quan Dự án Nghiên cứu Nâng cao Năng lượng thuộc Bộ Năng lượng để phát triển pin chi phí thấp, nhưng đó là một thiết kế khác so với cái họ đang nhân rộng, và công ty không nói gì nhiều về điều đó.

Nhiều công nghệ lưu trữ thử nghiệm đang được phát triển để có được chi phí thấp. Một công nghệ pin dòng chảy "bán rắn" đang được phát triển bởi một công ty mới thành lập có tên là 24M sử dụng các vật liệu lưu trữ năng lượng có nồng độ cao hơn nhiều trong chất điện phân, có thể lưu trữ năng lượng nhiều hơn 10 lần so với dòng pin thông thường. Một công ty mới thành lập khác gọi là Liquid Metal Battery (Pin Kim loại Lỏng) đang thương mại hóa pin dùng các điện cực là kim loại nóng chảy và chất điện phân là muối nóng chảy.