Thủy điện ‘không dùng nước’ – Triển vọng mới của công nghệ tích năng

28/09/2023

Thủy điện tích năng không còn xa lạ trong ngành năng lượng, nhưng công nghệ thủy điện không dùng nước lại là cách tiếp cận mới, độc đáo. Nó biến những quả đồi bình thường thành những ‘cục pin tích năng’ khổng lồ, như dự án RheEnergise của Anh Quốc hiện đang thực hiện.

Bitexco Power xin dẫn lại bài viết của tác giả Khắc Nam – Chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Thủy điện không dùng nước khác gì với thủy điện tích năng?

Thủy điện tích năng (Pumped-storage hydropower), hay PSH là nhà máy thủy điện kiểu bơm tích năng, sử dụng điện năng của các nhà máy điện phát trong hệ thống điện vào những giờ thấp điểm phụ tải đêm để bơm nước từ hồ nước thấp lên hồ nước cao. Vào thời điểm nhu cầu tiêu thụ điện năng lớn, nước sẽ được xả từ hồ chứa cao xuống hồ chứa thấp hơn thông qua các tua bin để phát điện lên lưới.

Các nhà máy PSH có thể sử dụng các loại tua bin – máy phát thông thường như các nhà máy thủy điện khác và dùng bơm, đường ống độc lập, hoặc cũng có thể sử loại tua bin thuận nghịch.

Công nghệ thủy điện không dùng nước (Waterless hydro tech – WHT), hay Hệ thống thủy điện mật độ cao HDH (High-Density Hydro) có thể biến các ngọn đồi thành pin khổng lồ. Hàng nghìn ngọn đồi trên khắp nước Anh có thể được chuyển đổi thành pin năng lượng tái tạo nhờ hệ thống thủy điện ‘mật độ cao’ mới, được chôn dưới lòng đất. Được phát triển bởi khởi nghiệp RheEnergise của Vương quốc Anh, hệ thống này có tên bản quyền là HD Fluid R-19, tạo ra một bước ngoặt hiện đại cho thủy điện tích năng – một công nghệ có tuổi đời hàng thế kỷ và chiếm 95% công suất lưu trữ năng lượng hiện nay.

Công nghệ thủy điện không dùng nước (Waterless hydro tech – WHT). Nguồn: Drax.

Khác với PSH, công nghệ WHT của RheEnergise hoàn toàn không sử dụng nước, mà sử dụng chất lỏng mật độ cao đặc biệt. Được đặt tên là R-19 (HD Fluid R-19), nó đậm đặc hơn nước 2,5 lần. Mặc dù RheEnergise hoàn toàn im lặng về thành phần hóa học của hệ thống, nhưng nó được cho là được làm từ vật liệu “cực rẻ” và không độc hại với môi trường.

Lợi ích của việc sử dụng chất lỏng này là thay vì nước, nó tạo ra cùng một lượng điện chỉ cần thay đổi độ cao từ 40%, và sử dụng bể chứa có kích thước 40% trong những ngọn đồi và bể ngầm thay vì phải xây dựng những con đập khổng lồ trong thủy điện tích năng. Điều này có nghĩa, nó có quy mô nhỏ, triển khai nhanh hơn và ở nhiều địa điểm hơn với chi phí thấp hơn.

Hệ thống thủy điện mật độ cao sẽ bơm R-19 lên dốc vào các bể chứa ngầm lớn hơn một bể bơi cỡ Olympic, sau đó giải phóng chất lỏng theo yêu cầu. Các dự án sẽ có công suất từ 5 MW đến 100 MW và có thể hoạt động ở độ cao thẳng đứng 100 mét trở xuống.

Giám đốc thương mại của RheEnergise – Sophie Orme cho biết: Trước sự cấp bách của việc khử cacbon trong hệ thống năng lượng của Vương quốc Anh nên hệ thống R-19 của họ có thể được xây dựng trong “một đến hai năm”, còn bước lập kế hoạch “chỉ trong vài tháng”. Công ty ước tính riêng tại Anh có 6.500 địa điểm tiềm năng có thể xây dựng dự án R-19, các dự án của họ sẽ rẻ hơn so với pin lithium-ion nếu so sánh chi tiết.

Nguyên lý hoạt động của R-19

Vào những thời điểm nhu cầu năng lượng thấp, chi phí điện thấp, chất lỏng mật độ cao R-19 (HD Fluid R-19) được bơm vào các bể chứa phía trên. Nguồn điện giá rẻ thường được cung cấp bởi nguồn năng lượng tái tạo dồi dào như năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Khi giá điện tăng lúc cao điểm phụ tải, HD Fluid R-19 được giải phóng và đi qua các tua bin, tạo ra điện đưa vào lưới.

Do sử dụng chất lỏng công nghệ cao có mật độ gấp 2,5 lần nước, các dự án RheEnergise có thể hoạt động trên đồi thấp thay vì núi cao. Điều này có nghĩa, có thể kết nối vào cơ sở hạ tầng lưới điện hiện có và lắp đặt đặt cùng vị trí với các dự án năng lượng tái tạo khác. Chất lỏng công nghệ cao cũng có nghĩa là các dự án có thể nhỏ hơn 2,5 lần với cùng công suất. 65% chi phí cho các dự án lưu trữ năng lượng bằng bơm là chi phí xây dựng công trình, việc thu nhỏ các dự án 2,5 lần sẽ tiết kiệm rất lớn.

Về thiết lập hệ thống, bể chứa (chôn) được bố trí trên đỉnh và dưới chân một ngọn đồi nhỏ. Các bể chứa được nối với nhau bằng đường ống ngầm gọi là enstocks. Bên cạnh các bể chứa phía dưới có nhà máy điện chứa máy bơm và tua bin.

Vào tháng 7 năm 2022, nhóm kỹ thuật của RheEnergise đã tiến hành một loạt thử nghiệm thực địa trên đồi trượt tuyết nằm ngay ngoại ô Montreal ở Canada. Mục đích của thử nghiệm là để chứng minh hai giả thuyết:

1. Để đạt được công suất và năng lượng giống nhau, hệ thống nước cần gấp đôi độ cao thẳng đứng (50 mét) so với HDH, 25 mét – Tức là việc giảm độ cao thẳng đứng cần thiết với hệ thống HDH theo tỷ lệ thuận với sự gia tăng mật độ của chất lỏng.

2. Ở cùng độ cao, thủy điện mật độ cao, hay HDH sẽ thu được gấp đôi công suất, hoặc gấp đôi năng lượng so với nước – Tức là sự gia tăng mật độ dẫn đến mức năng lượng tăng lên tỷ lệ thuận so với nước.

Các cuộc thử nghiệm đã diễn ra suôn sẻ và đạt kết quả rất tốt. Dữ liệu được thu thập đã chứng minh các giả thuyết cốt lõi.

Triển vọng công nghệ thủy điện không dùng nước

Khi các nước châu Âu cần giảm phát thải cacbon trong hệ thống năng lượng của mình, việc áp dụng các giải pháp lưu trữ năng lượng để cân bằng nguồn cung cấp năng lượng tái tạo không liên tục và tăng cường an ninh năng lượng ngày càng trở nên bức thiết.

Theo Hiệp hội Lưu trữ Năng lượng châu Âu (EASE): EU sẽ cần 200 GW năng lượng lưu trữ vào cuối thập kỷ này và 600 GW vào năm 2050.

Những người ủng hộ công nghệ lưu trữ năng lượng thay thế cho rằng: Pin lithium-ion sẽ giúp chúng ta tiến xa. Tuy nhiên, pin lithium-ion lại có nhược điểm là quá trình sản xuất của chúng phụ thuộc vào khai thác nguyên liệu, pin có tuổi thọ ngắn và không lý tưởng để lưu trữ năng lượng lâu hơn vài giờ. Vì vậy, giải pháp lưu trữ lâu dài là rất quan trọng.

“Công nghệ HDH của chúng tôi có thể cung cấp khả năng lưu trữ năng lượng trong nhiều giờ, điều này ngày càng trở nên quan trọng khi hệ thống năng lượng tái tạo của Anh trong tương lai còn mang tính không liên tục” – Stephen Crosher – Giám đốc điều hành của RheEnergise cho biết.

Bộ lưu trữ năng lượng ‘cháy chậm’ này rất cần thiết để ổn định lưới điện khi gió không thổi, hoặc mặt trời không chiếu sáng. Các công ty khởi nghiệp khác của Anh trong lĩnh vực này như Gravitricity ở Scotland, dự định tạo ra điện bằng cách thả vật nặng xuống các hầm mỏ cũ, hay hãng Polar Night Energy của Phần Lan, sử dụng những thùng cát khổng lồ để lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiệt.

RheEnergise vừa ký thỏa thuận với Công ty Mercia Power Response của Anh để triển khai 100 MW lưu trữ năng lượng vào năm 2030 mà chỉ sử dụng các kết nối lưới hiện có của Mercia. Vào tháng 11 tới, Mercia Power Response sẽ xây dựng một máy biểu diễn nhỏ 250 kW tại một mỏ ở Devon nhờ khoản tài trợ trị giá 8,25 triệu bảng Anh từ Chính phủ Anh. “Chúng tôi đang theo đuổi một số dự án ở những nơi khác tại châu Âu và Canada. Hy vọng, sẽ có dự án quy mô lớn kết nối lưới điện 5 MW đầu tiên đi vào hoạt động vào năm 2026” – Stephen Crosher tiết lộ thêm./.

Link tham khảo:

1. “Waterless hydro tech can turn hills into giant batteries” – thenextweb.com

2. “How it works” – rheenergise.com

Nguồn: Khắc Nam - Chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam
Quay lại tin tức
Bình luận

(Bạn)

Gửi