Giới khoa học đã nghiên cứu biến những mỏ hoang trở thành pin trọng lực để lưu trữ năng lượng.

Biện pháp lưu trữ năng lượng tái tạo

Khác với nhiên liệu hóa thạch, năng lượng Mặt trời, gió không thể tạo ra một dòng năng lượng liên tục. Giới khoa học đã phát triển vô số biện pháp lưu trữ năng lượng tái tạo cho lưới điện cần, trong đó, phổ biến là sử dụng pin trọng lực hoặc biến nhà máy đốt than thành nhà máy điện hạt nhân.

Pin trọng lực là mô hình lưu trữ năng lượng dựa trên khái niệm và cách thức hoạt động của trọng lực trên Trái đất. Khi năng lượng dư thừa từ năng lượng tái tạo được nạp vào pin, trọng lực của nó từ từ được kéo lên cao hơn để lưu trữ. Sau đó, khi các yếu tố ngẫu nhiên ngăn cản năng lượng tái tạo hoạt động, trọng lực sẽ giảm xuống, từ đó, giải phóng điện dự trữ.

Một trong những hình ảnh phổ biến nhất về pin trọng lực là hệ thống bơm thuỷ điện tích năng. Nước chảy từ độ cao lớn để tích trữ năng lượng. Khi cần sử dụng năng lượng, nước chảy xuống dốc qua các tua bin để tạo ra điện.

Khi có năng lượng dư thừa, lượng nước này sẽ được bơm trở lại điểm xuất phát. Tuy nhiên, cách làm này hạn chế về vị trí và quy mô xây dựng.

Trong nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học tại Viện Quốc tế về Phân tích Hệ thống Ứng dụng quốc tế (IIASA), Áo, đã sử dụng phương pháp mới biến các mỏ hoang thành pin trọng lực bằng cách tận dụng tàn dư của năng lượng từ hàng triệu mỏ đang bỏ hoang trên toàn thế giới. Ước tính, chỉ riêng tại Mỹ có khoảng 550.000 mỏ để không.

Là đồng tác giả nghiên cứu, nhà khoa học Behnam Zakeri cho biết: “Để khử cacbon cho nền kinh tế, chúng ta cần suy nghĩ lại về hệ thống năng lượng dựa trên các giải pháp sáng tạo sử dụng các nguồn tài nguyên hiện có. Biến các mỏ bị bỏ hoang thành nơi lưu trữ năng lượng là vi dụ về các giải pháp tồn tại xung quanh chúng ta”.

Dựa trên nghiên cứu này, IIASA đã thiết kế Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng trọng lực dưới lòng đất (UGES) dựa trên mỏ. Hệ thống này bao gồm trục, máy phát điện, vị trí lưu trữ trên và dưới, thiết bị khai thác.

UGES tạo ra điện bằng cách lắp đặt thang máy nằm trong các mỏ bỏ hoang. Sử dụng hệ thống phanh tái tạo, các thang máy sẽ nâng và hạ các thùng chứa đầy cát từ tầng cao xuống tầng thấp.

Một loạt các động cơ máy phát điện ở cả hai bên trục sẽ di chuyển từng thang máy lên và xuống, tạo ra điện thông qua phanh tái tạo trên đường đi. Để tiếp cận năng lượng tái tạo, các thang máy sẽ mang cát từ trong hầm mỏ lên bề mặt.

Trục mỏ càng sâu và rộng thì khả năng khai thác năng lượng từ các mỏ sẽ càng lớn, khả năng lưu trữ cũng càng cao.

Các mỏ bỏ hoang phù hợp để trở thành pin trọng lực lưu trữ năng lượng tái tạo.

Lợi và hại

Không giống như các loại pin thông thường như pin lithium, pin trọng lượng không có hiện tượng tự phóng điện do phương tiện lưu trữ năng lượng là cát. Đây là hiện tượng mất năng lượng chậm theo thời gian khi được lưu trữ. Điều này cho phép các mỏ lưu trữ năng lượng trong thời gian dài từ nhiều tháng cho đến nhiều năm.

Các nhà nghiên cứu dự đoán chi phí đầu tư của UGES là khoảng 1 – 10 USD/kWWh và chi phí công suất điện là 2.000 USD/kWh. Công nghệ mới có thể có tiềm năng lưu trữ năng lượng toàn cầu từ 7 đến 70 TWh (terawatt giờ). Bên cạnh đó, việc sử dụng các mỏ bị bỏ hoang cũng mang lại nhiều lợi ích cho xã hội như mở rộng việc làm, tận dụng cơ sở hạ tầng bị bỏ honag dưới lòng đất, tận dụng các kết nối với lưới điện đã tồn tại...

Nhà nghiên cứu Julian Hunt, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Các mỏ được sử dụng đã có cơ sở hạ tầng cơ bản và được kết nối với lưới điện, giúp giảm đáng kể chi phí và tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai các nhà máy UGES. Ngoài ra, khi mỏ đóng cửa, hàng nghìn công nhân bị sa thải. UGES sẽ tuyển dụng lại một số vị trí phục vụ cho nhà máy lưu trữ năng lượng”.

Theo phân tích của tờ BBC, một số công ty đã nghiên cứu cách biến các mỏ than bị bỏ hoang thành pin thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia nhận thấy những hạn chế về địa lý của pin trọng lực dựa trên mỏ bị bỏ hoang có thể trở thành thách thức khi áp dụng công nghệ này trên toàn thế giới.

Trước vấn đề trên, IIASA cũng thừa nhận rằng những quốc gia hỗ trợ lớn nhất cho chương trình này có thể là Nga, Ấn Độ và Mỹ - nơi sở hữu nhiều mỏ khai thác đã ngừng hoạt động.

Cũng vì thách thức trên, dù pin trọng lực dựa trên mỏ hoang được đánh giá đầy tiềm năng, nhiều công ty năng lượng tái tạo khác vẫn tiếp tục nghiên cứu để cải tiến loại pin này.

Đơn cử, công ty pin trọng lực Energy Vault, trụ sở tại Thuỵ Sĩ, đang chế tạo pin trọng lực đẹp mắt về mặt thẩm mỹ, có thể thả ở bất cứ đâu và mang lại cảm giác thân thiện trong môi trường đô thị và ngoại ô.

Đặc biệt, các nhà khoa học mong chờ sự kết hợp của năng lượng Mặt trời, gió, các nhà máy điện hạt nhân thế hệ tiếp theo cùng các phương pháp lưu trữ năng lượng sẽ cùng nhau xây dựng một tương lai năng lượng xanh.