Bên trong hệ thống 'pin trọng lực' khổng lồ của Trung Quốc

Bên trong những công trình đồ sộ không cửa sổ mọc lên khắp Trung Quốc là bước tiến mới trong ngành năng lượng: pin trọng lực khổng lồ.

Một bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực công nghệ lưu trữ năng lượng, Trung Quốc đã bắt đầu triển khai hàng loạt "pin trọng lực" quy mô lớn, một động thái có khả năng thay đổi căn bản phương thức lưu trữ năng lượng tái tạo trên toàn thế giới.

Phương pháp tiếp cận đầy sáng tạo này đang thách thức sự thống trị của pin lithium-ion và mang lại những lợi ích môi trường đầy hứa hẹn trong bối cảnh các quốc gia đang chạy đua hướng tới các giải pháp năng lượng xanh hơn.

“Pin trọng lực”

"Pin trọng lực" hoạt động dựa trên nguyên lý nâng và hạ các khối vật liệu nặng để tích trữ và giải phóng năng lượng. Năng lượng được "đầu tư" vào một khối vật chất, chẳng hạn như một tảng bê tông lớn hoặc một khối nước, khi nó được nâng lên cao.

Nguồn năng lượng này được lưu trữ cho đến khi khối vật chất này được hạ xuống. Khi đó, máy phát điện hoặc tuabin sẽ chuyển đổi động năng từ chuyển động xuống thành điện năng. Điểm ưu việt của công nghệ này so với pin thông thường là năng lượng không bị suy giảm theo thời gian.

Điển hình nhất cho công nghệ đầy tiềm năng này là dự án “Evx” tại Trung Quốc, một sản phẩm hợp tác giữa chính phủ nước này và công ty năng lượng đến từ Thụy Sĩ, Energy Vault.

Đây là một công trình đồ sộ cao hơn 120 m nhưng không có bất kỳ cửa ra vào hay cửa sổ. Bên trong, 3.500 "viên gạch" nặng 25 tấn được một hệ thống thang máy và đường ray phức tạp di chuyển lên xuống. Các khối này được nâng lên khi các nguồn năng lượng tái tạo sản xuất dư thừa điện và hạ xuống khi nhu cầu điện tăng cao.

Hệ thống "pin trọng lực" cao 120m tại Như Đông, Thượng Hải, Trung Quốc. Ảnh: EnergyVault.

Với công suất được báo cáo lên tới 100 MW/h, hệ thống EVx thể hiện rõ cam kết của Trung Quốc đối với các công nghệ lưu trữ năng lượng thay thế, bất chấp sự thống trị của quốc gia này trên thị trường pin lithium-ion.

Hiện tại, Trung Quốc kiểm soát khoảng 72% sản lượng pin lithium-ion toàn cầu, nhưng vẫn nhận thức được tầm quan trọng chiến lược của việc đa dạng hóa các phương pháp lưu trữ năng lượng.

Tổ hợp pin trọng lực thương mại đầu tiên của công ty Energy Vault tại Trung Quốc được xây dựng ngay cạnh một trang trại điện gió. Với dung lượng lưu trữ ấn tượng 100 megawatt giờ (MWh), một khi được "sạc đầy", hệ thống này có khả năng cung cấp năng lượng cho khoảng 4.600 chiếc xe điện di chuyển quãng đường 100 km.

"Chúng tôi đã không hình dung rằng nhà máy đầu tiên của mình sẽ được xây dựng ở Trung Quốc", ông Robert Piconi, Giám đốc Điều hành của Energy Vault, chia sẻ với SWI.

Ông Yan Shengjun, Chủ tịch tập đoàn China Tianying, khẳng định rằng "công nghệ mang tính cách mạng" của Energy Vault sẽ đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng của Trung Quốc.

Theo Forbes, các nhà hoạch định chính sách Trung Quốc đánh giá cao tiềm năng sử dụng nguyên liệu thô địa phương để xây dựng cơ sở hạ tầng này, cũng như tuổi thọ hơn 35 năm của nó.

Hiện tại, ba hệ thống pin trọng lực tương tự đang được xây dựng tại Trung Quốc và sáu hệ thống khác đang trong giai đoạn lập kế hoạch. Tổng cộng, chúng sẽ có tổng dung lượng lưu trữ lên tới 3.700 MWh.

Tiềm năng to lớn

Nguyên lý hoạt động của pin trọng lực tương tự như các nhà máy thủy điện tích năng. Các hệ thống này bơm nước lên các hồ chứa trên cao khi năng lượng dư thừa và xả nước xuống qua các tuabin trong thời gian cao điểm nhu cầu điện.

Theo Hiệp hội Thủy điện Quốc tế, các hệ thống này hiện chiếm hơn 94% tổng công suất lưu trữ năng lượng đã lắp đặt trên toàn cầu. Điều này cho thấy tiềm năng to lớn và độ tin cậy đã được chứng minh của việc sử dụng trọng lực để lưu trữ năng lượng.

Mặc dù có hiệu suất cao và độ tin cậy tốt, nhưng các hệ thống này đòi hỏi các đặc điểm địa lý cụ thể như hồ chứa trên cao và các lưu vực nước lớn, điều mà nhiều khu vực không có được.

Hệ thống EVx của Energy Vault được lắp đặt trong dự án trình diễn tại Thụy Sĩ. Ảnh: Energy Vault.

Ngược lại, pin trọng lực sử dụng các vật nặng rắn có thể được xây dựng linh hoạt hơn, với hạn chế chủ yếu nằm ở cơ sở hạ tầng hiện có để nâng và hạ khối vật chất. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi hơn cho công nghệ pin trọng lực tại nhiều địa điểm khác nhau trên thế giới, không bị gò bó bởi các yếu tố địa hình tự nhiên.

Ngoài ra, pin trọng lực còn mang đến nhiều lợi ích môi trường so với pin lithium-ion. Hệ thống EVx sử dụng các khối vật liệu được chế tạo từ nguyên liệu dễ kiếm như cát hoặc chất thải tái chế, giúp giảm đáng kể sự phụ thuộc vào các khoáng chất quý hiếm.

Tác động xã hội của các dự án pin trọng lực tại Trung Quốc cũng cho thấy những tín hiệu tích cực. Các công trình này tạo ra việc làm cho lực lượng lao động địa phương và tận dụng các nguồn tài nguyên sẵn có trong khu vực, từ đó giảm thiểu nhu cầu vận chuyển và các vấn đề liên quan đến chuỗi cung ứng.

Cách tiếp cận mang tính địa phương hóa này tạo ra sự tương phản rõ rệt với chuỗi cung ứng toàn cầu phức tạp cần thiết cho việc sản xuất pin lithium-ion, vốn tiềm ẩn nguy cơ gây gián đoạn môi trường sống tự nhiên và đe dọa các hệ sinh thái dễ bị tổn thương.