Các hệ thống pin lưu trữ năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng giữa cung và cầu điện năng trên các mạng lưới điện hiện đại. Khi có lượng điện dư thừa được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo như tấm pin mặt trời hoặc tuabin gió, vì sản lượng vượt quá nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng tại một thời điểm nhất định, những hệ thống pin này sẽ hấp thụ lượng điện dư thừa đó thay vì để nó bị lãng phí. Sau đó, vào những thời điểm nhu cầu tăng cao như giờ cao điểm hoặc những buổi chiều mùa hè nóng bức, chúng sẽ giải phóng lượng điện đã tích trữ trở lại vào hệ thống. Các nghiên cứu cho thấy việc lắp đặt hệ thống lưu trữ pin có thể cải thiện độ tin cậy của mạng lưới điện khoảng 15 phần trăm, khiến chúng trở nên thiết yếu để duy trì mức điện áp ổn định và tần số điện nhất quán. Khi ngày càng nhiều năng lượng sạch được đưa vào các hệ thống mạng lưới, kiểu quản lý năng lượng linh hoạt này ngày càng trở nên quan trọng, bởi vì gió không phải lúc nào cũng thổi và mặt trời không phải lúc nào cũng chiếu sáng mỗi ngày, do đó việc có các tùy chọn dự phòng đáng tin cậy còn quan trọng hơn bao giờ hết.
Đối với những ai quan tâm đến các giải pháp cụ thể, nhiều công ty đang sản xuất các pin lưu trữ năng lượng sáng tạo cung cấp khả năng tiết kiệm năng lượng hiệu quả và phản hồi nhanh chóng trước sự thay đổi của điều kiện cung-cầu.
Khả thi của việc phân phối năng lượng phi tập trung đang tăng nhanh nhờ công nghệ lưu trữ năng lượng tốt hơn trong thời gian gần đây. Cá nhân và doanh nghiệp hiện nay có thể tự sản xuất điện, lưu trữ tại chỗ, sau đó sử dụng lượng điện mà họ cần vào lúc họ cần. Điều này làm giảm sự phụ thuộc vào các trạm điện lớn theo mô hình tập trung mà chúng ta đã quen thuộc. Khi xảy ra sự cố với mạng điện chính, các cộng đồng có hệ thống năng lượng địa phương thường chống chịu tốt hơn nhiều. Chẳng hạn như ở San Diego, các khu phố sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp hệ thống lưu trữ vẫn tiếp tục hoạt động ngay cả khi thành phố mất điện diện rộng vào mùa hè năm ngoái. Hầu hết các khu vực chuyển sang mô hình này đều thấy lưu lượng điện trên các đường dây tải chính giảm xuống và chi phí điện nói chung cũng thấp hơn. Ngoài ra, chúng ta cũng không nên quên về các hệ thống vi mô lưới điện (microgrid). Những hệ thống điện nhỏ gọn, độc lập, được hỗ trợ bởi công nghệ lưu trữ tốt, có thể duy trì hoạt động của các dịch vụ thiết yếu trong các sự cố mất điện lớn, nghĩa là bệnh viện vẫn vận hành được và các cửa hàng thực phẩm có thể bảo quản hàng hóa cho đến khi nguồn điện thông thường được khôi phục.
Bằng cách hỗ trợ việc tạo ra và sử dụng năng lượng tại địa phương, các hệ thống này không chỉ góp phần giảm chi phí năng lượng mà còn phù hợp với mục tiêu bền vững và khả năng chống chịu về cơ sở hạ tầng, mở đường cho sự tự chủ năng lượng được nâng cao.
Lưu trữ năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề nguồn điện không ổn định từ các tấm pin mặt trời và tuabin gió, đảm bảo chúng ta có điện khi thực sự cần thiết. Các hệ thống pin lưu trữ hoạt động bằng cách thu giữ lượng điện dư thừa được sản xuất vào những ngày nắng ráo hoặc đêm gió, sau đó lưu giữ lượng điện này cho đến khi ánh sáng mặt trời hoặc sức gió không còn đủ đáp ứng nhu cầu. Hoạt động cân bằng này giúp lưới điện không bị mất ổn định — điều ngày càng trở nên quan trọng khi ngày càng nhiều hộ gia đình và doanh nghiệp chuyển sang sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Theo các nghiên cứu gần đây, việc kết hợp các hệ thống pin lưu trữ với các nguồn năng lượng sạch giúp giảm khoảng 30 phần trăm sự phụ thuộc vào các nhà máy than và khí đốt truyền thống ở nhiều trường hợp. Kết quả là lượng khí nhà kính thải ra bầu khí quyển giảm xuống, đồng thời vẫn đảm bảo điện năng hoạt động ổn định và các thiết bị điện trong các cộng đồng dân cư tiếp tục vận hành trơn tru.
Việc điều chỉnh thời điểm sản xuất năng lượng đang ngày càng trở nên quan trọng để khai thác tối đa hiệu quả từ các mạng lưới cung cấp điện của chúng ta. Các hệ thống pin lưu trữ cho phép các công ty tích trữ điện được sản xuất vào ban đêm hoặc sáng sớm khi nhu cầu thấp, sau đó giải phóng lượng điện đã lưu trữ này vào thời điểm nhu cầu cao nhất trong chiều và tối. Lợi ích tài chính ở đây cũng khá đáng kể. Các công ty điện lực có thể thu được nhiều lợi nhuận hơn bằng cách bán lượng điện đã tích trữ vào thời điểm giá cao, trong khi người tiêu dùng cuối cùng lại phải trả ít hơn tổng chi phí hóa đơn hàng tháng. Những hệ thống pin này hoạt động hiệu quả nhất khi chúng được kích hoạt vào những thời điểm đỉnh điểm đắt đỏ nhất, từ đó giảm chi phí trên toàn bộ hệ thống. Đối với các trang trại điện mặt trời và gió nói riêng, việc quản lý thời gian như thế này khiến các dự án xanh trở nên có lợi nhuận thực sự. Và khi tất cả chúng ta đang cố gắng chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch, việc kiểm soát tốt hơn thời điểm dòng năng lượng chảy ra vào sẽ cùng lúc có lợi cho cả môi trường và túi tiền của chúng ta.
California đặt mục tiêu đạt 80% năng lượng tái tạo vào năm 2030, và việc lưu trữ năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của mạng lưới điện trong quá trình chuyển đổi này. Các bài kiểm tra thực tế cho thấy khi các hệ thống pin lớn được đưa vào vận hành, chúng giúp điều hòa sự biến động của năng lượng mặt trời và gió, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Một số chương trình thí điểm thậm chí đã giảm được lượng điện tiêu thụ vào giờ cao điểm, điều này khiến các hệ thống pin lưu trữ trở thành một khoản đầu tư hợp lý khi chúng ta tiến tới các nguồn năng lượng sạch hơn. Nhìn về tương lai, những giải pháp lưu trữ này sẽ đóng vai trò thiết yếu nếu California muốn đạt được các mục tiêu về môi trường mà không làm ảnh hưởng đến độ tin cậy trong cung cấp điện trên toàn bang.
Chi phí của pin lithium ion đã giảm mạnh trong những năm gần đây, thực tế giảm khoảng 89% kể từ đầu những năm 2010. Những khoản tiết kiệm lớn như vậy đã biến chúng thành lựa chọn ưu tiên cho hầu hết nhu cầu lưu trữ năng lượng, điều này giải thích tại sao hiện nay chúng xuất hiện khắp nơi từ các nhà máy đến các hộ gia đình. Mọi người yêu thích những loại pin này vì chúng hoạt động hiệu quả trong khi lại có giá thành thấp hơn các giải pháp thay thế, khiến chúng trở thành lựa chọn hợp lý cả cho các hộ gia đình nhỏ cần nguồn điện dự phòng lẫn các doanh nghiệp lớn cần hỗ trợ từ lưới điện. Nhìn vào các con số của ngành cũng cho thấy rõ câu chuyện tương tự: lithium ion chiếm hơn 90% thị phần hiện tại, cho thấy mức độ mà các công ty tin tưởng vào công nghệ này. Sự phổ biến của chúng về cơ bản có nghĩa là khi ai đó nói về việc lưu trữ điện ngày nay, họ thường đang đề cập đến các hệ thống lithium ion. Những chiếc pin này thực sự là cầu nối giữa các phương pháp sản xuất điện truyền thống với các cách tiếp cận xanh mới mẻ mà chúng ta đang thấy phát triển xung quanh mình ngày nay.
Pin nhiên liệu và pin trạng thái rắn đang trở thành những đối thủ cạnh tranh đáng gờm so với công nghệ lithium ion truyền thống, chủ yếu vì chúng có tuổi thọ cao hơn và được tích hợp khả năng an toàn tốt hơn. Pin nhiên liệu hoạt động rất hiệu quả cho các dự án quy mô lớn do chúng ta có thể mở rộng dung lượng lưu trữ độc lập với đầu ra công suất, điều này đáp ứng nhu cầu năng lượng dài hạn tốt hơn nhiều so với các lựa chọn hiện tại. Trong khi đó, pin trạng thái rắn giảm thiểu nguy cơ cháy nổ và các vấn đề quá nhiệt, đó là lý do tại sao rất nhiều người đang theo dõi sát sao chúng cho các ứng dụng trên lưới điện. Các loại pin mới này cũng tích hợp được nhiều năng lượng hơn vào không gian nhỏ gọn hơn. Điều khiến những đột phá này nổi bật không chỉ là những gì chúng mang lại hiện tại, mà còn là việc chúng đang thu hút mạnh mẽ các khoản đầu tư vào các giải pháp lưới điện thông minh hơn. Thực tế là cả hai công nghệ đều cung cấp hoạt động an toàn hơn trong khi vẫn đảm bảo khả năng mở rộng đại diện cho bước tiến lớn trong việc xây dựng hệ thống năng lượng bền vững, một yếu tố phù hợp hoàn hảo với các nỗ lực toàn cầu trong việc chuyển dịch sang nền kinh tế xanh.
Việc sử dụng lại các pin cũ từ xe điện để làm thiết bị lưu trữ năng lượng cố định không chỉ mang lại lợi ích môi trường mà còn giúp giảm chi phí. Nghiên cứu cho thấy khi các công ty tái sử dụng những viên pin này thay vì sản xuất pin mới từ đầu, họ tiết kiệm được chi phí nguyên vật liệu và góp phần giảm lượng rác điện tử đang ngày càng gia tăng trên khắp thế giới. Với hàng triệu chiếc xe điện nữa sẽ được đưa vào sử dụng mỗi năm, tiềm năng tái sử dụng nguồn pin này cho nhu cầu dự phòng điện là rất lớn, đặc biệt vào thời điểm nhu cầu sử dụng điện tăng cao vào buổi tối. Không chỉ đơn thuần là kéo dài tuổi thọ của các viên pin đã qua sử dụng, cách làm này còn hỗ trợ hoạt động sản xuất năng lượng sạch hơn trên toàn ngành công nghiệp điện. Khi việc chuyển đổi sang xe điện ngày càng nhanh chóng, việc biến những viên pin xe cũ thành các giải pháp lưu trữ cho mạng điện quốc gia sẽ cung cấp sự hỗ trợ thiết yếu trong những thời điểm tiêu thụ điện lớn. Kiểu tái chế pin này giúp quản lý phụ tải điện hiệu quả hơn và đưa chúng ta tiến gần hơn tới một tương lai năng lượng xanh mà tất cả đang hướng tới.
Khu vực Châu Á Thái Bình Dương hiện chiếm khoảng 45% thị trường lưu trữ năng lượng toàn cầu, trở thành nhà lãnh đạo rõ rệt trong lĩnh vực này. Phần lớn điều này xuất phát từ những gì Trung Quốc đã làm gần đây với các khoản đầu tư khổng lồ vào cơ sở hạ tầng lưu trữ. Trong những năm tới, Bắc Kinh muốn lắp đặt khoảng 31 gigawatt công suất lưu trữ pin mới trong vòng nửa thập kỷ tới. Mức độ mở rộng như vậy chắc chắn sẽ giúp ổn định các mạng lưới điện và làm cho chúng hoạt động hiệu quả hơn trong những thời điểm cao điểm. Nỗ lực thúc đẩy phát triển các hệ thống lưu trữ không chỉ đơn thuần là để đáp ứng nhu cầu điện hiện tại. Nó cho thấy mức độ nghiêm túc mà nhiều quốc gia châu Á đang dành cho các nguồn năng lượng tái tạo. Các chính phủ trong khu vực đã đưa ra nhiều chính sách ưu đãi và quy định nhằm khuyến khích doanh nghiệp và hộ gia đình tiếp nhận công nghệ lưu trữ nhanh hơn. Những nỗ lực này chắc chắn đang củng cố vị thế của châu Á như một nhân tố lớn trên bản đồ năng lượng lưu trữ toàn cầu.
Thị trường lưu trữ năng lượng tại Bắc Mỹ đang tăng trưởng rất mạnh mẽ trong thời gian này, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm đạt khoảng 29%. Phần lớn đà tăng này bắt nguồn từ những thay đổi về mặt quy định, đặc biệt là Lệnh FERC 841 cho phép các hệ thống lưu trữ trực tiếp tham gia vào thị trường năng lượng. Điều này có nghĩa là gì? Nó mở ra cơ hội cho nhiều ý tưởng mới và thu hút sự quan tâm của nhiều bên hơn nữa. Những người theo dõi ngành công nghiệp dự đoán rằng các quy định tương tự sẽ thúc đẩy việc lắp đặt thêm nhiều hệ thống lưu trữ trên khắp châu lục trong thời gian tới. Nhìn vào tốc độ phát triển hiện tại đủ thấy các quốc gia Bắc Mỹ đang nghiêm túc đến mức nào trong việc đưa công nghệ lưu trữ tiên tiến hơn vào hệ thống điện lưới của họ. Và thực lòng mà nói, điều gì mà lại vừa giúp tiết kiệm chi phí vừa có lợi cho môi trường thì ai mà chẳng ủng hộ?
Năng lực lưu trữ năng lượng toàn cầu có thể đạt khoảng 278 gigawatt vào giữa thế kỷ theo các dự báo gần đây. Mức tăng trưởng này cho thấy những gì mà nhiều quốc gia đang thực hiện liên quan đến năng lượng sạch trong những năm gần đây. Các loại pin tốt hơn tiếp tục được ra đời trong khi các chính phủ thông qua những chính sách hỗ trợ phát triển hệ thống lưu trữ. Các chuyên gia năng lượng từ khắp nơi trên thế giới hiện nay đều xem hệ thống lưu trữ là một yếu tố thực sự quan trọng nếu chúng ta muốn đạt được các mục tiêu về khí hậu và duy trì hoạt động điện liên tục khi chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo. Khi tiềm năng lưu trữ này ngày càng phát triển, lý do vì sao hệ thống lưu trữ lại quan trọng đến như vậy đối với cách thức hoạt động của điện năng trong tương lai cũng trở nên rõ ràng hơn. Chúng ta đang xây dựng các mạng lưới điện có khả năng vận hành ổn định hơn, thích ứng tốt hơn với các biến động và tồn tại lâu dài mà không gây tổn hại đến môi trường.
Các hoạt động phân bổ năng lượng đang được cải thiện đáng kể nhờ vào học máy với khả năng dự đoán nhu cầu tốt hơn, giúp tối ưu hóa việc sử dụng pin. Khi chúng ta nhìn vào các mô hình tiêu thụ năng lượng trong quá khứ, những thuật toán thông minh này sẽ xác định được thời điểm lưu trữ điện và thời điểm giải phóng điện, từ đó giảm chi phí và nâng cao hiệu suất toàn bộ hệ thống. Một số nghiên cứu cũng chỉ ra các con số cụ thể - việc tích hợp học máy vào quản lý lưới điện đã giúp tiết kiệm khoảng 15% chi phí năng lượng, theo các nghiên cứu gần đây. Điều khiến phát triển này trở nên thú vị chính là khả năng cải thiện liên tục của việc phân bổ dự đoán đối với cả hệ thống lưu trữ pin và hiệu suất tổng thể của lưới điện thông minh tại nhiều địa điểm khác nhau.
Nhà máy điện ảo, hay còn gọi tắt là VPP, đang thay đổi cách chúng ta quản lý năng lượng trên toàn hệ thống điện. Những hệ thống này tập hợp nhiều nguồn năng lượng phân tán khác nhau như pin và tấm pin mặt trời để chúng hoạt động như một đơn vị điện lớn duy nhất. Điểm đặc biệt của phương pháp này là giúp cân bằng nhu cầu điện tốt hơn, phân phối năng lượng đến nơi cần nhất và thực sự khiến toàn bộ hệ thống điện trở nên bền bỉ hơn trước các sự cố gián đoạn. Chúng ta đang bắt đầu chứng kiến các hệ thống điện ảo này phát triển mạnh mẽ khắp nơi, điều đó có nghĩa là các doanh nghiệp nhỏ và cả những chủ nhà riêng cũng có thể sớm bán lượng điện dư thừa trở lại thị trường thay vì chỉ phụ thuộc vào các công ty điện lực truyền thống. Nhìn vào tình hình hiện tại, chắc chắn rằng công nghệ VPP sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc mở rộng khả năng lưu trữ năng lượng tái tạo, làm cho nguồn điện sạch trở nên dễ tiếp cận hơn bao giờ hết.
Chúng ta đang chứng kiến một chuyển biến thú vị trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, đó là xu hướng chuyển dịch sang các hệ thống có thời lượng 4 giờ trở lại đây. Những hệ thống này thực sự hữu ích trong việc giữ cho mạng lưới điện ổn định vào những thời điểm quan trọng nhất và quản lý các giai đoạn nhu cầu điện tăng cao đầy thách thức vốn gây áp lực lớn cho hệ thống điện của chúng ta. Điều khiến các hệ thống này nổi bật là khả năng giải phóng lượng điện được lưu trữ ngay vào lúc cần thiết nhất, ví dụ như trong các sự cố mất điện hoặc những đợt tăng đột biến nhu cầu tiêu thụ điện. Các nhà phân tích ngành công nghiệp gần đây đã rất tích cực trong việc thúc đẩy việc triển khai rộng rãi hơn ở nhiều khu vực khác nhau, bởi vì các hệ thống này hoạt động hiệu quả bất kể là để cung cấp nguồn điện dự phòng cho bệnh viện hay chỉ đơn giản là làm dịu các dao động hàng ngày trong việc sử dụng năng lượng. Khi các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng chiếm tỷ trọng lớn hơn trong cơ cấu năng lượng của chúng ta, thì nhu cầu về các giải pháp lưu trữ đáng tin cậy cũng tăng lên theo cấp số nhân. Xu hướng này dường như chưa có dấu hiệu chậm lại trong thời gian tới, khi mà các cộng đồng khắp nơi đều nhận ra giá trị của việc đầu tư vào cơ sở hạ tầng lưới điện thông minh hơn.
