Được rồi, gần đây tôi đang tìm hiểu sâu về vấn đề lưu trữ năng lượng này, thành thật mà nói thì sao? Nó thú vị hơn tôi mong đợi. Bắt đầu vì hàng xóm của tôi có các tấm pin mặt trời và phàn nàn về việc chúng về cơ bản vô dụng vào ban đêm (duh), nhưng điều đó khiến tôi phải suy nghĩ về toàn bộlưu trữ pingóc.
Vật lý cơ bản đằng sau tất cả
Đây là vấn đề - và có lẽ tôi đang đơn giản hóa quá mức, nhưng bất kỳ bộ lưu trữ năng lượng - nào cũng không thực sự tạo ra năng lượng từ không khí loãng. Nó chỉ là... xáo trộn nó xung quanh. Định luật nhiệt động đầu tiên, phải không? Năng lượng không thể tự sinh ra hay mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. Vì vậy, khi chúng ta nói về việc "lưu trữ" năng lượng, chúng ta thực sự đang nói về việc biến nó thành thứ mà chúng ta có thể giữ được một chút.
Tôi nhớ giáo sư vật lý của tôi đã giải thích điều này bằng ΔU=Q + W (trong đó Q là nhiệt truyền vào hệ và W là công thực hiện trên nó). Lúc đó tưởng chừng như vô nghĩa nhưng giờ đây nó thực sự có ý nghĩa. Hệ thống pin của bạn không phải là ma thuật - nó lấy năng lượng điện và chuyển đổi thành năng lượng hóa học hoặc động năng trong bánh đà hoặc bất cứ thứ gì. Sau đó, khi bạn cần nó trở lại, bùm, đảo ngược quá trình.
Việc lưu trữ pin có lẽ là ví dụ phổ biến nhất mà mọi người nghĩ đến. Năng lượng hóa học ngồi đó, chờ đợi. Khi bạn cần điện, chất hóa học sẽ xuất hiện và nguồn điện của bạn sẽ xuất hiện. Khá đơn giản, ngoại trừ khi không phải vậy (sẽ nói thêm về điều đó sau vì tính chất hóa học của pin trở nên KỲ LẠ).
Tại sao điều này lại quan trọng hơn bạn nghĩ
Vì vậy, năng lượng tái tạo - là gió, mặt trời, dòng hải lưu, tất cả những thứ đó. Họ không đáng tin cậy như địa ngục. Ý tôi là, tôi hoàn toàn ủng hộ năng lượng xanh, nhưng hãy thành thật mà nói: mặt trời không quan tâm đến giờ sử dụng cao điểm của bạn và gió thổi khi nó muốn. Đây là nơi việc lưu trữ năng lượng-quy mô lớn thay đổi hoàn toàn trò chơi.
Nếu không có bộ nhớ, về cơ bản, bạn đang lãng phí năng lượng trong những-thời gian thấp điểm hoặc khi sản lượng cao. Với lưu trữ? Bạn đang giải quyết ổn thỏa mọi thứ, làm cho những nguồn năng lượng thất thường này thực sự khả thi đối với lưới điện.
Phần tiền (vì tất nhiên rồi)
Đây là nơi nó trở nên thú vị đối với những người bình thường. Bạn có biết tại sao giá điện lại khác nhau ở những thời điểm khác nhau không? Giá thung lũng so với giá cao điểm? Hệ thống lưu trữ cho phép bạn chơi game trên hệ thống đó. Sạc pin khi điện rẻ (thường là qua đêm), sau đó sử dụng lượng điện dự trữ đó vào những giờ ban ngày đắt đỏ.
Tôi đang xem xét vấn đề này cho địa điểm của mình và việc tiết kiệm chi phí là... à, chúng chưa mang tính cách mạng, nhưng chúng đang đạt được mục tiêu. Các tòa nhà thương mại đang tích cực thực hiện việc này. Bạn tôi làm việc ở một tòa nhà cao-ở trung tâm thành phố và dường như toàn bộ tòa nhà của họ tính phí vào ban đêm và trôi qua trong những giờ buổi chiều đắt đỏ. Các quầy đậu thích nó.
Vấn đề là, công nghệ lưu trữ cuối cùng sẽ trở thành tiêu chuẩn. Không chỉ dành cho doanh nghiệp - mà cả gia đình nữa. Vấn đề chỉ là khi nào thì nền kinh tế hoàn toàn thay đổi.
Dự phòng khẩn cấp (nhưng không giống như máy phát điện của ông nội bạn)
Đây là điều tôi chưa thực sự cân nhắc cho đến khi tìm hiểu sâu hơn: các hệ thống này hoạt động trong thời gian mất điện. Không giống như máy phát điện diesel đặt dưới tầng hầm mà bạn kích hoạt mỗi năm một lần (có thể), hệ thống lưu trữ pin luôn tham gia tích cực vào hệ thống năng lượng của bạn.
Trong các hoạt động bình thường, về cơ bản, họ đang thực hiện hoạt động kinh doanh chênh lệch giá - mua thấp, bán cao. Nhưng khi lưới điện bị hỏng, họ sẽ vào cuộc ngay lập tức. Không có sự chậm trễ khi khởi động, không phải mò mẫm trong bóng tối để tìm công tắc máy phát điện. Và bạn không đốt nhiên liệu hóa thạch mà chỉ ngồi đó chờ công ty điện lực sửa đường dây của họ.
Khu vực của tôi đã ba lần mất điện vào năm ngoái (rõ ràng là cơ sở hạ tầng lưới điện đang cũ kỹ, ai biết được?), và mỗi lần như vậy tôi lại nghĩ về việc sẽ tuyệt vời biết bao nếu có bộ lưu trữ trực tuyến. Netflix không tự xem, bạn biết không?
Những thứ hình ảnh lớn hơn
Lưu trữ năng lượng như một khái niệm rất quan trọng cho toàn bộ quá trình chuyển đổi lưới điện thông minh. Bạn không thể có thế hệ phân tán, lưới điện siêu nhỏ, xe điện phát triển khắp mọi nơi nếu không có bộ lưu trữ mạnh mẽ. Công nghệ là nền tảng - lấy đi nó và toàn bộ tầm nhìn sẽ tan vỡ.
Nhưng đây là điều làm tôi khó chịu: mọi người đều nói về việc lưu trữ như thể vấn đề đã được giải quyết. "Chỉ cần thêm pin!" Vâng, chắc chắn rồi. Ngoại trừ việc pin xuống cấp là có thật, chuỗi cung ứng vật liệu còn nhiều nghi vấn và tổn thất về hiệu suất trong các chu kỳ sạc/xả sẽ tăng lên.
Hiệu suất nhiệt động lực học chỉ là một chuyện trên giấy tờ. Hiệu suất thực tế-với sự thay đổi về nhiệt độ, chu kỳ sạc-xả, yêu cầu bảo trì? Đó là nơi mọi thứ trở nên lộn xộn. Tôi đã thấy các tuyên bố về hiệu quả chuyến đi khứ hồi 85-95%{6}}cho hệ thống lithium-ion, nhưng đó chỉ là điều kiện trong phòng thí nghiệm. Hãy đặt hệ thống đó vào mùa hè ở Texas hoặc mùa đông ở Minnesota và cho tôi biết nó hoạt động như thế nào sau 5 năm.
Tuy nhiên nó có thực sự hoạt động không?
Quay lại câu hỏi ban đầu - vâng, hệ thống lưu trữ pin năng lượng hoạt động. Nhưng "công việc" đang phải gánh một số công việc nặng nhọc ở đó. Chúng hoạt động theo nghĩa là chúng lưu trữ và giải phóng năng lượng. Họ nỗ lực làm cho năng lượng tái tạo trở nên thiết thực hơn. Họ làm việc trong việc cung cấp nguồn điện dự phòng và làm dịu đi những biến động của lưới điện.
Chúng có tác dụng như một giải pháp hoàn chỉnh cho mọi vấn đề năng lượng của chúng ta không? Thậm chí không gần gũi. Có phải họ đang trở nên tốt hơn mỗi năm? Tuyệt đối. Công nghệ ngày càng cải tiến, chi phí ngày càng giảm và-việc lắp đặt trong thế giới thực đang chứng minh khái niệm này trên quy mô lớn.
Tôi nghĩ câu hỏi thú vị hơn không phải là liệu chúng có hoạt động hay không mà là chúng sẽ hoạt động đủ tốt và đủ rẻ trong bao lâu để mọi người đều có một chiếc. Bởi vì vật lý là vững chắc, kỹ thuật vững chắc và các động lực kinh tế đang phù hợp. Chỉ là vấn đề thời gian trước khi việc lưu trữ năng lượng trở nên phổ biến như việc có một máy nước nóng ở tầng hầm của bạn.
Mặc dù thành thật mà nói, tôi vẫn đang phân vân về việc kích hoạt ngôi nhà của chính mình. Theo sở thích của tôi, thời gian hoàn vốn vẫn còn hơi dài và tôi vốn dĩ rất nghi ngờ về bất kỳ-thế hệ đầu tiên nào. Có lẽ trong hai năm nữa khi thế hệ tiếp theo tung ra thị trường...