Pin Natri-ion có thể thay đổi cục diện lưu trữ năng lượng như thế nào?

Chi phí ngày càng giảm, pin natri-ion được kỳ vọng sẽ thống trị phân khúc lưu trữ năng lượng dài kỳ (LDES) trên toàn cầu. Công nghệ này không chỉ sạc nhanh hơn so với các công nghệ LDES khác mà còn có chi phí tương đương hoặc thấp hơn các nguồn điện năng giá rẻ nhất hiện nay, dự báo sẽ trở nên phổ biến sau năm 2027.

Lưu trữ năng lượng – Xu hướng tất yếu của chuyển đổi năng lượng

Lưu trữ năng lượng, hay còn được gọi là bình tích năng, ắc quy hoặc pin, đang trở thành một phần không thể thiếu trong hệ thống điện hiện đại. Trong lưới điện thế kỷ 20, năng lượng chủ yếu được tạo ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, điều chỉnh sản xuất điện theo nhu cầu. Thủy điện – phương pháp lưu trữ cơ học phổ biến nhất – đã được áp dụng hàng thế kỷ. Tuy nhiên, mối lo ngại về ô nhiễm, sự phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu và biến đổi khí hậu đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời.

Các nguồn năng lượng này, tuy hiệu quả, lại không ổn định: điện gió có thể được tạo ra khi nhu cầu điện thấp, còn điện mặt trời đạt hiệu quả cao nhất vào ban ngày nhưng nhu cầu thường tăng cao sau khi mặt trời lặn. Điều này đã tạo động lực lớn cho việc phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng, nhằm duy trì nguồn cung ổn định từ các nguồn không liên tục.

Năm 2023, Bloomberg NEF dự báo thị trường lưu trữ năng lượng sẽ tăng trưởng với tốc độ 27% mỗi năm cho đến năm 2030, phản ánh sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng tái tạo. Trước đây, lưu trữ năng lượng ngoại tuyến là thị trường nhỏ, nhưng trong thế kỷ 21, nó đã mở rộng nhờ nhu cầu sử dụng thiết bị di động và phổ biến của tấm pin mặt trời tại các khu vực nông thôn. Tiếp cận điện năng giờ đây không chỉ là một thách thức kỹ thuật mà còn là vấn đề kinh tế, có tính khả thi cao.

Hiện nay, lưu trữ năng lượng quy mô lớn vẫn do các đập thủy điện chi phối, nhưng các công nghệ như pin sạc và bể chứa nước đá – lưu trữ năng lượng vào ban đêm để sử dụng vào ban ngày – cũng đang góp phần đáng kể vào việc đáp ứng nhu cầu làm mát và cung cấp điện.

Giải pháp lưu trữ năng lượng dài hạn chi phí thấp

Nghiên cứu mới từ GetFocus (Hoa Kỳ) dựa trên phân tích AI cho thấy, pin natri-ion sẽ trở thành công nghệ chủ chốt trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng dài kỳ (LDES) nhờ chi phí giảm nhanh chóng. Loại pin này không chỉ sạc nhanh hơn các công nghệ LDES hiện có, mà chi phí của nó cũng tương đương hoặc thấp hơn các nguồn điện giá rẻ nhất, được kỳ vọng sẽ phổ biến sau năm 2027.

Theo dự báo, năng lượng tái tạo sẽ chiếm 69% tổng công suất điện toàn cầu vào năm 2035, nhưng để đạt được mục tiêu này, các công nghệ giảm chi phí như pin natri-ion sẽ đóng vai trò quan trọng. LDES là nền tảng cho quá trình chuyển đổi năng lượng, giúp giải quyết vấn đề không liên tục của các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời. Bằng cách lưu trữ năng lượng dư thừa trong thời gian sản xuất cao điểm và cung cấp lại khi nhu cầu tăng cao, các hệ thống LDES đảm bảo nguồn cung năng lượng ổn định và tin cậy. Điều này là yếu tố then chốt để giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và thúc đẩy sự tích hợp năng lượng tái tạo vào lưới điện.

GetFocus, với phương pháp định lượng lấy cảm hứng từ nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), đã phát triển công cụ ước tính tốc độ cải tiến của các công nghệ dựa trên dữ liệu bằng sáng chế toàn cầu. Họ sử dụng các chỉ số như “thời gian chu kỳ” và “luồng kiến thức” để tính toán “tỷ lệ cải tiến công nghệ”, chỉ ra mức độ cải thiện hiệu suất theo từng đô la đầu tư hàng năm.

“Chúng tôi có thể đo lường độ khó của từng vấn đề công nghệ,” Kacper Gorski, Giám đốc điều hành GetFocus, nhấn mạnh, cho thấy tầm quan trọng của phân tích này trong việc thúc đẩy sự phát triển của công nghệ năng lượng dài kỳ.

Đối thủ cạnh tranh tiềm năng trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng dài kỳ

Công nghệ pin natri-ion đang đạt được những bước tiến đáng kể về mật độ năng lượng, tương tự như những gì pin lithium-ion (Li-ion) đã trải qua hai thập kỷ trước. Theo nghiên cứu, việc giảm chi phí sản xuất cho thấy pin natri-ion sẽ trở thành một giải pháp cạnh tranh trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng dài kỳ (LDES) vào năm 2028.

Phân tích 30 công nghệ LDES của GetFocus chỉ ra rằng pin natri-ion là công nghệ tiềm năng nhất, với tốc độ cải tiến dự kiến đạt 57% vào năm 2024. Loại pin này có hiệu quả cao hơn trong việc sử dụng năng lượng khứ hồi, vận hành linh hoạt, và giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình lưu trữ và cung cấp. Những cải tiến nhanh chóng sẽ giúp tăng mật độ năng lượng và giảm chi phí cho mỗi đơn vị năng lượng được lưu trữ.

Dự báo, chi phí trung bình của pin natri-ion vào năm 2024 sẽ là 87 USD/kWh, rẻ hơn một chút so với pin lithium-ion ở mức 89 USD/kWh. Nếu chi phí đầu tư của pin natri-ion tương đương với hệ thống lưu trữ năng lượng pin Li-ion (BESS), ở mức 300 USD/kWh, tốc độ cải tiến 57% sẽ khiến pin natri-ion trở nên phải chăng hơn nhiều, với mức giá dự kiến giảm xuống còn 10 USD/kWh vào năm 2028.

Theo nhận định của GetFocus, để hệ thống lưu trữ năng lượng BESS khả thi về mặt kinh tế cho các ứng dụng năng lượng tái tạo quy mô lưới điện, việc đạt chi phí khoảng 50 USD/kWh là yếu tố then chốt. Giám đốc điều hành Kacper Gorski cho biết: “Đó là thời điểm mà lưu trữ năng lượng có thể cạnh tranh được với chi phí sản xuất điện từ các nguồn có thể điều độ như nhà máy điện chạy bằng khí đốt”.

Triển vọng pin natri-ion trong chuyển dịch năng lượng:

Theo GetFocus, Sumitomo Electric Industries, Hitachi và Yuasa Battery hiện đang dẫn đầu trong việc phát triển công nghệ pin natri-ion. Mặc dù các công ty này chưa thương mại hóa công nghệ, nhưng năm ngoái, Great Power, một công ty của Trung Quốc, đã triển khai dự án LDES công suất 50 MW/100 MWh để cung cấp năng lượng cho một trung tâm dữ liệu, khẳng định tiềm năng của pin natri-ion trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng dài kỳ.

GetFocus nhận định Trung Quốc nhiều khả năng sẽ dẫn đầu trong sản xuất pin natri-ion. Trong khi đó, châu Âu và Hoa Kỳ lo ngại về những rủi ro an toàn từ quy trình sản xuất pin. Công nghệ pin natri-ion có thể giảm bớt những mối lo này. Gần đây, một vụ cháy tại nhà máy pin lithium ở Hàn Quốc đã gây thiệt hại lớn về nhân mạng, với 22 người thiệt mạng và 8 người bị thương vào cuối tháng 6/2024, làm dấy lên quan ngại về an toàn sản xuất pin.

Tuy nhiên, dù đầy triển vọng, pin natri-ion vẫn cần thời gian để hoàn thiện. Các nhà sản xuất đang nỗ lực cải thiện mật độ năng lượng và hiệu suất nạp xả, nhằm kéo dài tuổi thọ và tăng hiệu suất vòng đời của pin. Bên cạnh đó, vẫn còn nhiều ẩn số về quá trình chuyển đổi từ sản xuất pin lithium-ion sang natri-ion, đặc biệt là về chi phí và độ phức tạp.

Tương lai của công nghệ này phụ thuộc phần lớn vào chính sách hỗ trợ từ các quốc gia như Trung Quốc và Hoa Kỳ. Tuy nhiên, với kích thước nhỏ gọn và khả năng tích hợp hiệu quả về chi phí, pin natri-ion có tiềm năng trở thành công nghệ lưu trữ năng lượng dài kỳ chủ đạo trong nhiều ứng dụng.

Pin natri-ion không chỉ linh hoạt mà còn có khả năng thúc đẩy “dân chủ hóa năng lượng” trong tương lai, khi các hộ gia đình có thể kết hợp tấm pin mặt trời trên mái nhà với pin natri-ion trong nhà để xe, tự cung cấp và tiêu thụ năng lượng một cách độc lập. Điều này giúp người tiêu dùng giảm sự phụ thuộc vào biến động địa chính trị và đối phó tốt hơn với tình trạng biến đổi khí hậu ngày càng cực đoan.