Thủy điện tích năng

Đây là một trong những dạng lưu trữ điện năng lớn nhất hiện nay, đang chiếm đến hơn 90% tổng lượng điện lưu trữ trên toàn cầu. Thủy điện tích năng lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng của nước. Vào giờ thấp điểm (phụ tải thừa), điện được dùng để bơm nước từ hồ chứa thấp lên hồ chứa cao hơn để lưu trữ. Đến giờ cao điểm, nước sẽ được xả từ hồ chứa cao xuống hồ chứa thấp thông qua một đường ống áp lực đặt ngầm trong núi. Nước sẽ làm quay tua-bin trong đường ống và tạo ra điện.

Ưu điểm của thủy điện tích năng là có khả năng lưu trữ điện công suất lớn, thời gian khai thác dài (70-80 năm), tính kinh tế cao. Hạn chế lớn nhất của phương pháp lưu trữ năng lượng này là đòi hỏi phải có địa hình phù hợp để triển khai (lý tưởng nhất là các ngọn núi có đỉnh rộng bên cạnh các con sông, suối lớn) nên không phải nơi nào cũng có thể áp dụng. Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… là các quốc gia có sản lượng điện sản xuất từ thủy điện tích năng lớn hàng đầu thế giới.

Hệ thống bánh đà và siêu tụ điện
Hệ thống bánh đà và siêu tụ điện là các công nghệ lưu trữ năng lượng cho tốc độ phản hồi cao, thời gian nạp và xả điện nhanh. Trong hệ thống bánh đà, năng lượng được lưu trữ dưới dạng động năng của khối quay. Cụ thể, điện được sử dụng để làm quay bánh đà ở tốc độ cao, có thể lên đến 100.000 vòng/phút.

Quá trình này tạo ra động năng ngày càng tăng của bánh đà. Đến khi cần thiết, bánh đà sẽ xả năng lượng được lưu trữ bằng cách áp mô-men xoắn đến tải cơ khí, làm tốc độ quay giảm dần. Lúc đó, động năng được chuyển đổi lại thành điện. Trong hệ thống điện gió, điện mặt trời, bánh đà đóng vai trò như một ắc-quy để lưu trữ năng lượng dư thừa và như một máy phát điện dự phòng để cung cấp năng lượng khi cần.

Khác với bánh đà, các siêu tụ điện lưu giữ nguồn năng lượng dưới dạng thế năng của tụ điện. Nó lưu trữ năng lượng giống như một điện tích tĩnh nhưng không xảy ra phản ứng hóa học trong quá trình nạp hoặc xả điện như pin thông thường. Siêu tụ điện có ưu điểm là chứa được nhiều điện năng, rất bền, thời gian sử dụng hàng chục năm, nạp hay phóng điện rất nhanh nhưng có nhược điểm là bị sụt thế nhanh, tích điện không được lâu vì rò điện nội bộ giữa hai cực.

Do đó, khi ứng dụng trong năng lượng tái tạo, nhiều trường hợp kết hợp sử dụng song song cả siêu tụ điện và ắc-quy. Điện năng tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo (như điện mặt trời, điện gió) được chứa ngay trong siêu tụ điện, sau đó siêu tụ điện lại từ từ nạp điện cho ắc-quy. Nhờ đó, ắc-quy luôn được nạp điện đầy đủ, vừa sẵn dùng vừa tăng tuổi thọ.

Các loại pin lưu trữ năng lượng
Có nhiều công nghệ pin đã và đang được sử dụng phổ biến để lưu trữ năng lượng, có thể kể đến như pin axit chì (ắc-quy), pin Lithium-ion, pin thể rắn, pin oxy hóa – khử Vanadium…

Được phát minh từ năm 1859, đến nay pin axit chì vẫn còn được ứng dụng rộng rãi nhờ giá thành sản xuất rẻ. Chúng thường được sử dụng trong xe hơi vì có thể cung cấp những dòng điện cao đột biến, cần thiết để khởi động cho động cơ xe. Tuy nhiên, nhược điểm của công nghệ này là phải sử dụng các hóa chất độc hại và tuổi thọ pin ngắn (chỉ khoảng 300-500 chu kỳ nạp, xả). Do đó, pin axit chì chủ yếu được sử dụng để lưu trữ điện ở quy mô nhỏ và ngày càng ít cạnh tranh được với các công nghệ lưu trữ năng lượng có thời gian sạc nhanh, lưu trữ điện năng nhiều hơn, trọng lượng nhẹ hơn như pin Lithium-ion.