Trọng lực Có Thể Giải Quyết Nhược Điểm Lớn Nhất Của Năng Lượng Sạch

Trong một thung lũng Thụy Sĩ, một chiếc cần cẩu đa tay không bình thường nâng hai khối bê tông nặng 35 tấn lên cao trong không khí. Những khối bê tông một cách tinh tế leo lên khung thép màu xanh của chiếc cần cẩu, nơi chúng treo lơ lửng từ hai bên của một cánh ngang rộng 66 mét. Có ba cánh tay tổng cộng, mỗi cái chứa cáp, máy kéo, và móc nắm cần thiết để nâng thêm một cặp khối bê tông lên bầu trời, khiến cho thiết bị trông giống như một con côn trùng kim loại khổng lồ nâng và xếp gạch với những lưới thép. Mặc dù tháp cao 75 mét, nó dễ dàng bị nhấn chìm bởi những sườn rừng của dãy núi Alps Lepontine miền nam Thụy Sĩ, nơi chúng nổi lên từ mặt thung lũng ở mọi hướng.

Ba mươi mét. Ba mươi lăm. Bốn mươi. Những khối bê tông được nâng chậm lên bởi các động cơ chạy bằng điện từ lưới điện Thụy Sĩ. Trong vài giây chúng treo trong không khí ấm áp của tháng Chín, sau đó cáp thép giữ khối bắt đầu hủy và chúng bắt đầu hành trình chậm rãi xuống để tham gia vài chục khối bê tông tương tự được xếp tại chân tháp. Đây là khoảnh khắc mà cuộc nhảy múa phức tạp của thép và bê tông này được thiết kế. Khi mỗi khối đi xuống, các động cơ nâng khối bắt đầu quay ngược lại, tạo ra điện năng chảy qua cáp dày chạy dọc theo bên của cần cẩu và vào lưới điện. Trong 30 giây khi khối đang đi xuống, mỗi khối tạo ra khoảng một megawatt điện năng: đủ để cung cấp điện cho khoảng 1,000 ngôi nhà.

Tháp này là một mô hình thử nghiệm từ Energy Vault, một trong số các công ty khởi nghiệp đang tìm cách mới để sử dụng trọng lực để tạo ra điện năng. Một phiên bản đầy đủ kích thước của tháp có thể chứa 7,000 viên gạch và cung cấp đủ điện để nuôi sống vài nghìn ngôi nhà trong tám giờ. Lưu trữ năng lượng theo cách này có thể giúp giải quyết vấn đề lớn nhất đối mặt với sự chuyển đổi sang điện năng tái tạo: tìm ra một cách không carbon để giữ đèn sáng khi gió không thổi và mặt trời không sáng. “Rào cản lớn nhất chúng tôi phải vượt qua là có được lưu trữ giá rẻ,” nói Robert Piconi, CEO và đồng sáng lập Energy Vault.

Nếu không có cách để giảm lượng khí nhà kính trên toàn cầu về net zero vào năm 2050, chúng ta sẽ không bao giờ đạt được mục tiêu này. Sản xuất điện và nhiệt chiếm một phần tư của tổng lượng khí nhà kính toàn cầu và, vì hầu hết mọi hoạt động bạn có thể tưởng tượng đều yêu cầu điện, việc làm sạch lưới điện có tác động lớn. Nếu điện của chúng ta trở nên xanh hơn, những ngôi nhà, ngành công nghiệp và hệ thống giao thông của chúng ta cũng sẽ trở nên xanh hơn. Điều này trở nên ngày càng quan trọng hơn khi nhiều phần của cuộc sống của chúng ta trở thành điện hóa hơn—đặc biệt là sưởi ấm và giao thông, mà sẽ khó khăn để giảm carbon bằng bất kỳ cách nào khác. Dự kiến rằng toàn bộ việc điện hóa này sẽ làm tăng gấp đôi sản xuất điện vào năm 2050 theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế. Nhưng nếu không có cách dễ dàng để lưu trữ lượng năng lượng lớn và sau đó phát hành nó khi chúng ta cần, chúng ta có thể sẽ không bao giờ loại bỏ sự phụ thuộc của chúng ta vào các trạm điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch bẩn, ô nhiễm.

Đây là nơi lưu trữ năng lượng trọng lực giúp đỡ. Những người ủng hộ công nghệ này cho rằng trọng lực mang lại một giải pháp thông minh cho vấn đề lưu trữ. Thay vì phụ thuộc vào pin lithium-ion, mà giảm giá trị theo thời gian và yêu cầu các kim loại hiếm phải được khai thác từ lòng đất, Piconi và đồng nghiệp của ông nói rằng hệ thống trọng lực có thể cung cấp một kho lưu trữ năng lượng rẻ, phong phú và lâu dài mà chúng ta đang bỏ qua hiện nay. Nhưng để chứng minh điều này, họ sẽ cần xây dựng một cách hoàn toàn mới để lưu trữ điện và sau đó thuyết phục một ngành công nghiệp đang chuyển sang pin lithium-ion rằng tương lai của lưu trữ liên quan đến việc rơi từ độ cao lớn của những trọng lượng cực kỳ nặng.

Địa điểm thử nghiệm của Energy Vault tại một thị trấn nhỏ tên là Arbedo-Castione ở Ticino, huyện phía nam của 26 huyện của Thụy Sĩ và là duy nhất nơi ngôn ngữ chính thức là tiếng Ý. Các chiến lược đồ của dãy núi Alps Thụy Sĩ là một địa điểm phù hợp cho một công ty khởi nghiệp về lưu trữ năng lượng trọng lực: Một chuyến đi ngắn về phía đông từ văn phòng của Energy Vault sẽ đưa bạn đến Contra Dam, một công trình bê tông nổi tiếng trong cảnh mở đầu của GoldenEye, nơi James Bond nhảy dây nhảy xuống mặt đập cao 220 mét của đập để xâm nhập vào một cơ sở vũ khí hóa học Liên Xô siêu bí mật. Ngay phía bắc của Arbedo-Castione, một con đập cao vút khác ngăn chặn thung lũng Blenio trên, giữ lại nước của hồ Luzzone.

Nước và chiều cao—Thụy Sĩ có cả hai tài nguyên này dồi dào, đó là lý do tại sao đất nước này là một trong những người tiên phong sớm nhất của lưu trữ năng lượng quy mô lớn nhất và phổ biến nhất trên hành tinh: thủy điện bơi. Ở phía bắc Thụy Sĩ chính là cơ sở thủy điện bơi làm việc lâu nhất trên thế giới. Xây dựng vào năm 1907, cơ sở thủy điện bơi Engeweiher hoạt động dựa trên cùng một cơ sở giả thiết như tháp của Energy Vault. Khi nguồn điện dồi dào, nước được bơm lên từ sông Rhine gần đó để điền đầy hồ chứa 90.000 mét khối Engeweiher. Khi nhu cầu năng lượng ở mức cao nhất, một số nước này được phát ra qua một bộ cổng và lao xuống một nhà máy thủy điện, nơi chuyển động xuống của nước làm quay cánh của một tuabin và tạo ra điện. Engeweiher bây giờ còn là một địa điểm du lịch địa phương, được ưa chuộng bởi người chạy bộ và người đi dạo chó từ thị trấn gần đó là Schaffhausen, nhưng thủy điện bơi đã đi xa kể từ thế kỷ 20 sớm. Hơn 94% của lưu trữ năng lượng quy mô lớn trên thế giới là thủy điện bơi, hầu hết được xây dựng giữa những năm 1960 và 1990 để khai thác điện giá rẻ được sản xuất bởi các nhà máy điện hạt nhân chạy suốt đêm.

Với sự đơn giản của thủy điện bơm, Bill Gross, một doanh nhân lập dự án và người sáng lập của trung tâm ươm tạo start-up Idealab có trụ sở tại California, đã chọn nó làm điểm xuất phát rõ ràng. “Tôi luôn muốn tìm cách để tạo ra điều mà tôi nghĩ là một công trình đập nhân tạo. Làm thế nào chúng ta có thể lấy những tính năng tuyệt vời của một đập, những tính năng tuyệt vời, nhưng xây dựng nó ở bất cứ đâu chúng ta muốn?” ông nói. Mặc dù các nhà máy thủy điện bơm mới vẫn đang được xây dựng, công nghệ này có một số điểm hạn chế lớn. Các dự án mới mất nhiều năm để lập kế hoạch và xây dựng, và chúng chỉ hoạt động ở những nơi có độ cao và nước dồi dào. Gross muốn tái tạo sự đơn giản của thủy điện bơm, nhưng một cách có nghĩa là lưu trữ có thể được xây dựng ở bất kỳ đâu. Năm 2009, ông thành lập một start-up mang tên Energy Cache, kế hoạch lưu trữ năng lượng bằng cách nâng túi cát lên đồi bằng cách sử dụng một hệ thống cáp trượt. Gross và đồng sáng lập Aaron Fyke cuối cùng đã xây dựng một mô hình nhỏ của thiết bị vào năm 2012 trên một đồi ở Irwindale, California, nhưng họ gặp khó khăn trong việc tìm kiếm khách hàng và ngay sau đó start-up phá sản. “Trong nhiều năm tôi đã nghĩ về điều đó. Tôi buồn bã về điều đó,” ông nói. “Nhưng tôi vẫn tiếp tục nghĩ rằng điều thực sự quan trọng mà lưu trữ năng lượng phải có là bạn cần có khả năng đặt nó ở bất kỳ đâu bạn muốn.” Trong khi Gross đang nghiền ngẫm về start-up thất bại của mình, lợi ích của việc lưu trữ năng lượng chỉ càng trở nên mạnh mẽ hơn. Từ năm 2010 đến 2016, giá điện mặt trời giảm từ 38 cent (28p) mỗi kilowatt giờ xuống chỉ còn 11 cent. Gross trở nên thuyết phục rằng có lẽ đã đến lúc quay lại ý tưởng lưu trữ năng lượng của mình, với một start-up mới và một thiết kế mới. Và ông biết ngay ai là người ông muốn xây dựng nó.

Andrea Pedretti có lịch sử xây dựng các cấu trúc không tưởng. Tại công ty kỹ thuật dân dụ của gia đình anh ở Ticino, anh giúp xây dựng sân khấu chính cho Liên hoan âm nhạc hàng năm Kongsberg tại Na Uy: một cái chăn PVC nổi 20 mét cao với một ống còi phình ra đổ âm thanh vào quảng trường thị trấn. Năm 2016, Pedretti nhận được một cuộc gọi từ Gross yêu cầu anh giúp thiết kế một cấu trúc hoàn toàn khác: một thiết bị lưu trữ năng lượng sẽ tái tạo thủy điện bơm mà không cần đến núi. Cặp đôi bắt đầu vẽ ý tưởng sơ bộ cho các cấu trúc, tính toán chi phí xây dựng cho mỗi cái và thảo luận về các thiết kế qua những cuộc gọi thường xuyên giữa Ticino và California. “[Gross] luôn ám ảnh với việc giảm chi phí của mọi thứ—ông rất giỏi điều này,” Pedretti, hiện là Giám đốc Công nghệ của Energy Vault, nói. Một trong những thiết kế đầu tiên của họ có hình dạng của một bể chứa bằng thép cao 100 mét và rộng 30 mét, nơi nước sẽ được bơm lên đến đỉnh và sau đó được phóng xuống đáy để quay một tuabin kết nối với một máy phát điện. Sau đó, họ xem xét việc xây dựng một loạt các rãnh nhựa nâng cao có thể nghiêng khi nước rơi giữa các tầng. Không có thiết kế nào giảm chi phí đủ thấp, vì vậy Pedretti và Gross quay lại một trong những ý tưởng đầu tiên của họ: sử dụng cần cẩu để nâng và đặt trọng lượng.

Phần khó khăn, tuy nhiên, là tìm ra cách để nâng và xếp các trọng lượng một cách tự động. Hệ thống lưu trữ sẽ hoạt động bằng cách xếp hàng nghìn khối thành các vòng tâm quanh một tháp trung tâm, điều này yêu cầu đặt các khối với độ chính xác tính bằng milimet và có khả năng bù đắp cho gió và hiệu ứng con lắc do trọng lượng nặng đuôi cáp. Trên tháp thử nghiệm ở Arbedo-Castione, các xe đẩy giữ cáp nâng khối di chuyển đi lại để bù đắp cho chuyển động này; bảng đen trong văn phòng của Pedretti tại Westlake Village, California, vẫn đầy các phương trình anh ta sử dụng để tính toán cách tốt nhất để nhẹ nhàng nâng và xếp các khối.

Tháng 7 năm 2017, Pedretti lên mạng và mua một cần cẩu 40 tuổi với giá 5.000 euro. “Nó bị gỉ, nhưng nó ổn. Nó hoạt động,” anh nói. Cùng với đồng nghiệp tại Energy Vault, Johnny Zani, anh thay thế bộ điều khiển điện tử của cần cẩu và thiết lập nó ở một thị trấn có tên Biasca, phía bắc nơi thử nghiệm hiện tại của Energy Vault. Đối với bài kiểm tra phần mềm đầu tiên của họ, họ chỉ đạo cần cẩu nâng một túi cát và di chuyển nó đến một điểm cụ thể cách xa một quãng ngắn. “Nó tuyệt vời—nó hoạt động lần đầu tiên. Điều này chẳng bao giờ xảy ra! Nó nâng trọng lượng, di chuyển nó và dừng nó chính xác 10 mét,” Pedretti nói. Một tuần sau, họ thay túi cát bằng một đống thùng màu xanh da trời sáng và quay video cần cẩu xếp các thùng. “Đây là video gần như đã khởi động công ty,” Pedretti nói.

Đến tháng 10 năm 2017, Energy Vault chính thức trở thành một công ty, với Robert Piconi, một người quản lý chăm sóc sức khỏe trước đây và một trong những đồng sáng tạo khác của Gross, làm CEO. Bây giờ họ phải thuyết phục các nhà đầu tư rằng cái cần cẩu 40 tuổi của họ chỉ là khởi đầu của một công ty có thể giúp giải quyết vấn đề ngày càng nghiêm trọng về điện năng tái tạo trên toàn cầu.

Chúng ta đang sống trong một cuộc cách mạng về sản xuất điện. Tại nhiều nơi trên thế giới, thời kỳ đốt cháy nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện đang dần kết thúc. Năm 2020, Anh đã thiết lập kỷ lục 67 ngày liên tiếp mà không bật lên một trong những nhà máy nhiệt điện than còn lại, một chiến công đáng kinh ngạc đối với một quốc gia mà chưa đầy 10 năm trước sản xuất một phần ba điện năng từ than đá. Kể từ năm 2010, triển khai nhanh chóng của điện gió và năng lượng mặt trời đã đẩy tỷ lệ điện năng toàn cầu được sản xuất bằng năng lượng tái tạo lên từ 20% lên gần 29%. Theo Hiệp hội Năng lượng Quốc tế, đến năm 2023, tổng công suất lắp đặt của điện gió và năng lượng mặt trời sẽ vượt qua công suất của khí tự nhiên. Đến năm 2024, nó sẽ vượt qua than đá và một năm sau đó, năng lượng tái tạo trong tổng thể sẽ trở thành nguồn sản xuất điện lớn nhất trên toàn cầu. “Nếu chúng ta nghiêm túc về việc giải quyết biến đổi khí hậu, chúng ta tốt hơn là trong tình trạng chúng ta đang chuyển hướng đến một hệ thống xâm nhập cao của năng lượng tái tạo,” Dharik Mallapragada, một nhà nghiên cứu khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts, nói. “Đó là lá bài tốt nhất của chúng ta từ góc độ công nghệ. Hãy triển khai càng nhiều điện gió và năng lượng mặt trời vào hệ thống càng tốt.”

Cuộc đua để giảm carbon lướt qua lướt qua những thách thức chúng ta chưa từng đối mặt trước đây. Việc vận hành một lưới điện là một màn trình diễn trên dây nơi phải cân nhắc kỹ lưỡng giữa việc sản xuất điện và nhu cầu mọi lúc. Hệ thống luôn ở bờ vực một cách nguy hiểm những lúc mất cân bằng. Tạo ra quá nhiều điện và lưới đổ sập. Tạo ra quá ít điện và, tốt hơn hết, lưới cũng đổ sập. Điều này chính xác đã xảy ra tại Texas vào tháng 2 năm 2021, khi một trong những đợt bão mùa đông lạnh nhất trong thập kỷ đổ bộ vào tiểu bang. Người dân Texas rủ nhau tăng cường sưởi ấm và bảo vệ trước những nhiệt độ thấp đến mức ống dẫn đến các trạm điện khí và hạt nhân đóng cứng. Khi nhu cầu tăng mạnh và nguồn cung giảm mạnh trong những giờ đầu tiên của ngày 15 tháng 2, nhân viên phòng điều khiển tại Hội đồng Điều khiển Điện của Texas (ERCOT) liên tục gọi điện cho các công ty điện, yêu cầu họ cắt nguồn điện cho khách hàng của mình. Triệu người Texas đã phải sống trong tình trạng thiếu điện trong vài ngày. Một số người chết đói lạnh trong những ngôi nhà của họ trong khi đợi điện trở lại. Một vài ngày sau cuộc khủng hoảng, Giám đốc điều hành của ERCOT, Bill Magness, thừa nhận rằng toàn bộ lưới chỉ còn “một vài giây và vài phút” nữa là tránh khỏi một cúp mất kiểm soát có thể để lại hàng chục triệu cư dân không có điện trong vài tuần.

Lưới điện với một tỷ lệ cao của điện gió và năng lượng mặt trời dễ bị ảnh hưởng bởi những biến động đột ngột trong nguồn cung điện. Khi bầu trời tối đen hoặc gió yên lặng, nguồn cung điện đó đơn giản biến mất khỏi lưới, để lại các công ty điện phải lấp đầy khoảng trống bằng nhiên liệu hóa thạch. Tình huống ngược lại cũng gây ra vấn đề. Khoảng 32% điện năng của California được tạo ra từ nguồn tái tạo, nhưng vào những ngày xuân se lạnh, khi bầu trời quang đãng và gió ổn định, điều này có thể tăng lên gần 95%. Thật không may, năng lượng mặt trời đạt đỉnh vào khoảng trưa, vài giờ trước khi nhu cầu điện đạt đỉnh khi mọi người trở về nhà từ công việc, bật điều hòa và bật TV. Vì năng lượng mặt trời không được tạo ra vào cuối buổi tối, nhu cầu đỉnh này thường được đáp ứng bằng các nhà máy điện khí thay vì. Khi các nhà nghiên cứu tại California Independent System Operator vẽ biểu đồ khoảng trống này giữa sản xuất năng lượng mặt trời và đỉnh nhu cầu năng lượng trên đồ thị, họ nhận thấy rằng đường vẽ theo bụng tròn và cổ mảnh của một con vịt, và đặt tên cho một trong những phức tạp khó chịu nhất của năng lượng tái tạo là “đường cong vịt.” Đường cong đáng yêu nhìn thế nhưng lại là một vấn đề lớn đối với California đôi khi phải trả tiền cho các bang láng giềng để đảm bảo không quá tải đường dây điện của mình bằng năng lượng mặt trời dư thừa. Ở Hawaii, nơi sự khác biệt giữa sản xuất điện mặt trời đỉnh và đỉnh nhu cầu năng lượng làm rõ ràng hơn, đường cong này có tên khác: “đường cong Nessie.”

Tất cả những vấn đề này đều xuất phát từ một tính chất cơ bản của điện: Nó không thể lưu trữ. Một tia điện được tạo ra tại nhà máy nhiệt điện than không thể yên tĩnh; nó phải đi đến một nơi nào đó. Để duy trì sự cân bằng trong mạng lưới, các nhà điều hành lưới luôn luôn phải kết hợp nguồn cung và nhu cầu, nhưng mỗi khi bạn thêm điện gió và mặt trời vào lưới, bạn đều tăng thêm sự không chắc chắn vào cuộc cân bằng này. Công ty điện cung ứng đối phó với điều này bằng cách giữ lại các nhà máy điện năng hóa thạch để cung cấp năng lượng đáng tin cậy mỗi khi cần thiết. Lưu trữ năng lượng cung cấp một cách thoát ra khỏi tình cảnh này. Bằng cách chuyển đổi năng lượng điện thành một hình thức năng lượng khác—năng lượng hóa học trong pin lithium-ion, hoặc năng lượng tiềm năng hấp dẫn trong một trong những khối treo của Energy Vault—bạn có thể giữ lại năng lượng đó và triển khai nó đúng lúc bạn cần. Như vậy, bạn có thể nén ra nhiều giá trị hơn từ các nguồn năng lượng tái tạo và giảm sự cần thiết phải có nguồn dự phòng từ những nhà máy điện năng hóa thạch. “Đó là một sự chuyển đổi cần phải xảy ra, và công nghệ pin và lưu trữ năng lượng nói chung là một phần quan trọng của sự chuyển đổi đó hướng đến năng lượng tái tạo,” nói Alex Holland, một chuyên gia phân tích công nghệ cấp cao tại IDTechEx. Theo Bloomberg New Energy Finance, lưu trữ năng lượng đang đứng trước ranh giới của một sự tăng trưởng mũi: Báo cáo của họ năm 2019 dự đoán sự tăng 122 lần về lưu trữ vào năm 2040, đòi hỏi đến nửa nghìn tỷ bảng Anh trong đầu tư mới.

Ngay cả khi công ty của ông bắt đầu làm việc trên thiết kế cẩu đa cánh vào năm 2018, đối với Piconi, đã trở nên rõ ràng rằng phiên bản tiếp theo của hệ thống lưu trữ năng lượng của ông sẽ cần một sự thay đổi lớn. Đầu tiên, một tháp toàn diện sẽ nặng đến mức khủng khiếp và đòi hỏi nền móng sâu để giữ cho nó ổn định. Những khối đơn lẻ đã thêm lên đến khoảng 245.000 tấn—gần một nửa trọng lượng của tòa nhà chọc trời Burj Khalifa ở Dubai. Thiết kế trần bị cũng đặt ra những vấn đề tiềm ẩn. Nếu tuyết bị mắc kẹt giữa hai khối, nó có thể bị ép thành đá, làm cho việc xếp thêm khối trở nên không thể. Các cơn bão cát cũng có thể gây ra rủi ro tương tự.

Để giải quyết những vấn đề này, Piconi và đồng nghiệp quyết định đặt hệ thống lưu trữ năng lượng theo hình dạng modul lớn—một hệ thống họ gọi là EVx. Mỗi tòa nhà được đề xuất sẽ có chiều cao ít nhất 100 mét và chứa hàng nghìn trọng lượng. Loại bỏ cần cẩu giúp đơn giản hóa việc làm việc với nhiều trọng lượng. Thay vì phải được xếp chính xác vào các vòng tâm đồng tâm, bây giờ các trọng lượng có thể được nâng lên theo chiều dọc bằng một hệ thống xích đu và lưu trữ trên một kệ ở đỉnh tòa nhà cho đến khi chúng sẵn sàng trở lại. Thiết kế cũng có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào yêu cầu lưu trữ: Một tòa nhà dài nhưng mảnh sẽ cung cấp nhiều năng lượng trong khoảng thời gian ngắn, trong khi việc thêm rộng cho tòa nhà sẽ tăng thời gian mà nó có thể phát hành năng lượng. Hệ thống có công suất một gigawatt-giờ có thể cung cấp đủ năng lượng cho khoảng 100.000 ngôi nhà trong vòng 10 giờ sẽ có diện tích đất là 25 đến 30 mẫu. “Ý, nó là khá lớn lao,” Piconi nói, nhưng ông chỉ ra rằng hệ thống có khả năng được triển khai ở những nơi không thiếu không gian, bao gồm cả gần các trang trại gió và mặt trời hiện tại. Hệ thống cũng thu hút sự quan tâm từ các ngành công nghiệp nặng tiêu thụ năng lượng, muốn sử dụng năng lượng tái tạo hơn. Một khách hàng tiềm năng là một nhà sản xuất amoniac ở Trung Đông và một công ty khai thác mỏ lớn ở Úc. Piconi nói rằng đa số khách hàng sẽ mua hệ thống lưu trữ một cách trực tiếp, nhưng một số có thể được cho thuê theo mô hình lưu trữ hàng tháng.

Câu hỏi quan trọng nhất đối với Energy Vault là liệu họ có thể giảm chi phí xây dựng những tòa nhà của mình xuống mức đủ thấp để khiến năng lượng hấp dẫn nhất trở thành hình thức lưu trữ năng lượng. Kể từ năm 1991, giá của pin lithium-ion đã giảm xuống 97%, và các nhà phân tích dự kiến ​​rằng giá này sẽ tiếp tục giảm trong các thập kỷ tới. “Thực sự, bất kỳ công nghệ lưu trữ nào cũng phải cạnh tranh với lithium-ion, vì lithium-ion đang trên hành trình giảm chi phí không ngừng này,” nói Oliver Schmidt, một nghiên cứu viên thăm dò tại Imperial College London. Trong vài thập kỷ tới, hàng trăm triệu ô tô điện sẽ chạy ra khỏi dây chuyền sản xuất, và hầu hết tất cả chúng sẽ chứa một pin lithium-ion. Vào giữa năm 2018, Gigafactory của Tesla sản xuất hơn 20 gigawatt-giờ pin lithium-ion mỗi năm—nhiều hơn tổng công suất pin lưu trữ trên toàn thế giới. Sự bùng nổ của xe điện đang đẩy giá của lithium-ion xuống, và lưu trữ năng lượng cũng đang đi theo chiều đó.

Giá của các hệ thống của Energy Vault có thể không còn nhiều để giảm xuống. Mỗi cơ sở vật chất sẽ đòi hỏi xây dựng một tòa nhà mới, tuy nhiên Gross nói đội ngũ đã đang làm việc để cắt giảm chi phí bằng cách giảm lượng vật liệu cần thiết và tự động hóa một số phần của quá trình xây dựng. Một lợi thế mà họ có là trọng lượng. Mỗi hệ thống EVx có một vài nghìn khối có trọng lượng 30 tấn có thể được làm từ đất từ công trình xây dựng hoặc các vật liệu khác dành cho đất thải, cộng với một chút chất kết dính. Vào tháng 7 năm 2021, Energy Vault công bố một đối tác với công ty năng lượng Ý Enel Green Power để sử dụng sợi thủy tinh từ các cánh quạt gió bị vứt bỏ để tạo thành một phần của các khối của mình. Tại trang thử nghiệm ở Arbedo-Castione, họ có một máy ép gạch có thể sản xuất ra một khối mới mỗi 15 phút. “Đó là điều tuyệt vời về cách chúng tôi đã thiết kế chuỗi cung ứng. Không có gì ngăn chúng tôi. Nó là đất. Nó là sản phẩm rác. Chúng tôi có thể xây những máy làm gạch này trong vòng bốn tháng, chúng tôi có thể xây 25 đến 50 cái,” Piconi nói.

Gravitricity, một startup lưu trữ năng lượng đóng tại Edinburgh, đã tìm ra một cách mới lạ để giữ chi phí của lưu trữ theo nguyên tắc trọng lực xuống: thả trọng lượng xuống các giếng mỏ không còn sử dụng, thay vì xây dựng tháp. “Chúng tôi tin rằng để có loại chi phí, kỹ thuật và vật lý phù hợp cho các hệ thống quy mô lớn... chúng ta cần sử dụng địa chất của Trái Đất để nâng trọng lượng lên,” giám đốc điều hành Gravitricity Charlie Blair nói. Tháng 4 năm 2021, Gravitricity bắt đầu thử nghiệm trên một hệ thống trình diễn cao 15 mét được lắp ráp tại Leith, Scotland, nhưng hệ thống thương mại đầu tiên của công ty có thể sẽ ở Czechia, nơi các chính trị gia đang rất muốn tìm ra một ứng dụng mới cho các mỏ than sắp bị đóng cửa. Một địa điểm tiềm năng khác là Nam Phi, nơi có nhiều mỏ của chính họ cùng với vấn đề thêm vào của lưới điện bất ổn và cự liên tục bị mất điện.

Gravitricity đang nhắm vào một phần khác của thị trường năng lượng so với Energy Vault: cung cấp những cú sấp nguồn điện vào những thời điểm quan trọng để giữ cho cơ sở hạ tầng năng lượng đắt đỏ không bị hỏng. Lưới điện được thiết kế để hoạt động ở một tần số nhất định; lưới châu Âu chạy ở tần số 50 hertz trong khi ở Mỹ là 60 hertz. Tần số này được duy trì bằng cách giữ sự cân bằng giữa nguồn cung và nhu cầu trên lưới, nhưng một tăng đột ngột ở bất kỳ trong số này đều đe dọa làm tăng hoặc giảm tần số. Trong các nhà máy điện năng hóa thạch, các cánh quạt quay như bộ giảm chấn, làm mịn những biến đổi nhỏ về tần số trong khi các nhà điều hành tăng hoặc giảm cung cấp năng lượng để phù hợp với nhu cầu. Những nhà máy năng lượng mặt trời và gió không hoạt động như vậy, vì vậy khi chúng dừng việc tạo ra điện, lưới cần một nguồn năng lượng khác nhanh chóng can thiệp để duy trì tần số trong khi sản xuất ở nơi khác được tăng lên. Blair nói rằng hệ thống của Gravitricity sẽ có thể phản ứng với các biến đổi về tần số trong thời gian chưa đến một giây, và việc kết hợp hệ thống của họ với các công nghệ khác có thể giảm thiểu thời gian phản ứng này thêm nữa. Dịch vụ này, được gọi là phản ứng tần số, quan trọng đến mức mà các nhà điều hành mạng điện trả một khoản phí lớn cho các công ty có thể phản ứng với thời gian chia giây.

Liệu khoảnh khắc cho lưu trữ năng lượng trọng lực cuối cùng đã đến chưa? Trong thập kỷ qua, nhiều startup năng lượng trọng lực đã ra mắt, thất bại và sau đó tái xuất hiện dưới các hình thức khác nhau. Chưa có ai trong số họ đã bán và xây dựng một hệ thống cho một khách hàng, mặc dù Energy Vault đã ký kết tám thỏa thuận với một số dự án dự kiến ​​bắt đầu vào giữa năm 2022. Tháng 9 năm 2021, công ty thông báo rằng sẽ sớm niêm yết trên Sàn giao dịch chứng khoán New York sau một cuộc sáp nhập với một công ty mua sắm đặc biệt (SPAC): một lựa chọn thịnh hành thay thế cho IPO mang lại cho các công ty một con đường nhanh chóng và dễ dàng hơn để trở thành công ty niêm yết công cộng. Công ty đứng sau việc niêm yết của Energy Vault, Novus Capital, cũng đứng sau một SPAC khác đã đưa công ty công nghệ nông nghiệp AppHarvest lên sàn vào tháng 2 năm 2021. Kể từ đó, giá cổ phiếu của AppHarvest đã giảm mạnh và công ty hiện đang phải đối mặt với một vụ kiện tập thể cáo buộc rằng công ty đã đánh lừa nhà đầu tư về kết quả tài chính được dự kiến của mình.

Công ty SPAC mới nhất định giá Energy Vault ở 1,1 tỷ USD (£808 triệu), nhưng một số chuyên gia không tin rằng tiềm năng của lưu trữ năng lượng trọng lực rộng lớn như những người ủng hộ đề xuất. “Có rất nhiều tiền lơ lửng, chung, các công nghệ lưu trữ năng lượng xanh. Và tôi nghĩ bạn có thể điều hướng theo làn sóng đó đến một mức độ nhất định,” nói Alex Holland, nhà phân tích tại IDTechEx. Năm 2019, Energy Vault thông báo về một đầu tư 110 triệu USD từ Quỹ Vision của SoftBank, mặc dù SoftBank chỉ cung cấp 25 triệu USD trước khi tạm ngưng nguồn tài trợ vào năm 2020. Sau đó, SoftBank tái đầu tư vào Energy Vault như một phần của vòng C Series vào tháng 8 năm 2021 và lại nữa như là một phần của thương vụ SPAC. Các nhà đầu tư khác trong Energy Vault bao gồm Saudi Aramco Energy Ventures, Prime Movers Lab và một số công ty đầu tư khác.

Như với các công ty lưu trữ ở giai đoạn đầu khác, Energy Vault đã phải đạt được một sự cân bằng cẩn thận trong cách họ quảng bá về chính mình: đủ đột phá để thu hút các nhà đầu tư đang tìm kiếm điều mới mẻ, nhưng đảm bảo và giá rẻ đủ để các công ty điện lực xem xét việc tích hợp nó vào cơ sở hạ tầng năng lượng của họ. Một bên là mục tiêu của một thế giới hoàn toàn tái tạo, một bên là kinh tế thô sơ của lưu trữ năng lượng rẻ. Một tường trong văn phòng của công ty ở Ticino giữ một tweet đóng khung từ Bill Gates gọi Energy Vault là một “công ty hứng thú.” Phía đối diện của tường là một câu nói khác được đóng khung, lần này từ chính Robert Piconi, về việc triển khai năng lượng đã lưu trữ dưới giá của năng lượng hóa thạch.

Schmidt cũng ngạc nhiên khi thấy một định giá tỷ đô. Nhu cầu lưu trữ dài hạn thực sự bắt đầu đau đầu khi hệ thống năng lượng được tạo ra từ hơn 80% năng lượng tái tạo. Con số này còn rất xa với hầu hết các quốc gia. Trong khi đó, chúng ta vẫn có cách khác để đạt được tính linh hoạt: nhà máy điện nhiệt đốt sinh khối với việc thu giữ carbon, kết nối giữa lưới điện và giảm nhu cầu sử dụng điện. Schmidt cho rằng lithium-ion sẽ đáp ứng hầu hết nhu cầu lưu trữ mới của thế giới cho đến khi lưới điện quốc gia đạt đến 80% năng lượng tái tạo, và sau đó, nhu cầu về lưu trữ dài hạn sẽ được đáp ứng bởi một loạt các công nghệ cạnh tranh, bao gồm cả pin dòng, khí nén, lưu trữ nhiệt và lưu trữ năng lượng trọng lực. “Thách thức đầu tiên với nguồn năng lượng tái tạo, khi bạn đạt đến tỷ lệ xâm nhập cao, là tính biến động từ giây sang giây, từ phút sang phút, và nếu bạn không thể giải quyết những vấn đề ổn định đó, bạn sẽ không bao giờ đạt được 80% xâm nhập năng lượng tái tạo,” Marek Kubik, giám đốc điều hành tại Fluence, một công ty lưu trữ năng lượng đã xây dựng 3,4 gigawatt của lưu trữ pin quy mô lưới—gần như tất cả đều là lithium ion. “Hiện nay, lithium ion chỉ là công nghệ chiếm ưu thế vì sự giảm giá, được thúc đẩy không phải bởi ngành công nghiệp lưu trữ tĩnh mà bởi ô tô điện. Đó là một lực lượng rất đáng kể.”

Pedretti chỉ ra, tuy nhiên, rằng pin lithium-ion giảm chất lượng theo thời gian và phải được thay thế. Trọng lực là một hình thức lưu trữ lý thuyết không nên mất đi hiệu quả. “Ngày nay, mọi người nghĩ ngắn hạn,” anh nói. “Chính trị gia, quản lý, mọi người được đánh giá dựa trên hiệu suất ngắn hạn.” Chuyển đổi thế giới sang điện tái tạo sẽ đòi hỏi một sự chuyển đổi trong cách nghĩ từ vài năm trở lên đến hàng thập kỷ và thậm chí là hàng thế kỷ tới. Những người đã xây dựng các con đập và nhà máy thủy điện của Thụy Sĩ không nhìn nhận ngắn hạn, ông thêm vào. Nhà máy thủy điện Engeweiher tại Schaffhausen vẫn được ký hợp đồng hoạt động thêm 31 năm; đến cuối hợp đồng đó, nó sẽ hoạt động gần một và một nửa thế kỷ. Xây dựng lưới điện cho một thế giới không carbon cũng là một bài tập tư duy dài hạn tương tự: “Trong quá khứ, những người xây dựng các con đập không nghĩ ngắn hạn. Họ nghĩ nhiều hơn về dài hạn. Và ngày nay điều này đang thiếu,”

Nhiều bài viết tuyệt vời khác từ Mytour

• 📩 Cập nhật mới nhất về công nghệ, khoa học, và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
• Người theo dõi cháy rừng trên Twitter theo dõi đám cháy tại California
• Sự suy thoái và phục hồi của trò chơi chiến lược thời gian thực
• Một sự kiện trong vụ hack máy kem của McDonald's
• 9 bộ điều khiển trò chơi di động tốt nhất
• Tôi vô tình đột nhập vào một nhóm tội phạm ở Peru
• 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ có với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• ✨ Tối ưu hóa cuộc sống tại nhà với những lựa chọn tốt nhất của đội ngũ Gear chúng tôi, từ robot hút bụi đến đệm giá rẻ đến loa thông minh