Thụy Sĩ ra mắt dự án năng lượng tái tạo mới nhất

Theo kênh CNN, Thuỵ Sĩ mất 14 năm để hoàn thành dự án pin nước khổng lồ hay còn được gọi là Nant de Drance. Bắt đầu hoạt động từ tháng 7 năm 2022, pin nước chính là một bước tiến lớn đối với hệ thống năng lượng tái tạo của Thuỵ Sĩ. Hệ thống là một nhà máy thủy điện tích năng có giá trị 2 tỷ USD đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định lưới điện của châu Âu, khi châu lục này chuyển đổi sang năng lượng tái tạo. 

Pin nước có khả năng lưu trữ năng lượng tương đương với 400.000 pin ô tô điện. Khoảng 17km đường hầm được đào dưới lòng đất, xuyên qua dãy Alps. Sáu tuabin được đặt trong một hầm ngầm khổng lồ có chiều dài gấp đôi sân bóng đá, ở độ sâu 600m dưới lòng đất.

Các tuabin-bơm có tốc độ thay đổi của Nant de Drance. (Ảnh: CNN)
Các tuabin-bơm có tốc độ thay đổi của Nant de Drance. (Ảnh: CNN)

Ông Robert Gleitz, thành viên hội đồng quản trị Nant de Drance, cho biết: "Nằm trên dãy Alps của Thụy Sĩ, nhà máy có các tuabin linh hoạt, có thể đảo chiều. Chỉ cần bật công tắc là có thể chuyển từ dự trữ năng lượng sang cung cấp điện năng".

Nant de Drance đã sử dụng hai hồ chứa hiện có, nâng hồ bên trên lên 21,5 mét để tăng gấp đôi dung tích. Hồ này chứa lượng nước nhiều hơn cả 6.500 hồ bơi cỡ Olympic.

Sáu tuabin được cung cấp năng lượng nhờ nước đổ xuống một ống thép cao hơn tháp Eiffel. (Ảnh: CNN)
Sáu tuabin được cung cấp năng lượng nhờ nước đổ xuống một ống thép cao hơn tháp Eiffel. (Ảnh: CNN)

Cách thức hoạt động của hệ thống pin nước Nant de Drance

Các nhà máy thuỷ điện tích năng đã tồn tại hơn một thế kỷ. Chúng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với năng lượng tái tạo. Năng lượng gió và mặt trời phụ thuộc nhiều vào thời tiết và không cung cấp nguồn điện một cách ổn định.

Ông Pascal Radue, Giám đốc điều hành GE Renewable Energy Hydro, đơn vị cung cấp thiết bị cho Nant de Drance, cho biết: "Khác với nhiều nhà máy trước đây là sử dụng tuabin thuận nghịch, Nant de Drance sử dụng máy bơm-tuabin có tốc độ thay dổi. Các tuabin này giúp ổn định lưới điện".

Ông Radue chia sẻ: “Với một tuabin tốc độ cố định, ta phải đợi cho đến khi nhà máy điện chạy với tốc độ chính xác để được đồng bộ hóa vào lưới điện. Điều này gây lãng phí thời gian và năng lượng. Các tuabin có tốc độ thay đổi cung cấp điện cho lưới điện ngay lập tức nên ít có nguy cơ mất điện hơn”.

Sơ đồ hệ thống, (Ảnh: CNN)
Sơ đồ hệ thống, (Ảnh: CNN)

Theo như sơ đồ trên, pin nước hoạt động dựa trên sự tương tác của dòng nước ở hai bể chứa có sự chênh lệch về độ cao. Với nguồn điện dư thừa từ các trại năng lượng gió hay mặt trời, nước sẽ được bơm nước từ hồ chứa thấp lên hồ chứa cao hơn. Khi cần tăng cường sản xuất điện, nước từ hồ chứa cao sẽ được xả xuống, chảy qua tuabin và tạo ra điện.

Radue cho biết các tuabin giúp ổn định lưới điện. "Với tuabin tốc độ cố định, bạn phải chờ đến khi nhà máy điện hoạt động với tốc độ chính xác mới có thể hoà vào lưới điện", Radue giải thích. Điều này sẽ gây lãng phí thời gian và năng lượng. Các tuabin tốc độ linh hoạt hơn có thể cung cấp điện cho lưới điện ngay lập tức. Nguy cơ mất điện theo đó cũng giảm đi.

Trước đây, các trạm thuỷ điện tích năng "lộ thiên" thường được xây dựng trên các hệ thống sông ngòi và cần phải xây đập. Điều này đã làm ảnh hưởng đến đời sống của động vật hoang dã và phá huỷ hệ sinh thái. Ở Thuỵ Sĩ, nơi xây dựng nhà máy thuỷ điện tích năng đầu tiên vào năm 1890, gần một nửa chiều dài sông đã bị tác động. Các con sông tự nhiên ở dãy Alps còn lại rất ít.

Các tuabin được đặt trong một hang ngầm có chiều dài bằng hai sân bóng đá. (Ảnh: CNN)
Các tuabin được đặt trong một hang ngầm có chiều dài bằng hai sân bóng đá. (Ảnh: CNN)

Theo ông Andrew Blakers, giáo sư kỹ thuật tại Đại học Quốc gia Australia, cho biết đó là lý do tại sao các dự án hiện đại như Nant de Drance ưu tiên các hệ thống khép kín, không ảnh hưởng đến các hệ thống sông.

Nant de Drance đã sử dụng cơ sở hạ tầng đập và hồ chứa sẵn có. Phần lớn công việc xây dựng khác được thực hiện dưới lòng đất, hạn chế tác động của nhà máy đến cảnh quan.
Nant de Drance đã sử dụng cơ sở hạ tầng đập và hồ chứa sẵn có. Phần lớn công việc xây dựng khác được thực hiện dưới lòng đất, hạn chế tác động của nhà máy đến cảnh quan.

Vì sao dự án pin nước lại quan trọng ? 

Ông Blakers nói: “Thời đại xây đập đã gần kết thúc. Các nhà máy điện khép kín này chiếm một không gian tương đối nhỏ so với mức độ đảm bảo an ninh năng lượng mà chúng mang lại”. Ông ước tính rằng sẽ cần khoảng 2km vuông đất ngập nước để cung cấp năng lượng cho một thành phố một triệu dân trong 24 giờ, đồng thời cho biết thêm rằng thủy điện tích năng mang tới một trong những giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả cao nhất hiện có.

Nant de Drance đưa khoảng 80% lượng điện năng vào lưới điện và lưu trữ khoảng 20 giờ năng lượng dự phòng.

Với hy vọng trở thành lục địa trung hòa carbon đầu tiên, châu Âu có tham vọng lớn về năng lượng tái tạo. Vào năm 2020, chỉ hơn 1/5 tổng năng lượng của châu lục là từ các nguồn tái tạo, nhưng vào tháng 5 năm nay, Ủy ban châu Âu đã tăng mục tiêu năng lượng tái tạo vào năm 2030 từ 40% đến 45%.

Ông Blakers nói để đạt được điều này, cần có các cơ sở tích trữ mới, có khả năng tích trữ cao. Hiệp hội Tích trữ năng lượng châu Âu ước tính rằng châu lục này sẽ cần 200 gigawatt tích trữ vào năm 2030 - gấp 4 lần khả năng hiện tại. Trong thập kỷ từ năm 2010 đến năm 2020, chỉ có 8 gigawatt tích trữ được thêm vào lưới điện.

Đó là lý do tại sao Nant de Drance rất quan trọng. Bà Rebecca Ellis, nhà quản lý chính sách năng lượng tại Hiệp hội Thủy điện Quốc tế cho rằng nhờ nằm ở trung tâm địa lý của châu Âu, Thụy Sĩ có thể giúp ổn định lưới điện trên toàn lục địa. Tuy nhiên, vì quốc gia này không phải là thành viên của Liên minh châu Âu, các quy định đang là một rào cản.

Thủy điện tích năng có thể đảm bảo an ninh năng lượng bên ngoài châu Âu. Nhóm của ông Blakers đã xác định được khoảng 600.000 địa điểm tiềm năng cho các hệ thống khép kín, mặc dù chỉ cần 1% trong số này để đáp ứng tổng nhu cầu tích trữ năng lượng toàn cầu.

Khi cuộc khủng hoảng khí hậu gia tăng, ông Gleitz hy vọng rằng châu Âu sẽ nắm bắt được tiềm năng của kho năng lượng sạch mà nhà máy thủy điện tích năng mang lại. Ông nói: “Nếu chúng ta muốn đi theo hướng có năng lượng sạch, thì Nant de Drance là một trong những bước đệm trên con đường này”.

Những sáng kiến khác giúp giải quyết vấn đề lưu trữ năng lượng tái tạo

Pin nước không phải cách duy nhất để lưu trữ năng lượng. Công ty khởi nghiệp Energy Vault của Mỹ - Thuỵ Sĩ đã thiết kế một hệ thống lưu trữ năng lượng cơ học khổng lồ tận dụng trọng lực và những phiến đá 35 tấn. Thiết kế này bao gồm một cần trục 6 tay sẽ nâng phiến đá lên bằng điện dư thừa. Khi các khối đá được hạ xuống, động năng sẽ được biến đổi trở lại thành điện năng.
Pin nước không phải cách duy nhất để lưu trữ năng lượng. Công ty khởi nghiệp Energy Vault của Mỹ - Thuỵ Sĩ đã thiết kế một hệ thống lưu trữ năng lượng cơ học khổng lồ tận dụng trọng lực và những phiến đá 35 tấn. Thiết kế này bao gồm một cần trục 6 tay sẽ nâng phiến đá lên bằng điện dư thừa. Khi các khối đá được hạ xuống, động năng sẽ được biến đổi trở lại thành điện năng.
Công ty Polar Night Energy của Phần Lan lắp đặt "pin cát" đầu tiên trên thế giới để lưu trữ năng lượng từ điện gió và mặt trời dưới dạng nhiệt trong một silo cách nhiệt chứa 100 tấn cát.
Công ty Polar Night Energy của Phần Lan lắp đặt "pin cát" đầu tiên trên thế giới để lưu trữ năng lượng từ điện gió và mặt trời dưới dạng nhiệt trong một silo cách nhiệt chứa 100 tấn cát.
Một phương pháp khác để lưu trữ điện là nén không khí. Năng lượng dư thừa được sử dụng để nén khí và lưu trữ dưới lòng đất. Khi nhu cầu sử dụng điện tăng, khí nén sẽ được giải phóng qua một tuabin để tạo ra điện. Công ty Hydrostor của Canada đang xây dựng một cơ sở lưu trữ năng lượng nhờ khí nén tại California.
Một phương pháp khác để lưu trữ điện là nén không khí. Năng lượng dư thừa được sử dụng để nén khí và lưu trữ dưới lòng đất. Khi nhu cầu sử dụng điện tăng, khí nén sẽ được giải phóng qua một tuabin để tạo ra điện. Công ty Hydrostor của Canada đang xây dựng một cơ sở lưu trữ năng lượng nhờ khí nén tại California.
Theo CNN