Biến nhà cao tầng thành pin trữ điện

Chất lượng điện ở khu vực đô thị có thể được cải thiện bằng cách sử dụng một ý tưởng lưu trữ năng lượng mới - do nhóm nhà nghiên cứu Viện Phân tích Hệ thống Ứng dụng Quốc tế (IIASA) đề xuất - có thể biến tòa nhà cao tầng thành… pin.

Khả năng toàn cầu sản xuất điện thông qua việc sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng gió cũng như một số công nghệ tái tạo khác đã tăng lên đáng kể trong vài năm qua và đến năm 2026, dự đoán công suất này sẽ tăng hơn 60%. Con số này bằng tổng công suất toàn cầu hiện tại của nhiên liệu hạt nhân và hóa thạch. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) ước tính đến năm 2026, nguồn năng lượng tái tạo sẽ thực sự chịu trách nhiệm cho khoảng 95% mức tăng trưởng công suất điện trên thế giới - trong đó quang điện mặt trời chiếm hơn một nửa mức tăng đó.

Nhưng để tiến tới một xã hội ít carbon (hoặc không carbon), cần có thêm nhiều giải pháp sáng tạo, cũng như giải pháp thay thế cho các hệ thống năng lượng thông thường phục vụ mục đích lưu trữ và tiêu thụ năng lượng. Trong nghiên cứu mới nhất được công bố trên tạp chí Năng lượng, nhóm nhà nghiên cứu của IIASA đề xuất hệ thống lưu trữ năng lượng dựa trên lực hấp dẫn mới có thể sử dụng thang máy và căn hộ trống trong tòa nhà cao tầng.

Khái niệm kỳ lạ này được nhóm tác giả đặt tên là Công nghệ lưu trữ năng lượng nâng (LEST) - lưu trữ năng lượng bằng cách nâng các thùng chứa cát ướt hoặc vật liệu mật độ cao khác được di chuyển từ xa vào và ra khỏi thang máy bằng loại hình thiết bị xe kéo tự động. LEST là khả năng hấp dẫn vì tòa nhà cao tầng đã có thang máy, do đó không cần đầu tư thêm hoặc chiếm không gian mà sử dụng những gì đã có theo cách mới lạ phục vụ mục đích tạo ra giá trị cho lưới điện và chủ sở hữu tòa nhà.

Julian Hunt, nhà nghiên cứu thuộc Nhóm Nghiên cứu Hệ thống Dịch vụ Bền vững IIASA, giải thích: “Tôi luôn bị cuốn hút bởi những chủ đề liên quan đến năng lượng tiềm năng, hay nói cách khác, tạo ra năng lượng với sự thay đổi về độ cao - chẳng hạn như thủy điện, tích trữ bơm, sức nổi và tích trữ năng lượng trọng lực. Khái niệm tích trữ năng lượng trọng lực gần đây cũng nhận được sự quan tâm đáng kể trong cộng đồng khoa học cũng như mạng lưới công ty khởi nghiệp. Ý tưởng về LEST đến với tôi sau khi tôi dành một khoảng thời gian đáng kể để lên xuống trong thang máy kể từ khi chuyển đến căn hộ trên tầng 14”.

Theo nhóm tác giả, thách thức chính trong nỗ lực làm cho giải pháp lưu trữ năng lượng trọng lực trở nên khả thi là chi phí công suất điện. Lợi ích quan trọng nhất của LEST là công suất năng lượng lắp đặt trong thang máy có hệ thống phanh phục hồi. Có hơn 18 triệu thang máy đang hoạt động trên toàn cầu và nhiều thang máy trong số này dành một khoảng thời gian đáng kể để… không hoạt động. Ý tưởng là khi không được sử dụng để vận chuyển người, thang máy có thể được sử dụng nhằm lưu trữ hoặc tạo ra điện.

Như với bất kỳ hệ thống mới nào, vẫn còn một số chi tiết cần được hoàn thiện thêm trước khi hệ thống có thể được triển khai rộng rãi. Điều này bao gồm việc tìm chỗ để lưu trữ các trọng lượng mà hệ thống dựa vào ở phần trên cùng của tòa nhà khi hệ thống được sạc đầy và phần ở dưới cùng tòa nhà khi hệ thống được xả. Căn hộ hoặc hành lang trống có thể là những lựa chọn khả thi trong vấn đề này.

Một cân nhắc khác là khả năng chịu lực của phần trần tòa nhà hiện có nơi hệ thống được lắp đặt, tức là tổng khối lượng tính bằng kg/mét vuông mà trần có thể chịu được mà không bị sập. Tuy nhiên, việc có thể lưu trữ năng lượng ở những nơi hầu như chỉ tiêu thụ điện, chẳng hạn như ở các thành phố, sẽ có lợi rất nhiều cho lưới năng lượng và LEST có thể cung cấp dịch vụ phụ trợ phi tập trung và giá cả phải chăng.

Những sáng kiến công nghệ lưu trữ linh hoạt và thân thiện với môi trường như LEST được thiết lập để ngày càng trở nên có giá trị hơn đối với xã hội trong tương lai, nơi một phần lớn điện năng của nó đến từ năng lượng tái tạo. Do đó, nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý hệ thống điện cần áp dụng các chiến lược để khuyến khích người dùng cuối; trong trường hợp này là tòa nhà cao tầng, chia sẻ tài nguyên lưu trữ phân tán của chúng - chẳng hạn như LEST, với lưới điện trung tâm.

Đồng tác giả nghiên cứu Behnam Zakeri, nhà khoa học thuộc Nhóm Nghiên cứu Biến đổi Khí hậu và Đánh giá Tích hợp IIASA, nhận định việc sử dụng phối hợp các nguồn tài nguyên phân tán như vậy sẽ giảm bớt nhu cầu đầu tư vào những hệ thống lưu trữ trung tâm quy mô lớn.