"Pin nước" khổng lồ của Thụy Sĩ lưu trữ năng lượng tương đương với 400.000 pin xe điện

Với số tiền đầu tư 2,2 tỉ franc Thụy Sĩ (2,3 tỉ USD), Nhà máy thủy điện Nant de Drance nằm trên dãy Alps của Thụy Sĩ, được đặt trong một hầm ngầm ở độ sâu 600m dưới lòng đất Nant de Drance là một khối pin nước khổng lồ, có khả năng lưu trữ năng lượng tương đương với 400.000 pin xe điện, cung cấp điện cho khoảng 900.000 ngôi nhà. "Pin nước" khổng lồ được xem là bước tiến lớn của hệ thống năng lượng tái tạo của Thụy Sĩ.

Cơ chế hoạt động của pin nước

Nhà máy thủy điện Nant de Drance được trang bị 6 turbine với công suất 900 MW. Nhà máy có dung tích 25 triệu m³, được đặt giữa 2 hồ chứa sẵn Emosson và Vieux Emosson. Phòng động cơ khổng lồ của Nhà máy dài khoảng 200 m và rộng hơn 32 m.

Các turbine hoạt động linh hoạt và có thể đảo chiều, giúp nhà máy có khả năng chuyển từ dự trữ năng lượng sang cung cấp điện năng. 

Cơ chế hoạt động của pin là dùng tương tác dòng nước giữa hai hồ chứa riêng biệt nằm ở độ cao khác nhau. Khi sản xuất điện tăng cao, điện dư thừa được sử dụng để chuyển nước từ hồ thấp hơn lên hồ cao hơn. Các turbine đưa nước từ hồ chứa Emosson lên hồ chứa cao hơn Vieux Emosson trong trường hợp sản xuất thừa điện. Khi nhu cầu điện tăng, nước ở độ cao lớn hơn được giải phóng. Nước đổ xuống hồ thấp hơn, chảy qua turbine sản xuất điện giúp cung cấp điện trong mạng lưới.

Trong giai đoạn nhu cầu cao điểm, Nant de Drance sản xuất điện năng từ thủy điện. Tuy nhiên, khi nguồn cung từ các trại năng lượng gió và mặt trời vượt quá nhu cầu, Nhà máy sẽ tích trữ lượng điện dư thừa bằng cách bơm nước vào hồ chứa Vieux Emosson.  

Với 360m3/giây, lượng nước đi qua các turbine của Nant de Drance tương ứng với dòng chảy của sông Rhone qua Geneva, Thuỵ Sĩ vào mùa hè.

Giám đốc nhà máy Alain Sauthier cho biết, lượng năng lượng thực sự có thể được lưu trữ trong cơ sở này vào khoảng 20 gigawatt giờ (GWh). Điều này đồng nghĩa mỗi một "bình đầy" trong hồ chứa Vieux Emosson là đủ để sạc 400.000 pin xe điện cùng một lúc. 

Thông thường, Nhà máy bơm nước vào kho chứa vào buổi chiều, ban đêm và các ngày cuối tuần, sau đó tạo ra nguồn điện vào buổi sáng và buổi tối.

Thuỵ Sĩ mất tới 14 năm để hoàn thành dự án đồ sộ này. Để đưa vật liệu xây dựng tới công trường, các kỹ sư phải đào đường hầm dài khoảng 11 km xuyên qua dãy Alps. Vật liệu xây dựng và tòa nhà đúc sẵn được chuyển vào núi qua đường hầm này trong quá trình 14 năm.

Để tăng công suất lưu trữ năng lượng của bộ pin, độ cao của đập Vieux Emosson cũng được nâng lên 20m.  

Pin nước - một giải pháp lưu trữ năng lượng

Khi thế giới tập trung vào khai thác năng lượng từ các nguồn tái tạo thì nhu cầu lưu trữ điện cũng tăng lên, bởi việc sản xuất điện không liên tục do phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và thời gian trong ngày. Pin mật độ cao tuy có thể trở thành giải pháp cho vấn đề này, nhưng để sản xuất chúng vẫn cần đến các loại khoáng sản như nickel, cobalt, và lithium từ khai thác mỏ và không thân thiện với môi trường.

Trong bối cảnh đó, cần một phương án tích trữ năng lượng linh hoạt khác trong lưới điện để duy trì sự cân bằng giữa lượng sản xuất và tiêu thụ. Pin nước đã trở thành một phương pháp dự trữ điện phổ biến trên thế giới. Loại pin này có thể tích trữ năng lượng sản xuất dư thừa từ các nguồn tái tạo để sử dụng trong tương lai, do đó giúp ổn định lưới điện quốc gia và giảm sự phụ thuộc vào các nhiên liệu hóa thạch.

Số liệu từ Văn phòng Hiệu quả năng lượng và năng lượng tái tạo Hoa Kỳ (EERE) cho thấy có tới 93% lưu trữ năng lượng của nước này đến từ thủy điện tích năng.

Ngoài pin nước, giới khoa học trên khắp thế giới cũng đang thử nghiệm nhiều ý tưởng lưu trữ năng lượng khác như sử dụng carbon dioxide hoặc tận dụng sức chở của thang máy trong các toà nhà chọc trời ở đô thị.