Pin lưu trữ năng lượng – Thị trường tiềm năng toàn cầu

Cơ hội lớn cho công nghệ pin lưu trữ

Pin lưu trữ cho phép sử dụng năng lượng một cách hiệu quả hơn, giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống và hỗ trợ việc chuyển đổi sang hệ thống năng lượng sạch hơn.

Thị trường pin lưu trữ năng lượng toàn cầu đang phát triển nhanh chóng do nhu cầu cần thiết trong việc lưu trữ năng lượng. Dự báo cho thấy thị trường pin lưu trữ sẽ tăng trưởng đồng thời với sự chuyển đổi ngày càng lớn sang xe điện và năng lượng tái tạo.

Trước xu thế phát triển năng lượng xanh, chính phủ nhiều nước trên thế giới đã đưa ra các chính sách và quy định để thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp pin nhằm đạt mục tiêu năng lượng bền vững bởi pin lưu trữ năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm phát thải carbon. Giá cả, tính bền vững, và quy mô sản xuất là những thách thức chính, trong khi sự đổi mới và cải tiến công nghệ mở ra cơ hội mới cho các nhà sản xuất pin.

Những yếu tố được cho là đóng vai trò quan trọng trong việc định hình tương lai của thị trường pin lưu trữ năng lượng bao gồm: Về giá cả, chi phí sản xuất pin cao cản trở sự mở rộng quy mô sản xuất và việc tiếp cận rộng rãi; vấn đề tái chế và xử lý chất thải từ pin là một thách thức môi trường khá lớn. Tuy nhiên, việc phát triển công nghệ mới có thể giúp giảm giá thành và tăng hiệu suất của pin. Nhu cầu lưu trữ năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời và gió cũng mở ra cơ hội rất lớn cho thị trường pin lưu trữ. Bên cạnh đó, sự tăng trưởng của thị trường xe điện mở ra cơ hội lớn cho ngành công nghiệp pin.

Những tiến bộ trong công nghệ pin đang cải thiện mật độ năng lượng, vòng đời, độ an toàn và tiết kiệm chi phí, đồng thời có thể thúc đẩy thị trường khi chúng trở nên hiệu quả hơn và giá cả phải chăng hơn. Trong những năm tới, công suất lưu trữ năng lượng toàn cầu dự kiến ​​sẽ tăng 55%, đạt 260GW vào năm 2026.

Việc sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng pin Lithium-Ion dự kiến sẽ tăng theo cấp số nhân trong 3-5 năm tới vì đây là phương pháp hiệu quả và đáng tin cậy cho năng lượng tái tạo.

Các loại pin lưu trữ lớn nhất thường bao gồm pin lithium-ion, pin axit chì, pin nikel-kẽm và pin niken -cadmium. Pin lithium-ion là loại phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong xe điện và lưu trữ năng lượng mặt trời do khả năng lưu trữ năng lượng cao và tuổi thọ dài. Thế mạnh của pin lithium-ion chính là chu kỳ nạp xả nhiều lần, trong suốt vòng đời của nó có thể cho phép 6.000 đến 10.000 chu kỳ. Pin axit chì, mặc dù nặng hơn và kém hiệu quả hơn, vẫn được sử dụng rộng rãi do chi phí thấp và tính sẵn có. Pin nikel-kẽm và niken-cadmium cũng được sử dụng trong một số ứng dụng cụ thể, nhưng chúng ít phổ biến hơn so với pin lithium-ion và pin axit chì.

Ước tính pin lithium-ion sẽ chiếm 58% thị phần vào năm 2035. Việc triển khai ngày càng nhiều cơ sở hạ tầng lưới điện công suất cao mới và sự đổi mới liên tục trong các thiết bị tạo nên pin lithium-ion đang thúc đẩy việc mở rộng thị trường. Với sự phổ biến của xe điện (EV) và xe plug-in hybrid (PHV), việc sử dụng pin lithium-ion ngày càng tăng.

Julia Song, đồng sáng lập và là Giám đốc Công nghệ của Công ty ESS, người dẫn đầu quá trình chuyển đổi công nghệ pin dòng kim loại sang hệ thống lưu trữ năng lượng thương mại, đóng góp lớn cho việc ESS ra mắt công chúng. Các nhà đầu tư của công ty đã dự đoán rằng công nghệ của ESS sẽ trở thành “tiêu chuẩn vàng trong ngành”.

Giá cả của các loại pin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại pin, dung lượng, công nghệ sử dụng, và nhà sản xuất. Ví dụ: Pin lithium-ion thường có giá cao hơn so với các loại pin khác do công nghệ tiên tiến, khả năng lưu trữ năng lượng lớn và tuổi thọ dài. Pin axit chì thường có giá thấp hơn so với pin lithium-ion, nhưng kém hiệu quả hơn và nặng hơn. Pin niken-kẽm và niken-cadmium có giá cả và hiệu suất nằm ở mức trung bình giữa pin lithium-ion và pin axit chì.

Dung lượng của pin, thường được đo bằng kilowatt-hour (kWh), cho biết lượng năng lượng mà pin có thể lưu trữ và cung cấp. Dung lượng lớn hơn cho phép lưu trữ nhiều năng lượng hơn, điều này quan trọng trong các ứng dụng như xe điện và lưu trữ năng lượng tái tạo. Dung lượng của pin phụ thuộc vào loại pin và kích thước cụ thể của nó. Ví dụ, pin lithium-ion thường có dung lượng cao và được sử dụng rộng rãi trong xe điện do hiệu suất và mật độ năng lượng cao. Pin axit chì thường có dung lượng thấp hơn nhưng chi phí thấp hơn, phù hợp cho các ứng dụng như hệ thống dự phòng.

Theo số liệu cuối năm 2023, các nhà sản xuất pin lớn nhất trên thế giới bao gồm CATL, BYD và LG. CATL hiện dẫn đầu thị trường với thị phần 34%, tăng nhẹ so với năm 2022. BYD, với mức tăng trưởng ấn tượng, đã trở thành nhà sản xuất pin lớn thứ hai, chiếm 16% thị phần. LG giữ vị trí trong TOP 3 với 15% thị phần. Panasonic, một thời là nhà sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực pin ô tô điện, giờ đã tụt xuống vị trí thứ tư. Các công ty như Samsung SDI, CALB, Farasis Energy, Envision AESC và Sunwoda cũng đang phát triển mạnh mẽ trong ngành công nghiệp này.

Theo báo cáo nghiên cứu thị trường “Thị trường lưu trữ năng lượng pin” do Research Nester (Taito-ku, Tokyo) công bố, quy mô thị trường pin lưu trữ năng lượng vào năm 2022 được ghi nhận là 11 tỷ USD. Trong tương lai, dự đoán rằng tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) sẽ duy trì ở mức tối đa 28% từ năm 2023 đến năm 2035 và tăng lên 212,8 tỷ USD vào cuối năm 2035.

Ví dụ, thị trường pin lưu trữ năng lượng ở Hoa Kỳ được các chuyên gia đánh giá dự kiến sẽ tăng gần gấp đôi vào năm 2024. Các nhà phát triển dự án lưu trữ năng lượng dự định mở rộng dung lượng pin lên hơn 30 gigawatt (GW) vào cuối năm 2024. Sự tăng trưởng này hỗ trợ bởi sự phát triển nhanh chóng của các nguồn năng lượng tái tạo biến thiên như mặt trời và gió, đặc biệt ở các bang như California và Texas. Các dự án lưu trữ năng lượng lớn đang được phát triển, với kỳ vọng triển khai hơn 300 dự án lưu trữ năng lượng quy mô lớn ở Hoa Kỳ vào năm 2025.

Nhật Bản đã đặt mục tiêu giảm 46% lượng khí thải nhà kính vào năm 2030, điều này đang thúc đẩy thị trường lưu trữ năng lượng. Dự kiến ​​đến năm 2030 sẽ có 10GW dự án lưu trữ năng lượng.

Theo khu vực, khu vực Châu Á - Thái Bình Dương dự kiến ​​sẽ chiếm thị phần tối đa khoảng 38% vào năm 2035. Các mục tiêu điện khí hóa mới, khả năng phát triển năng lượng tái tạo, sự hiện diện của một số lượng lớn các bên tham gia trong ngành và tốc độ tăng trưởng nhanh chóng trong công nghiệp hóa và đô thị hóa là một số yếu tố thúc đẩy.

Bộ Pin lưu trữ năng lượng là một yếu tố thiết yếu trong việc tạo ra năng lượng tái tạo, giúp các giải pháp thay thế đóng góp ổn định cho năng lượng của thế giới.

Giải pháp hiệu quả cho các hệ thống điện

BESS (Battery Energy Storage System/hay ESS) là hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin giúp giảm phát thải khí nhà kính (GHG) bằng cách tạo điều kiện tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo và giảm nhu cầu về các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Nhiều chính phủ trên thế giới đang thực hiện các chính sách và khuyến khích để giảm khí nhà kính và BESS là nhân tố chính thúc đẩy tăng trưởng thị trường.

Hiện nay, các nhà máy điện mặt trời (ĐMT) gặp phải một vấn đề là thời gian phát chỉ cố định trong một khung giờ nhất định (cụ thể là từ hơn 7h sáng đến gần 5h chiều, đạt đỉnh công suất trong khoảng từ 11 – 14h30 tùy vào vị trí địa lý). Điều này dẫn đến một lượng lớn công suất trong thời gian phát công suất đỉnh của ĐMT trở nên dư thừa và rất lãng phí.

Sơ đồ khối hệ thống BESS

Để giải quyết vấn đề này, việc áp dụng BESS đã được xem xét để giải quyết bài toán kinh tế và ổn định hệ thống. Một trong những lợi ích chính của BESS là khả năng hệ thống xử lý những thay đổi đáng kể trong tải mà không làm giảm hiệu suất hệ thống. Đầu ra điện áp của BESS vẫn còn nhất quán độc lập với tải mà nó đang phục vụ. Bằng cách sử dụng BESS kết hợp với năng lượng mặt trời, BESS có thể lưu trữ một phần tải được xuất ra từ thế hệ năng lượng mặt trời và sau đó cung cấp phụ tải vào những thời điểm khi có mây bao phủ và mất nguồn năng lượng mặt trời.

Hệ thống BESS là một hệ thống dùng các tế bào quang điện (cell) được cấu tạo từ các hợp chất phổ biến dùng trong ắc quy như lithium-ion, nickel, natri… làm phần tử lưu trữ năng lượng điện. Hệ thống BESS thường bao gồm hệ thống pin tích trữ (BSS), hệ thống quản lý pin (BMS), các hệ thống phụ trợ và hệ thống chuyển đổi công suất (PCS) được đặt trong các container.

Hệ thống lưu trữ năng lượng pin thông minh hiện đại có thể hỗ trợ điều chỉnh tần số lưới điện.

Trên thế giới, BESS còn được lắp đặt chung với các nhà máy điện gió, giúp lưu trữ lượng năng lượng thừa khi lượng điện năng sản xuất vượt quá nhu cầu tiêu thụ, hoặc trong trường hợp cắt giảm công suất phát lên lưới. Ngoài ra, BESS còn được sử dụng tại các trạm biến áp tăng độ tin cậy cho các phụ tải đặc biệt.

Tiến sĩ Aurora Gomez Martin, nhà nghiên cứu tại Đại học Münster Đức, chuyên nghiên cứu việc tổng hợp vật liệu catốt oxit nhiều lớp để phát triển pin lithium-ion năng lượng cao. Aurora Gomez Martin đang tiến hành nghiên cứu về sự thay thế nguyên tố trên các oxit có lớp Ni cao để khắc phục sự mất ổn định cấu trúc nội tại, hiện đang làm việc trong dự án H2020 Châu Âu “SeNSE”.

Với cam kết giảm CO2, xu hướng phát triển nguồn điện trong tương lai, nhiệt điện than sẽ dần dần được thay thế, thủy điện khó phát triển do khai thác gần hết, các nhà máy điện rác, hydrogen vẫn trong giai đoạn tiềm năng cần nghiên cứu thêm, đẩy mạnh phát triển các dạng nguồn điện gió, mặt trời… Với tỷ trọng của các nguồn điện năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện Việt Nam ngày càng tăng cao là thách thức lớn cho việc vận hành hệ thống điện. Chính vì thế, việc phát triển BESS để có thể lưu trữ năng lượng để phát vào các khung giờ cần thiết, vào lúc xảy ra sự cố thời tiết hoặc lúc công suất phát trên hệ thống điện giảm đột ngột là vấn đề được đặt ra và quan tâm trong những năm gần đây.