Pin triệu triệu:Không chỉ là xe điện

Những cân nhắc mới dành cho các nhà đầu tư và cơ quan quản lý

Được xuất bản lần đầu trên RMI Outlet, blog của Rocky Mountain Institute
Bởi Madeline Tyson

Với việc xây dựng khổng lồ trong vài năm qua nhờ công suất nhà máy sản xuất pin lithium-ion (Li-ion) và các cam kết mở rộng thêm trong thời gian ngắn, chi phí lưu trữ pin tiếp tục giảm đáng kể. Chi phí giảm cùng với hiệu suất được cải thiện đang cho phép các ứng dụng pin mới sẽ đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng một cách đáng kể.

Đối với nhiều nhà đầu tư, nhà hoạch định chính sách và nhà hoạch định hệ thống, các đặc điểm hiệu suất ngoài giá thu hút sự chú ý nhất thường là các chỉ số như mật độ năng lượng hoặc độ an toàn. Tuy nhiên, trong năm năm tới, các cải tiến nhắm mục tiêu đến sự suy giảm của pin (vòng đời) có thể quan trọng hơn — không chỉ để mở rộng việc áp dụng EV mà còn để mở ra các ứng dụng mới cho pin, chẳng hạn như dịch vụ xe nối lưới, sử dụng đời thứ hai dành cho pin không còn phù hợp với mục đích di chuyển và lưu trữ trong thời gian dài. Những ứng dụng này có thể thay đổi đáng kể tính kinh tế của pin và mở ra những chân trời cơ hội mới dọc theo các chuỗi giá trị chưa được khai thác trước đây — nói cách khác, chúng sẽ là những người thay đổi cuộc chơi về mặt đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang hệ thống năng lượng sạch.

Không phải tất cả các loại pin Li-ion đều được tạo ra như nhau

Điều mà nhiều người không nhận ra là pin Li-ion bao gồm nhiều loại thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa. Như đã giải thích trong Pin đột phá của RMI báo cáo, có nhiều loại pin Li-ion, tất cả đều có các đặc tính hiệu suất và sự đánh đổi khác nhau. Các quốc gia, tổ chức nghiên cứu và nhà sản xuất đang đầu tư đáng kể vào nghiên cứu và phát triển để theo đuổi các loại pin tốt hơn và thậm chí rẻ hơn, chủ yếu là pin Li-ion.

Gần đây, rất nhiều dư luận xôn xao về tuyên bố của Tesla đã phát triển hóa chất pin Li-ion có thể đạt được một triệu dặm trong vòng đời của nó, cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất xuống cấp. Mặc dù ngụ ý rõ ràng nhất là khả năng lái một triệu dặm với cùng một loại pin (một tính năng hữu ích cho taxi robot), những cải tiến về tuổi thọ của pin EV có nhiều ý nghĩa khác trong việc mở rộng các trường hợp sử dụng điện khí hóa.

Pin Li-ion xuống cấp do một số yếu tố:thời gian, số chu kỳ, độ sâu của chu kỳ và nhiệt độ. Pin Li-ion được tối ưu hóa cho mật độ năng lượng, chẳng hạn như hóa chất catốt NMC hoặc NCA, trước đây có vòng đời ngắn hơn nếu chúng được xả hoàn toàn thường xuyên (độ sâu xả 100 phần trăm). Hóa chất Li-ion phổ biến nhất khác được sản xuất ngày nay là lithium iron phosphate (LFP), nặng hơn nhiều và ít năng lượng hơn (không tốt cho các loại xe hạng nhẹ) nhưng có vòng đời dài hơn.

Cơ hội mới từ vòng đời dài hơn

Những cải tiến đáng kể trong vòng đời chu kỳ của hóa chất Li-ion mật độ năng lượng cao sẽ là một bước tiến lớn trong việc triển khai tính năng sạc nhanh EV, khả năng kết nối xe với lưới và lắp đặt bộ lưu trữ thời lượng dài hơn, bao gồm cả việc tận dụng pin đời thứ hai. Tuy nhiên, những cải tiến này cũng đặt ra những thách thức:

Sạc nhanh

Sạc nhanh là một phần quan trọng của tương lai di động điện, vì điều quan trọng là xe điện cung cấp chức năng và tính dễ vận chuyển giống nhau, nếu không muốn nói là tốt hơn, tồn tại ngày nay. Tuy nhiên, tỷ lệ hư hỏng đối với một số loại pin Li-ion là rất đáng kể khi chúng được sạc hoặc xả nhanh. Các cải tiến về catốt và chất điện phân giúp giảm mức độ suy giảm nghiêm trọng và kéo dài tuổi thọ pin sẽ làm giảm tác động tiêu cực của sạc nhanh.

Sạc xe vào lưới (V2G)

Ý tưởng rằng các phương tiện có thể đóng một vai trò trong việc cân bằng lưới điện thật thú vị, nhưng nó cũng đầy rẫy những thách thức. Cả Nissan và Fiat đều tham gia thử nghiệm các mẫu xe V2G. Một lần nữa, pin EV phân rã theo chu kỳ sạc và xả. Các nhà cung cấp bảo hành ắc quy không quan tâm đến việc giảm giá trị khả năng di chuyển của các tài sản đó để đổi lấy một khoản hoàn trả nhỏ từ lưới điện.

Nếu không có những cải tiến về chu kỳ và tuổi thọ của pin EV, tỷ lệ định giá cần thiết để khuyến khích việc sạc từ phương tiện vào lưới rất có thể sẽ quá cao. Các khoản đầu tư dự trữ năng lượng khác và bổ sung có thể sẽ cần thiết để cung cấp khả năng cân bằng này. Ví dụ:việc ghép nối bộ lưu trữ năng lượng cục bộ với cơ sở hạ tầng sạc nhanh vẫn có thể tạo ra những lợi ích như vậy đồng thời kiểm soát tác động của nhu cầu tăng đột biến từ sạc nhanh. Khả năng chỉ riêng EVs để cung cấp khả năng cân bằng lưới điện phân tán hoặc khả năng phục hồi cục bộ là khó có thể xảy ra nếu không có những cải tiến đáng kể về hiệu suất pin EV.

Bộ nhớ lâu hơn

Phần lớn các dự án pin gắn với lưới điện đều nhắm mục tiêu đến các sự kiện lưu trữ thời gian ngắn, nhưng khi chi phí pin giảm, thời lượng trung bình của các dự án như vậy đã tăng từ 1,5 giờ vào năm 2015 lên 2,2 giờ hiện nay. Ngoài thực tế là năng lượng bổ sung làm tăng thêm chi phí cho các dự án, các nhà phát triển dự án lưu trữ Li-ion cũng thường xây dựng quá mức lượng năng lượng họ cần từ 10 đến 30 phần trăm. Dung lượng bổ sung này giúp giảm số lần pin được xả hết hoàn toàn và có thể khiến pin bị suy giảm.

Ngoài ra, các cài đặt có thời lượng dài hơn thường ưu tiên các cơ hội có thời lượng ngắn hơn khi có thể, bao gồm các dịch vụ phụ trợ hoặc chuyển dịch năng lượng ngắn hạn (ví dụ:15 phút). Sự ưa thích của các nhà phát triển pin và chủ sở hữu tài sản đối với các thị trường ngắn hạn này có thể làm suy yếu lợi ích về khả năng phục hồi của pin đối với lưới điện. Pin có tuổi thọ và hiệu suất tốt hơn sẽ không cần phải có nhiều dung lượng bộ đệm hoặc lo lắng về chi phí giảm chất lượng pin. Do đó, các dự án có thời lượng dài hơn sẽ được lắp đặt thường xuyên hơn sẽ sử dụng hết công suất đã lắp đặt của chúng theo cách cải thiện đáng kể tính kinh tế của dự án pin. Các nhà hoạch định hệ thống, cơ quan quản lý và nhà đầu tư nên xem xét các thuộc tính này khi thiết kế và lựa chọn hệ thống.

Pin đời thứ hai để lưu trữ trong thời gian dài

Li-ion LFP đã có vòng đời tương đối dài và là sự lựa chọn hợp lý cho nhiều hệ thống lắp đặt lưới điện. Tuy nhiên, giá sàn cuối cùng của LFP dự kiến ​​vào khoảng $ 60 / kWh dựa trên chi phí nguyên liệu thành phần. Điều này có thể là quá cao đối với loại hình lưu trữ theo mùa thời gian dài sẽ cần thiết cho sự thâm nhập cao hơn của năng lượng tái tạo. Điều này đặc biệt đúng ở những nơi lạnh hơn trên thế giới, nơi phải đối mặt với nhu cầu năng lượng cao điểm vào mùa đông với nguồn tài nguyên sẵn có hạn chế, đôi khi trong thời gian dài.

Form Energy đã giải quyết vấn đề này bằng công nghệ độc quyền sáng tạo nhằm mục tiêu chi phí vốn dưới 10 đô la / kWh. Gần đây, công ty đã ký một thỏa thuận để chứng minh một dự án lưu trữ thời lượng 150 giờ với Great River Energy, đây là một dấu mốc quan trọng và là bước tiến cho quá trình chuyển đổi năng lượng.

Pin Li-ion đời thứ hai có thể là một giải pháp kinh tế khác để lưu trữ trong thời gian dài, vì chi phí thấp hơn của chúng có thể đáp ứng ngưỡng cần thiết. Điều này sẽ yêu cầu xây dựng hệ sinh thái Li-ion để bao gồm thu thập, thử nghiệm, tái chế và xử lý pin.

Pin Li-ion hiện tại có thể khó kiếm tiền cho nhiều lựa chọn ứng dụng đời thứ hai do sự thay đổi về sức khỏe của pin và sự sụt giảm nghiêm trọng về tuổi thọ và độ an toàn khi đạp xe. Cho đến nay, pin Li-ion đời thứ hai chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng có khả năng phục hồi trên các tháp viễn thông, nhưng một số công ty đang thử nghiệm các ứng dụng lưới điện đời thứ hai. Khi các thị trường lưu trữ thời lượng lâu hơn phát triển, tuổi thọ pin được cải thiện sẽ là cần thiết để cung cấp sự tin cậy về hàm lượng năng lượng còn lại của pin EV thay thế để phù hợp với giá trị còn lại cho trường hợp sử dụng. Ngoài ra, việc hợp nhất thị trường Li-ion theo hướng ít hóa chất hơn và các tiêu chuẩn chung giữa các nhà sản xuất sẽ giúp rất nhiều cho thị trường đời thứ hai theo dõi và giải quyết vấn đề này.

Nhìn về phía trước

Tầm nhìn về tương lai của lưới điện bao gồm sạc nhanh, khả năng kết nối xe với lưới và lưu trữ năng lượng trong thời gian dài bao gồm pin đời thứ hai. Những trường hợp sử dụng mới nổi này sẽ được tăng tốc đáng kể với pin EV được cải thiện tuổi thọ. Các nhà đầu tư, các nhà hoạch định hệ thống và các nhà hoạch định chính sách nên xem xét tác động của việc quay vòng trong việc kích hoạt các trường hợp sử dụng trong tương lai khi họ muốn khuyến khích và đầu tư vào các giải pháp lưu trữ. Điều này bao gồm việc xây dựng một chuỗi cung ứng pin mạnh mẽ ngày càng được tiêu chuẩn hóa và có thể theo dõi và so sánh thời lượng pin còn lại trong pin đời thứ hai.