Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu cách lưu trữ năng lượng tái tạo được tạo ra một cách hiệu quả hơn khi cung vượt quá cầu mà chưa thể giải phóng ngay được.
Việc lưu trữ năng lượng với công nghệ lưu trữ năng lượng dạng bơm nhiệt được cho là một xu hướng của tương lai.
Hiện tại, các lựa chọn tốt nhất để sản xuất năng lượng carbon thấp trên quy mô lớn là năng lượng gió và mặt trời. Nhưng bất chấp những cải tiến trong vài năm qua về cả hiệu suất và chi phí, vẫn còn một vấn đề quan trọng cần phải giải quyết đó là gió không phải lúc nào cũng thổi và Mặt trời không luôn tỏa sáng.
Một mạng lưới điện dựa trên các nguồn biến động này phải vật lộn để liên tục phù hợp với cung và cầu, và do đó, năng lượng tái tạo đôi khi bị lãng phí vì nó không được sản xuất khi cần thiết và đôi khi lại dư thừa.
Một trong những giải pháp chính cho vấn đề này là các công nghệ lưu trữ điện quy mô lớn. Chúng hoạt động bằng cách tích lũy điện khi cung vượt quá cầu, sau đó giải phóng nó khi điều ngược lại xảy ra. Tuy nhiên, một vấn đề với phương pháp này là nó liên quan đến lượng điện khổng lồ cần lưu trữ.
Các công nghệ lưu trữ hiện tại như pin sẽ không tốt cho quy trình này, do chi phí cao cho mỗi đơn vị năng lượng. Hiện tại, hơn 99% lưu trữ điện quy mô lớn được xử lý bởi các đập thủy điện được bơm, di chuyển nước giữa hai hồ chứa thông qua một máy bơm hoặc tuabin để lưu trữ hoặc sản xuất điện.
Tuy nhiên, có những giới hạn đối với việc bơm thêm nước có thể được xây dựng thêm bao nhiêu do yêu cầu địa lý của nó. Một lựa chọn lưu trữ đầy hứa hẹn là Công nghệ lưu trữ năng lượng dạng bơm nhiệt. Công nghệ tương đối mới này thực tế đã tồn tại khoảng mười năm và hiện đang được thử nghiệm trong các nhà máy thí điểm.
Lưu trữ năng lượng dạng bơm nhiệt hoạt động bằng cách biến điện thành nhiệt bằng bơm nhiệt quy mô lớn. Nhiệt này sau đó được lưu trữ trong một vật liệu nóng, chẳng hạn như nước hoặc sỏi, bên trong một bể cách nhiệt.
Khi cần, nhiệt sau đó được chuyển trở lại thành điện bằng động cơ nhiệt. Những chuyển đổi năng lượng này được thực hiện với các chu trình nhiệt động lực học, cùng các nguyên tắc vật lý được sử dụng để chạy tủ lạnh, động cơ xe hơi hoặc nhà máy nhiệt điện.
Lưu trữ năng lượng dạng bơm nhiệt có nhiều lợi thế. Các quy trình chuyển đổi chủ yếu dựa vào công nghệ và linh kiện thông thường (như bộ trao đổi nhiệt, máy nén, tua bin và máy phát điện) đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp điện và chế biến.
Điều này sẽ giúp rút ngắn thời gian cần thiết để thiết kế và xây dựng kho lưu trữ nhiệt điện được bơm, ngay cả trên quy mô lớn.
Các bể chứa có thể chứa đầy các vật liệu phong phú và rẻ tiền như sỏi, muối nóng chảy hoặc nước. Và không giống như pin, những vật liệu này không gây có tác động nguy hiểm cho môi trường.
Các bể muối nóng chảy lớn đã được sử dụng thành công trong nhiều năm tại các nhà máy điện mặt trời tập trung, đây là công nghệ năng lượng tái tạo đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng trong thập kỷ qua.
Năng lượng mặt trời tập trung và lưu trữ nhiệt điện bơm có nhiều điểm tương đồng, nhưng trong khi các nhà máy điện mặt trời tập trung sản xuất năng lượng bằng cách lưu trữ ánh sáng mặt trời dưới dạng nhiệt (và sau đó chuyển đổi thành điện năng), các nhà máy lưu trữ nhiệt điện có thể lưu trữ điện từ bất kỳ nguồn nào như năng lượng mặt trời, gió hoặc thậm chí năng lượng hạt nhân.
Nhà máy sử dụng công nghệ lưu trữ năng lượng dạng bơm nhiệt có thể được cài đặt bất cứ nơi nào, bất kể địa lý. Chúng cũng có thể dễ dàng được thu nhỏ để đáp ứng nhu cầu lưu trữ của lưới điện.
Lưu trữ năng lượng dạng bơm nhiệt có mật độ năng lượng cao hơn so với các đập thủy điện được bơm (nó có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong một thể tích nhất định). Ví dụ, có thể thu hồi được lượng điện gấp mười lần từ 1 kg nước được lưu trữ ở 100 độ C so với 1 kg nước được lưu trữ ở độ cao 500 mét trong nhà máy thủy điện được bơm.
Điều này có nghĩa là cần ít không gian hơn cho một lượng năng lượng nhất định được lưu trữ.
Các thành phần của lưu trữ năng lượng dạng bơm nhiệt thường kéo dài trong nhiều thập kỷ. Pin, mặt khác xuống cấp theo thời gian và cần được thay thế vài năm một lần, hầu hết các loại pin xe điện thường chỉ được bảo hành trong khoảng năm đến tám năm.
Tuy nhiên, mặc dù có nhiều thứ làm cho việc lưu trữ nhiệt điện được bơm rất phù hợp để lưu trữ năng lượng tái tạo quy mô lớn, nhưng nó cũng có nhược điểm.
Có thể nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là hiệu quả tương đối khiêm tốn của nó như lượng điện được trả lại trong quá trình phóng điện, so với lượng điện được đưa vào trong quá trình sạc. Hầu hết các hệ thống lưu trữ năng lượng dạng bơm nhiệt đều nhắm đến hiệu suất 50-70%, so với 80-90% đối với pin lithium-ion hoặc 70-85% đối với lưu trữ hydro được bơm.
Nhưng điều quan trọng nhất là chi phí, càng thấp, xã hội càng nhanh có thể tiến tới một tương lai carbon thấp. Lưu trữ năng lượng dạng bơm nhiệt dự kiến sẽ cạnh tranh với các công nghệ lưu trữ khác mặc dù điều này sẽ không được biết đến cho đến khi công nghệ này hoàn thiện và được thương mại hóa hoàn toàn.
