Pin lưu trữ năng lượng siêu dài hạn là gì?

Pin lưu trữ năng lượng siêu dài hạn là các công nghệ có khả năng lưu trữ điện năng trong nhiều giờ, nhiều ngày, thậm chí là theo mùa, nhằm ổn định lưới điện và tích hợp năng lượng tái tạo không ổn định như gió và mặt trời. Các công nghệ pin hiện tại có những đặc điểm khác nhau về mật độ năng lượng và khả năng lưu trữ, phù hợp với các mục đích sử dụng cụ thể.

So sánh các loại pin hiện tại

1. Pin Lithium-ion (Li-ion)

Mật độ năng lượng: Rất cao, từ 50-260 Wh/kg. Đây là ưu điểm nổi bật giúp pin Li-ion trở thành lựa chọn hàng đầu cho các thiết bị di động, xe điện và cả các hệ thống lưu trữ quy mô nhỏ-vừa, nơi yêu cầu nhỏ gọn.
Khả năng lưu trữ: Thường được thiết kế để lưu trữ trong khoảng 1-4 giờ. Mặc dù có những dự án mở rộng lên đến 8-10 giờ, nhưng pin Li-ion không phải là giải pháp tối ưu cho lưu trữ dài hạn (nhiều ngày hoặc theo mùa) do chi phí cao và chu kỳ xả-sạc hạn chế.

2. Pin Axit-chì (Lead-acid)

Mật độ năng lượng: Thấp, khoảng 30-50 Wh/kg. Loại pin này nặng và cồng kềnh, không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tính di động cao.
Khả năng lưu trữ: Có thể lưu trữ năng lượng trong thời gian dài hơn Li-ion và có chi phí sản xuất thấp. Pin axit-chì thường được sử dụng trong hệ thống lưu trữ dự phòng hoặc khởi động động cơ xe, nhưng tuổi thọ ngắn hơn và hiệu suất thấp hơn.

3. Pin Dòng chảy (Flow batteries)

Mật độ năng lượng: Thấp, nhưng có khả năng lưu trữ năng lượng lớn. Mật độ năng lượng thấp hơn nhiều so với Li-ion, nhưng khả năng lưu trữ lại rất cao.
Khả năng lưu trữ: Được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng dài hạn, có thể lên đến hàng chục giờ. Dung lượng của pin dòng chảy được xác định bởi kích thước của các thùng chứa dung dịch điện phân, cho phép mở rộng quy mô lưu trữ một cách linh hoạt mà không ảnh hưởng đến công suất đầu ra. Pin dòng chảy có tuổi thọ cao và ít bị suy giảm hiệu suất theo thời gian.

4. Pin Natri-ion (Sodium-ion)

Mật độ năng lượng: Thấp hơn Li-ion, khoảng 90-160 Wh/kg. Tuy nhiên, công nghệ này đang phát triển nhanh chóng để cải thiện mật độ năng lượng.
Khả năng lưu trữ: Tương tự như Li-ion, nhưng với lợi thế về giá thành rẻ hơn do natri (sodium) dồi dào. Pin natri-ion đang được xem xét cho các ứng dụng lưu trữ quy mô lưới điện và được kỳ vọng trở thành một giải pháp thay thế hiệu quả cho Li-ion trong tương lai.

5. Pin Sắt-Không khí (Iron-Air Batteries)

Mật độ năng lượng: Hiện vẫn đang trong giai đoạn phát triển, nhưng được dự đoán sẽ có mật độ năng lượng thấp.
Khả năng lưu trữ: Đây là một trong những công nghệ đầy hứa hẹn nhất cho lưu trữ siêu dài hạn. Pin sắt-không khí sử dụng sắt và không khí làm vật liệu chính, cực kỳ rẻ và dồi dào. Mục tiêu của công nghệ này là lưu trữ năng lượng trong nhiều ngày, thậm chí hàng trăm giờ, để giải quyết các vấn đề không liên tục của năng lượng tái tạo theo mùa.

Kết luận

Để đạt được mục tiêu lưu trữ năng lượng siêu dài hạn, ngành công nghiệp pin đang dịch chuyển từ việc chỉ tập trung vào mật độ năng lượng cao (như Li-ion) sang phát triển các công nghệ mới tối ưu cho khả năng lưu trữ. Các công nghệ như pin dòng chảy và pin sắt-không khí được coi là những ứng cử viên hàng đầu cho tương lai của việc lưu trữ điện năng quy mô lớn và dài hạn, đặc biệt là trong bối cảnh chuyển đổi sang năng lượng sạch.

Pin có mật độ năng lượng cao nhất hiện nay

Pin lithium-ion (Li-ion) hiện là loại pin thương mại có mật độ năng lượng cao nhất, dao động từ 50-260 Wh/kg. Tuy nhiên, các công nghệ pin mới đang trong quá trình phát triển như pin thể rắn (solid-state) và pin kim loại lithium (lithium-metal) được kỳ vọng sẽ vượt qua Li-ion, đạt mức mật độ năng lượng lên đến 500 Wh/kg.

Thời gian lưu trữ của pin hiện nay

Thời gian lưu trữ của pin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ pin, dung lượng, và cách sử dụng. Nhìn chung, có thể chia thành các loại sau:

Lưu trữ ngắn hạn: Phổ biến nhất là pin Li-ion, được sử dụng trong các thiết bị di động và xe điện. Thời gian lưu trữ thường từ vài giờ đến một ngày. Trong các hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) quy mô lớn, pin Li-ion thường được dùng để cung cấp điện dự phòng hoặc cân bằng lưới điện trong khoảng 1-4 giờ.
Lưu trữ trung hạn: Một số công nghệ như pin dòng chảy (flow batteries) và pin natri-ion (sodium-ion) được thiết kế để lưu trữ năng lượng trong thời gian dài hơn, có thể lên đến 6-12 giờ hoặc thậm chí vài ngày.
Lưu trữ dài hạn (siêu dài hạn): Đây là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Các công nghệ như pin sắt-không khí (iron-air batteries) hay pin trọng lực đang được nghiên cứu để có thể lưu trữ năng lượng theo mùa, tức là lưu trữ điện sản xuất dư thừa vào mùa hè để dùng vào mùa đông, nhằm ổn định lưới điện.

Một cách dễ hiểu, thời gian lưu trữ của pin phụ thuộc vào dung lượng (kWh) và công suất tiêu thụ của thiết bị. Ví dụ, một pin Li-ion 10kWh có thể cung cấp điện cho một gia đình nhỏ trong 12-24 giờ nếu chỉ sử dụng các thiết bị cơ bản.

Dung lượng pin của xe điện rất đa dạng, tùy thuộc vào loại xe (xe máy điện, ô tô điện) và phân khúc của chúng. Nhìn chung, dung lượng pin được đo bằng kilowatt giờ (kWh).

Ô tô điện

Dung lượng pin của ô tô điện thường dao động từ 30 kWh đến hơn 100 kWh, tùy thuộc vào mẫu xe và nhà sản xuất.

Xe điện cỡ nhỏ và tầm trung: Thường có dung lượng pin từ 30 kWh đến 60 kWh, cho phép xe di chuyển được khoảng 200-400 km sau một lần sạc đầy. Ví dụ, một số mẫu xe VinFast như VF 5 Plus có pin 37.23 kWh, VF e34 có pin 42 kWh, hay các phiên bản của Tesla Model 3 và Model Y thường có pin khoảng 57.5 kWh.
Xe điện cao cấp và hiệu suất cao: Có thể trang bị pin lớn hơn 75 kWh đến 120 kWh hoặc hơn, mang lại quãng đường di chuyển xa hơn đáng kể, thường trên 500 km. Ví dụ, các phiên bản cao cấp của Tesla Model S và Model X sử dụng pin 100 kWh hoặc pin lớn hơn nữa.

Xe máy điện và xe đạp điện

Dung lượng pin của các loại xe này nhỏ hơn nhiều, thường được đo bằng ampe giờ (Ah) và vôn (V), sau đó có thể quy đổi ra kWh.

Xe máy điện: Thường có dung lượng pin từ 1.5 kWh đến 5 kWh. Ví dụ, một số mẫu xe máy điện của VinFast như Feliz S có pin 3.5 kWh, Evo 200 có pin 3.5 kWh.
Xe đạp điện: Có dung lượng pin nhỏ nhất, thường dưới 1 kWh. Pin xe đạp điện thường có dung lượng từ 10Ah đến 20Ah, với điện áp phổ biến là 36V hoặc 48V.

Chi phí sản xuất pin điện tính theo kWh

Chi phí sản xuất pin điện tính theo kWh có sự chênh lệch lớn giữa các loại pin, phụ thuộc vào công nghệ, nguyên vật liệu và quy mô sản xuất. Dưới đây là ước tính chi phí sản xuất mỗi kWh của một số loại pin phổ biến.

1. Pin Lithium-ion (Li-ion)

Chi phí: Khoảng 100 - 150 USD/kWh.
Đặc điểm: Chi phí đã giảm đáng kể trong thập kỷ qua nhờ sản xuất quy mô lớn. Tuy nhiên, giá có thể biến động tùy thuộc vào giá nguyên liệu thô như lithium, niken và coban. Pin lithium-ion sắt photphat (LFP) có chi phí thấp hơn các loại pin Li-ion sử dụng coban, thường dao động khoảng 50 - 100 USD/kWh.

2. Pin Natri-ion (Sodium-ion)

Chi phí: Dự kiến có thể thấp hơn pin Li-ion, khoảng 40 - 80 USD/kWh.
Đặc điểm: Natri dồi dào hơn lithium và có chi phí khai thác, tinh chế thấp hơn nhiều, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất. Công nghệ này đang phát triển nhanh và được kỳ vọng sẽ trở thành một giải pháp thay thế rẻ hơn cho pin Li-ion trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

3. Pin Dòng chảy (Flow batteries)

Chi phí: Mặc dù chi phí ban đầu cho các thành phần chính có thể cao, nhưng khi tính toán trên toàn bộ vòng đời, chi phí lưu trữ năng lượng của pin dòng chảy được đánh giá là cạnh tranh, đặc biệt cho lưu trữ dài hạn.
Đặc điểm: Pin dòng chảy có tuổi thọ cao và ít bị suy giảm hiệu suất, cho phép giảm chi phí vận hành và thay thế.

4. Pin thể rắn (Solid-state batteries)

Chi phí: Hiện tại, chi phí sản xuất rất cao và vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển.
Đặc điểm: Pin thể rắn được kỳ vọng sẽ có mật độ năng lượng cao hơn và an toàn hơn pin Li-ion. Tuy nhiên, để sản xuất đại trà và giảm chi phí xuống mức cạnh tranh cần nhiều thời gian và nghiên cứu.

mức giá tham khảo cho các loại pin xe điện phổ biến.

Giá pin xe điện rất đa dạng, phụ thuộc vào loại xe, dung lượng pin, công nghệ pin, và nhà sản xuất. Dưới đây là mức giá tham khảo cho các loại pin xe điện phổ biến.

Pin xe máy điện và xe đạp điện

Pin lithium-ion: Đây là loại pin phổ biến nhất cho xe máy điện. Giá pin chính hãng thường dao động từ 3.800.000 VNĐ đến hơn 20.000.000 VNĐ tùy thuộc vào dung lượng và mẫu xe.
- Pin VinFast: Các mẫu pin xe máy điện của VinFast có giá từ 8.600.000 VNĐ (cho các dòng như Ludo, Impes) đến 19.900.000 VNĐ (cho các dòng cao cấp hơn như Feliz S, Vento S).
- Pin thay thế (LFP): Trên thị trường có các loại pin LFP được sản xuất bởi bên thứ ba với giá thấp hơn, khoảng 5.000.000 - 15.000.000 VNĐ cho các dòng có dung lượng tương đương.
Ắc quy axit-chì: Thường có giá rẻ hơn nhiều so với pin lithium-ion, chỉ khoảng 1.500.000 - 4.000.000 VNĐ cho một bộ. Tuy nhiên, ắc quy axit-chì nặng, tuổi thọ ngắn hơn và cần thay thế thường xuyên hơn.

Pin ô tô điện

Pin là bộ phận đắt nhất của một chiếc ô tô điện. Chi phí thay pin cho ô tô điện thường rất cao và hiếm khi cần thiết do chính sách bảo hành dài hạn của các hãng xe (thường 8-10 năm).

Giá pin tính theo kWh: Chi phí sản xuất pin cho ô tô điện đã giảm đáng kể, nhưng chi phí bán lẻ vẫn cao hơn. Một số ước tính cho thấy chi phí thay pin có thể dao động từ 100 - 200 USD/kWh.
Giá pin theo mẫu xe:
- Xe nhỏ và tầm trung: Chi phí thay pin có thể từ 10.000 - 20.000 USD (khoảng 250.000.000 - 500.000.000 VNĐ) tùy thuộc vào dung lượng pin.
- Xe cao cấp: Đối với các mẫu xe có pin dung lượng lớn, chi phí thay pin có thể lên tới 25.000 USD (khoảng 600.000.000 VNĐ) hoặc hơn.

Hình thức thuê pin

Để giảm chi phí ban đầu cho người mua, nhiều hãng xe điện (điển hình là VinFast) cung cấp chính sách thuê pin. Người dùng sẽ trả một khoản phí thuê pin hàng tháng thay vì mua đứt.

Xe máy điện: Phí thuê pin của VinFast dao động từ 199.000 VNĐ/tháng đến 350.000 VNĐ/tháng tùy theo gói cước và dòng xe.
Ô tô điện: Phí thuê pin của VinFast dao động từ 1.600.000 VNĐ/tháng (cho VF 5) đến 4.800.000 VNĐ/tháng (cho VF 8, VF 9) tùy theo gói cước và quãng đường di chuyển.

Pin lưu trữ năng lượng siêu dài hạn là gì?