TRUNG QUỐC – Sự phát triển của công nghệ lưu trữ điện đang làm thay đổi một trong những vấn đề lớn nhất của hệ thống năng lượng tái tạo. Trong nhiều năm, các vấn đề như tính gián đoạn của điện mặt trời và điện gió, nhu cầu duy trì nguồn điện nền (phát điện liên tục và ổn định), đường cong con vịt (duck curve) (1) và sự phụ thuộc vào các nhà máy điện khí chạy giờ cao điểm (gas peaker plant) (2) đều gắn với một hạn chế quan trọng, chi phí lưu trữ điện cao.
(1) Duck curve: là biểu đồ thể hiện nhu cầu điện ròng của lưới điện trong ngày khi tỷ trọng điện mặt trời cao. Vào giữa ngày, sản lượng điện mặt trời lớn làm nhu cầu điện từ các nguồn khác giảm mạnh, sau đó tăng nhanh vào buổi chiều và tối khi điện mặt trời suy giảm nhưng nhu cầu tiêu thụ tăng. Hình dạng của biểu đồ này giống đường nét của một con vịt, vì vậy được gọi là “duck curve”.
(2) Gas peaker plant: là nhà máy sử dụng turbine khí, chủ yếu được vận hành trong những thời điểm nhu cầu điện tăng cao hoặc hệ thống cần bổ sung công suất nhanh. Khác với nhà máy điện nền, loại nhà máy này thường chỉ hoạt động trong thời gian ngắn, nhưng có ưu điểm là có thể khởi động và tăng công suất nhanh để đáp ứng biến động của lưới điện.

Trong này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video từ kênh Ben Alexxander, phân tích sự sụt giảm chi phí lưu trữ năng lượng và sự phát triển của pin sodium-ion, đặc biệt là các công nghệ của hai doanh nghiệp Trung Quốc BYD và CATL, qua đó cho thấy tiềm năng mở rộng lưu trữ điện quy mô lưới và hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo.

Để xem và hiểu đầy đủ nội dung của video (bằng tiếng Anh), Quý độc giả nên tham khảo toàn bộ nội dung của bài viết trước khi xem video. Để xem video ở chế độ toàn màn hình (full-screen), vui lòng nhấn vào khung [ ] ở góc phải phía dưới của video hoặc nhấn phím F.

Trong hai thập kỷ qua, đây là một rào cản đáng kể. Tuy nhiên, khi chi phí pin và các hệ thống lưu trữ giảm, vấn đề kinh tế của năng lượng tái tạo cũng bắt đầu thay đổi. Chi phí mô-đun quang điện đã giảm khoảng 90% kể từ năm 2010. Tại những khu vực có điều kiện thuận lợi nhất, các dự án điện mặt trời quy mô tiện ích có thể sản xuất điện với chi phí dưới 2 cent/kWh. Mức chi phí này thấp hơn điện than, điện khí và điện hạt nhân. Tuy nhiên, hạn chế quan trọng của điện mặt trời không chỉ nằm ở chi phí phát điện mà còn ở thời điểm điện được tạo ra. Sản lượng điện mặt trời tập trung vào ban ngày, trong khi nhu cầu điện thường tăng cao vào buổi tối, khi người dân trở về nhà, sử dụng các thiết bị điện và sạc xe điện. Số lượng xe điện tăng cũng có thể làm nhu cầu điện trong những khung giờ này tiếp tục tăng. Vì vậy, một hệ thống điện có tỷ trọng năng lượng mặt trời cao cần có khả năng chuyển lượng điện dư thừa từ thời điểm phát điện sang thời điểm nhu cầu tăng. Đây chính là vai trò của hệ thống lưu trữ năng lượng.

(Hình minh họa từ YouTube)

Một ngưỡng đáng chú ý đối với hệ thống lưu trữ là khoảng 20 USD/kWh khi chi phí được tính trên toàn bộ vòng đời thiết bị. Khi tiến gần mức này, điện mặt trời kết hợp với lưu trữ có thể chuyển từ nguồn điện giá rẻ chỉ trong một số thời điểm sang nguồn điện có khả năng điều tiết (có thể chủ động tăng, giảm hoặc cung cấp điện vào thời điểm cần thiết theo nhu cầu của hệ thống điện) trong suốt ngày đêm. Khi đó, lượng điện sản xuất dư thừa vào ban ngày có thể được lưu lại và sử dụng vào những thời điểm khác. Điều này giúp điện mặt trời kết hợp lưu trữ cạnh tranh với các nguồn điện truyền thống trong nhiều khung giờ hơn, thay vì chủ yếu vào thời điểm có nắng. Sự thay đổi về chi phí lưu trữ cũng tác động đến tình trạng cắt giảm sản lượng điện tái tạo khi lượng điện sản xuất vượt quá khả năng tiêu thụ hoặc tiếp nhận của lưới điện. Nếu chi phí lưu trữ đủ thấp, lượng điện mặt trời dư thừa vào giữa ngày có thể được đưa vào pin thay vì bị cắt giảm. Năng lượng này sau đó được sử dụng khi nhu cầu tăng, đặc biệt nếu chi phí lưu trữ thấp hơn chi phí vận hành các nguồn điện khí để bù đắp phần thiếu hụt.

Một vấn đề khác của hệ thống điện phụ thuộc nhiều vào năng lượng tái tạo là những giai đoạn thời tiết nhiều mây kéo dài, khi sản lượng điện mặt trời giảm. Vấn đề này có thể được xử lý bằng cách xây dựng công suất điện mặt trời lớn hơn nhu cầu thông thường, kết hợp thêm điện gió và lưu trữ phần điện dư thừa. Khi chi phí điện mặt trời và lưu trữ cùng giảm, việc mở rộng quy mô hệ thống trở nên khả thi hơn về mặt kinh tế. Khả năng lưu trữ với chi phí thấp vì vậy không chỉ giải quyết chênh lệch cung cầu giữa ban ngày và ban đêm mà còn hỗ trợ hệ thống trong những giai đoạn sản lượng điện tái tạo thấp. 

Sự phát triển của pin lưu trữ cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến vai trò của các nhà máy điện khí chạy giờ cao điểm. Những nhà máy này thường chỉ vận hành vài trăm giờ mỗi năm, chủ yếu trong các giai đoạn nhu cầu điện tăng mạnh. Nếu pin có thể cung cấp điện trong những thời điểm này với chi phí thấp hơn, nhu cầu kinh tế đối với các nhà máy điện khí chạy giờ cao điểm có thể giảm. Các nhà máy điện than và điện khí vận hành như nguồn điện nền cũng có thể chịu tác động nếu hệ số công suất giảm do điện tái tạo và lưu trữ đảm nhiệm tỷ trọng lớn hơn trong hệ thống điện. Điều này có thể ảnh hưởng đến giá trị tài sản và bảng cân đối kế toán của các doanh nghiệp điện lực cũng như những nền kinh tế phụ thuộc nhiều vào xuất khẩu nhiên liệu hóa thạch.

Pin sodium-ion mở thêm hướng phát triển cho lưu trữ điện
Một trong những công nghệ đang được phát triển cho lưu trữ điện là pin sodium-ion. Khác với pin lithium-ion, công nghệ này sử dụng sodium, nguyên tố có thể được khai thác từ các nguồn phổ biến như muối. Công nghệ sodium-ion cũng có thể giảm sự phụ thuộc vào một số nguyên liệu như lithium, cobalt và nickel. Điều này có ý nghĩa đối với các hệ thống lưu trữ quy mô lớn, nơi chi phí nguyên liệu, khả năng mở rộng sản xuất và độ ổn định của chuỗi cung ứng là những yếu tố quan trọng. Sự phát triển của pin sodium-ion đang diễn ra đồng thời ở cả lĩnh vực ô tô và lưu trữ cố định.

Vào giữa tháng 6/2026, công ty ô tô Changan (Trung Quốc) thu hút sự chú ý khi giới thiệu một mẫu xe du lịch sản xuất hàng loạt sử dụng bộ pin sodium-ion dung lượng 45 kWh. Việc một mẫu xe thương mại sử dụng bộ pin sodium-ion đánh dấu một bước phát triển của công nghệ này. Tuy nhiên, một hướng ứng dụng khác có thể đặc biệt phù hợp với đặc tính của sodium-ion là lưu trữ điện cố định quy mô lớn. Trong lĩnh vực này, tập đoàn BYD (Trung Quốc) đang tập trung phát triển công nghệ sodium thế hệ thứ ba cho các hệ thống lưu trữ đặt tại trạm biến áp, trang trại điện mặt trời và trang trại điện gió. Tập đoàn BYD đặt mục tiêu đến năm 2027 có thể sản xuất cell pin sodium với chi phí khoảng 4 cent/Wh, tương đương 40 USD/kWh. Các cell pin lithium-ion phosphate (LFP) có giá thấp nhất trên thị trường hiện nay, vốn là công nghệ hóa học phổ biến trong lưu trữ điện lưới, có chi phí khoảng 55-70 USD/kWh. Tuy nhiên, khi đánh giá pin lưu trữ điện lưới, giá mua cell pin không phải yếu tố duy nhất cần xem xét. Tuổi thọ chu kỳ có vai trò đặc biệt quan trọng vì hệ thống phải liên tục sạc và xả trong thời gian dài. Tập đoàn BYD định mức nền tảng pin sodium của mình ở mức hơn 10.000 chu kỳ sạc. Một nhà sản xuất pin sodium khác công bố mức hơn 15.000 chu kỳ đối với công nghệ tương đương, về lý thuyết tương ứng với hơn 30 năm sử dụng hằng ngày. Trong khi đó, một cell pin LFP dùng cho lưu trữ điện lưới điển hình hiện được định mức khoảng 4.000-5.000 chu kỳ.

Chi phí trên mỗi chu kỳ là yếu tố quan trọng
Đối với đơn vị vận hành hệ thống lưu trữ điện, một phương pháp đánh giá phù hợp là xem xét chi phí trên mỗi chu kỳ thay vì chỉ so sánh giá mua ban đầu của cell pin. Một bộ pin có giá 40 USD và hoạt động hơn 10.000 chu kỳ có thể đạt chi phí vòng đời tương đương một bộ pin giá 20 USD nhưng chỉ hoạt động được 5.000 chu kỳ. Xét theo chi phí trên mỗi chu kỳ, cell pin sodium giá 40 USD của tập đoàn BYD tương đương về mặt kinh tế với cell pin LFP giá khoảng 20 USD. Phép tính này dựa trên tuổi thọ 10.000 chu kỳ. Nếu pin sodium-ion đạt 15.000 hoặc 20.000 chu kỳ trong điều kiện vận hành phù hợp, mức chi phí có thể giảm xuống khoảng 12 USD hoặc 10 USD. Từ giả định này, giá pin lưu trữ điện lưới có thể giảm khoảng 60-65% trong vòng 18 tháng. Để đạt hiệu quả kinh tế vòng đời tương đương, các nhà sản xuất pin LFP sẽ phải tiến tới mức khoảng 20 USD/kWh thay vì chỉ giảm xuống 40 USD/kWh.

Một yếu tố quan trọng trong hướng phát triển pin sodium-ion của tập đoàn BYD là vật liệu polyanion NFPP. Công nghệ này được tích hợp vào cell pin lớn có dung lượng 189 Ah và điện áp 2,9 V. Vật liệu polyanion thô có độ dẫn điện thấp vì khung phosphate hoạt động gần giống một chất cách điện. Để khắc phục hạn chế này, kích thước hạt được giảm xuống khoảng 100 nanomet nhằm rút ngắn khoảng cách di chuyển của electron. Các hạt sau đó được phủ carbon vô định hình. Hai giải pháp này kết hợp có thể làm tăng độ dẫn điện từ bốn đến năm bậc độ lớn, tương đương mức cải thiện đến khoảng 100.000 lần. Những đặc tính này phù hợp với hệ thống lưu trữ cố định, nơi khối lượng và mật độ năng lượng không phải lúc nào cũng quan trọng như chi phí vòng đời, độ an toàn và tuổi thọ.

Trong các thử nghiệm lạm dụng (abuse testing) (*) được công ty phân tích tài chính Minmetals Securities tổng hợp, cell pin sodium polyanion được đưa vào trạng thái mất kiểm soát nhiệt và đạt nhiệt độ cực đại 273°C. Trong cùng điều kiện thử nghiệm, công nghệ sodium layered oxide cạnh tranh đạt 484°C, cao hơn gần 80%. Cell pin polyanion cũng giải phóng lượng khí thấp hơn, khoảng 93 lít so với khoảng 123 lít của công nghệ còn lại, tương đương mức giảm khoảng 24%. Những đặc tính này có ý nghĩa đối với các hệ thống lưu trữ quy mô lớn gồm hàng nghìn cell pin được bố trí trong một không gian kín gần trạm biến áp. Trong ứng dụng này, nhiệt độ khi xảy ra sự cố và lượng khí thoát ra có thể quan trọng hơn việc tối đa hóa mật độ năng lượng. Đây cũng là điểm khác biệt so với pin dành cho xe điện, nơi khối lượng và mật độ năng lượng có vai trò lớn hơn.
(*) Abuse testing: là các thử nghiệm an toàn trong đó pin hoặc cell pin được cố ý đặt vào những điều kiện khắc nghiệt hoặc bất thường vượt ngoài chế độ vận hành thông thường, nhằm đánh giá cách pin phản ứng khi xảy ra sự cố. Các điều kiện thử nghiệm có thể bao gồm quá nhiệt, quá sạc, đoản mạch, va đập hoặc các tác động khác có khả năng dẫn đến mất kiểm soát nhiệt.

Mặc dù có tiềm năng giảm chi phí, mức 40 USD/kWh của tập đoàn BYD vẫn là mục tiêu cho năm 2027 chứ chưa phải giá hiện tại. Một trong những trở ngại chính là vật liệu điện cực âm (anode). Phần lớn cell pin sodium-ion hiện sử dụng vật liệu hard carbon (*) làm điện cực âm, trong khi chuỗi cung ứng vật liệu này vẫn chưa ổn định. Hoạt động sản xuất còn phân mảnh, chưa có quy trình tiêu chuẩn hóa và hiệu suất sản xuất khác nhau giữa các nhà sản xuất. Theo dự báo của công ty phân tích tài chính Minmetals, phải đến ít nhất năm 2027, chi phí sản xuất pin sodium-ion mới có thể giảm xuống mức tương đương với pin LFP. Trong khi đó, công ty công nghệ pin CATL cho rằng khoảng 40% lượng pin được sản xuất trên toàn cầu trong vài năm tới có thể sử dụng sodium. Nếu đạt được tỷ lệ này, cơ cấu thị trường pin có thể thay đổi đáng kể trong một khoảng thời gian ngắn.
(*) Hard carbon: là một dạng vật liệu carbon có cấu trúc vô định hình, trong đó các lớp carbon sắp xếp không đều và không dễ chuyển thành cấu trúc graphite. Trong pin sodium-ion, hard carbon thường được sử dụng làm vật liệu anode (cực âm) vì cấu trúc của nó tạo ra các khoảng trống và vị trí phù hợp để ion sodium (Na⁺) đi vào và được lưu trữ trong quá trình sạc, sau đó giải phóng khi pin xả điện.

Thị trường pin Trung Quốc đang hình thành sự phân chia về hướng phát triển pin sodium-ion. Công ty CATL chiếm khoảng 46,7% thị trường pin Trung Quốc, với khoảng 33 GWh được lắp đặt riêng trong tháng 5. Tập đoàn BYD đứng thứ hai với thị phần khoảng 16,8%. Công ty CATL đang thúc đẩy pin sodium-ion cho xe du lịch, trong khi tập đoàn BYD tập trung nhiều hơn vào ứng dụng lưu trữ điện quy mô lưới. Ở thời điểm được đề cập trong nguồn, pin LFP vẫn là công nghệ hóa học chủ yếu được tập đoàn BYD sử dụng cho ô tô. Cả hai doanh nghiệp đồng thời đang cạnh tranh để giảm chi phí công nghệ pin sodium-ion. Trong ngắn hạn, pin lithium và các công nghệ hóa học có hàm lượng nickel cao vẫn có thể duy trì vai trò trong các mẫu xe cần tầm hoạt động dài. Ngược lại, công nghệ sodium polyanion có những đặc tính phù hợp với hạ tầng lưu trữ cố định có vòng đời hàng chục năm, nơi khối lượng ít quan trọng hơn và chi phí trên mỗi chu kỳ trở thành một trong những yếu tố chính.

Sự kết hợp giữa chi phí điện mặt trời giảm, công nghệ lưu trữ có giá ngày càng thấp và tuổi thọ pin tăng có thể thay đổi cách điện tái tạo được tích hợp vào lưới điện. Pin sodium-ion đang hướng tới mức chi phí khoảng 40 USD/kWh, đồng thời có thể đạt tuổi thọ chu kỳ xấp xỉ gấp đôi pin LFP trong một số cấu hình. Công nghệ này cũng có khả năng giảm sự phụ thuộc vào các thành phần lithium, cobalt và nickel. Trong bối cảnh đó, hệ thống lưu trữ có thể đảm nhiệm ngày càng nhiều chức năng vốn được thực hiện bởi các nguồn điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, từ cân bằng điện mặt trời giữa ban ngày và buổi tối đến đáp ứng các giai đoạn nhu cầu cao. Dầu mỏ vẫn cần thiết cho sản xuất nhựa và một số ứng dụng khác. Tuy nhiên, lượng dầu, than và khí đốt được sử dụng để sản xuất điện có thể giảm ở mức hàng chục phần trăm trong vòng năm năm tới nếu xu hướng giảm chi phí điện mặt trời và lưu trữ tiếp tục diễn ra.

Để xem các tin bài khác về “Pin sodium-ion”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Ben Alexxander