Dùng khí nén để tạo ra năng lượng sạch

Con người đang có xu hướng tìm kiếm các nguồn năng lượng tự nhiên tái tạo được nhầm thay thế cho các dạng sản xuất năng lượng hiện tại đang tác động ngày càng xấu đến môi trường. Sức mạnh của gió hoặc mặt trời có thể chạy tua-bin và cung cấp năng lượng cho toàn thành phố. Nhưng nếu bạn đang xem một chương trình TV vào chiều chủ nhật rồi lại bị gián đoạn bởi một đám mây che hết ánh nắng, hẳn bạn sẽ rất bực mình. Tuy nhiên, vấn đề còn lớn hơn nhiều so với những khó chịu nhỏ như thế này trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Một trong những trở ngại chính trong việc tạo ra năng lượng tái tạo là sự không liên tục – một điều thường được đưa ra trong cuộc tranh luận. Các công nghệ như gió hoặc mặt trời chỉ có thể tạo ra năng lượng khi gió thổi hoặc mặt trời chiếu sáng. Vì thế, sự gián đoạn có thể đe dọa sự ổn định của lưới điện. Giải pháp hợp lý là phát triển các biện pháp lưu trữ năng lượng, có thể khởi động khi mặt trời hoặc gió bị gián đoạn. Một số công ty đang xem xét các lựa chọn khả thi trong tương lai là sản xuất pin. Pin lưới lithium của Tesla có vẻ như là một lựa chọn đầy hứa hẹn (mặc dù đắt tiền). Một số nơi thậm chí còn đang xem xét việc chuyển đổi năng lượng bằng động năng, điều hết sức đơn giản trong môn vật lý lớp 8.

Trong các giải pháp lưu trữ năng lượng, khí nén là một ứng cử viên mạnh mẽ cho việc này. Nó có thể được lưu trữ trong các buồng điều áp và triển khai theo ý muốn để tạo ra năng lượng. Nghe có vẻ đơn giản? Nhưng đây là nơi mọi thứ bắt đầu trở nên phức tạp. Khí nén được lưu trữ ở nơi có áp suất cao hơn nhiều so với áp suất khí quyển. Để chống lại sự chênh lệch áp suất này, các thành buồng chứa phải dày. Điều này làm tăng đáng kể chi phí cho sản xuất, làm cho phương pháp này không thực tế.

Tuy nhiên nếu đặt nó dưới biển, chênh lệch áp suất giữa không khí bên trong thùng chứa và nước có thể được cân bằng. Kết quả là khí nén có thể dễ dàng được lưu trữ trong một thùng chứa mỏng như một quả bóng! Hyrdrostor, một công ty khởi nghiệp ở Canada đã tận dụng nguyên lý vật lý đơn giản này.

Năng lượng điện dư thừa được sử dụng để nén không khí bằng hệ thống nén tiên tiến. Khí nén được lưu trữ trong các bình tích áp có vách cứng hoặc các túi năng lượng được neo dưới nước (sâu ít nhất 25 mét, lý tưởng nhất là hơn 100 mét trở lên). Ở đây, không khí được giữ cho đến khi có nhu cầu về điện. Khi có yêu cầu, hệ thống đảo ngược dòng chảy của không khí cho phép trọng lượng của nước tạo ra áp lực buộc không khí trở lại bề mặt.

Một thách thức chính để thực hiện công nghệ này là nhiệt sinh ra trong quá trình vận hành. Hơn 90% năng lượng được sử dụng trong việc nén không khí được chuyển thành nhiệt. Nhiệt độ của không khí tăng lên tới 1202 ° F! Nhiệt này có thể bị mất hoàn toàn vào nước, làm giảm hiệu quả của hệ thống. Hydrostor đã khắc phục sự cố này với việc sử dụng bộ trao đổi nhiệt. Công nghệ này thu nhiệt trong quá trình nén và cho nó trở lại luồng khí khi thoát ra, tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống.

Một hệ thống lưu trữ khí nén dưới nước có thể thúc đẩy cho việc phát triển hệ thống năng lượng sạch của chúng ta vào một tương lai không xa. Nhưng để tìm ra giải pháp nào cho phù hợp, chúng ta sẽ phải đào sâu hơn nữa.