Giải pháp lưu trữ năng lượng dựa trên đường ray của công ty ARES, Mỹ
Một trong những vấn đề của các nhà máy năng lượng tái tạo là tình trạng bị ngắt quãng trong việc cung cấp điện, ví dụ đối với nhà máy quang điện thì khi mặt trời lặn nó sẽ phải ngưng hoạt động. Một giải pháp hiện có cho vấn đề này là người ta sẽ dùng năng lượng thừa để bơm nước lên một bể chứa, đến khi cần thêm điện năng thì họ sẽ xả nước ra để nó làm tua-bin quay và phát ra điện. Đây là một giải pháp khả thi, tuy nhiên nó chỉ áp dụng được ở những nơi có sẵn nguồn nước lớn. Công ty ARES (Advanced Rail Energy Storage) có trụ sở ở California, đã đưa ra một giải pháp khác, đó là hệ thống REM (Regulation Enery Management), cho phép lưu trữ năng lượng thừa trên một hệ thống các "toa tàu điện" chạy trên đường ray.
Thành phần quan trọng nhất trong hệ thống REM của ARES chính là những chiếc xe (ở đây mình gọi là toa tàu điện) có trọng lượng lớn chạy trên một đường ray đơn. Khi nhu cầu điện năng ở mức thấp hay là các nhà máy sản xuất năng lượng tái tạo có công suất vượt nhu cầu, hệ thống ARES sẽ sử dụng năng lượng dư ra để đẩy các toa tàu này lên đỉnh của một con dốc cao. Và đến khi gió ngừng thổi, hay mặt trời đã lặn, hoặc là nhu cầu sử dụng điện tăng lên, thì các toa tàu sẽ bắt đầu được thả xuống dốc, lúc này chúng sẽ tạo ra điện năng thông qua các phanh tái sinh.
Vì hệ thống này không phụ thuộc vào nguồn nước cho nên nó có thể được triển khai ở nhiều nơi khác nhau với tác động rất nhỏ đến môi trường xung quanh. Theo như công ty ARES cho biết thì hệ thống này có thể đáp ứng theo sự tăng/giảm nhu cầu điện năng trong vòng vài giây, có hiệu năng nạp/xả nạp là 86%, và có thể cung cấp điện năng liên tục trong một khoảng thời gian lên đến 8 giờ đồng hồ. ARES có thể triển khai trên nhiều quy mô khác nhau và có thể điều chỉnh để cung cấp hệ thống lưu trữ điện sinh hoạt công suất từ 10 đến 200 MW hay hệ thống lưu trữ có quy mô lớn hơn trên 200 MW với điện năng lưu trữ là 1 GWh, cho đến các hệ thống lưu trữ cho cả một vùng công suất 2 GW và lượng điện năng lưu trữ là 32 GWh.
Với việc có nhiều toa tàu nằm trên cùng một đường ray, chúng sẽ di chuyển độc lập và có thể dừng lại ở giữa dốc theo một thứ tự. Khi một toa rời khỏi hàng ở phía cuối, một toa khác sẽ nối tiếp vào hàng để duy trì nguồn điện liên tục vào trong hoặc ra khỏi mạng lưới. Điện năng sẽ được truyền tải vào và ra các toa tàu thông qua đường ray dẫn điện. Trong khi đó, thông tin về vị trí và tốc độ của các toa tàu được thu thập từ những bánh xe dẫn đường nhỏ trên toa, sau đó được truyền tới một trạm điều khiển, có trách nhiệm điều phối xe dựa trên nhu cầu điện năng hiện thời và ngăn ngừa tình trạng các xe va chạm nhau. Trong trường hợp bị cúp điện, phanh hơi trên các toa tàu sẽ tự động kích hoạt.
Tại cơ sở Nghiên cứu và Phát triển (R & D) của ARES ở Tehachapi, California, công ty này có xây dựng một mô hình hệ thống Quản lý năng lượng điều chỉnh (Regulation Energy Management - REM) với các toa tàu nặng 5.670kg và chạy trên đường ray rộng 0,381m dài 268m, đạt tỉ lệ 3,75:1 khi so với một hệ thống tiêu chuẩn có đường ray rộng 1,435m.
Hiện tại công ty này đang trong quá trình xin phép để xây dựng một hệ thống REM công suất 50 MW quy mô đầy đủ tại Pahrump, Nevada cho hai tổ chức Valley Electric Association và California Independent System Operator (CA-ISO). Hệ thống này sẽ có đường ray dài tới 8km và mỗi toa tàu có trọng lượng chừng 272 tấn. Đường ray này sẽ có độ dốc là 8% và có tổng cộng 32 toa tàu chạy trên nó. Mỗi toa tàu có thể thu và tạo ra khoảng 1,5 MW điện năng.
CEO của ARES là Jim Kelly cho biết hệ thống của họ "có thể được triển khai với chi phí chỉ bằng một nửa so với các công nghệ lưu trữ điện năng hiện tại. Và quan trọng, ARES không hề tạo ra khí thải, không dùng nhiêu liệu đốt, không cần nước, không sử dụng các chất liệu có ảnh hưởng tới môi trường, nằm rất nhẹ nhàng trên mặt đất."
Các bạn có thể xem video dưới đây để hiểu rõ hơn về hệ thống REM của ARES, cách mà chúng điều phối nhiều toa tàu cùng lúc trên một đường ray đơn để đối phó với tình trạng cung cấp điện ngắt quãng tại các nhà máy năng lượng tái tạo.
