Nhu cầu chuyển đổi nhanh chóng sang năng lượng sạch đang tạo điều kiện cho những phát kiến mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Các doanh nghiệp và ngành công nghiệp đang hướng tới việc sử dụng năng lượng tái tạo để giảm lượng khí thải, giảm chi phí năng lượng và tăng tính thân thiện với môi trường. Các xu hướng chính trong lĩnh vực năng lượng tái tạo bao gồm số hóa, tích hợp năng lượng hiệu quả và các giải pháp khắc phục tình trạng gián đoạn trong sản xuất năng lượng tái tạo. Vì vậy, việc sử dụng dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet năng lượng (IoE) đang nổi lên như một xu hướng phổ biến bên cạnh những đổi mới trong các nguồn năng lượng tái tạo.
Mặc dù các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió và thủy điện đã có từ lâu nhưng tốc độ đổi mới tăng nhanh gần đây khiến chúng trở thành một trong những công nghệ thịnh hành nhất. Các lĩnh vực nghiên cứu tương đối mới hơn trong lĩnh vực tái tạo bao gồm năng lượng từ hydro xanh và các dạng năng lượng nước như thủy triều, sóng và dòng chảy đại dương.
Hãy cùng nhìn lại 10 xu hướng công nghệ cho ngành năng lượng tái tạo được dự đoán sẽ bùng nổ trong năm 2022:
1. Công nghệ quang điện tiên tiến (APV):
Công nghệ quang điện tiên tiến (Advanced Photovoltaics PV), hay APV là xu hướng mới, trong đó, các công nghệ năng lượng mặt trời (NLMT) muốn tích hợp hệ thống quang điện (PV) như pin NLMT nổi (floatovoltaics) và pin NLMT trời trang trại (Agrivoltaics) để nâng cao hiệu suất, phù hợp với môi trường xung quanh.
Ngoài ra, các công ty còn hướng tới phát triển các tế bào màng mỏng để sản xuất tấm pin mặt trời linh hoạt, mỏng, nhẹ, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Để cải thiện hiệu suất PV, các công nghệ mới hướng tới mục tiêu sử dụng gương và thấu kính. Những đổi mới trong vật liệu PV, chẳng hạn như việc sử dụng perovskite đang làm tăng quá trình chuyển đổi năng lượng lên gấp nhiều lần.
Những cải tiến này kết hợp với các thiết kế quang điện mới cho phép tăng hiệu quả và năng suất lên cao. Đồng thời, nó thúc đẩy tính bền vững thông qua tái chế, sử dụng tài nguyên tối thiểu và khả năng sử dụng các vật liệu thay thế.
2. Xu hướng ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và dữ liệu lớn:
Lưới tải năng lượng là một trong những cơ sở hạ tầng phức tạp nhất, cần được nâng cấp tương xứng với tình hình mới, nhất là khi chuyển đổi công nghệ số. Dữ liệu lớn (Big Data) và thuật toán AI (trí tuệ nhân tạo) là những công cụ hữu ích cho các tiện ích này. Ngoài phân tích và quản lý lưới điện, ứng dụng AI trong lĩnh vực năng lượng tái tạo giúp dự báo mức tiêu thụ điện và dự báo sự cố để bảo trì thích hợp.
Với những đổi mới trong điện toán đám mây, nhà máy điện ảo (VPP) ra đời, các công ty sản xuất năng lượng còn sử dụng phân tích dữ liệu và học máy để thiết kế mô hình và phân tích hiệu suất nguồn năng lượng tái tạo.
3. Hệ thống lưu trữ năng lượng phân tán:
Hệ thống lưu trữ năng lượng phân tán (Distributed Energy Storage Systems hay DESS) có khả năng nội địa hóa việc sản xuất và lưu trữ năng lượng tái tạo, khắc phục tình trạng bất thường trong sản xuất. Dựa trên tính kinh tế, các công ty năng lượng cung cấp một loạt các giải pháp pin và không dùng pin. Ví dụ, pin dòng sử dụng năng lượng thấp và nhất quán, trong khi pin thể rắn lại có trọng lượng nhẹ và cung cấp mật độ năng lượng cao. Đối với các ứng dụng cần năng lượng lớn, ngắn hạn, tụ điện và siêu tụ điện cũng được sử dụng.
Do những lo ngại liên quan đến vấn đề xả thải, an toàn và ô nhiễm môi trường, ngành năng lượng đang nghĩ các giải pháp thay thế lưu trữ không dùng pin như công nghệ thủy điện được bơm và khí nén. Mặt khác, năng lượng thặng dư được chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác như nhiệt hoặc mêtan để lưu trữ và chuyển đổi thông qua công nghệ Power-to-X (P2X).
4. Xu hướng chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương (OETC):
Năng lượng thủy điện là năng lượng có được từ nước chuyển động. Không giống như NLMT và gió, năng lượng thủy điện có thể dự đoán được nên tin cậy hơn. Bên cạnh đó, các đập thủy điện, cũng như năng lượng dựa trên đại dương được khai thác từ thủy triều, dòng chảy và sóng, mang lại mật độ năng lượng cao giúp con người giảm sự phụ thuộc vào các nguồn thông thường.
Những đổi mới trong các nguồn tái tạo này tập trung vào các bộ chuyển đổi năng lượng và các cải tiến thành phần để thu hoạch năng lượng hiệu quả hơn. Trong lĩnh vực thủy điện, các đập thủy điện quy mô nhỏ và xà lan thủy triều cho phép sản xuất năng lượng phi tập trung.
5. Năng lượng gió ngoài khơi:
Mặc dù là một trong những nguồn năng lượng lâu đời nhất, nhưng bản chất phát triển nhanh của ngành năng lượng gió khiến nó trở thành một trong những xu hướng chính và quan trọng trong tương lai. Các doanh nghiệp, đặc biệt là các công ty khởi nghiệp đang vào cuộc, xây dựng nhiều tua bin gió ngoài khơi và trên không hay nhà máy điện gió – khinh khí cầu để giảm mật độ hạ tầng năng lượng gió trên đất liền. Những đổi mới này thường tích hợp với các nguồn năng lượng khác như tua bin gió nổi, năng lượng mặt trời hoặc thủy triều.
Để nâng cao hơn nữa hiệu quả, nhiều cải tiến trong thiết kế khí động học của cánh quạt ra đời, máy phát điện và tua bin hiệu quả để đạt mục tiêu chuyển đổi năng lượng cao. Vật liệu cánh tua bin có tính bền vững cao là một trong những thách thức mà ngành công nghiệp gió hiện phải đối mặt. Để giải quyết vấn đề này, nhiều công ty khởi nghiệp đã và đang cho ra đời những sản phẩm mới như công nghệ không cánh và vật liệu nhựa nhiệt dẻo có thể tái chế được để sản xuất cánh quạt tua bin gió.
6. Năng lượng sinh học:
Năng lượng sinh học là một dạng năng lượng tái tạo có nguồn gốc từ nhiều nguồn sinh khối. Nhiên liệu sinh học lỏng có chất lượng tương đương với xăng được pha trộn trực tiếp để sử dụng cho các phương tiện giao thông. Phần lớn các quá trình chuyển đổi nhiên liệu sinh học như hóa lỏng thủy nhiệt (HTL), nhiệt phân, công nghệ plasma, nghiền thành bột và khí hóa sử dụng chuyển đổi nhiệt để thu được nhiên liệu sinh học hiện đã được nghiên cứu và ra đời.
Ngoài ra, các kỹ thuật nâng cấp như đông lạnh, hydrat, tách tại chỗ và màng được sử dụng để loại bỏ hàm lượng lưu huỳnh và nitơ. Tương tự, quá trình lên men tạo cồn sinh học dễ pha trộn trực tiếp với xăng. Quá trình lên men cũng có khả năng chuyển đổi chất thải, ngũ cốc và thực vật thành etanol sinh học. Lợi thế do nguyên liệu đầu vào phong phú nên chất lượng nhiên liệu luôn luôn được tối ưu. Vì lý do này, các doanh nghiệp, đặc biệt công ty lớn đang quan tâm đến tảo và vi tảo để sản xuất loại nhiên liệu sạch nói trên.
7. Tích hợp lưới điện:
Các công nghệ tích hợp lưới điện, chủ yếu là truyền tải, phân phối và ổn định năng lượng tái tạo. Do lĩnh vực sản xuất NLTT ngày càng phát triển và ở xa người tiêu dùng nên tổn thất trong truyền tải và phân phối không hề nhỏ. Để khắc phục, nhiều công nghệ mới được ra đời, như công nghệ điện tử dạng lưới, tiết kiệm chất bán dẫn Gali Nitride (GaN) và Silicon Carbide (SiC). Thách thức về sự dao động tần số và điện áp do sản xuất năng lượng tái tạo biến đổi rất lớn và cần phải có các giải pháp dựa trên vi điều khiển.
Cho dù đã có nhiều cố gắng, việc ổn định lưới điện vẫn là một thách thức rất lớn do việc sử dụng năng lượng không liên tục. Tương lai, công nghệ V2G (Phương tiện tới lưới) cho phép những chiếc xe điện hóa truyền năng lượng ngược trở lại mạng lưới điện. Tính năng cực kỳ hữu dụng, không chỉ đem lại lợi ích cho các chủ xe mà cả các nhà điều hành mạng lưới điện. Nói gọn hơn, cả ngành năng lượng và giao thông đều được lợi.
8. Hydro xanh:
Khí hydro có mật độ năng lượng cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu và tạo ra lượng phát thải khí nhà kính (GHG) gần như bằng không. Tuy nhiên, hầu hết hydro có nguồn gốc từ các nguồn không thể tái tạo ở dạng hydro màu xám và nâu. Trong thập kỷ qua, sự phát triển trong năng lượng tái tạo và pin nhiên liệu đã thúc đẩy sự chuyển dịch sang hydro xanh. Mặc dù sạch hơn, nhưng nó cũng phải đối mặt với các vấn đề về hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp của pin nhiên liệu và những thách thức trong giao thông vận tải. Vì những lý do này, sự phát triển của hydro xanh tập trung vào việc cải thiện việc lưu trữ, vận chuyển và phân phối hydro.
9. Người máy công nghệ cao:
Hiệu quả sản xuất thấp trong việc khai thác năng lượng tái tạo là một trong những trở ngại lớn mà ngành năng lượng đang phải đối mặt. Công nghệ robot cho phép khắc phục nhược điểm trên để tăng độ chính xác và tối ưu các nguồn lực. Ví dụ, các tấm pin mặt trời tự động định hướng để tối đa hóa việc chuyển đổi năng lượng. Tự động hóa thiết bị cũng đẩy nhanh quá trình duy tu bảo dưỡng mà không cần đến sức lao động của con người.
Dùng máy bay không người lái (drone) để kiểm soát các hoạt động và bảo trì tự động dựa trên robot (O&M) sẽ cải thiện độ an toàn và năng suất. Đặc biệt là sử dụng drone dựa trên hình ảnh siêu âm mảng theo từng giai đoạn để phát hiện nhanh sự cố bên trong hoặc bên ngoài các tua bin gió lớn. Máy bay không người lái tiếp tục cho phép tạo ra các bản đồ trang web sinh đôi kỹ thuật số và bản đồ 3D thông qua hình ảnh và tính toán dữ liệu độ cao.
10. Blockchain:
Các công ty khởi nghiệp năng lượng sử dụng công nghệ blockchain để thúc đẩy các giao dịch đáng tin cậy trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Ví dụ: Hợp đồng thông minh thúc đẩy giao dịch điện ngang hàng cho năng lượng chuyển hóa. Lưới dễ bị tấn công bởi các mối đe dọa mạng và blockchain được sử dụng để mã hóa dữ liệu liên quan đến hoạt động và giám sát lưới. Thông qua mã hóa dữ liệu, blockchain tạo điều kiện thuận lợi cho các giao dịch kỹ thuật số.
Các nhà cung cấp năng lượng tái tạo cũng đang tận dụng blockchain để theo dõi chuỗi hành trình sản xuất vật liệu lưới. Ngoài ra, nó cho phép các cơ quan quản lý dễ dàng truy cập dữ liệu để tuân thủ quy định.
